Makromolekulární chemie

Historie

Chemie polymerů začala studiem dlouhých vláken v rostlinách. Práce Henriho Braconnota z roku 1777 a práce Christiana Schönbeina z roku 1846 vedly k objevu nitrocelulózy. Z nitrocelulózy upravené kafrem vznikl celuloid. Chemikové rozpouštějí celuloid v éteru nebo acetonu a vyrábějí kolodium. Lékaři používali kolodium jako obvaz na rány již od občanské války v USA. Acetát celulózy byl poprvé připraven v roce 1865. V roce 1834 Friedrich Ludersdorf a Nathaniel Hayward nezávisle na sobě zjistili, že přidání síry do surového přírodního kaučuku (polyisoprenu) pomáhá zabránit lepivosti materiálu. V roce 1844 získal Charles Goodyear americký patent na vulkanizaci kaučuku pomocí síry a tepla. O rok dříve získal ve Velké Británii patent na stejný postup Thomas Hancock.

V roce 1884 založil Hilaire de Chardonnet první továrnu na umělé vlákno založené na regenerované celulóze neboli viskózovém hedvábí jako náhradě hedvábí, které však bylo velmi hořlavé. V roce 1907 vynalezl Leo Baekeland první syntetický polymer, termosetovou fenolformaldehydovou pryskyřici zvanou bakelit. Přibližně ve stejné době oznámil Hermann Leuchs syntézu N-karboxyanhydridů a jejich vysokomolekulárních produktů po reakci s nukleofily. Leuchs je však nenazval polymery, pravděpodobně kvůli silným názorům Emila Fischera, jeho přímého nadřízeného, který popíral možnost jakékoliv kovalentní molekuly přesahující 6 000 daltonů. Celofán vynalezl v roce 1908 Jocques Brandenberger, který do kyselé lázně vstříkl pláty viskózového hedvábí.

V roce 1922 Hermann Staudinger (německý chemik) navrhl, že polymery jsou dlouhé řetězce atomů, které jsou spojeny kovalentními vazbami. Navrhl také pojmenovat tyto sloučeniny "makromolekuly". Předtím se vědci domnívali, že polymery jsou shluky malých molekul (tzv. koloidů) bez určité molekulové hmotnosti, které drží pohromadě neznámá síla. Staudinger obdržel v roce 1953 Nobelovu cenu za chemii.

Wallace Carothers vynalezl v roce 1931 první syntetický kaučuk zvaný neopren. Neopren byl prvním polyesterem. V roce 1935 Carothers vynalezl nylon, který nahradil hedvábí. Paul Flory získal v roce 1974 Nobelovu cenu za chemii za práci na náhodných konfiguracích polymerních závitů v roztoku v 50. letech 20. století. Stephanie Kwoleková vyvinula aramid neboli aromatický nylon s názvem Kevlar, patentovaný v roce 1966.

V současné době existuje velké množství komerčních polymerů. Patří mezi ně kompozitní materiály, jako jsou uhlíkové vlákno-epoxid, polystyren-polybutadien (HIPS), akrylonitril-butadien-styren (ABS). Chemici navrhují komerční polymery tak, aby kombinovali nejlepší vlastnosti jejich různých složek. Například speciální polymery používané v automobilových motorech jsou navrženy tak, aby fungovaly při vysokých teplotách.

Trvalo dlouho, než univerzity zavedly výukové a výzkumné programy v oblasti polymerní chemie. V roce 1940 byl v německém Freiburgu založen "Institut fur Makromolekulare Chemie" pod vedením Hermanna Staudingera. V Americe byl v roce 1941 založen Hermanem Markem "Polymer Research Institute" (PRI) na Polytechnickém institutu v Brooklynu (nyní Polytechnický institut Newyorské univerzity). Několik stovek absolventů PRI hrálo důležitou roli v americkém polymerním průmyslu a na akademické půdě. Další PRI založil v roce 1961 Richard S. Stein na Massachusettské univerzitě v Amherstu, v roce 1967 Eric Baer na Case Western Reserve University a v roce 1988 na University of Akron.