Polymerer, syntetiske eller naturlige forbindelser som består av kjedeformede molekyler. Disse er bygd opp av repeterende strukturelle enheter (monomerenheter, merer) dannet av mindre molekyler (monomerer). Polymeren holdes sammen av kovalente bindinger som repeteres gjennom hele strukturen. Polymerer der alle enhetene er dannet fra én enkelt monomer, kalles homopolymerer, og hvor de er fra to eller flere forskjellige monomerer, kopolymerer. Det totale antall monomerenheter i et polymermolekyl angis ved polymerisasjonsgraden.

Eksempler på syntetiske polymerer er polyetylen, polyvinylklorid og polyamid, på naturlige polymerer cellulose, proteiner og kautsjuk (om naturlige polymerer se biopolymerer). De fleste polymerer er organiske, men også uorganiske finnes, som mange naturlige silikater, glass, plastisk svovel m.fl.

Syntetiske polymerer fremstilles ved polymerisasjon av utgangsstoffer hovedsakelig fra den petrokjemiske industri og anvendes som råstoff (basisplast) i produksjon av plast og som råstoff i gummi, elastomerer, fibrer, lim, maling og lakk.

Når polymerisasjonsgraden er tilstrekkelig høy (for polyetylen fra ca. 500 og oppover), har polymeren en viss styrke og typisk materialkarakter, og den regnes da som høypolymer. De syntetiske høypolymerer består for øvrig alltid av blandinger av molekyler av forskjellig størrelse, så polymerisasjonsgraden og molekylmassen må angis som middelverdier.

Årsaken til at mange av de høypolymere stoffene har materialegenskaper, er at molekylene består av lange, fleksible kjeder som er mer eller mindre innfiltret i hverandre. Hvis friksjonen mellom kjedene er relativt stor (pga. store, stive eller polære sidegrupper på kjedene), er polymeren enten overveiende plastisk eller den har en glassaktig karakter. Om virkningen av tverrbindinger mellom kjedene, se herding. Er friksjonen mellom kjedene liten, kan polymeren være gummiaktig, særlig etter innføring av spredte tverrbindinger mellom kjedene (vulkanisering), slik at polymeren ikke skal flyte når den utsettes for påkjenninger. Fibrer dannes av polymerer ved spinning og orientering av kjedene i fiberretningen (fiberstruktur).

Hos de homopolymerer som har en helt regelmessig struktur, opptrer det gjerne små områder med krystallinsk orden (krystallitter). Det kan vises ved røntgendiffraksjon at i disse områdene har polymerkjeder oftest foldet seg opp på seg selv, vanligvis med en foldelengde på 20–30 nm. Det dannes således krystallinske lameller med denne tykkelsen, og molekylenes lengderetning er vinkelrett på lamellens plan. Tallrike slike lameller vokser ut i alle retninger fra små kim i polymeren (ofte forurensninger) og videre på hverandre slik at det dannes kuleformede (sfæriske) krystallittansamlinger, såkalte sfærulitter. De er ofte synlige i lysmikroskop med polarisert lys. Samme polymerkjede kan ta del i dannelsen av flere krystallitter og derved binde disse sammen.

En krystallinsk polymer har derfor større hardhet, formbestandighet og styrke enn en tilsvarende ikke-krystallinsk. Polyetylen, polypropylen (isotaktisk), polyamider, polyformaldehyd m.fl. har gjerne høy krystallinitet. De er plaster, og flere av dem er spesielt egnet til fremstilling av fibrer på grunn av krystalliniteten. Polymerer som skal være gummielastiske, elastomere, må ikke være særlig krystallinske, idet kjedene må kunne bevege seg relativt fritt (se gummielastisitet).

Visse såkalte flytende-krystallinske polymerer (bl.a. aromatiske polyamider og polyestere) har kjedemolekyler eller stive, flate, usymmetriske sidegrupper. I smelte eller konsentrert løsning kan de ha områder med karakter av flytende krystaller. I disse krystallinske områdene er kjedene ikke foldet, men utstrakte. I den stivnede polymeren vil disse krystallinske områdene virke som en fiberarmering (selvforsterkende polymer). Ved en spesiell teknikk lar slike polymerer seg spinne til fibrer som har en usedvanlig høy styrke og modul. Dette skyldes den nærmest 100 % krystallinske strukturen av utstrakte kjeder. Teknikken er også utviklet for polymerer uten flytende-krystallinsk struktur og gir fibrer med tilsvarende høy styrke og modul.

Mange polymerer, som f.eks. alle vinylpolymerer og poly-α-olefiner, har asymmetriske karbonatomer i kjeden og derved mulighet for to forskjellige konfigurasjoner (se stereokjemi) ved hvert av disse. For polymerisasjonen av α-olefiner er det utviklet stereospesifikke katalysatorer som kan gi to former for orden eller taktisitet: Isotaktisitet, hvor det er samme konfigurasjon ved alle de asymmetriske karbonatomene, og syndiotaktisitet, hvor de har annethvert den ene og den annen konfigurasjon. Begge former for taktisitet kan gi krystallinitet.

