Полимерна химия

История

Химията на полимерите започва с изучаването на дългите влакна в растенията. Работата на Анри Браконо през 1777 г. и работата на Кристиан Шьонбейн през 1846 г. водят до откриването на нитроцелулозата. От нитроцелулозата, обработена с камфор, се получава целулоид. Химиците разтварят целулоида в етер или ацетон, за да получат колодион. Лекарите използват колодия като превръзка за рани още от времето на Гражданската война в САЩ. Целулозният ацетат е приготвен за първи път през 1865 г. През 1834 г. Фридрих Лудерсдорф и Натаниел Хейуърд независимо един от друг откриват, че добавянето на сяра към суровия естествен каучук (полиизопрен) помага да се предотврати слепването на материала. През 1844 г. Чарлз Гудиър получава американски патент за вулканизиране на каучук със сяра и топлина. Томас Хенкок получава патент за същия процес в Обединеното кралство година по-рано.

През 1884 г. Илер дьо Шардоне открива първата фабрика за изкуствени влакна, която се основава на регенерирана целулоза или вискозна коприна като заместител на коприната, но тя е много лесно запалима. През 1907 г. Лео Бакеланд изобретява първия синтетичен полимер - термореактивна фенол-формалдехидна смола, наречена бакелит. Приблизително по същото време Херман Лойкс съобщава за синтеза на N-карбоксианхидриди и техните продукти с високо молекулно тегло при реакция с нуклеофили. Но Лойхс не ги нарича полимери, вероятно поради силните възгледи на Емил Фишер, негов пряк ръководител, който отрича възможността за съществуване на ковалентна молекула, надвишаваща 6000 далтона. Целофанът е изобретен през 1908 г. от Джок Бранденбергер, който пуска листове вискозна коприна в киселинна баня.

През 1922 г. Херман Щаудингер (немски химик) предлага полимерите да са дълги вериги от атоми, свързани помежду си с ковалентни връзки. Той също така предлага тези съединения да се наричат "макромолекули". Преди това учените са смятали, че полимерите са клъстери от малки молекули (наречени колоиди), без определено молекулно тегло, които се държат заедно от неизвестна сила. През 1953 г. Щаудингер получава Нобелова награда за химия.

През 1931 г. Уолъс Каротърс изобретява първия синтетичен каучук, наречен неопрен. Неопренът е първият полиестер. През 1935 г. Каротърс изобретява найлон, който е истински заместител на коприната. Пол Флори получава Нобелова награда за химия през 1974 г. за работата си върху конфигурациите на случайни намотки на полимери в разтвор през 50-те години на миналия век. Стефани Кволек разработва арамид или ароматен найлон, наречен Кевлар, патентован през 1966 г.

Понастоящем има голям брой търговски полимери. Те включват композитни материали като въглеродни влакна-епоксидни, полистирол-полибутадиен (HIPS), акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS). Химиците проектират търговските полимери така, че да съчетават най-добрите свойства на различните им компоненти. Например специалните полимери, използвани в автомобилните двигатели, са проектирани да работят при високи температури.

Мина много време, преди университетите да въведат програми за преподаване и изследвания в областта на полимерната химия. През 1940 г. във Фрайбург, Германия, е основан "Institut fur Makromolekulare Chemie" под ръководството на Херман Щаудингер. В Америка през 1941 г. в Политехническия институт на Бруклин (сега Политехнически институт на Нюйоркския университет) е създаден "Полимерен изследователски институт" (Polymer Research Institute - PRI) от Херман Марк. Няколкостотин възпитаници на PRI играят важна роля в полимерната индустрия и академичните среди на САЩ. Други PRI са основани през 1961 г. от Ричард С. Стайн в Масачузетския университет в Амхърст, през 1967 г. от Ерик Баер в университета Case Western Reserve и през 1988 г. в университета в Акрон.