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天然ポリマーの秘密: 自然からの贈り物である素材を知っていますか?
ポリマーは、1 つ以上のモノマーに由来する多くの繰り返し単位で構成される大きな分子です。自然界に存在するポリマーと合成ポリマーは、私たちの日常生活に不可欠な役割を果たしています。ポリスチレンなどのよく知られた合成プラスチックから、DNA やタンパク質などの天然生体高分子まで、これらはすべて生物学的構造と機能において重要な役割を果たします。
ポリマーは、高靱性、高弾性、非晶質または半結晶構造を容易に形成する傾向などの特性を備えているため、生物学的用途や工業用途で人気があります。
ポリマーという用語は、「多くの」と「部分」を意味するギリシャ語に由来しています。この用語は 1833 年にヨンス ヤコブ ベルゼリウスによって初めて提案されましたが、1920 年にヘルマン シュタウディンガーが現代のポリマーの概念を提案し、共有結合した分子としての大きな分子構造を強調しました。
天然ポリマーの種類
天然ポリマーはいくつかの種類に分類できます。一般的なものは次のとおりです。
天然ポリマー
麻、琥珀、天然ゴムなどの天然ポリマーは何世紀にもわたって使用されてきました。さらに、木材や紙の主成分であるセルロースも重要な天然ポリマーです。
合成ポリマー
合成ポリマーには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、合成ゴムなどが含まれます。これらの材料の年間生産量は 3 億 3,000 万トンを超えます。ポリエチレンなどの一般的なポリマーは、繰り返し単位またはモノマーエチレンを持っています。
天然および合成ポリマーに対する世界的な需要は依然として増加しており、その用途の範囲は拡大し続けています。
ポリマーの合成と生合成
重合とは、複数の小分子 (モノマー) を結合して共有結合鎖またはネットワークにするプロセスです。このプロセス中に、特定の化学基が各モノマーから失われる可能性があります。さまざまな合成方法は段階重合と連鎖重合に分けることができ、段階重合はさらに重縮合と重付加に分けることができます。
生合成
多糖類、ペプチド鎖、核酸などの自然界の生体ポリマーは、細胞内の酵素反応によって合成されます。たとえば、DNA の形成は DNA ポリメラーゼによって触媒されるプロセスです。
生体高分子の合成は今日の科学研究において重要な役割を果たしており、その応用は様々な分野で多様化しています。
天然ポリマーの改質
多くの重要な市販ポリマーは、天然ポリマーの化学修飾によって合成されます。たとえば、ニトロセルロースは硝酸とセルロースの反応によって形成され、加硫ゴムは硫黄と天然ゴムの高温反応によって形成されます。これらの改良により、性能が向上するだけでなく、応用範囲も広がります。
合成ポリマーの場合、その微細構造、分子量、重合度が物理的特性を決定する重要な要素です。
ポリマーの構造と配置
ポリマーの構造は、サブナノメートルから巨視的レベルまで、さまざまな長さのスケールで記述することができます。各ステージの構造は、次のステージの基礎となります。ポリマーのさまざまな構造形態は、特に結晶化プロセスと相分離の点で、ポリマーの物理的および化学的特性に影響を与えます。
究極の思考
ポリマーは、自然環境と現代社会の両方においてその重要性を示しています。したがって、ますます複雑になる材料科学に直面するにつれて、自然界の材料とその潜在的な用途にもっと注意を払う必要があるでしょうか?
