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Un polimero è una macromolecola, ovvero una molecola dall'elevato peso
molecolare, costituita da un gran numero di gruppi molecolari uguali o diversi, uniti "a
catena" mediante la ripetizione dello stesso tipo di legame. I termini "unità ripetitiva"
e "monomero" non sono sinonimi: infatti un'unità ripetitiva è una parte di una
molecola o macromolecola, mentre un monomero è una molecola composta da
un'unica unità ripetitiva. Nel seguito, quando si parla di "monomeri" s'intendono
dunque i reagenti da cui si forma il polimero attraverso la reazione di
polimerizzazione, mentre con il termine "unità ripetitive" si intendono i gruppi
molecolari che assieme ai gruppi terminali costituiscono il polimero. Per definire un
polimero bisogna conoscere:
•la natura dell'unità ripetente;
•la natura dei gruppi terminali;
•la presenza di ramificazioni e/o reticolazioni;
gli eventuali difetti nella sequenza strutturale che possono alterare le caratteristiche
meccaniche del polimero. Benché a rigore anche le macromolecole tipiche dei
sistemi viventi (proteine, acidi nucleici, polisaccaridi) siano polimeri, nel campo
della chimica industriale col termine "polimeri" s'intendono comunemente le
macromolecole di origine sintetica: materie plastiche, gomme sintetiche e fibre
tessili (ad esempio il nylon), ma anche polimeri sintetici biocompatibili largamente
usati nelle industrie farmaceutiche, cosmetiche ed alimentari. I polimeri inorganici più
importanti sono a base di silicio.
Polimerizzazione si intende la reazione chimica che porta alla formazione di
una catena polimerica, ovvero di una molecola costituita da molte parti uguali che si
ripetono in sequenza. La polimerizzazione a catena è una delle due grandi classi
distinte di reazioni di polimerizzazione proposte da Paul Flory nel 1953; l'altra è la
polimerizzazione a stadi. La polimerizzazione a catena avviene per addizioni
successive, e in genere non sono presenti sottoprodotti, quindi, seguendo la
precedente classificazione di Wallace Hume Carothers, si tratta in genere di
una polimerizzazione per addizione. Esistono comunque delle eccezioni; ad
esempio il poliuretano è un polimero di addizione, ma la sua produzione avviene
tramite polimerizzazione a stadio. Questo tipo di polimerizzazione è detto a
catena perché ogni passaggio dipende da quello precedente, e permette quello
successivo. In questo genere di reazioni sono coinvolti per lo più monomeri vinilici,
ovvero monomeri in cui è presente un doppio legame C=C; sono tuttavia possibili
polimerizzazioni a catena anche con monomeri di altro tipo.
Polimeri termoplastici sono polimeri formati da catene lineari o poco ramificate, non
legate l'una con l'altra; è sufficiente quindi aumentare la temperatura per portarli ad
uno stato viscoso e poterli quindi formare. Ogni volta che si ripete l'operazione di
riscaldamento e formatura il materiale perde un po' delle sue caratteristiche.
I polimeri termoindurenti sono particolari polimeri che una volta prodotti non
possono essere fusi senza andare incontro a degradazione chimica. Sono
polimeri reticolati, ma presentano un grado di reticolazione molto più elevato
degli elastomeri, per cui le reticolazioni ostacolano la mobilità delle macromolecole,
dando luogo ad un comportamento fragile.
La biodegradabilità è una proprietà delle sostanze organiche e di alcuni composti
sintetici, di essere decomposti dalla natura, o meglio, dai batteri saprofiti. Questa
proprietà permette il regolare mantenimento dell'equilibrio ecologico del pianeta.
Una sostanza decomponibile, viene attaccata da alcuni batteri che ne estraggono
gli enzimi necessari alla decomposizione in prodotti semplici, dopodiché l'elemento
viene assorbito completamente nel terreno. Una sostanza non decomponibile,
rimane nel terreno senza venire assorbita, provoca inquinamento e favorisce diverse
problematiche ambientali.
Molto prima che esistesse la plastica ed i polimeri sintetici, tantissimi anni addietro
fino all'inizio della vita sulla terra, la natura utilizzava i polimeri naturali per rendere
possibile la vita. Non pensiamo ai polimeri naturali nello stesso modo in cui
pensiamo a quelli sintetici in quanto non possiamo prenderci il merito come se
fossero meraviglie della nostra ingegnosità, le industrie chimiche non possono
venderle per ottenere guadagni. Questo comunque non rende i polimeri naturali
meno importanti; anzi risulta che siano ancora più importanti sotto molti aspetti.
I polimeri naturali comprendono RNA e DNA che sono così importanti nella genetica
e nei processi vitali. Infatti RNA messaggero è quello che rende possibili le
proteine, i peptidi e gli enzimi. Gli enzimi sono in effetti un supporto per la chimica
negli organismi viventi e i peptidi formano alcuni dei componenti strutturali più
interessanti della pelle, dei capelli e perfino delle corna dei rinoceronti. Altri polimeri
naturali comprendono i polisaccaridi (polimeri dello zucchero) e i polipeptidi come
seta, cheratina e capelli. Anche la gomma naturale, naturalmente è un polimero
naturale costituito esclusivamente da carbonio e idrogeno. Diamo un'occhiata ad
ogni famiglia principale dei polimeri naturali più da vicino.
