Наука о полимерах или макромолекулярная наука — это подраздел материаловедения, занимающийся полимерами , в первую очередь синтетическими полимерами, такими как пластмассы и эластомеры . Область науки о полимерах включает исследователей в различных дисциплинах, включая химию , физику и инженерию .
Эта наука включает в себя три основные субдисциплины:
Первым современным примером полимерной науки является работа Анри Браконно в 1830-х годах. Анри вместе с Кристианом Шёнбейном и другими разработали производные натурального полимера целлюлозы , создав новые полусинтетические материалы, такие как целлулоид и ацетат целлюлозы . Термин «полимер» был придуман в 1833 году Йенсом Якобом Берцелиусом , хотя Берцелиус сделал мало того, что можно было бы считать полимерной наукой в современном смысле. В 1840-х годах Фридрих Людерсдорф и Натаниэль Хейворд независимо друг от друга обнаружили , что добавление серы к сырому натуральному каучуку ( полиизопрену ) помогает предотвратить липкость материала. В 1844 году Чарльз Гудиер 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 укрепил натуральный каучук и предотвратил его плавление под действием тепла, не теряя при этом гибкости. Это сделало возможным создание практичных продуктов, таких как водонепроницаемые изделия. Это также способствовало практическому производству таких прорезиненных материалов. Вулканизированная резина представляет собой первый коммерчески успешный продукт полимерных исследований. В 1884 году Илэр де Шардонне запустил первый завод по производству искусственного волокна на основе регенерированной целлюлозы , или вискозного шёлка , в качестве заменителя шёлка , но он был очень огнеопасным. [2] В 1907 году Лео Бакеланд изобрел первый синтетический пластик, термореактивную фенолформальдегидную смолу , названную бакелитом . [3]
Несмотря на значительные успехи в синтезе полимеров, молекулярная природа полимеров не была понята до работы Германа Штаудингера в 1922 году. [4] До работы Штаудингера полимеры понимались с точки зрения теории ассоциации или теории агрегатов, которая возникла у Томаса Грэма в 1861 году. Грэм предположил, что целлюлоза и другие полимеры являются коллоидами , агрегатами молекул с небольшой молекулярной массой, связанных неизвестной межмолекулярной силой. Герман Штаудингер был первым, кто предположил, что полимеры состоят из длинных цепей атомов, удерживаемых вместе ковалентными связями . Потребовалось более десятилетия, чтобы работа Штаудингера получила широкое признание в научном сообществе, за которую он был удостоен Нобелевской премии в 1953 году.
Эпоха Второй мировой войны ознаменовала возникновение сильной коммерческой полимерной промышленности. Ограниченные или скудные поставки природных материалов, таких как шелк и резина, потребовали увеличения производства синтетических заменителей, таких как нейлон [5] и синтетический каучук . [6] В последующие годы разработка передовых полимеров, таких как кевлар и тефлон, продолжала подпитывать сильную и растущую полимерную промышленность.
Рост промышленного применения отражался в создании сильных академических программ и научно-исследовательских институтов. В 1946 году Герман Марк основал Научно-исследовательский институт полимеров в Бруклинском политехническом институте , первое научно-исследовательское учреждение в Соединенных Штатах, посвященное исследованию полимеров. Марк также признан пионером в создании учебной программы и педагогики для области полимерной науки. [7] В 1950 году было сформировано отделение POLY Американского химического общества , и с тех пор оно выросло до второго по величине отделения в этой ассоциации с почти 8000 членами. Фред В. Биллмейер-младший, профессор аналитической химии, однажды сказал, что «хотя дефицит образования в области полимерной науки медленно уменьшается, но он все еще очевиден во многих областях. Самое печальное, что он, по-видимому, существует не из-за недостатка осведомленности, а, скорее, из-за недостатка интереса». [8]
2005 (химия) Роберт Граббс , Ричард Шрок , Ив Шовен за метатезис олефинов. [9]
2002 (химия) Джон Беннетт Фенн , Коичи Танака и Курт Вютрих за разработку методов идентификации и структурного анализа биологических макромолекул . [10]
2000 (химия) Алан Г. МакДиармид , Алан Дж. Хигер и Хидеки Сиракава за работу над проводящими полимерами , способствовавшую появлению молекулярной электроники . [11]
1991 (физика) Пьер-Жиль де Женн за разработку обобщенной теории фазовых переходов с конкретными приложениями к описанию упорядочения и фазовых переходов в полимерах. [12]
1974 (химия) Пол Дж. Флори за вклад в теоретическую химию полимеров. [13]
1963 (химия) Джулио Натта и Карл Циглер за вклад в синтез полимеров. ( катализ Циглера-Натта ). [14]
1953 (химия) Герман Штаудингер за вклад в понимание макромолекулярной химии. [15]