7.9. Polümeerid

Polümeerimolekul koosneb korduvatest lõikudest (elementaarlülidest).

Mõiste “polümeer“ tuleneb kreekakeelsetest sõnadest poly (palju) ja mer (osi). Seega on polümeerid suure molekuliga ained, mis on tekkinud väiksematest molekulidest (monomeeridest). Polümeerimolekuli moodustavad korduvad struktuuriosad: monomeeridest pärinevad n-ö elementaarlülid.

Polümeeride kohta vaata lähemalt järgmisest videost.

Allikas: https://youtu.be/uJg0-6MlFiA

Polümeeride molekulmassid algavad mõnest tuhandest ja suuremate molekulide korral ulatuvad miljonitesse. Ristseotud polümeeride korral on polümeeriahelad omavahel kovalentsete sidemetega seotud ja materjalis eraldiseisvaid molekule eristada ei saagi.

Polümeere saab jaotada nende päritolu (looduslik või sünteetiline), lähtemonomeeri või polümerisatsioonireaktsiooni tüübi järgi, struktuuri alusel (lineaarne, hargnenud või ristseotud) jne. Polümeeride peamine rakendusvaldkond on erinevate polümeersete materjalide (plastid, kummid jt) valmistamine (neis on polümeer põhikomponent). Eluslooduse seisukohast on eriti olulised biopolümeerid: nukleiinhapped (DNA ja RNA), valgud ja polüsahhariidid (nt tselluloos, tärklis ja kitiin).

Tehispolümeeridest on kõige levinumad ja tuntumad alkeenide polümerisatsioonil saadavad polümeerid. Nelja kõige olulisema tehispolümeeri saamist kujutavad järgmised skeemid. n tähistab neis skeemides reageerivate monomeeride arvu.


n CH2=CH2→ [CH2–CH2]n

pilt

Joonis 1. Polüeteeni (polüetüleeni) saamine


n CH2=CH–CH3→ [CH2–CH(CH3)]n

pilt

Joonis 2. Polüpropeeni (polüpropüleeni) saamine


n CH2=CH–Cl → [CH2–CHCl]n

pilt

 

Joonis 3. Polüvinüülkloriidi saamine


n C6H5–CH=CH2→ [CH(C6H5)–CH2]n

pilt

Joonis 4. Polüstüreeni saamine
Liitumispolümerisatsioonil liituvad monomeerimolekulid üksteisega ja kaksiksidemed asenduvad üksiksidemetega.

Polükondensatsioonil liituvad monomeerimolekulid üksteisega ja eraldub ka väikese molekulmassiga aine.

Liitumispolümerisatsioonil liituvad monomeerimolekulid üksteisega, mille käigus asenduvad kaksiksidemed üksiksidemetega. Polükondensatsioonil liituvad monomeerimolekulid üksteisega ja eraldub ka väikese molekulmassiga aine.

Alkeenid annavad liitumispolümerisatsiooni, kuid lisaks liitumispolümerisatsioonile on oluline polümeeride saamise viis polükondensatsioon. Kondensatsiooniks nimetatakse reaktsiooni, kus kaks orgaanilist ainet ühinevad ning teise saadusena eraldub väikese molekulmassiga aine (näiteks vesi või HCl). Polükondensatsiooni korral toimub rida järjestikuseid kondendatsioonireaktsioone ning moodustuvad pikad polümeeride ahelad. Kõige levinum on polükondensatsioonil estrite (polüestrid) või amiidide (polüamiidid) valmistamine.


n HO–CH(CH3)–COOH → H-[-O–CH(CH3)–CO-]n-OH + n – 1 H2O

 

pilt

Joonis 5. Polüestri tekke näide

Piimhappe karboksüülrühmad ja hüdroksüülrühmad moodustavad estersidemeid, mille läbi tekivad pikad ahelad. Iga estersideme tekkel eraldub üks vee molekul. Kui tihti on probleemiks polümeeride väga aeglane lagunemine looduses, siis polülaktaat ehk PLA on tuntuim näide biolagunevast polümeerist, sest estersidemed saavad hüdrolüüsuda, andes tagasi piimahappe.

Teine näide polükondensatsioonil saadavatest polümeeridest on polüamiidid, mille ühe esindaja struktuur on toodud ka joonisel.
 

pilt

Joonis 6. Polüamiidi struktuur

Polüamiidide ahelate vahel on vesiniksidemed, mis annavad neist valmistatud materjalidele erilise tugevuse. Tuntud polüamiidid on erinevad nailonid ja kevlar. Ka valgud on keemilise struktuuri poolest polüamiidid.