Di Karen G. Blaettler | Aggiornato il 24 marzo 2022

I polimeri sono macromolecole versatili che costituiscono il fondamento sia degli organismi viventi che di molti materiali di uso quotidiano. Poiché la sostenibilità diventa una priorità assoluta, comprendere i polimeri naturali, quelli prodotti mediante processi biologici, è essenziale per sviluppare alternative ecocompatibili alla plastica sintetica.

TL;DR

I polimeri naturali includono cellulosa, chitina, amidi, zuccheri, proteine (pelle, muscoli, seta di ragno, lana), DNA, RNA e gomma naturale. Sono principalmente polimeri di condensazione formati dal legame monomerico con rilascio di acqua.

Cosa sono i polimeri?

I polimeri sono lunghe catene di subunità ripetitive chiamate monomeri. Il termine “poly” significa molti, “mono” significa uno e “mer” si riferisce a una parte. Quando i monomeri si uniscono, creano una macromolecola con proprietà distinte in base al tipo di monomero e alla sua disposizione.

Come si connettono i monomeri

I monomeri si collegano in due modi fondamentali:

• Polimeri di addizione – i monomeri si attaccano direttamente, aggiungendo un’unità alla volta. La maggior parte delle plastiche sintetiche, come il polietilene, sono formate in questo modo.
• Polimeri di condensazione – i monomeri si legano rilasciando una piccola molecola (comunemente acqua). Questo è il meccanismo predominante per i polimeri naturali.

Poiché le reazioni di condensazione generano acqua come sottoprodotto, molti polimeri naturali presentano caratteristiche idrofile.

Polimeri naturali in dettaglio

I polimeri naturali sono prodotti da organismi e svolgono un ruolo cruciale nella struttura, nell’immagazzinamento di energia e nella comunicazione. Gli esempi chiave includono:

• Cellulosa – il componente strutturale primario delle pareti cellulari delle piante.
• Chitina – trovato negli esoscheletri di artropodi e pareti cellulari fungine.
• Carboidrati – amidi (riserve energetiche) e zuccheri (vettori energetici).
• Proteine – 20 amminoacidi si combinano in una miriade di sequenze per formare diverse proteine come pelle, muscoli, capelli, unghie, piume, zoccoli, pelliccia e tessuti connettivi.
• Fibre animali – lana e seta sono polimeri proteici; la seta del ragno è rinomata per la sua forza eccezionale.
• Polinucleotidi – DNA e RNA trasportano informazioni genetiche.
• Gomma naturale – poliisoprene prodotto dagli alberi della gomma.

Questi polimeri sono polimeri di condensazione, nel senso che si formano rimuovendo l'acqua durante la formazione del legame.

Perché studiare i polimeri naturali?

Comprendere la struttura e la funzione dei polimeri naturali informa la progettazione di materiali biodegradabili, biocarburanti e compositi avanzati. Le loro origini rinnovabili e la biodegradabilità li rendono candidati interessanti per ridurre i rifiuti di plastica.

Polimeri sintetici:un contrasto

I polimeri sintetici offrono proprietà prevedibili, uniformità e la capacità di progettare materiali per applicazioni specifiche. Gli esempi includono:

• nylon
• Epossidici
• polietilene
• plexiglass (acrilico)
• polistirolo (polistirolo espanso)
• Kevlar® (fibra aramidica)
• Teflon® (PTFE)

Anche se i polimeri sintetici dominano la produzione moderna, la loro persistenza nell'ambiente sottolinea la necessità di alternative sostenibili.

Conclusione

I polimeri naturali, formati da sistemi viventi, dimostrano una notevole diversità di funzioni e strutture. Studiando queste macromolecole biogene, gli scienziati possono sviluppare materiali di prossima generazione che combinano prestazioni e rispetto dell'ambiente.