پلیمر چیست؟

دسته: مقالات منتشر شده در 22 تیر 1398
نوشته شده توسط Admin بازدید: 31

پلیمر چیست ؟

واژه پلیمر یک  کلمه یونانی است  و از دو بخش poly به معنی چندگانه و mer به معنای بخش ها تشکیل شده است.

 این واژه امروزه به طور کلی در صنعت پلاستیک و ترکیبات مرتبط با ان به کار برده میشود. همچنین هم معنی لغاتی مانند پلاستیک و رزین است. در واقع پلیمرها شامل دسته ای از مواد با ویژگی های خاص و متنوع میباشند. پلیمرها در وسایل خانه، لباس ها و اسباب بازی ها، مواد ساختمانی و عایق ها و بسیاری از مواد دیگر به طور رایجی به کار برده میشوند.

 

تعریف کلی  و جامع  از پلیمر و انواع ان

پلیمر یک ماده ی شیمیایی ترکیبی است و دارای مولکولهایی است که در زنجیره های طولانی و مکرربه یکدیگر متصل شده اند. این مواد دارای ویژگی های منحصر بفردی هستند و ساختار خاص انها باعث میشود تا بتوان از انها برای موارد مختلف استفاده نمود.

پلیمرها به صورت طبیعی و دست ساز تولید میشوند.به عنوان مثال لاستیک یکی از پلیمرهای طبیعی است که قرنها توسط انسان به کار برده شده است.زنجیره های مولکولی طبیعی به طور ذاتی به گونه ای طراحی شده اند که ویژگی های ارتجاعی را در پلیمر بوجود میاورند. یکی دیگر از این پلیمرهای طبیعی شلاک و یا لاک طبیعی نام دارد که توسط حشره ای با نام لاک در هند و تایلند تولید میشود و از ان در پرایمرها، درزگیر ها و روغن جلا استفاده میشود. معمول ترین و رایج ترین پلیمر طبیعی در دنیا سلولز است، یک ماده ارگانیک که دیواره ی سلولها ی گیاهی را تشکیل میدهد. از این ماده نیز برای ساخت کاغذ، پارچه و سایر مواد مانند سلوفان(یک ورقه نایلونی یا سلولزی که خوراک و فراورده های صنعتی در آن بسته بندی میشوند) بهره برده میشود. پلیمرهای طبیعی که با نام بیوپلیمر نیز شناخته میشوند، شامل این موارد میشوند: ابریشم، لاستیک، سلولز، پشم، کراتین، کلاژن ،نشاسته  و DN. بی پلیمرها عملیات کلیدی را در یک ارگانیسم انجام میدهند و به عنوان پروتئین های ساختاری، پروتئین های عملیاتی، نوکلئیک اسید و پلی ساکارید های ساختاری و مولکولهای ذخیره کننده انرژی عمل میکنند.

در مقابل ان، پلیمرهای انسانی  و یا ترکیبی قرار میگیرند که شامل پلی اتیلن(رایج ترین نوع پلاستیک در دنیا که در انواع متفاوتی از وسایل به کار برده میشود مانند کیسه های خرید تا ظرفهای حاوی مواد) و پلی استایرن( ماده ای کاربردی برای بسته بندی بادام زمینی و فنجانهای دور انداختنی ) میشود. تعدادی از این پلاستیک های ترکیبی خم شدنی و یا انعطاف پذیر (ترموپلاستیک) هستند و این در حالی است که تعداد دیگری از انها به طور دائمی ثابت و غیر قابل انعطاف میباشند و واژه ی ترموست نیز برای انها به کاربرده میشود. انواع دیگری از این مواد نیز ویژگی های شبه لاستیک را دارند و با نام الاستومر خوانده میشوند و تعدادی دیگر مشابه فیبر حیوانی و گیاهی میباشند( فیبرهای ترکیبی).  مواد یاد شده در محصولات متنوعی در دنیا به کار برده میشوند؛ از لباس شنا تا ماهی تابه های اشپزی.

پلیمرهای ترکیبی توسط واکنش های شیمیایی در ازمایشگاه بوجود می ایند مانند پلی ونیل یا PVC، پلی استایرن، لاستیک ترکیبی ، سیلیکون، پلی اتیلن،نئوپرین و نایلون. همچنین از پلیمرهای ترکیبی برای ساخت پلاستیک، مواد چسبنده، مواد نقاشی و رنگ امیزی، بخش های مکانیکی و سایر موارد استفاد میشود.

