Chimica dei polimeri

Storia

La chimica dei polimeri è iniziata con lo studio delle fibre lunghe nelle piante. Il lavoro di Henri Braconnot nel 1777 e quello di Christian Schönbein nel 1846 portarono alla scoperta della nitrocellulosa. La nitrocellulosa trattata con canfora rende la celluloide. I chimici sciolgono la celluloide in etere o acetone per ottenere il collodio. I medici hanno usato il collodio come medicazione per le ferite sin dalla guerra civile americana. L'acetato di cellulosa è stato preparato per la prima volta nel 1865. Nel 1834, Friedrich Ludersdorf e Nathaniel Hayward scoprirono indipendentemente che l'aggiunta di zolfo alla gomma naturale grezza (poliisoprene) aiutava ad evitare che il materiale diventasse appiccicoso. Nel 1844 Charles Goodyear ricevette un brevetto statunitense per la vulcanizzazione della gomma con zolfo e calore. Thomas Hancock aveva ricevuto un brevetto per lo stesso processo nel Regno Unito l'anno precedente.

Nel 1884, Hilaire de Chardonnet avviò la prima fabbrica di fibre artificiali a base di cellulosa rigenerata, o rayon viscosa, come sostituto della seta, ma era molto infiammabile. Nel 1907 Leo Baekeland inventò il primo polimero sintetico, una resina termoindurente fenolo-formaldeide chiamata bachelite. Più o meno nello stesso periodo, Hermann Leuchs riferì la sintesi di N-carbossianidridi e dei loro prodotti ad alto peso molecolare in reazione con i nucleofili. Ma Leuchs non li chiamò polimeri, forse a causa delle forti opinioni di Emil Fischer, il suo diretto supervisore, che negava la possibilità di qualsiasi molecola covalente superiore a 6.000 dalton. Il cellofan fu inventato nel 1908 da Jocques Brandenberger che spruzzò fogli di rayon viscosa in un bagno acido.

Nel 1922, Hermann Staudinger (un chimico tedesco) propose che i polimeri fossero lunghe catene di atomi tenuti insieme da legami covalenti. Egli propose anche di chiamare questi composti "macromolecole". Prima di allora, gli scienziati credevano che i polimeri fossero agglomerati di piccole molecole (chiamate colloidi), senza un peso molecolare definito, tenuti insieme da una forza sconosciuta. Staudinger ha ricevuto il premio Nobel per la chimica nel 1953.

Wallace Carothers inventò la prima gomma sintetica chiamata neoprene nel 1931. Il neoprene è stato il primo poliestere. Carothers ha poi inventato il nylon, un vero sostituto della seta, nel 1935. Paul Flory è stato insignito del premio Nobel per la chimica nel 1974 per il suo lavoro sulle configurazioni delle bobine polimeriche in soluzione negli anni '50. Stephanie Kwolek sviluppò un aramide, o nylon aromatico chiamato Kevlar, brevettato nel 1966.

Attualmente esiste un gran numero di polimeri commerciali. Essi includono materiali compositi come la fibra di carbonio epossidica, polistirene-polibutadiene (HIPS), acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS). I chimici progettano polimeri commerciali per combinare le migliori proprietà dei loro vari componenti. Ad esempio, i polimeri speciali utilizzati nei motori delle automobili sono progettati per lavorare ad alte temperature.

Ci è voluto molto tempo prima che le università introducessero programmi di insegnamento e di ricerca in chimica dei polimeri. Un "Institut fur Makromolekulare Chemie" è stato fondato nel 1940 a Friburgo, in Germania, sotto la direzione di Hermann Staudinger. In America un "Polymer Research Institute" (PRI) è stato fondato nel 1941 da Herman Mark al Polytechnic Institute di Brooklyn (oggi Polytechnic Institute of NYU). Diverse centinaia di laureati del PRI hanno svolto un ruolo importante nell'industria dei polimeri e nel mondo accademico statunitense. Altri PRI sono stati fondati nel 1961 da Richard S. Stein alla University of Massachusetts, Amherst, nel 1967 da Eric Baer alla Case Western Reserve University e nel 1988 alla University of Akron.