پلیمر پاریلن Parylene

پلیمرهای پاریلنی به چه موادی گفته می شود؟

پلیمرهای پاریلنی به دسته‌ای از مواد پلیمری گفته می‌شود که در ساختار اصلی آن ها حلقه های پارا بنزیندیل وجود دارد و با فرمول شیمیایی C6H4 نشان داده میشود. این بخش‌ها توسط پل‌های 1,2-ethanediyl نیز به یکدیگر متصل شده اند و امکان تولید آنها از طریق بسپارش para-xylylene با فرمول شیمیایی H2C=C6H4=CH2 وجود دارد. این نام برای پلیمر های دیگری نیز به کار برده می شود که از زنجیره اصلی یکسانی برخوردارند و در آنها تعدادی از اتمهای هیدروژن توسط گروههای کارکردی دیگر جایگزین شدند. انواع پلیمرهای پاریلنی توسط حروف متفاوتی در حوزه تجارت از دیگر متمایز شده اند همانند پاریلن C و پاریلن AF_4. بسیاری از این نام ها نیز به عنوان اسامی تجاری در بعضی از کشورها ثبت شدند. پوشش های ساخته شده از این ماده معمولا برای مدارهای الکترونیکی و سایر تجهیزات مانند عایق های الکتریکی و موانع جذب رطوبت و یا حفاظت از ماده در برابر ساییدگی و یا حملات مواد شیمیایی استفاده می شود. از این مواد برای کاهش میزان سایش و در حوزه پزشکی نیز با هدف پیشگیری از انجام واکنش های متفاوتی در اعضای پیوند زده شده استفاده می‌شود. پلیمرهای پاریلنی به عنوان پلیمرهای سبز در نظر گرفته می شوند زیرا واکنش بسپارشی آنها به هیچگونه آغازگری و یا مواد شیمیایی به منظور اتمام زنجیره نیاز ندارد و این امکان وجود دارد که این پوشش ها را در دمای نزدیک به اتاق و یا دمای اتاق به روی انواعی از محصولات استفاده کرد بدون اینکه نیاز به هیچگونه محلولی باشد.

تاریخچه پلیمرهای پاریلنی

پلیمرهای یادشده در سال ۱۹۴۷ توسط Michael Szwarc و به عنوان یکی از محصولات ناشی از تجزیه گرمایی para-xylene در دمای بالاتر از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد تولید شدند. با مشاهده واکنش این ماده با یودین تنها محصول نهایی به دست آمده para-xylylene di-iodide بود و نتیجه ای که از آن گرفته شده در این موضوع خلاصه می‌شود که ماده ای با نام Para xylylene به عنوان پیش ماده استفاده می شود. روش پربازده دیگری در سال ۱۹۶۵ توسط William F. Gorham به وجود آمد که توانست فیلم های این ماده را با استفاده از تجزیه گرمایی پاراسایکلوفان در دمای بالاتر از ۵۵۰ درجه سانتیگراد و در فضای خلاء تجزیه کند. چنین فرآیندی به هیچ محلولی نیاز ندارد و در نهایت انواعی از فیلم های مقاوم در برابر مواد شیمیایی تولید می شوند که عاری از هرگونه روزنه ای هستند. پلیمرهای یادشده در سال ۱۹۶۵ به عنوان سیستم های پوشش دهی در حوزه تجاری ثبت شدند.

انواع پلیمرهای پاریلنی کدامند؟

پاریلن N به پلیمرهای جایگزین شده‌ای گفته می‌شود که توسط بسپارش میانجی های Para xylylene تولید می شود.

