Χημεία Πολυμερών

Η χημεία των πολυμερών είναι μία σχετικά νέα επιστήμη, αφού το πρώτο συνθετικό πολυμερές, ο βακελίτης, παρασκευάστηκε από τον Leo Baekeland το 1907, ενώ η έννοια του μακρομορίου προτάθηκε από τον Hermann Staudinger το 1926. Από τότε χρειάστηκαν άλλες δύο δεκαετίες για να γίνει κοινή συνείδηση σε όλους τους ενασχολούμενους με τα πολυμερή η έννοια αυτή και μόλις το 1947 η Χημεία των πολυμερών ενώσεων καθιερώθηκε ως ξεχωριστός κλάδος της Χημείας.
Η νέα λοιπόν Επιστήμη έχει σήμερα να αντιμετωπίσει δύο προβλήματα. Το πρώτο αναφέρεται στη σοβαρή προσπάθεια που καταβάλλεται από τους ακαδημαϊκούς κυρίως, για την καθιέρωση της διδακτέας ύλης τόσο σε προπτυχιακό όσο και σε μεταπτυχιακό επίπεδο. Το δεύτερο σχετίζεται με το πρώτο, αφού εκεί που φαίνεται ότι έχει παγιωθεί η άποψη για μία συγκεκριμένη ύλη, νέα ύλη πολλαπλάσια σε όγκο εμφανίζεται στα 100 και πλέον περιοδικά που δημοσιεύουν πρωτότυπες εργασίες στον επιστημονικό αυτό χώρο. Είναι φανερό λοιπόν, ότι πρόκειται για μία επιστήμη που τροφοδοτεί με ιδέες, αλλά κυρίως με νέα, έξυπνα, πρωτοποριακά υλικά πολλούς άλλους επιστημονικούς κλάδους, οι οποίοι με τη σειρά τους μελετούν τα υλικά αυτά και τα προωθούν προς τις αξιοθαύμαστες εφαρμογές τους.
Σύμφωνα με στοιχεία της American Chemical Society, σήμερα δεν είναι καθόλου τυχαίο το γεγονός ότι πάνω από το 50% των Χημικών και Χημικών Μηχανικών, καθώς επίσης ένας μεγάλος αριθμός Φυσικών και Μηχανολόγων Μηχανικών και σχεδόν όλοι οι επιστήμονες και τεχνικοί που εμπλέκονται με τα υλικά, ασχολούνται με τα πολυμερή, τα οποία αποτελούν ίσως την σημαντικότερη κατηγορία των προηγμένων υλικών.
Ήταν λοιπόν κοινή πεποίθηση των συγγραφέων εδώ και πολύ καιρό, ότι θα έπρεπε να γραφεί ένα βιβλίο επικεντρωμένο στο χώρο της Χημείας πολυμερών. Έτσι επτά χρόνια μετά την εμφάνιση του συγγράμματος «Σύνθεση και Χαρακτηρισμός Πολυμερών», έρχεται το βιβλίο αυτό να καλύψει μία ανάγκη. Η ανάγκη αυτή αναφέρεται στην αναγνώριση της «Μακρομοριακής Χημείας ή Χημείας πολυμερών» ως του τρίτου υποχρεωτικού μαθήματος μετά την Ανόργανη και την Οργανική Χημεία στα Χημικά Τμήματα της Ελλάδας. Είναι αδιανόητο στον 21ο αιώνα, ένα σημαντικό μέρος των αποφοίτων Χημικών να μην γνωρίζει έστω και τις βασικές αρχές της Χημείας των μεγάλων μορίων. Θα πρέπει να υπενθυμίσουμε εδώ, ότι ακόμη και πριν 40 χρόνια οι «κάποιας ηλικίας σημερινοί συνάδελφοι» έπαιρναν κάποιες γνώσεις μακρομοριακής χημείας μέσα από το μάθημα της Οργανικής Χημείας, που και αυτές δεν δίνονται σήμερα, λόγω της φυσιολογικής διόγκωσης της ύλης και του μαθήματος αυτού.
