Polümeer on suur molekul koosnevad aheldatud korduvate subühikute ahelatest või rõngastest, mida nimetatakse monomeerideks. Polümeeridel on tavaliselt kõrge sulavad ja keemistemperatuurid. Kuna molekulid koosnevad paljudest monomeeridest, on polümeeridel tavaliselt kõrge molekulmass.
Sõna polümeer pärineb kreeka eesliitest polü-, mis tähendab "palju", ja järelliide -mer, mis tähendab "osi". Selle sõna lõi Rootsi keemik Jons Jacob Berzelius (1779–1848) 1833. aastal, kuigi tänapäevase määratluse tähendusest pisut erineva tähendusega. Polümeeride kui makromolekulide tänapäevase mõistmise pakkus välja saksa orgaaniline keemik Hermann Staudinger (1881–1965) 1920. aastal.
Näited polümeeridest
Polümeerid võib jagada kahte kategooriasse. Looduslike polümeeride (mida nimetatakse ka biopolümeerideks) hulka kuuluvad siid, kumm, tselluloos, vill, merevaik, keratiin, kollageen, tärklis, DNA ja šellak. Biopolümeerid täidavad organismides põhifunktsioone, toimides struktuurvalkude, funktsionaalsete valkude, nukleiinhapete, struktuursete polüsahhariidide ja energiasalvestusmolekulidena.
Sünteetilisi polümeere valmistatakse keemilisel reaktsioonil, sageli laboris. Sünteetiliste polümeeride näideteks on PVC (polüvinüülkloriid), polüstüreen, sünteetiline kautšuk, silikoon, polüetüleen, neopreen ja nailon. Sünteetilisi polümeere kasutatakse plastide, liimide, värvide, mehaaniliste osade ja paljude tavaliste esemete valmistamiseks.
Sünteetilised polümeerid võib jagada kahte kategooriasse. Termoreaktiivsed plastid on valmistatud vedelast või pehmest tahkest ainest, mida saab kuumuse või radiatsiooni abil kõvendades pöördumatult lahustumatuks polümeeriks muuta. Termoreaktiivsed plastid kipuvad olema jäigad ja neil on kõrge molekulmass. Plast jääb deformeeritult vormist välja ja laguneb tavaliselt enne sulamist. Termoreaktiivsete plastide näideteks on epoksü, polüester, akrüülvaigud, polüuretaanid ja vinüülestrid. Bakeliit, Kevlar ja vulkaniseeritud kautšuk on ka termoreaktiivsed plastid.
Termoplastsed polümeerid või termokindlad plastid on teist tüüpi sünteetilised polümeerid. Kuigi termoreaktiivsed plastid on jäigad, on termoplastsed polümeerid jahedad tahked, kuid elastsed ja vormitavad üle teatud temperatuuri. Kui termoreaktiivsed plastid moodustavad kõvenemisel pöördumatuid keemilisi sidemeid, nõrgeneb termoplastide sidumine temperatuuriga. Erinevalt termoseostest, mis pigem lagunevad kui sulavad, sulavad termoplastid kuumutamisel vedelikuks. Termoplastide hulka kuuluvad akrüül, nailon, teflon, polüpropüleen, polükarbonaat, ABS ja polüetüleen.
Polümeeri arengu lühiajalugu
Looduslikke polümeere on kasutatud juba iidsetest aegadest, kuid inimkonna võime polümeere tahtlikult sünteesida on üsna hiljutine areng. Esimene inimese valmistatud plastik oli nitrotselluloos. Selle valmistamise protsessi töötas välja 1862. aastal Briti keemik Alexander Parkes (1812–1890). Ta töötleis looduslikku polümeertselluloosi lämmastikhappe ja lahustiga. Kui nitrotselluloosi töödeldi kamperiga, saadi see tselluloid, polümeer, mida kasutatakse laialdaselt filmitööstuses ja elevandiluu vormitava asendajana. Kui nitrotselluloos lahustati eetris ja alkoholis, muutus see kollodiooniks. Seda polümeeri kasutati kirurgilise sidemena, alustades USA kodusõjast ja seejärel.
Kummi vulkaniseerimine oli polümeeride keemias veel üks suur saavutus. Saksa keemik Friedrich Ludersdorf (1801–1886) ja Ameerika leiutaja Nathaniel Hayward (1808–1865) leidsid iseseisvalt lisavat väävel naturaalse kummi jaoks aitas hoida kleepuvat. Kummi vulkaniseerimise protsessi väävli lisamise ja kuumuse lisamise teel kirjeldas Briti insener Thomas Hancock (1786–1865) 1843. aastal (Suurbritannia patent) ja Ameerika keemik Charles Goodyear (1800–1860) 1844.
Ehkki teadlased ja insenerid võisid polümeere valmistada, pakuti alles 1922. aastal välja selgitus nende moodustumise kohta. Hermann Staudinger soovitas kovalentseid sidemeid, mis hoiavad koos aatomite pikki ahelaid. Lisaks polümeeride toimimise seletamisele pakkus Staudinger välja ka polümeeride kirjeldamiseks makromolekulide nime.