Det industrielt produserte polypropylen er isotaktisk og sterkt krystallinsk. Isotaktiske polymerkjeder antar gjerne en heliksstruktur, og det er i denne form de opptrer i krystallittene. Ved polypropylenproduksjonen dannes det som biprodukt litt ataktisk polymer, dvs. et polypropylen som mangler ovennevnte orden, og som derfor er lite krystallinsk, mykt og med dårlige materialegenskaper. Polyvinylklorid produseres bare som ataktisk, men her vil de polare grupper (C–Cl) gi plasten fasthet og styrke likevel.

En annen form for orden foreligger hos dienpolymerer (polybutadien, polyisopren). Disse har en dobbeltbinding i alle monomerenhetene og kan ha cis- eller trans-struktur. Bare trans-formen gir en polymer (f.eks. guttaperka) som er sterkt krystallinsk ved vanlig temperatur, mens cis-formen (f.eks. naturgummi) ikke er krystallinsk før ved lavere temperaturer.

Polymerenes flyteegenskaper (reologi) er mer kompliserte (ikke-newtonske) enn hos laveremolekylære væsker. De er høyviskøse og viser utpreget pseudoplastisitet (se plastisitet) og viskoelastisitet. Krystallinitet kompliserer bildet ytterligere. Alle disse forhold er viktige i forbindelse med bearbeidingsprosessene i plast-, gummi- og fiberindustrien og for bruksegenskapene til produktene. Glasstemperaturen, Tg, er karakteristisk for hver amorf polymer. Under denne kan polymerkjedene betraktes som fastfrosset i forhold til hverandre, og polymeren er hard og glassaktig.

Av hensyn til produktets kvalitet må den polymerproduserende industri nøye kontrollere polymerens molekylegenskaper. Det omfatter spesielt måling av midlere molekylmasse, molekylmassefordelingen (polydispersiteten), forgreningsgraden, taktisiteten, strukturelle uregelmessigheter og i kopolymerer de forskjellige monomerenheters fordeling i kjedene.

av polymerer er relativt viskøse. Både i løsning og i amorf tilstand er polymermolekylene mer eller mindre tilfeldig oppkrøllet. Høypolymerer har molekyler av kolloidal størrelse, og de klassifiseres derfor også som molekylkolloider (se kolloider).

Polymerer kan være lineære (uforgrenede), forgrenede eller nettverkspolymerer. De to siste kan dannes fordi flerfunksjonelle monomerer er til stede under polymerisasjonen (se funksjonalitet) eller på grunn av utilsiktede bireaksjoner. Ferdige lineære eller forgrenede polymerer kan tverrbindes kjemisk til fornettede polymerer, slik det gjøres ved vulkanisering av gummi og herding av mange plasttyper. Slike polymerer kan ikke lenger gjøres flytende eller gå i løsning (bare svelle).

For å oppnå produkter med andre egenskaper enn den rene homopolymerens kan man fremstille polymerer som består av to eller flere forskjellig monomerer. Hos tilfeldige (random) kopolymerer opptrer de forskjellige slags monomerenhetene i en mer eller mindre tilfeldig rekkefølge i polymerkjedene. Hos statistiske kopolymerer følger den en eller annen statistisk lovmessighet. Alternerer enhetene regelmessig langs kjeden, kalles det en alternerende kopolymer. Blokk-kopolymerer har hvert slag monomerenhet samlet i relativt lange kjedestykker (blokker, sekvenser). Podede kopolymerer har en hovedkjede av én polymertype og forgreninger av en annen.

Mange polymertyper (polyacetylen, polyfenylen, polypyrrol osv.) med konjugerte dobbeltbindinger gjennom hele molekylet, får en meget høy elektrisk ledningsevne (opp mot metallers) når de dopes med (tilsettes) noen prosent av et stoff som kan gi elektronutveksling med polymeren (halogener, arsenpentafluorid, perklorater m.fl.). Slike polymerer brukes i batterier, antistatiske belegg, skjermer mot elektromagnetisk støy o.l. Mulige anvendelser er også i solceller, transistorer m.m.

Polymerer med atomgrupper som dissosierer i vandig løsning og derved gir polymerkjeder med elektriske ladninger, kalles polyelektrolytter.

Polymerer med to parallelle hovedkjeder som holdes sammen av relativt tettsittende kjemiske broer eller tverrbindinger.

Vanlige kommersielle polymerer gis oftest navn etter den monomeren de er fremstilt av, som f.eks. polyvinylklorid, polyformaldehyd osv. og kopolymeren styren-butadien-kopolymer, kopoly(styren/butadien) eller poly(styren-co-butadien). Etter et mer strukturbasert system gis lineære homopolymerer navn etter det bivalente radikal som kjeden kan ansees som bygd opp av, f.eks. poly(kloretylen) for polyvinylklorid, poly(oksymetylen) for polyformaldehyd osv.

Den totale verdensproduksjonen av syntetiske polymerer i form av basisplast, gummi, fibrer og maling-, lakk- og limbindemidler lå i 2005 på rundt 160 mill. tonn per år. Med få unntak er de basert på petrokjemiske primærprodukter som råstoff.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.