پاریلن های کلرینی

مشتقات متفاوت این ماده را می‌توان با جایگزینی اتمهای هیدروژن به روی حلقه فنیل و یا پل های آلیفاتیک توسط گروههای کارکردی به دست اورد. معمول ترین زیرمجموعه این دسته از پلیمرها با نام parylene C شناخته می‌شود که دارای یک اتم هیدروژن در حلقه آریل بوده و توسط کلرین جایگزین شده است. انواع معمول دیگر نیزشامل parylene D می‌باشد که جایگزین های بسیار زیادی بر روی حلقه ی خود دارد. parylene C در بین انواع موجود از بیشترین تنوع برخوردار می‌باشد زیرا ماده اولیه آن هزینه بسیار پایینی دارد و علاوه بر آن تعادل بین خواص دی الکتریک و عدم نفوذ مواد مایع و همچنین سادگی در تجزیه در این ماده دیده می‌شود. یکی از بزرگترین معایب این ماده عدم انحلال پذیری آن در بسیاری از محلول ها در دمای اتاق می باشد که باعث می شود تا رفع این پوشش از روی محصول به سختی انجام گیرد. این دسته از پلیمرها هزینه بسیار کمی نیز دارند و می توان آنها را در دمای اتاق تجزیه کرد.

 پاریلن های فلورینی

یکی دیگر از انواع هالوژنه این ماده با نام AF-4 شناخته می‌شود که در آن ۴ عدد از اتم های هیدروژن به روی زنجیره آلیفاتیک توسط اتمهای فلورین جایگزین شدند. این ماده با نام تجاری Kisco و SCS نیز یاد می شود. واحدهای–CF2– که زنجیره اتیلنی را تشکیل می‌دهند همانند واحدهای تکرار شده ماده‌ای با نام تفلون می باشند و این واحد ها سازگاری بسیار زیادی با پایداری اکسیداتیو و پایداری آنها در برابر اشعه فرابنفش دارند. این ماده به منظور حفاظت از نمایشگرهای ال ای دی خارج از خانه و چراغها در برابر آب، نمک و آلاینده ها به کار برده شده است.

پاریلنهای جایگزین شده توسط آلکیل

اتمهای هیدروژن میتوانند توسط گروه‌های آلکین جایگزین شوند و این جایگزینی ممکن است به روی حلقه فنیل و یا پل‌های اتیلن و یا هر دو صورت بگیرد. بطور ویژه ای جایگزینی یک هیدروژن به روی حلقه فنیل توسط گروه‌های متیل و یا توسط گروه های اتیل باعث تولید Palylene M و Palylene E می‌شود. این جایگزینی ها باعث می شوند تا فاصله بین مولکولی افزایش پیدا کند که خاصیت انعطاف پذیری ماده پلیمری را افزایش می دهد و منجر میشود تا آن نفوذ پذیری بیشتری نیز داشته باشد. به عنوان مثال Paryle M در مقایسه با paryle C از ضریب دی الکتریک پایین تری برخوردار است. Paryle E نیز از ضریب کششی پایین تر، ضریب دی الکتریک پایین تر، نفوذ پذیری بالاتر در برابر مایعات و تجزیه دی الکتریک مساوی برخوردار است اما میزان انحلال پذیری آن بالاتر است.

پاریلن های واکنشگر

پوششهای پاریلنی در اکثر موارد به منظور حفاظت از یک شی در برابر آب و سایر موارد شیمیایی به کار برده می‌شوند و انواعی از این پوشش ها باید به بر چسب ها و یا سایر بخش های پوششی بچسبند و یا باعث عدم تحرک تعدادی از مولکولها شود همانند رنگها، کاتالیزگرها و آنزیم ها. این پوشش های واکنشگر را می توان با استفاده از زیر مجموعه های فعال شیمیایی تولید کرد.

هم بسپارهای پاریلن مانند

هم بسپار ها و ترکیبات نانوی ساخته شده از این ماده در دمای نزدیک به دمای اتاق ته نشین شده اند و وجود هم مونومرهای کشنده ی الکترون باعث می شود تا امکان بکارگیری این مواد به منظور آغاز یک بسپارش فراهم شود.