Το βιβλίο αυτό αποφασίστηκε να γραφεί μετά από 30 και πλέον χρόνια ενασχόλησης των συγγραφέων, τόσο διδακτικά όσο και ερευνητικά, με την Επιστήμη των πολυμερών (πλαστικών και ελαστομερών). Απευθύνεται τόσο στους προπτυχιακούς όσο και στους μεταπτυχιακούς φοιτητές των Τμημάτων Χημείας, Χημικών Μηχανικών, Φυσικής, Μηχανικών Υλικών, Βιοχημείας, Ιατρικής κ.ά. Ακόμη στους συναδέλφους, που δραστηριοποιούνται στο χώρο των πλαστικών, ελαστομερών, ινών, κολλητικών ουσιών και επιχρισμάτων με την ελπίδα ότι θα βρουν την απάντηση σε κάποια από τα προβλήματά τους. Η ελπίδα αυτή πηγάζει από την καθημερινή επικοινωνία με τους συναδέλφους αυτούς και τους προβληματισμούς τους. Επίσης από τις αμέτρητες συζητήσεις με τους προπτυχιακούς φοιτητές του Τμήματος Χημείας του ΑΠΘ, τους μεταπτυχιακούς φοιτητές μας στην ειδίκευση «Χημεία και Τεχνολογία Πολυμερών», καθώς επίσης και τους μεταπτυχιακούς φοιτητές μας στο Διατμηματικό Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών με τίτλο «Διεργασίες και Τεχνολογία Προηγμένων Υλικών».
Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην ονοματολογία των πολυμερών, όπου επικρατεί πράγματι μία ακαταστασία, αφού έχουμε να αντιμετωπίσουμε συνήθως τρεις τουλάχιστον διαφορετικές ονομασίες για κάθε πολυμερές, μια εμπειρική, αναγκαστικά την εμπορική, η οποία εμφανίζεται με διάφορες παραλλαγές, και την ονομασία που προτείνεται από την IUPAC, η οποία τις περισσότερες φορές είναι δύσχρηστη και προσιτή μόνο στους ακαδημαϊκούς.
Πολλοί υποστηρίζουν ότι τα φυσικά και τα συνθετικά πολυμερή θα έπρεπε να εξετάζονται στα πλαίσια δύο διαφορετικών μαθημάτων. Ωστόσο τα πολυμερή, ανεξάρτητα από την προέλευσή τους, παρουσιάζουν ορισμένες φυσικές και χημικές ιδιότητες που οφείλονται καθαρά στη μακρομοριακή τους φύση, δηλαδή εμφανίζουν ιδιότητες που φαίνονται να μην υπακούουν στους κλασικούς νόμους της Χημείας και της Φυσικής.
Στο τέλος του βιβλίου έχουν προστεθεί ορισμένα κεφάλαια, που αναφέρονται στα υγροκρυσταλλικά πολυμερή, φωτονικά πολυμερή, αγώγιμα πολυμερή, θερμοσταθερά πολυμερή, στις εφαρμογές των πολυμερών στην Ιατρική και στα πρόσθετα πολυμερών, τα οποία πιστεύουμε ότι θα βοηθήσουν τον αναγνώστη εκείνον, που αργότερα θα χρειαστεί να έχει μία μεγαλύτερη επαφή με τα θέματα αυτά. Είναι λοιπόν μία καλή αρχή.

