Polimery i ich rola na świecie

Do sztucznych polimerów nieorganicznych zaliczamy cement i beton, emalie, np. na garnkach i wannach oraz szkło i wyroby ceramiczne. Szkło jest (w uproszczeniu)  termoplastycznym, przechłodzonym, bezpostaciowym polikrzemianem – dlatego jest przezroczyste.
Na granicy polimerów organicznych i nieorganicznych znajduje się węgiel. Pierwiastek ten występuje jako miękki polimer warstwowy (grafit), jako przestrzenny polimer krystaliczny (diament) należący do najtwardszych ze znanych substancji oraz grafen - jednoatomowej grubości policykliczna, elastyczna warstwa, tworząca kule i zwoje, o nadzwyczajnych właściwościach.
Ogromna jest w naszym świecie rola polimerów organicznych. Polimerem organicznym jest przede wszystkim celuloza, o długich, tworzących włókna, liniowych cząsteczkach, stanowiąca budulec wszystkich roślin i będąca głównym składnikiem drewna.
Czystą celulozą jest bawełna. Z celulozy drzewnej wyrabia się papier, włókna sztuczne tzw. jedwab wiskozowy. Używamy ją do wyrobu tworzyw sztucznych (np. laminaty i lakiery „nitro”) i materiałów wybuchowych (np. nitroceluloza).
Skrobia (krochmal), będąca głównym składnikiem ziemniaków i ziarna zbóż, ma identyczny skład chemiczny jak celuloza ale zbudowana jest w kształcie rozgałęzionej spirali i dlatego tworzy nie włókna lecz ziarna.
Nieznaczne zmiany w budowie celulozy prowadzą do powstania bardzo zróżnicowanej rodziny polimerów naturalnych, do której należą m.i. rozpuszczalne w wodzie pektyny - związki znajdujące się w dużych ilościach w jabłkach, porzeczkach i innych jagodach i owocach, tworzące żele i galaretki. Do tego typu związków należą też guma arabska i agar.
Bardzo wytrzymałą, zawierającą azot, pochodną celulozy jest chityna, z której zbudowane są skrzydła i pancerze owadów. Z niestrawnych dla człowieka, podobnie jak celuloza, polimerów - polipentozanów, zbudowane są błony komórkowe roślin, są one m.in. głównym składnikiem słomy.
Polimeryczne żywice pochodzenia naturalnego to wydzielina owadów - szelak i doskonale nam znany - ozdobny bursztyn.
Podstawą życia na ziemi są polimery proteinowe – czyli białka. Do protein należą białka globularne, fibrylarne, włókniste i kompleksowe.
Białka globularne to rozpuszczalne w wodzie albuminy (których typowym przykładem jest białko jaj), globuliny, enzymy, hormony (np. insulina i kortyzon). Białka kompleksowe to fermenty oddechowe (np. składnik krwi – hemoglobina i zieleń liści – chlorofil) oraz fosfoproteidy, do których należy kazeina – główny składnik twarogu.
Do białek włóknistych należy, zawierająca dużo siarki keratyna, z której zbudowane są włosy, paznokcie, wełna, pióra, rogi i kopyta. Skóra, a częściowo i kości, składa się z włóknistego białka – kolagenu. Kolagen odpowiednio przerobiony tworzy żelatynę, a nieoczyszczony służy jako klej stolarski. Włókniste białko – miozyna stanowi budulec mięśni (mięso) a z fibroiny przędzie nitkę jedwabnik. Najbardziej skomplikowanymi polimerami są nukleoproteidy, będące nośnikami dziedziczności, składową genów i chromosomów, tworzące tzw. spiralę życia czyli DNA.
Polimery naturalne można odpowiednio modyfikować, otrzymując tworzywa sztuczne, nadające się do przetwarzania i stosowania. Skóra dopiero po wygarbowaniu stanowi produkt użytkowy. Nierozpuszczalnej i nietopliwej celulozie modyfikacja nadaje topliwość (formowalność) i rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych. Przez nitrowanie celulozy otrzymuje się nitrocelulozę a z niej celuloid. Z acetylocelulozy wytwarza się włókna (jedwab octanowy) oraz folie i błony fotograficzne. Karboksymetyloceluloza rozpuszcza się w wodzie na roztwory o dużej lepkości, jest fizjologicznie obojętna, bez wartości odżywczych.
Wytwarza się z niej niskokaloryczne środki spożywcze.
Większość polimerów organicznych wytwarzanych w przemyśle to polimery całkowicie syntetyczne.
Rozróżniamy polimery termoplastyczne, tzn. mięknące i topiące się odwracalnie i dające się formować wielokrotnie w podwyższonej temperaturze, a zestalające się po ochłodzeniu oraz polimery utwardzalne, w których cały wyrób, po uformowaniu, tworzy jedną wielką, usieciowaną cząsteczkę, nietopliwą i nierozpuszczalną. Są też polimery o właściwościach pośrednich.
Polimery syntetyczne, zależnie od ich właściwości i zastosowania dzielą się na: tworzywa sztuczne, kauczuki, włókna, środki powłokowe, jonity i niektóre inne.
Tworzywa sztuczne są to polimery stosunkowo sztywne w temperaturze pokojowej, z definicji mają właściwości konstrukcyjne.
Polimery elastyczne w temperaturze pokojowej i niższej – to kauczuki i elastomery.
W skład tworzyw sztucznych i kauczuków, obok polimerów, wchodzą najczęściej środki pomocnicze modyfikujące ich właściwości, jak napełniacze, plastyfikatory, barwniki i inne.
Zmieniając skład, budowę i sposób otrzymywania polimerów oraz rodzaj i ilość wprowadzanych do nich środków pomocniczych można prawie dowolnie dopasowywać właściwości tworzyw sztucznych i elastomerów do wymagań użytkowników.
