Chemia tworzyw sztucznych

Chemia polimerowa to interdyscyplinarna nauka zajmująca się właściwościami i syntezą chemiczną polimerów, które zostały uznane za makrocząsteczki przez Hermanna Staudingera. Zgodnie z zaleceniami IUPAC, makrocząsteczki odnoszą się do poszczególnych łańcuchów cząsteczkowych i są związane chemicznie. Opisuje właściwości nasypowych materiałów polimerowych i należą do dziedziny fizyki polimerów jako jedna z dziedzin fizyki.

Polimery o wysokiej masie cząsteczkowej to związki utworzone przez polimeryzację monomerów. Proste jednostki strukturalne, budujące związki, nazywane są monomerami. Polimery zostały opisane chemicznie od stopnia polimeryzacji, rozkładu masy molowej, toksyczności, dystrybucji kopolimeru, stopnia rozgałęzienia, usieciowania, krystaliczności i właściwości termicznych, takich jak jego temperatura zeszklenia i temperatura topnienia. Polimery w roztworze mają specjalne właściwości odnoszące się do lepkości, żelowania i rozpuszczalności.

Schematyczne, polimery dzielą się na te powstałe z biopolimerów i polimerów syntetycznych w zależności od ich pochodzenia. Każdą z klas związków można podzielić na bardziej szczegółowe kategorie, w relacji do ich użytkowania, właściwości i cech fizykochemicznych.

Biochemia i chemia przemysłowa, to dziedziny, które są w bardzo dużym stopniu zainteresowane polimerami. Biopolimery są produkowane przez organizmy żywe, białkami strukturalnymi są kolagen, keratyna i elastyna. Białka funkcjonalne to enzymy i hormony, a także ASO. Polisacharydami strukturalnymi są celuloza i chityna oraz skrobia i glikogen. Kwasy nukleinowe to oczywiście DNA i RNA.

Polimery syntetyczne. Stosuje się je do tworzyw sztucznych, włókien syntetycznych, do farb, materiałów budowlanych, mebli, części mechanicznych oraz klejów. Są podzielone na:
- Termoplastyczne polimery, takie jak polietylen, teflon, polistyren, polipropylen, poliester, poliuretan, polichlorek winylu, nylon, sztuczny jedwab, sztuczna celuloza, krzem czy włókna szklane.
- Tworzywa sztuczne termoutwardzalne: guma wulkanizowana, bakelit, kevlar czy żywice poliepoksydowe.

Prace Henriego Braconnota z 1777 roku oraz Christiana Schobeina z 1846 roku doprowadziły do odkrycia nitrocelulozy, która po potraktowaniu kamforą produkowała celluloid. Ten z kolei rozpuszcza się w eterze i acetonie. Ten koloid stosowany był jako opatrunek do rany od czasów wojny domowej USA. Octan celulozy został przygotowany po raz pierwszy w 1834 roku, przezFriedricha Ludersdorfa i Nathaniela Haywarda. Niezależnie, obaj badacze odkryli, że dodanie siarki do kauczuku naturalnego (surowe poliizopropenu) zmniejszyły lepkość materiału. W 1944 roku Charles Goodyear otrzymał amerykański patent wulkanizacji kauczuku siarką i temperaturą. Obecnie, patent taki otrzymał Thomas Hancock w Wielkiej Brytanii.

W 1884 roku wyprodukowane pierwsze włókno roślinne na bazie celulozy regenerowanej lub włókien wiskozowych, jako substytut jedwabiu, jednak był on bardzo łatwo palny. W 1907 roku Leon Baekeland wynalazł pierwszy polimer syntetyczny. Powstała żywica o nazwie bakelit.  W tym samym czasie, Hermann Leuchs opisał syntezę N-karboksylowych i ich produktów o dużej masie cząsteczkowej w reakcji z nukleofilami. W 1908 roku został wynaleziony celulofan, przez Jacquesa Brandenbergera, który do kąpieli kwasowej włożył arkusze włókien wiskozowych.

W 1922 roku, Hermann Staudinger, jako pierwszy, zaproponował, aby polimery składały się z długich łańcuchów atomów utrzymywanych razem przez wiązania kowalencyjne. Wcześniej uważano, że polimery to po prostu skupiska drobnych cząsteczek, tak zwanych koloidów, bez określonych mas cząsteczkowych, utrzymywane razem przez nieznane wówczas siły. Staudinger otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1953 roku. W 1931 roku powstał pierwszy poliester. Wallace Carothers wynalazł pierwszą substancję o nazwie neopren kauczuku syntetycznego. Tak w 1935 roku powstał nylon. Paul Flory w 1974 roku otrzymał Nagrodę Nobla za pracę nad polimerowymi konfiguracjami cewek. Stefania Kwolek opracowała aramidowy nylon, który obecnie nosi nazwę kevlar i został opatentowany w 1966 roku.

Obecnie istnieje duża ilość polimerów handlowych, w tym materiałów kompozytowych, takich jak włókno węglowe czy epoksydowy polibutadien-polistyren (HIPS), akrylonitryl-butadien-styren (ABS) i innych podobnych materiałów, które łączą w sobie najlepsze właściwości ich poszczególnych składników, w tym polimerów przeznaczonych do pracy w wysokich temperaturach, na przykład w silnikach samochodowych.

Pomimo wielkiego znaczenia przemysłu polimerowego, minęło wiele czasu, zanim uczelnie wdrożyły program nauczania i badań chemii polimerów. Na przykład "Instytut chemii makromolekularnej" założony w 1940 roku we Freiburgu w Niemczech. pod kierunkiem Hermanna Staudingera. W Ameryce "Polymer Research Institute" (PRI) został założony w 1941 roku przez Hermana Marka na Polytechnic Institute of Brooklyn (obecnie Instytut Politechniczny NYU). Kilkuset absolwentów PRI odegrało bardzo ważną rolę w przemyśle polimerów USA i środowiska akademickiego. Inne PRI zostały założone w 1961 roku przez Richarda S. Steina na Uniwersytecie w Massechusetts w Amherst, w 1967 roku przez Erica Baera na Case Western Reserve University, w 1982 roku na University of Southern Mississippi, a w 1988 roku na Uniwersytecie w Akron.