Περιεχόμενα

1: Eισαγωγή

1. Iστορική αναδρομή
2. H έννοια του μακρομορίου
3. Bασικές έννοιες
4. Kατάταξη των πολυμερών
5. Oνοματολογία πολυμερών

2: Δομή μακρομορίων

1. Συντακτική ισομέρεια
2. Στερεοϊσομέρεια
3. Διαμορφώσεις μακρομορίων
4. Eυκαμψία αλυσίδας

3: Mέγεθος και σχήμα μακρομορίων

1. Eισαγωγή
2. Στατιστικός υπολογισμός των διαστάσεων υποθετικής ιδανικής μακρομοριακής αλυσίδας
3. Στατιστικός υπολογισμός διαστάσεων πραγματικής μακρομοριακής αλυσίδας
4. Διαστάσεις μακρομοριακών αλυσίδων σε αραιό διάλυμα

4: Mέσα μοριακά βάρη πολυμερούς

1. Eισαγωγή
2. Kατανομή μοριακών βαρών (Molecular weight distribution) (MWD)
3. Mέσα μοριακά βάρη
4. Σχέση μεγέθους μακρομορίων και ιδιοτήτων πολυμερούς

5: Προσδιορισμός μέσων μοριακών βαρών

1. Διάλυση πολυμερών
2. Tεχνικές προσδιορισμού μέσων μοριακών βαρών
3. Aνάλυση ακραίων ομάδων (End-group analysis)
4. Ωσμωτικές ιδιότητες (Colligative properties)
5. Σκεδασμός του φωτός (Light scattering)
6. Yπερφυγοκέντρηση (Ultracentrifugation)
7. MALDI
8. Iξωδομετρική μέθοδος (Viscometry)
9. Xρωματογραφία διέλευσης διαμέσου πηκτής (Gel permeation chromatography-GPC)

6: Στερεή κατάσταση πολυμερών

1. Eισαγωγή
2. Αμορφη ή υαλώδης κατάσταση
3. Kρυσταλλική κατάσταση
4. Kινητική της κρυστάλλωσης
5. Παράγοντες που επηρεάζουν την εμφάνιση κρυσταλλικότητας
6. Tg και Tm συμπολυμερών
7. Kαταστάσεις των πολυμερών

7: Aντιδράσεις πολυμερισμού

1. Eισαγωγή
2. Σταδιακός πολυμερισμός
3. Aλυσιδωτός πολυμερισμός
4. Διαφορές μεταξύ σταδιακού πολυμερισμού και αλυσιδωτού πολυμερισμού
5. Iδιαιτερότητες κατά τον σταδιακό πολυμερισμό

8: Σταδιακός πολυμερισμός

1. Eισαγωγή
2. Kινητική γραμμικού σταδιακού πολυμερισμού
3. Σχέση μέσου μοριακού βάρους σε αριθμό και έκτασης αντίδρασης
4. Kατανομή μοριακών βαρών
5. Tρόποι διακοπής σταδιακού πολυμερισμού
6. Xρησιμοποίηση του ενός μονομερούς σε μικρή περίσσεια

9: Πολυμερή σταδιακού πολυμερισμού

1. Πολυεστέρες
2. Πολυαμίδια
3. Πολυουρεθάνες
4. Πολυαιθέρες
5. Πολυσουλφίδια
6. Πολυσουλφόνες
7. Pητίνες φαινόλης-φορμαλδεΰδης (PF), (φαινολοπλάστες)
8. Pητίνες ουρίας-φορμαλδεΰδης (UF)
9. Pητίνες μελαμίνης-φορμαλδεΰδης (MF)

10: Aλυσιδωτός πολυμερισμός με ελεύθερες ρίζες

1. Eισαγωγή
2. Εκκινητές (Initiators)
3. Kινητική
4. Αντιδράσεις μεταφοράς (Chain transfer reactions)
5. Επιβραδυντές και παρεμποδιστές

11: Aλυσιδωτός κατιοντικός πολυμερισμός

1. Eισαγωγή
2. Έναρξη κατιοντικού πολυμερισμού
3. Πρόοδος κατιοντικού πολυμερισμού
4. Tερματισμός
5. Kινητική κατιοντικού πολυμερισμού
6. Eφαρμογές

12: Aλυσιδωτός ανιοντικός πολυμερισμός

1. Eισαγωγή
2. Έναρξη ανιοντικού πολυμερισμού
3. Πρόοδος και Tερματισμός
4. Kινητική ανιοντικού πολυμερισμού
5. Eφαρμογές

13: Aλυσιδωτός στερεοκανονικός πολυμερισμός

1. Eισαγωγή
2. Mηχανισμός στερεοκανονικού πολυμερισμού
3. Mηχανισμός συνδυοτακτικού πολυμερισμού
4. Yπάρχει ζωντανός πολυμερισμός με καταλύτες Ziegler-Natta;
5. Mεταλλοκένια: οι νέοι καταλύτες του στερεοκανονικού πολυμερισμού

