Polymer science

Кіріспе

Полимерлер туралы материал ғылымдарының субсаласы Полимерлер туралы ғылым немесе макромолекулалық ғылым - полимерлер туралы материал ғылымдарының субсаласы, негізінен пластмасса және эластомерлер сияқты синтетикалық полимерлер. Полимерлік ғылым саласына химия, физика және инженерлік ғылымдар сияқты бірнеше салалардағы зерттеушілер кіреді.

Полимерлер ғылымының тарихы

Полимерлік ғылымның алғашқы заманауи үлгісі - 1830-шы жылдардағы Анри Браконноның жұмысы. Анри Кристиан Шонбейн және басқалармен бірге табиғи полимер целлюлозаның туындыларын жасап, целлюлоид және целлюлоза ацетаты сияқты жаңа, жартылай синтетикалық материалдарды өндірді. "Полимер" термині 1833 жылы Йонс Якоб Берзелиуспен айтылған, бірақ Берзелиус қазіргі заманғы полимерлік ғылым деп саналатын аз нәрсе жасады. 1840 жылдары Фридрих Людерсдорф пен Натаниел Хейвард тәуелсіз түрде шикі табиғи каучукқа күкірт қосудың материалдың жабысқақ болуына көмектескенін анықтады. 1844 жылы Чарльз Гудиер АҚШ-та табиғи каучукты күкірт пен жылумен вулканизациялау үшін патент алды. Томас Хэнкок осыған ұқсас әдіске патент алған болатын. Бұл процесс табиғи каучукқа күш береді және оның ыстықпен ериіп, икемділігін жоғалтпауына жол бермейді. Бұл су өткізбейтін бұйымдар сияқты пайдалы бұйымдарды жасауға мүмкіндік берді. Сондай-ақ, мұндай каучук материалдарын практикалық өндіріске оңайлықпен әкелді. Вулканизацияланған каучук полимерлік зерттеулердің алғашқы коммерциялық сәтті өнімін білдіреді. 1884 жылы Хиляре де Шардонне жібек орнына қайта өңделген целлюлоза немесе вискоздық райондан жасалған алғашқы жасанды талшық зауытын іске қосты, бірақ ол өте тез тұтанатын. 1907 жылы Лео Бэкленд тұңғыш синтетикалық пластикті, бакелит деп аталатын терморезистентті фенол-формальдегид шайырды ойлап тапты. Полимер синтезіндегі елеулі жетістіктерге қарамастан, 1922 жылы Герман Штаудингердің жұмысына дейін полимерлердің молекулалық табиғаты түсініксіз болды. Стаудингердің жұмысына дейін полимерлер ассоциация теориясы немесе агрегат теориясы тұрғысынан түсінілетін, ол 1861 жылы Томас Грэммен пайда болған. Грэхам целлюлоза мен басқа да полимерлер - бұл коллоидтар, молекулалардың жиынтығы, олар молекулалық массасы аз, олар молекулааралық белгісіз күшпен байланысқан. Герман Штаудингер полимерлер ковалентті байланыстар арқылы біріктірілген атомдардың ұзын тізбектерінен тұрады деп тұжырымдаған алғашқы адам болды. Науқастар қауымдастығында Стаудингердің еңбегі кеңінен танылып, 1953 жылы Нобель сыйлығын алғанға дейін он жылдан астам уақыт өтті. Екінші дүниежүзілік соғыс дәуірі полимерлік өнеркәсіптің пайда болуын көрсетті. Етістік пен каучук сияқты табиғи материалдарды жеткізудің шектеулі немесе шектелгендігі синтетикалық алмастырғыштардың, мысалы, нейлон мен синтетикалық каучук өндірісін ұлғайтуды қажет етті. Осы жылдар ішінде кевлар мен тефлон сияқты озық полимерлерді әзірлеу полимер өнеркәсібінің нығаюына және өсуіне ықпал етті. Өнеркәсіптік қолданудың өсуі мықты академиялық бағдарламалар мен ғылыми-зерттеу институттарының құрылуымен көрініс тапты. 1946 жылы Герман Марк Бруклин политехникалық институтында полимерлік зерттеу институтын құрды, бұл полимерлік зерттеулерге арналған АҚШ-тағы алғашқы зерттеу мекемесі. Марк полимерлік ғылым саласындағы оқу бағдарламасын және педагогикасын құруда ізашар ретінде танылған. 1950 жылы Америка химиялық қоғамының POLY бөлімшесі құрылды және содан бері бұл қауымдастықтың екінші үлкен бөлімшесі болып өсті, оның 8000-ға жуық мүшесі бар. Аналитикалық химия профессоры Фред У. Биллмейер былай деген болатын: "Полимерлер саласындағы білімнің жетіспеушілігі баяу төмендеп барады, бірақ ол әлі де көптеген салаларда айқын көрінеді. Ең өкініштісі, ол бар сияқты, бірақ ол туралы ешкім білмейтіндіктен емес, қызығушылықтың жоқтығынан".