 میتوان پلیمرها  را با توجه به نع کاربری انها ، به گونه ای تنظیم نمود که ویژگی های مثبت متمایزی را از خود نشان دهند.این موارد عبارتند از :

  • حالت انعکاسی: تعدادی از انواع پلیمرها برای تولید فیلمهای بازتابنده به کار برده میشود که خود در فناوری های مبتنی بر نور مصارف زیادی دارد.
  • مقاومت در برابر فشار:پلاستیک های محکم و درشت با قابلیت تحمل بالا، گزینه ای ایده ال برای چمدانهای مسافرتی، مواد حفاظت کننده، سپر جلو وعقب خودرو و سایر محصولات هستند.
  • شکنندگی: تعدادی از پلیمرها سخت ولی شکننده هستند و به سختی میتوان فرم  انها را توسط  حرارت تغییر داد.
  • فراتابی(حالت نیمه شفاف) :بعضی از انواع پلیمرها دارای خاصیت زجاجی و یاشفافیت میباشند و میتوان داخل انها را مشاهده نمود مانند رس پلیمر که بیشتر در حوزه هنری و کارهای دستی از ان بهره برده میشود.
  • شکل پذیری (نرمی) :پلیمرهای نرم و شکل پذیر برخلاف انواع شکننده این قابلیت را دارند که بدون ایجاد هر گونه ترک و یا جداشدگی، تغییر شکل پیدا کنند. فلزاتی مانند طلا، الومینیوم و فولاد نیز در این دسته قرار میگیرند. پلیمرهای شکل پذیر اگرچه خیلی محکم و قوی نیستند ولی همچنان مصارف زیادی دارند.
  • قابلیت ارتجاعی: لاستیک های طبیعی و ترکیبی دارای ویژگی ارتجاع پذیری هستند و به همین دلیل به گزینه ای ایده ال برای تایر خودرو و سایر محصولات تبدیل شده اند.

 

پلیمریزاسیون(بسپارش) و انواع ان

پلیمریزاسیون و یا بسپارش به فرایندی گفته میشود که طی ان پلیمرهای ترکیبی با اتحاد  تعداد زیادی از مونومتر (مولکول تک واحدی ) کوچک  با زنجیره هایی بدست می ایند که توسط روابط کووالانسی به هم متصل شده اند. پلیمریزاسیون به دو روش کاملا مجزا صورت میگیرد:بسپارش قدم محور و بسپارش رشد محور. تفاوت کلیدی در دو روش یاد شده در بسپارش در این موضوع است که در بسپارش مبتنی بر رشد، در هر لحظه یک مولکول مونومتری به زنجیره اضافه میشود. در خصوص بسپارش مبتنی بر قدم نیز، مولکولهای مونومتری به صورت مستقیم به یکدیگر متصل میشوند.

اگر تا به حال از نزدیک و به دقت به زنجیره های پلیمری نگاه کرده باشید؛ متوجه شده اید که ساختار بصری و ویژگی های فیزیکی زنجیره ی مولکولی شباهت زیادی با ویژگیهای فیزیکی حقیقی پلیمر دارد.

به عنوان مثال, اگر زنجیره پلیمر از اتصالات پرپیچ و خم و تابدار بین مونومتر ها تشکیل شده باشد که به سختی می شکنند، این احتمال وجود دارد که پلیمر یاد شده ماده ای سخت و مستحکم باشد.از طرف دیگر، اگر زنجیره پلیمر از مونومترهایی با حالت چسبناک تشکیل شده باشد، به احتمال زیاد پلمیر نیز خاصیت ارتجاعی و انعطاف پذیر خواهد داشت.

 

پلیمرهایی که به صورت عرضی به هم متصل شده اند(پلیمرهایی با اتصالهای عرضی )

تعداد زیادی از پلیمرها که با نام پلاستیک و یا ترموپلاستیک خوانده میشوند، این قابلیت را دارند که شکسته شوند و مجددا به یکدیگر متصل شوند.رایج ترین انواع  پلاستیک ها را نیز میتوان با اعمال حرارت ، به سادگی تغییر شکل داد و فرمی جدید به انها بخشید.همچنین امکان بازیافت انها وجود دارد. به عنوان مثال میتوان بطری های پلاستیکی نوشابه را ذوب نمود و از انها در قالب انواع جدیدی از محصولات مانند موکت، بطری های جدید نوشابه و کتهای زنانه استفاده نمود.