14: Πολυμερή αλυσιδωτού πολυμερισμού

1. Πολυυδρογονάνθρακες
2. Αλογονούχα βινυλοπολυμερή
3. Βινυλοπολυμερή με πολικές πλευρικές ομάδες
4. Πολυαιθέρες

15: Συμπολυμερισμός

1. Eισαγωγή
2. Σύσταση συμπολυμερούς
3. Λόγοι δραστικότητας
4. Tύποι συμπολυμερισμού
5. Συμπολυμερισμός με ελεύθερες ρίζες
6. Συσταδικά συμπολυμερή
7. Eμβολιασμένα συμπολυμερή

16: Aνόργανα πολυμερή

1. Eισαγωγή
2. Πολυσιλοξάνια
3. Πολυφωσφορονιτριλικά πολυμερή (πολυφωσφαζένια)
4. Oργανομεταλλικά πολυμερή
5. Πολυμερή συναρμογής
6. Aλατοπολυμερή
7. Αλλα ανόργανα πολυμερή
8. H διεργασία Sol-Gel
9. Eίναι το γυαλί ένα πολυμερές;

17: Φυσικά πολυμερή

1. Eισαγωγή
2. Πρωτεΐνες και πολυπεπτίδια
3. Πολυνουκλεοτίδια
4. Πολυζαχαρίτες (υδατάνθρακες)
5. Φυσικά ελαστομερή

18: Yγροκρυσταλλικά πολυμερή

1. Eισαγωγή
2. Tύποι υγρών κρυστάλλων
3. Iδιότητες των υγρών κρυστάλλων
4. Tαυτοποίηση υγροκρυσταλλικών φάσεων
5. Yγροκρυσταλλικά πολυμερή (Liquid-crystalline polymers, LCPs)
6. Παρασκευή υγροκρυσταλλικών πολυμερών
7. Eφαρμογές των υγροκρυσταλλικών πολυμερών

19: Φωτονικά πολυμερή

1. Eισαγωγή
2. Oπτικές ιδιότητες υλικών
3. Mη γραμμικές οπτικές ιδιότητες
4. Mη γραμμικά οπτικά πολυμερή
5. Φωτονικές εφαρμογές

20: Aγώγιμα πολυμερή

1. Eισαγωγή
2. Iοντικώς αγώγιμα πολυμερή
3. Eφαρμογές
4. Hλεκτρονικώς αγώγιμα πολυμερή
5. Σπουδαιότερα αγώγιμα πολυμερή
6. Hλεκτροφωταυγή πολυμερή

21: Θερμοσταθερά πολυμερή

1. Eισαγωγή
2. Tάξεις θερμοσταθερών πολυμερών
3. Eκτίμηση της θερμικής σταθερότητας

22: Eφαρμογές των πολυμερών στην Iατρική

1. Eισαγωγή
2. Bιοσταθερά τεχνητά όργανα
3. Bιοδιασπάσιμα πολυμερή
4. Eλεγχόμενη απελευθέρωση βιοδραστικών ουσιών με την βοήθεια των πολυμερών

23: Πρόσθετα πολυμερών

1. Πληρωτικά υλικά
2. Eνισχυτικά μέσα
3. Συνδετικά μέσα
4. Πλαστικοποιητές
5. Σταθεροποιητές
6. Eπιβραδυντές καύσης
7. Aντιστατικά
8. Xρωστικές
9. Αλλα πρόσθετα

ΠAPAPTHMATA

• Θερμοκρασίες υαλώδους μετάβασης και τήξης
• Aκρωνύμια στη χημεία και τεχνολογία των πολυμερών
• Eμπορικές ονομασίες των κυριότερων πολυμερικών προϊόντων
• Πίνακας αναμιξιμότητας διαλυμάτων
• Διαλύτες και μη διαλύτες των κυριοτέρων πολυμερών συμπύκνωσης
• Διαλύτες και μη διαλύτες των κυριοτέρων πολυμερών προσθήκης
• Kώδικες ανακύκλωσης πλαστικών