polymeeriketjua

Polymeeriketju on pitkä makromolekyyli, joka koostuu toistuvista monomeeriyksiköistä, joilla on kovalenttiset sidokset toisiinsa. Ketjun pituutta kuvataan yleensä degree of polymerizationilla (DP) tai molekyylipainon Mn kautta; polydispersiteetti PDI = Mw/Mn kuvaa ketjujen pituusvaihtelua.

Rakenteeltaan ketjut voivat olla lineaarisia, haaraisia tai ristiinliittyneitä verkkoja. End-ryhmät vaikuttavat reaktiivisuuteen ja mahdollisiin lisäreaktioihin. Ketjun järjestäytyneisyys vaikuttaa ominaisuuksiin: isotaktiset ja syndiotaktiset sekä ataktiset polymeerit voivat käyttäytyä eri tavoin, ja kiteisyys vaihtelee.

Syntetisointi jaetaan pääasiallisesti ketjumaisesti tapahtuvaan (chain-growth) polymeerisaatioon ja askel-pohjaiseen (step-growth) polymeerisaatioon. Chain-growthiin kuuluvat radikaali- ja kationiset sekä molekyylipohjaiset mekanismit; step-growthissa päästään pitkille ketjuille pienemmistä molekyyleistä. Kontrolloidut tai living-polymerointimenetelmät, kuten RAFT, ATRP ja anioninen polymeerisaatio, mahdollistavat tarkemman DP:n ja PDI:n hallinnan.

Ominaisuudet riippuvat ketjun pituudesta, rakenteesta ja järjestäytymisasteesta. Tg eli laskeutumis- eli gl Building temperature ja Tm eli sulamispiste sekä kiteisyys vaikuttavat mekaanisiin ominaisuuksiin, lämmönkestävyyteen ja sulaus- tai nestekäyttäytymiseen.

Sovelluksissa polymeeriketjut ovat keskeisiä muoveissa, tekstiileissä, kalvoissa, pinnoitteissa sekä biomateriaaleissa. Ketjujen suunnittelulla voidaan muokata sekä mekaanisia että kemiallisia ominaisuuksia käyttökohteen mukaan.

Historia: Hermann Staudinger osoitti 1920–1930-luvuilla, että suurimolekyyliset aineet koostuvat pitkäketjuisista makromolekyyleistä, ja hän sai Nobel-palkinnon kemiasta vuonna 1953. Näin makromolekyylien kemia kehittyi moderniksi materiaalitieteeksi.