Polymeren en polymerisatie

Een polymeer is een keten van zichzelf herhalende moleculen. De moleculen die steeds herhaald worden en dus de basis vormen voor zo'n keten, worden ook wel monomeren genoemd. Polymeren kunnen ontzettend lang zijn: vaak bestaan ze uit wel duizenden monomeren! In het dagelijks leven kennen we polymeren vooral als plastics, maar ook eiwitten en koolhydraten zijn voorbeelden van polymeren.

Vorming van polymeren

Polymeren kunnen op verschillende manieren ontstaan. Over het algemeen wordt in de scheikunde onderscheid gemaakt tussen de additiepolymerisatie en condensatiepolymerisatie.

Additiepolymerisatie

Een voorwaarde voor additiepolymerisatie is dat er sprake moet zijn van onverzadigde monomeren, dus moleculen waar tenminste één dubbele of driedubbele binding aanwezig is (alkenen en alkynen). De dubbele binding springt open; hierdoor kunnen de moleculen zich aan elkaar binden en ontstaat er een lange keten van moleculen. Je kunt additiepolymerisatie vergelijken met een kralenketting, waarbij de kralen de monomeren zijn.

Condensatiepolymerisatie

Voor condensatiepolymerisatie zijn twee functionele groepen nodig: vaak zijn dit zuren, alcoholen en aminen. Bij dit type polymerisatie gaan de moleculen een reactie aan, waarbij er een molecuul wordt afgesplitst.
Een voorbeeld hiervan is de ester-vorming uit een zuur en een alcohol, waarbij een watermolecuul (H2O) vrijkomt. Hierdoor ontstaat er een lange keten van esters In dit geval wordt de polymeer die ontstaat een "polyerster" genoemd.

Thermoplasten en thermoharders

Polymeren kunnen niet alleen onderscheiden worden op basis van hun ontstaan. Binnen de chemie wordt ook regelmatig onderscheid gemaakt tussen polymeren die thermoharders zijn, en polymeren die thermoplasten zijn.

Thermoplasten

Thermoplasten zijn materialen, bestaande uit polymeren, die zacht worden bij verhitting. Vaak wordt hierbij de vergelijking gemaakt met spaghetti: een streng spaghetti stelt hierbij een polymeer voor. Wanneer de spaghetti verwarmd wordt, zal het zachter worden: dit is met thermoplasten ook het geval. En net als bij een bord spaghetti blijven de polymeren los van elkaar: ze zijn hooguit verstrengeld. De ketens zijn met elkaar verbonden door middel van zogenaamde vanderwaalsbindingen, die makkelijk verbreken bij opwarmen. Dit is dan ook de reden dat thermoplasten zo makkelijk smelten bij verhitting.

Doordat thermoplasten zachter worden bij verhitting, kunnen ze makkelijk in vorm gebracht worden. Ook kunnen thermoplasten makkelijk gerecycled worden: het materiaal kan simpelweg verhit, gesmolten en opnieuw gevormd worden. Bekende voorbeelden van thermoplasten zijn acryl en PVC.

Thermoharders

In tegenstelling tot thermoplasten, blijven thermoharders hard als ze verhit worden.Ook als je naar de structuur kijkt van thermoharders, zie je dat ze heel anders zijn dan thermoplasten: waar de polymeren bij thermoplasten niet met elkaar verbonden zijn, zijn de polymeren bij thermoharders dat wel. Er is als het ware sprake van een netwerk van ketens. De dwarsverbindingen tussen de ketens is veel moeilijker te verbreken dan de vanderwaalsbindingen bij thermoplasten: dit verklaart waarom thermoharders niet smelten bij verhitting.

Thermoharders zijn moeilijker toepasbaar dan thermoplasten: eenmaal gevormd, blijft het materiaal dezelfde vorm behouden en is niet meer om te smelten. Een bekend voorbeeld van een thermoharder is bakeliet.

Natuurlijk en synthetisch

Een andere manier om polymeren in te delen in categorieën, is door te kijken naar hun herkomst. Er wordt hierbij onderscheid gemaakt tussen synthetische en natuurlijke polymeren.

Zoals de naam al doet vermoeden, orden synthetische polymeren kunstmatig vervaardigd. Alle plastics die we kennen zijn voorbeelden van synthetische polymeren. De meeste synthetische polymeren zijn additiepolymeren.
Natuurlijke polymeren, ook wel biopolymeren genoemd, zijn polymeren van biologische oorsprong. Voorbeelden van natuurlijke polymeren zijn eiwitten en koolhydraten. Natuurlijke polymeren zijn meestal condensatieplolymeren.