خواص پلیمرهای پاریلنی کدامند؟

• شفافیت و تبلور: فیلم های نازک و پوشش های ساخته شده از این ماده شفاف می باشند و این در حالی است که آنها بدون شکل نیستند به جز پاریلنهای الکیلی. آنها به عنوان پوشش های نیمه بلورین می توانند نور را پخش کنند. پاریلنهای C و A از میزان تبلور بسیار پایینی برخوردارند و این در حالیست که بلورینگی انواع VT4 و AT4 در حالت تجزیه نیز تقریباً برابر با ۶۰ درصد می باشد و در نهایت آنها برای تولید محصولات نوری گزینه خوبی نیستند. پاریلن C در صورتی که در دماهای بالا قرار بگیرد حالتی بلورین پیدا می‌کند تا زمانی که به نقطه ذوب خود و یا ۲۷۰ درجه سانتیگراد برسد. پاریلن N دارای ساختار متبلور مونوکلینیک میباشد و در دمای بالاتر میزان بلورینگی آن افزایش پیدا نمی کند ولی در دمای ۲۲۰ درجه سانتیگراد دچار تغییرات فاز بلورنگاشتی خواهد شد و به حالت شش وجهی تبدیل می شود. در دمای ۲۲۰ درجه سانتیگراد مواد یاد شده بسیار بلورین خواهند شد و وضعیتی مشابه با پاریلن های فلورینی پیدا خواهند کرد.
• خواص مکانیکی و شیمیایی: پلیمرهای یادشده از انعطاف‌پذیری نسبتاً زیادی برخوردارند به جز انواع شبکه ای پاریلن X. مقاومت اکسیداتیو و پایداری این مواد در برابر اشعه فرابنفش نیز به طور کلی پایین می باشد به جز برای پاریلن AF-4 .اگرچه پاریلن AF-4 گران قیمت تر از سایر انواع موجود می باشد زیرا سنتز پیش ماده آن در سه مرحله مختلف صورت می‌گیرد و ماده نهایی به دست آمده آن حجم کمی دارد و میزان بازدهی رسوب آن نیز کم است. پایداری این مواد در برابر اشعه فرابنفش کم می باشد بنابراین نمی توان آنها را در برابر نور مستقیم خورشید قرار داد. پلیمرهایی که در این دسته قرار می‌گیرند در دمای اتاق غیرمحلول می باشند به جز انواع الکلیلی مانند پاریلن E و آلکیل اتیلن. به همین منظور فرآوری مجدد انواعی از بردهای الکتریکی که دارای پوشش های ساخته شده از این ماده می باشند ممکن است سخت انجام گیرد.
• نفوذ پذیری: اثربخشی پوشش های هالوژنه ساخته شده از این ماده (به عنوان یک مانع در برابر انتشار مایعات) رابطه غیر خطی و غیر مستقیم با میزان چگالی آنها دارد. اتم های هالوژنه همانند فلورین، کلرین و برومین چگالی بسیار زیادی را به پوشش می افزاید و بنابراین باعث می‌شود تا ماده پوششی بتواند مانع بهتری برای انتشار مایعات باشد. به طور کلی می توان عنوان کرد که پاریلن D در مقایسه با C مانع بهتری برای انتشار مایعات می باشد اما این در حالی است که همین نوع از پاریلن ها از یکپارچگی بسیار کمی در دمای اتاق برخوردارند زیرا وزن مولکولی آنها بسیار بالا می باشد و در نهایت مورد یاد شده در مقایسه با پاریلن C به میزان کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

خواص و مزایای پاریلن ها کدامند؟

 این دسته از پلیمرها می‌توانند ویژگی‌های مثبت متعددی را برای بخش‌های پوشیده شده به وجود بیاورند و از مهمترین خواص آنها می توان به این موارد اشاره کرد:

• آب ترس، مقاوم در برابر مواد شیمیایی و غیر قابل نفوذ در برابر گازها حتی بخار آب و مایعات ارگانیک و غیر ارگانیک مانند اسید های قوی و باز ها.
• یک عایق الکتریکی بسیار قوی با ضریب دی الکتریک پایین
• پایدار و مناسب برای بافت های بیولوژیکی که توسط سازمان غذا و داروی آمریکا برای به کارگیری در حوزه پزشکی مورد تایید قرار گرفته است.
• انواعی از این ماده که ضخامتی بالاتر از چهاردهم نانومتر دارند متراکم می باشند و هیچ روزنه ای در آنها دیده نمی‌شود.
• همگن و ضخیم
• پایدار در برابر اکسیداسیون هایی تا دمای ۳۵۰ درجه سانتیگراد (AF-4, SF, HT)
• ضریب پایین سایش (AF-4, HT, SF)

مترجم: ف.آل احمد