از طرف دیگر، در پلیمرهایی که به صورت عرضی به هم متصل شده اند، این امکان وجود ندارد که اتصالهای مولکولی پس از شکست و نابودی، مجددا بوجود ایند.به همین دلیل پلیمرهای یاد شده ویژگی های متمایزی را از خود نشان میدهند که از ان جمله میتوان به قدرت بالا، استحکام ،ویژگی های گرمایی و سختی اشاره نمود

در ترکیبات FRP(پلیمرهای تقویت شده فیبری)، پلیمرهایی با اتصالهای عرضی بیشترین کاربرد را دارند و به انها نامهایی مانند رزین و یا رزین ترموست داده میشود. معمول ترین پلیمرهای به کاربرده شده در این ترکیبات پلی استر و ونیل استر هستند.

 

مثالهایی از دسته بندی پلیمرها در دنیای امروز

انواعی از پلیمرهایی که امروزه به کار برده میشوند عبارتند از :

  • پلی پروپیلین ( (PP: موکت ها و اثاث و لوازم داخلی
  • پلی اتیلن با چگالی پایین ((LDPE:کیسه های خوار و بار
  •   پلی اتیلن با چگالی بالا  ((HDPE:  بطری شوینده ها، اسباب بازی ها
  • پلی و یا ونیل کلراید (PVC) :لوله ها،کف پوش
  • پلی استایرن (PS) : اسباب بازی ها و فوم
  • پلی تترا فلورو اتیلن (PTFE, Teflon) :قابلمه های نچسب و عایق های الکتریکی
  • پلی (متیل متاکریلات ) (PMMA, Lucite, Plexiglas) : ماسکهای چشمی و سقفهای شیشه ای
  • پلی (ونیل استات) (PVAc) : مواد نقاشی و چسبها
  • پلی کلرو پرین (نئوپرین) :لباس شنا

 

خلاصه ای از تاریخ رشد و توسعه پلیمر

از پلیمر های طبیعی  و یا بیوپلیمر ها از زمانهای گذشته نیز استفاده میشده است ولی توانایی انسانی در ترکیب پلیمر به تازگی محقق شده است. اولین پلیمر ساخته دست انسان، نیترو سلولز نام داشت. روند تولید این ماده نیزدر سال 1862 توسط الکساندر پارکز معرفی شد. وی سلولز پلیمر طبیعی را با نیتریک اسید و نوعی حلال ترکیب کرد. از ترکیب نیترو سلولز و کافور نیز سلولوئید بوجود امد که نوعی پلیمر با کاربرد فراوان در صنعت فیلم سازی است. زمانی که نیتروسلولز  در اتر و الکل حل شد؛ کلودیون بوجود امد. این پلیمر نیز در پانسمان های جراحی به کار برده شد و اولین بار استعمال این ماده  نیز در جنگ داخلی امریکا  و دوران پس  از ان بود.

ولکانیزاسیون (جوش اکسیژن  یا ولکانش ) لاستیک نیز یکی دیگر از دست یافتهای بزرگ و چشم گیر در عرضه ی شیمی بود.  Friedrich Ludersdorf و Nathaniel Hayward به طور کاملا مستقل از یکدیگر متوجه شدند که اضافه نمودن یولفور به لاستیک طبیعی باعث میشود تا حالت چسبنده خود را دست بدهد. روند ولکانش لاستیک  با سولفور توسط Thomas Hancock در سال 1843 یا حق امتیاز انگلیسی و Charles Goodyear در سال 1844 با حق امتیاز امریکایی توصیف شده است.

در حالی که دانشمندان و مهندسین قادر به تولید پلیمر بودند ولی تا سال 1922، هنوز هیچ توضیح دقیقی در خصوص روش تولید این ماده وجود نداشت.  Hermann Staudinger پیشنهاد کرد که اتصالات کووالانسی، زنجیره های اتمی را به یکدیگر متصل میکنند و انها را به صورت منسجم  کنار هم حفظ میکند. همچنین وی علاوه بر ارائه تفسیری در خصوص نحوه عملکرد پلیمرها، ماکرومولکولها را نیز عنوان نمود تا بتوان به کمک ان تفسیر بهتری از پلیمر داشت.