Ugrás a tartalomhoz

A polimertechnika alapjai

Czvikovszky Tibor, Nagy Péter, Gaál János (2007)

Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ

1. fejezet - A POLIMERTECHNIKA MINT MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNY

1. fejezet - A POLIMERTECHNIKA MINT MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNY

Az induló 21. század hullámzó világgazdasága, ijesztő makroökonómiai és vészjósló ökológiai jelenségei arra kényszerítenek, hogy megtanuljuk megbecsülni és tudatosan megkeresni a fenntartható fejlődés (sustainable development) egyensúlyát. A technika az utóbbi időben egyre kevesebb ágon mutat látványos mennyiségi fejlődést. A közeljövőben az is jó eredménynek számít, ha a termelés mennyiségi szinten tartásával párhuzamosan érhetünk el javulást az élet minőségében.

A polimertechnika, vagyis a polimerek műszaki anyagtudománya és technológiája a műszaki fejlődés azon kivételes ágazatai közé tartozik, ahol a lélegzetállító új minőségek még mindig együtt járnak az erőteljes mennyiségi növekedéssel. Ez a fejlődés most már több, mint félévszázados visszatekintésben értékelhetővé teszi a műszaki anyag¬tudományok (materials engineering) legfiatalabb ágának, a szintetikus szerkezeti anyagok tudományának és technológiájának (polymer engineering) jelenlegi helyzetét és várható fejlődési tendenciáit.

1.1 Mi a polimer?

A polimerek a legszűkebb értelmezés szerint a szerves kémia olyan hosszúláncú vegyületei, amelyben tipikusan sok ezer elemi építőegység: monomer kötődik egymáshoz elsődleges kémiai kötéssel. A természet élővilága így építi fel anyagait, pl. a látszólag lassú fotoszintézis útján az α-d-glükóz monomerből a milliós molekulatömegű poliszacharidokat, az évenként 1011 t nagyságrendben újratermelődő biomassza fő összetevőjét, a cellulózt. A szintetikus szerves vegyipar sokkal nagyobb sebességgel gyártja polimerjeit, így pl. pillanatszerű polimerizációs láncreakcióban állítja elő az elképzelhető legegyszerűbb monomerből, az etilénből évi 107 t nagyságrendben a polietilént.

A polimer fogalom újabban egyre tágul. A kémia legújabbkori fejlődése egyre több, elsődleges kémiai kötéssel kapcsolódó óriásmolekulás szerkezetet ír le. Ma már tudjuk, hogy lényegében az egész élővilág, minden fehérje, a legtöbb szénhidrát és lipidvegyület, az izmok, a csont, gyakorlatilag mind polimer szerkezetűek. Bonyolult, polimer szerkezetű fehérjékhez kötődik a szaporodás, az öröklődés minden jelensége, az egészséget fenntartó immunrendszer, mint ahogyan polimer az azt támadó vírus is. Polimer a hemoglobin, és az élővilág folyamatait szabályozó hormonok, enzimek is jórészt polimerhez kötődnek. Polimer lebontási és felépítési folyamat az anyagcsere, a táplálkozás minden főbb lépése.

Egyre több érv szól amellett, hogy az élettelen világot, a szilikátok világát is polimernek tekintsük. Vitathatatlan ugyanis, hogy a kőzetek, az üvegek, a kerámiák szilikát építőelemei sem másodlagos kötésekkel aggregált, hanem rendkívül erős elsődleges (ionos vagy kovalens) kötésekkel kapcsolt, óriásmolekulás, térhálós rendszerek.

Ez a pan-polimer szemléletmód talán túlzásnak tűnik, valójában azonban a természet sokdimenziós összefüggésrendszerének egyre mélyebb megismerését, feltárásának folyamatát tükrözi. A tudomány általában, s ezen belül a kémia, eddigi történetének túlnyomó részében ugyanis a bennünket körülvevő világnak, a nemcsak többszörösen összetett, de valóságos kémiai kötésekkel is összekötött (polimer, soktagú, sok egységből álló) makrovilágnak mindezideig csak kisebb-nagyobb fragmentumait (törmelékeit) volt képes analizálni, transzformálni, esetleg szintetizálni. Gondoljunk például legősibb építőanyagunkra, a fára, mint szerkezeti anyagra. Cellulóztartalmát, annak szénhidrát építőköveit már régóta ismerjük, de csak a legutóbbi időben tudjuk leírni pontosan, hogy a fa tipikus „szálerősített” polimer kompozit. A cellulóz rostos, részben kristályos (szemikrisztallin) polimer rendszerét jó ideje leírták már, de a lignin, amely a fa több mint 30%-át teszi ki, e kompozit beágyazó anyagát képezve, sokáig amorf kötőanyagnak, egy fajta gyantának tűnt. Csak a legutóbbi időben derült ki teljes bizonyossággal, hogy a lignin nemcsak bonyolult, elágazó szerkezetű, hanem kifejezetten térhálós jellegű makromolekula. Sőt, ma már azt is tudjuk, hogy a lignin–cellulóz komplexum egyetlen, összefüggő, térhálós makromolekuláris rendszer, a térhálós cellulóz és a térhálós lignin egymásba-hatoló (inter-penetrating network) IPN polimer rendszere. Építőipari szerkezeti anyagként e kompozit polimer évezredek óta bizonyítja alkalmasságát.