I polimeri sono presenti da molto tempo prima di noi. In effetti i polimeri sono antichi
come la vita stessa, in quanto tutta la vita sulla terra è basata su tre tipi di polimeri,
DNA, RNA e proteine. Questa pagina riguarda alcuni dei primi polimeri sintetici,
ossia i polimeri realizzati dagli esseri umani, in particolar modo i derivati della
cellulosa. Il primissimo polimero sintetico è stato naturalmente il cuoio, un polimero
naturale modificato, una forma reticolata artificialmente delle proteine che si trovano
nella pelle degli animali. La concia della pelle è stata scoperta migliaia di anni fa, ma
questa pagina tratta alcuni polimeri sintetici che comparvero un po’ più tardi. Sono i
derivati della cellulosa. Sono anche derivati di un polimero naturale, la cellulosa.
Hanno un posto particolare nella storia del polimero poiché la loro invenzione, in
modi diversi, è stata la molla che ha dato il via all'invenzione dei polimeri sintetici che
continua tutt'oggi. I derivati della cellulosa sono forme di cellulosa, un polimero che si
trova nel legno, nel cotone, e nella carta, che è stato modificato chimicamente. Gli
scienziati dapprima hanno iniziato a produrli nella seconda metà del diciannovesimo
secolo, molto prima di sapere effettivamente cosa fosse un polimero.
Una macromolecola è una molecola di dimensioni molto grandi e di peso
molecolare molto elevato. Le macromolecole sono comuni nei sistemi viventi ma
comprendono anche i polimeri sintetici e artificiali. Le macromolecole polimeriche
sono tipicamente formate dall'unione di molecole più piccole, uguali o simili tra loro,
ripetute molte volte e possono essere lineari, ramificate o reticolate. Tra le
macromolecole si annoverano inoltre i macrocicli. Secondo la IUPAC il termine
macromolecola va utilizzato esclusivamente per indicare molecole singole di grandi
dimensioni, mentre il termine polimero identifica una sostanza composta da più
macromolecole. Le macromolecole biologiche più importanti sono:
•i polisaccaridi che appartengono ai glucidi;
•le proteine che appartengono ai protidi;
•il DNA e gli RNA che costituiscono gli acidi nucleici;
•i lipidi complessi.
I polimeri sintetici comprendono le materie plastiche, le gomme sintetiche e le fibre
tessili, ed hanno un vastissimo campo di applicazioni tecnologiche. I polimeri
inorganici più importanti sono a base di silicio.
Bioplastiche sono una “verde” e sostenibile alternativa alle plastiche tradizionali, e
sono creati utilizzando risorse rinnovabili come il mais, tapioca, patate, zucchero e
alghe. A differenza di plastiche tradizionali, che sono realizzati con petrolio e altri
combustibili fossili, Bioplastiche sostenere la terra, offrendo un ingombro ridotto di
carbonio, e un uso ridotto delle risorse fossili. Bioplastiche sono 100%
biodegradabili, compostabili, o riciclabili.
La fibra tessile è l'insieme dei prodotti fibrosi che, per la loro struttura, lunghezza,
resistenza ed elasticità, hanno la proprietà di unirsi, attraverso la filatura, in fili sottili,
tenaci e flessibili che vengono utilizzati nell'industria tessile per la fabbricazione
di filati, i quali, a loro volta, mediante lavorazioni vengono trasformati in tessuti o
magline. Si definisce filo l'insieme di filamenti o di bave continue, cioè di lunghezza
illimitata, sia ritorte che non ritorte, mentre per filato si intende un insieme di
fibre discontinue unite tramite torsione. Le fibre tessili naturali sono quelle esistenti in
natura, le tecnofibre - più comunemente conosciute come fibre chimiche - invece
sono quelle prodotte dall'uomo attraverso l'uso della chimica. Le tecnofibre si
dividono in artificiali se prodotte a partire da polimeri organici di origine naturale,
sintetiche se prodotte da polimeri di sintesi, inorganiche se prodotte da minerali o
sostanze inorganiche, cioè senza carbonio.
La gomma è un materiale caratterizzato dalla possibilità di essere allungato
notevolmente e poter tornare rapidamente alla lunghezza iniziale quando cessa
l'azione che ne aveva causato l'allungamento. La gomma è costituita da sostanze
chimiche chiamate "elastomeri"; tali sostanze determinano il comportamento elastico
delle gomme; gli elastomeri sono costituiti da molecole di elevatissima lunghezza,
che sono quindi delle "macromolecole"; tali macromolecole in condizioni di riposo
sono ripiegate su loro stesse, mentre se sottoposte a trazione sono capaci di
distendersi, per poi riprendere la configurazione originaria al cessare della
sollecitazione. A differenza delle macromolecole dei polimeri termoplastici, le
macromolecole che compongono la gomma hanno un certo grado di reticolazione,
cioè le macromolecole non hanno una struttura "filiforme", ma più "intrecciata“, e
questo permette alle macromolecole di essere vincolate a muoversi attorno a dei
"punti fissi“, in modo da ripristinare la configurazione antecedente alla sollecitazione.
Talvolta il termine "gomma" viene utilizzato per indicare lo pneumatico, che invece è
un particolare utilizzo della gomma.