The first modern example of polymer science is Henri Braconnot's work in the 1830s. Henri, along with Christian Schönbein and others, developed derivatives of the natural polymer cellulose, producing new, semi synthetic materials, such as celluloid and cellulose acetate. The term "polymer" was coined in 1833 by Jöns Jakob Berzelius, though Berzelius did little that would be considered polymer science in the modern sense. In the 1840s, Friedrich Ludersdorf and Nathaniel Hayward independently discovered that adding sulfur to raw natural rubber (polyisoprene) helped prevent the material from becoming sticky. In 1844 Charles Goodyear received a U. S. patent for vulcanizing natural rubber with sulfur and heat. Thomas Hancock had received a patent for the same process in the UK the year before. This process strengthened natural rubber and prevented it from melting with heat without losing flexibility. This made practical products such as waterproofed articles possible. It also facilitated practical manufacture of such rubberized materials. Vulcanized rubber represents the first commercially successful product of polymer research. In 1884 Hilaire de Chardonnet started the first artificial fiber plant based on regenerated cellulose, or viscose rayon, as a substitute for silk, but it was very flammable. In 1907 Leo Baekeland invented the first synthetic plastic, a thermosetting phenol–formaldehyde resin called Bakelite. Despite significant advances in polymer synthesis, the molecular nature of polymers was not understood until the work of Hermann Staudinger in 1922. Prior to Staudinger's work, polymers were understood in terms of the association theory or aggregate theory, which originated with Thomas Graham in 1861. Graham proposed that cellulose and other polymers were colloids, aggregates of molecules having small molecular mass connected by an unknown intermolecular force. Hermann Staudinger was the first to propose that polymers consisted of long chains of atoms held together by covalent bonds. It took over a decade for Staudinger's work to gain wide acceptance in the scientific community, work for which he was awarded the Nobel Prize in 1953. The World War II era marked the emergence of a strong commercial polymer industry. The limited or restricted supply of natural materials such as silk and rubber necessitated the increased production of synthetic substitutes, such as nylon and synthetic rubber. In the intervening years, the development of advanced polymers such as Kevlar and Teflon have continued to fuel a strong and growing polymer industry. The growth in industrial applications was mirrored by the establishment of strong academic programs and research institutes. In 1946, Herman Mark established the Polymer Research Institute at Brooklyn Polytechnic, the first research facility in the United States dedicated to polymer research. Mark is also recognized as a pioneer in establishing curriculum and pedagogy for the field of polymer science. In 1950, the POLY division of the American Chemical Society was formed, and has since grown to the second largest division in this association with nearly 8,000 members. Fred W. Billmeyer, Jr., a Professor of Analytical Chemistry had once said that "although the scarcity of education in polymer science is slowly diminishing but it is still evident in many areas. What is most unfortunate is that it appears to exist, not because of a lack of awareness but, rather, a lack of interest."

Полимерлер ғылымдарына байланысты Нобель сыйлықтары

2005 (химия) Роберт Граббс, Ричард Шрок, Ив Шовин олефин метатезі үшін. 2002 (химия) Джон Беннетт Фенн, Коичи Танака және Курт Вютрих биологиялық макромолекулаларды анықтау және құрылымды талдау әдістерін жасағаны үшін. 2000 (химия) Алан Г. МакДиармид, Алан Дж. Хигер және Хидеки Ширакава өткізгіш полимерлер бойынша жұмысы үшін, молекулалық электрониканың пайда болуына ықпал еткені үшін. 1991 (физика) Пьер Жиль де Женн полимерлерде реттік және фазалық ауысуларды сипаттауға арналған ерекше қолданбалары бар фазалық ауысулардың жалпыланған теориясын жасағаны үшін. 1974 (химия) Пол Дж. Флори теориялық полимер химиясына қосқан үлесі үшін. 1963 (химия) Джулио Натта және Карл Зиглер полимер синтезіне қосқан үлесі үшін. (Зиглер Натта катализ). 1953 (химия) Герман Штаудингер макромолекулалық химияны түсінуге қосқан үлесі үшін.