Door Karen G. Blaettler | Bijgewerkt op 24 maart 2022

Polymeren zijn de veelzijdige macromoleculen die de basis vormen van zowel levende organismen als veel alledaagse materialen. Nu duurzaamheid een topprioriteit wordt, is het begrijpen van natuurlijke polymeren – die geproduceerd worden door biologische processen – essentieel voor de ontwikkeling van milieuvriendelijke alternatieven voor synthetische kunststoffen.

TL;DR

Natuurlijke polymeren omvatten cellulose, chitine, zetmeel, suikers, eiwitten (huid, spieren, spinnenzijde, wol), DNA, RNA en natuurlijk rubber. Het zijn voornamelijk condensatiepolymeren die worden gevormd door monomeerbinding met waterafgifte.

Wat zijn polymeren?

Polymeren zijn lange ketens van zich herhalende subeenheden die monomeren worden genoemd. De term ‘poly’ betekent veel, ‘mono’ betekent één en ‘mer’ verwijst naar een deel. Wanneer monomeren samenkomen, creëren ze een macromolecuul met verschillende eigenschappen, afhankelijk van het type monomeer en de rangschikking ervan.

Hoe monomeren verbinding maken

Monomeren verbinden zich op twee fundamentele manieren:

• Additiepolymeren – monomeren hechten zich direct en voegen één eenheid tegelijk toe. De meeste synthetische kunststoffen, zoals polyethyleen, worden op deze manier gevormd.
• Condensatiepolymeren – monomeren binden zich terwijl een klein molecuul (gewoonlijk water) vrijkomt. Dit is het overheersende mechanisme voor natuurlijke polymeren.

Omdat condensatiereacties water als bijproduct genereren, vertonen veel natuurlijke polymeren hydrofiele eigenschappen.

Natuurlijke polymeren in detail

Natuurlijke polymeren worden geproduceerd door organismen en spelen een cruciale rol in de structuur, energieopslag en communicatie. Belangrijke voorbeelden zijn:

• Cellulose – de belangrijkste structurele component van plantencelwanden.
• Chitine – gevonden in de exoskeletten van geleedpotigen en celwanden van schimmels.
• Koolhydraten – zetmeel (energiereserves) en suikers (energiedragers).
• Eiwitten – 20 aminozuren combineren in talloze sequenties om diverse eiwitten te vormen, zoals huid, spieren, haar, nagels, veren, hoeven, vacht en bindweefsel.
• Dierlijke vezels – wol en zijde zijn eiwitpolymeren; spinnenzijde staat bekend om zijn uitzonderlijke sterkte.
• Polynucleotiden – DNA en RNA bevatten genetische informatie.
• Natuurlijk rubber – polyisopreen geproduceerd door rubberbomen.

Deze polymeren zijn condensatiepolymeren, wat betekent dat ze ontstaan door de verwijdering van water tijdens de bindingsvorming.

Waarom natuurlijke polymeren bestuderen?

Het begrijpen van de structuur en functie van natuurlijke polymeren vormt de basis voor het ontwerp van biologisch afbreekbare materialen, biobrandstoffen en geavanceerde composieten. Hun hernieuwbare oorsprong en biologische afbreekbaarheid maken ze aantrekkelijke kandidaten voor het verminderen van plastic afval.

Synthetische polymeren:een contrast

Synthetische polymeren bieden voorspelbare eigenschappen, uniformiteit en de mogelijkheid om materialen voor specifieke toepassingen te ontwikkelen. Voorbeelden hiervan zijn:

• nylon
• epoxy's
• polyethyleen
• plexiglas (acryl)
• piepschuim (geëxpandeerd polystyreen)
• Kevlar® (aramidevezel)
• Teflon® (PTFE)

Hoewel synthetische polymeren de moderne productie domineren, onderstreept hun persistentie in het milieu de behoefte aan duurzame alternatieven.

Conclusie

Natuurlijke polymeren – gevormd door levende systemen – vertonen een opmerkelijke diversiteit aan functies en structuren. Door deze biogene macromoleculen te bestuderen kunnen wetenschappers materialen van de volgende generatie ontwikkelen die prestaties combineren met milieubeheer.