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Il segreto dei polimeri naturali: quali materiali conosci sono doni della natura?
I polimeri sono grandi molecole costituite da molte unità ripetitive derivate da uno o più monomeri. I polimeri presenti in natura e i polimeri sintetici svolgono un ruolo fondamentale nella nostra vita quotidiana. Dalle plastiche sintetiche familiari come il polistirene ai biopolimeri naturali come il DNA e le proteine, che svolgono tutti un ruolo importante nella struttura e nella funzione biologica.
I polimeri hanno proprietà che includono elevata tenacità, elevata elasticità e una tendenza a formare più facilmente strutture amorfe o semicristalline, rendendoli popolari per applicazioni biologiche e industriali.
Il termine polimero deriva dalle parole greche che significano "molti" e "parte". Il termine fu proposto per la prima volta da Jöns Jacob Berzelius nel 1833, tuttavia, nel 1920, Hermann Staudinger propose il concetto di polimeri moderni, enfatizzando le loro grandi strutture molecolari come molecole legate covalentemente.
Tipi di polimeri naturali
I polimeri naturali possono essere suddivisi in diversi tipi, quelli comuni sono i seguenti:
Polimeri naturali
I polimeri naturali come la canapa, l'ambra e la gomma naturale sono utilizzati da secoli. Inoltre la cellulosa, il componente principale del legno e della carta, è un altro importante polimero naturale.
Polimeri sintetici
I polimeri sintetici includono polietilene, polipropilene, cloruro di polivinile, gomma sintetica, ecc. La produzione annua di questi materiali supera i 330 milioni di tonnellate. I polimeri comuni come il polietilene hanno l'unità ripetitiva o il monomero etilene.
La domanda globale di polimeri naturali e sintetici è ancora in aumento, il che fa sì che la loro gamma di applicazioni continui ad espandersi.
Sintesi e biosintesi dei polimeri
La polimerizzazione è il processo di combinazione di più piccole molecole (monomeri) in una catena o rete covalente. Durante questo processo, alcuni gruppi chimici possono essere persi da ciascun monomero. Diversi metodi di sintesi possono essere suddivisi in polimerizzazione a fasi e polimerizzazione a catena, dove la polimerizzazione a fasi può essere ulteriormente suddivisa in policondensazione e poliaddizione.
Biosintesi
I polimeri biologici in natura, come i polisaccaridi, le catene peptidiche e gli acidi nucleici, sono sintetizzati mediante reazioni enzimatiche nelle cellule. Ad esempio, la formazione del DNA è un processo catalizzato dalla DNA polimerasi.
La sintesi dei biopolimeri gioca un ruolo importante nella ricerca scientifica odierna, per questo le sue applicazioni in vari campi si sono diversificate.
Modifica di polimeri naturali
Molti importanti polimeri commerciali vengono sintetizzati mediante modifica chimica di polimeri naturali. Ad esempio, la nitrocellulosa si forma dalla reazione di acido nitrico e cellulosa, mentre la gomma vulcanizzata si forma dalla reazione ad alta temperatura di zolfo e gomma naturale. Queste modifiche non solo migliorano le sue prestazioni ma ampliano anche la sua gamma di applicazioni.
Per i polimeri sintetici, la loro microstruttura, il peso molecolare e il grado di polimerizzazione sono fattori chiave che ne determinano le proprietà fisiche.
Struttura e disposizione dei polimeri
La struttura dei polimeri può essere descritta su diverse scale di lunghezza, dal livello subnanometrico a quello macroscopico. La struttura di ciascuna fase fornisce la base per la fase successiva. Le diverse forme strutturali dei polimeri influenzano le loro proprietà fisiche e chimiche, soprattutto in termini di processi di cristallizzazione e separazione di fase.
Pensieri ultimi
I polimeri dimostrano la loro importanza sia nell'ambiente naturale che nella società contemporanea. Pertanto, di fronte alla scienza dei materiali sempre più complessa, dovremmo prestare maggiore attenzione ai materiali naturali e ai loro potenziali usi?
