Polymer science

Введение

Подраздел материаловедения, связанный с полимерами Полимерная наука или макромолекулярная наука - это подраздел материаловедения, связанный с полимерами, в основном синтетическими полимерами, такими как пластмассы и эластомеры. Область полимерной науки включает исследователей из нескольких дисциплин, включая химию, физику и инженерию.

История полимерной науки

Первым современным примером полимерной науки является работа Анри Бракконо в 1830-х годах. Анри вместе с Кристианом Шёнбейн и другими разработал производные натурального полимера целлюлозы, производя новые полусинтетические материалы, такие как целлюлоид и ацетат целлюлозы. Термин "полимер" был придуман в 1833 году Йонсом Якобом Берцелиусом, хотя Берцелиус сделал мало, что можно было бы считать полимерной наукой в современном смысле. В 1840-х годах Фридрих Людерсдорф и Натаниэль Хейвард независимо друг от друга обнаружили, что добавление серы в сырую натуральную резину (полиизопрен) помогает предотвратить липкость материала. В 1844 году Чарльз Гудьяр получил патент США на вулканизацию натурального каучука с помощью серы и тепла. Томас Хэнкок получил патент на тот же процесс в Великобритании годом ранее. Этот процесс укреплял натуральную резину и не позволял ей плавиться при нагревании, не теряя при этом гибкости. Это позволило создать такие практичные изделия, как водонепроницаемые изделия. Это также облегчило практическое производство таких каучукообразных материалов. Вулканизированная резина представляет собой первый коммерчески успешный продукт полимерных исследований. В 1884 году Хиляре де Шардонне начал производство первого искусственного волокна на основе регенерированной целлюлозы, или вискозного раёна, в качестве замены шелка, но это было очень легковоспламеняющееся. В 1907 году Лео Бэкленд изобрел первый синтетический пластик, термоустойчивую феноло-формальдегидную смолу, называемую бакелит. Несмотря на значительный прогресс в синтезе полимеров, молекулярная природа полимеров не была понята до работы Германн Стаудингер в 1922 году. До работы Стаудингера полимеры понимались в терминах теории ассоциации или теории агрегатов, которая возникла у Томаса Грэма в 1861 году. Грэм предложил, что целлюлоза и другие полимеры являются коллоидами, агрегатами молекул с небольшой молекулярной массой, связанных неизвестной межмолекулярной силой. Герман Штаудингер первым предложил, что полимеры состоят из длинных цепей атомов, связанных ковалентными связями. Работе Стаудингера потребовалось более десяти лет, чтобы получить широкое признание в научном сообществе, за работу, за которую он был удостоен Нобелевской премии в 1953 году. Эпоха Второй мировой войны ознаменовалась появлением сильной коммерческой полимерной промышленности. Ограниченные или ограниченные поставки природных материалов, таких как шелк и каучук, потребовали увеличения производства синтетических заменителей, таких как нейлон и синтетическая каучук. В последующие годы развитие передовых полимеров, таких как кевлар и тефлон, продолжало стимулировать сильную и растущую полимерную промышленность. Рост промышленного применения отразился на создании сильных академических программ и исследовательских институтов. В 1946 году Герман Марк основал Институт исследований полимеров в Бруклинском политехническом институте, первом исследовательском центре в Соединенных Штатах, посвященном исследованиям полимеров. Марк также признан пионером в создании учебной программы и педагогики в области полимерной науки. В 1950 году было создано подразделение POLY Американского химического общества, и с тех пор оно выросло до второго по величине подразделения в этой ассоциации с почти 8000 членов. Фред У. Биллмайер-младший, профессор аналитической химии, однажды сказал, что "хотя нехватка образования в области полимерной науки медленно уменьшается, но она все еще очевидна во многих областях. Самое печальное, что она, по-видимому, существует не из-за недостатка осведомленности, а скорее из-за отсутствия интереса".

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."

Нобелевские премии, связанные с полимерной наукой

2005 (химия) Роберт Групбс, Ричард Шрок, Ив Шовин за метатез олефинов. 2002 (химия) Джон Беннетт Фенн, Коичи Танака и Курт Вютрих за разработку методов идентификации и анализа структуры биологических макромолекул. 2000 (химия) Алан Г. МакДиармид, Алан Дж. Хигер и Хидеки Ширакава за работу над проводящими полимерами, способствуя появлению молекулярной электроники. 1991 (физика) Пьер Жиль де Женн за разработку обобщенной теории фазовых переходов с особыми применениями для описания упорядочения и фазовых переходов в полимерах. 1974 (химия) Пол Дж. Флори за вклад в теоретическую химию полимеров. 1963 (химия) Джулио Натта и Карл Зиглер за вклад в синтез полимеров. (Катализ Зиглер-Натта). 1953 (химия) Герман Стаудингер за вклад в понимание макромолекулярной химии.