Oletko koskaan miettinyt, miten kemikaaleista tulee muovia?
Se on taikuutta.
Vitsi… Itse asiassa se on tiedettä toiminnassa. Tarkemmin sanottuna kemiaa. Muovit ovat tulosta raaka-aineiden, tekniikan ja energian hyvin todellisesta liitosta – kaikki yhdistettynä kemian avulla.
Tässä on lyhyt esittely siitä, miten kemistit tekevät nykyaikaiset muovit mahdollisiksi. Ei hätää, jos et pärjännyt kemian tunnilla. Vaikka muovit voivat olla huipputeknisiä, kehittyneitä materiaaleja, niiden perusrakenteen ymmärtäminen on helppoa. Ainakin minulle …
Muovien kemia: Miten muovit valmistetaan
Kemiantutkijat aloittavat nykyisten muovien valmistuksen erilaisista alkuaineista (atomeista, kuten hiili, vety, happi ja niin edelleen), jotka ovat peräisin luonnonvaroista. Muistatko sen upean, tyylikkään kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän, jossa luetellaan kaiken maapallolla olevan rakennusaineet? Se on ainesosaluettelo.
Kemistit yhdistävät erilaisia atomeja muodostaakseen molekyylejä, jotka ovat yksinkertaisesti kahta tai useampaa atomia, joita kemialliset sidokset pitävät yhdessä. Muoveja valmistettaessa näitä molekyylejä kutsutaan yleensä monomeereiksi. Nämä monomeerit yhdistetään sitten kemiallisilla sidoksilla ketjuksi tai verkostoksi – tätä kutsutaan polymerisaatioksi. Tuloksena syntyviä materiaaleja kutsutaan polymeereiksi. Tai muoveiksi.
(Kuten huomaatte, kemialliset sidokset ovat varsin tärkeitä – eivätkä pelkästään nykyaikaisten muovien mahdollistamiseksi. Ne järjestävät myös kaikki ne alkuaineet, jotka yhdessä muodostavat kaiken maailmankaikkeudessa – meidät ihmiset mukaan lukien. Ilman kemiallisia sidoksia elämä olisi pelkkää kaoottista alkuaineiden sekamelskaa. Ei oikeastaan kovin kummoinen elämä…)
Lue lisää:
Muovin tiede: Thermoplastics and Thermosets
Jos monomeerit liittyvät toisiinsa ketjumaisesti riviin (kuvittele helminauha), polymeeriä kutsutaan termoplastiseksi. Tämä muovi käyttäytyy ikään kuin jääkuutio: se sulaa kuumennettaessa ja jähmettyy jäähdytettäessä … kuten vesi, yhä uudelleen ja uudelleen. Polypropeeni (josta voipullot on usein tehty) on esimerkki kestomuovista.
Jos monomeerit liittyvät toisiinsa kolmiulotteiseksi verkostoksi, polymeeriä kutsutaan kestomuoviksi. Tämä muovi käyttäytyy tavallaan kuin kananmuna: kun se on kovettunut ja ”kovettunut” (tai kananmunan tapauksessa, kun se on kypsennetty), se ei voi palata tahmeaan, nestemäiseen tilaansa. Rautakaupasta saatava epoksi, joka kovettuu ja kovettuu levitettäessä, on esimerkki kestomuovista.
Koska kestomuovit ovat monomeerien kolmiulotteinen verkosto, ne voivat olla hyvin sitkeitä. Esimerkiksi autonrenkaat valmistetaan kestomuoveista (joita kutsutaan usein synteettiseksi kumiksi).
Lämpömuovit ovat myös sitkeitä, mutta niitä käytetään usein vähemmän intensiivisissä ympäristöissä, kuten kevyissä virvoitusjuomapulloissa, jotka eivät ole alttiina massiiviselle kuumuudelle ja kitkalle kuten renkaat.
Lue lisää: Polyeteenin tiheys
Muovien kemia: Aina kehittyvä
Kemistit (yhdessä muiden fiksujen ihmisten kanssa) ovat aikojen saatossa keksineet monia tapoja yhdistää ainesosia uusien polymeerien valmistamiseksi … ja jopa polymeerien yhdistämiseksi. Molekyyleistä voidaan muotoilla erilaisia ominaisuuksia sen mukaan, mitä tarvitsemme: tahmea tai liukas tai kevyt tai pehmeä tai kova tai vaahtoava tai venyvä tai … no, ymmärrätte kyllä. Siksi muoveja käytetään niin monissa hyödyllisissä jokapäiväisissä tuotteissa lastoista auton puskureihin ja lääketieteellisistä implanteista vaatteiden kankaisiin.
Ja tämä on vasta alkua, sillä kemistit kehittävät jatkuvasti uusia innovatiivisia muoveja, joiden avulla lentokoneet ovat kevyempiä, sydämet pumppaavat pidempään, ruoka säilyy tuoreempana, asunnot ovat energiatehokkaampia ja niin edelleen.
Niin loppuu kemian opetus. Näetkö, se oli helppoa.
Lisälukemista: Biohajoavat muovit