W zakresie polimerów syntetycznych można wyodrębnić trzy działy: syntezę, przetwórstwo i stosowanie. Syntezę polimerów  prowadzi się  niemal wyłącznie w przemyśle chemicznym.
Przetwórstwo leży na pograniczu chemii i mechaniki. Wiele zakładów przetwórstwa jest lokowana w zużywających ich wyroby gałęziach przemysłu.
Stosowanie polimerów dotyczy praktycznie wszystkich dziedzin życia i gospodarki, od rolnictwa, budownictwa, przemysłu odzieżowego, obuwnictwa, sportu i medycyny po motoryzację, przemysł maszynowy, elektrotechnikę, elektronikę i kosmonautykę.
Zaletą tworzyw sztucznych w stosunku do materiałów tradycyjnych (metale, drewno) jest to, że mogą być produkowane masowo, w gotowym kształcie, w sposób zmechanizowany i zautomatyzowany, bez potrzeby dalszej obróbki mechanicznej, co znacznie zmniejsza ilość i pracochłonność operacji oraz ilość odpadów. Własności wyrobów mogą być dopasowywane dokładnie do stawianych tym wyrobom wymagań, co pozwala na znaczne uproszczenie kształtu i konstrukcji oraz zmniejszenie masy wyrobów. Polimery charakteryzują się takimi właściwościami, których nie można osiągnąć używając materiałów tradycyjnych: lekkością, odpornością chemiczną i odpornością na korozję, doskonałymi właściwościami izolacyjnymi elektrycznymi, cieplnymi, akustycznymi i wibracyjnymi, małymi współczynnikami tarcia, elastycznością, foto- i półprzewodnictwem, bardzo małą lub bardzo dużą adhezją oraz szeregiem innych. Wykorzystywanie tych specyficznych właściwości polimerów jest szczególnie korzystne ekonomicznie,  zmniejsza materiałochłonność, pracochłonność i zużycie energii (ok. 24 razy w porównaniu do stali).
Największym odbiorcą tworzyw sztucznych na świecie jest budownictwo. Można tu wyodrębnić dwa główne kierunki: konstrukcja i wznoszenie budynków (np. hal produkcyjnych) oraz instalacje i wyposażenie wnętrz. Budynki, całe z tworzyw sztucznych o dowolnym (nie koniecznie prostokątnym) kształcie, można ustawiać w ciągu kilku godzin.  Polimerowe pokrycia dachowe są ok. 15 razy cieńsze i lżejsze niż żelbetowe a ponadto mogą być przeźroczyste lub przeświecające. Prefabrykowane okna, drzwi, podłogi oraz kompletne kabiny sanitarne (najbardziej pracochłonne elementy budownictwa) wyrabia się całkowicie z tworzyw sztucznych. Piankowe tworzywa sztuczne stanowią doskonałe izolacje termiczne i akustyczne, Warstwa tworzywa piankowego o grubości 1 cm izoluje tak, jak ściana z cegły o grubości 17 cm. Płyty przekładkowe ze spienionym rdzeniem z tworzywa sztucznego i cienką, litą okładziną zewnętrzną  wykazują najkorzystniejszy stosunek wytrzymałości mechanicznej do ciężaru spośród znanych materiałów konstrukcyjnych. Wyroby tego typu o dowolnym kształcie, można otrzymywać spieniając tworzywo (zwykle poliuretan) w procesie kształtowania wyrobu. W jednym, kilkuminutowym cyklu formowania, wtryśnięty do formy polimer spienia się, rośnie, wypełnia formę i utwardza się, przy czym otrzymuje się wyrób o litej, dowolnie ukształtowanej lub odwzorowanej powierzchni i lekkim, piankowym wnętrzu (np.mebel). Meblarstwo jest szczególnie wdzięcznym polem do stosowania tworzyw sztucznych, zarówno w postaci elementów konstrukcyjnych jak i czynników komfortu, jakim są pianki elastyczne. Konstrukcje pneumatyczne z impregnowanych tkanin, nawet hale o rozpiętości do 75 m utrzymuje się przy pomocy nadciśnienia rzędu 0,001 atm. powietrza, tłoczonego dmuchawą do ich wnętrza.
Polimery syntetyczne stosuje się nie tylko jako materiały konstrukcyjne, ale w wielu wypadkach jako bardzo cenne dodatki do innych materiałów. Dodatek rzędu 1% żywic syntetycznych do papieru czyni go wodoodpornym, bawełnie nadaje odporność na mięcie, wełnę czyni niekurczliwą. Dodatek ok. 2% żywic syntetycznych do betonu przyśpiesza dwukrotnie jego wiązanie i zwiększa dwukrotnie wytrzymałość na ściskanie. Utwardzalne kleje umożliwiają otrzymywanie płyt wiórowych i sklejek oraz okleinowanie mebli. Nawet nieznaczne dodatki polimerów rzędu 0,0001% dają nieraz znaczne efekty („szybka” woda, koagulacja zawiesin ze ścieków). Jak widać z powyższego, rola polimerów w naszym świecie jest tak wielka, że bez nich nie mógłby istnieć. Cała ewolucja była procesem powstawania coraz bardziej złożonych układów polimerycznych. Polimery są również podłożem cywilizacji. Dla dalszego rozwoju cywilizacji polimery naturalne stały się jednak nie wystarczające, zarówno jakościowo jak i ilościowo. Dlatego rozwinął się przemysł polimerów syntetycznych i tworzyw sztucznych, będący obecnie na świecie jednym z najbardziej prężnie rozwijających się działów nauki i przemysłu.