همه چيز درباره‌ي شيمي پليمر

[*میترا*]

پلیمریزاسیون



اصولا هر کسی که سر رشته‌ای از شیمی دارد، فرق بین یک جسم ساده اورگانیک مانند بنزن و ... و یک جسم پلیمری را می‌داند. اولین و عمده‌ترین فرقی که بین این دو نوع ماده وجود دارد، جرم مولکولی آنهاست. پلیمرها جرم مولکولی بسیار بالا از 10000 تا چندین میلیون دارند. پس جرم مولکولی ، شاخص تمایز بین جسم ساده اورگانیک و اجسام پلیمری است.

انواع پلیمرها

پلیمرها را به سه گروه عمده تقسیم می‌کنند:

• بیوپلیمرها یا پلیمرهای طبیعی مانند سلولز ، نشاسته ، پروتئینها و ...
• پلیمرهای معدنی مانند الماس ، گرافیت ، اکثر اکسیدهای فلزی و ...
• پلیمرهای سنتزی پلیمرهایی هستند که منشا آنها عموما مونومرهایی از نفت خام و قطران زغال سنگ است و ما با انجام فرآیندهایی ، پلیمرهای بسیار مفید می‌سازیم که امروزه زندگی بدون آنها ممکن نیست. با این فرایندها بطور کلی آشنا می‌شویم.

پلیمریزاسیون افزایشی

در این نوع پلیمریزاسیون ، از ترکیباتی که بند دوگانه (C ═ C) دارند، پلیمر می‌سازند. مثل تولید پلی اتیلن از اتیلن.
پلی اتیلن

C2H4 → (─ C2H4 ─)n

در این واکنش ، اتیلن در اثر حرارت به پلی اتیلن تبدیل می‌شود. جرم مولکولی پلی اتیلن بین 1000 تا 20000 می‌تواند متفاوت باشد. یعنی بر حسب شرایط ، درجه پلیمریزاسیون یعنی همان n مولکول پلیمر را می‌توان کم یا زیاد کرد.
آکریلان

n(CH2 ─ CHCN) → (─ CH2 ─ CHCN─)n

این پلیمر نیز از مشتقات اتیلن است. مونومر این پلیمر ، سیانید ونیل (آکریکونیتریل) است.
PVC

CH2 ═ CHCl → (─ CH2 ─ CHCl)n

پلی وینیل کلراید یا PVC نیز از پلیمریزاسیون کلرید وینیل CH2 ═ CHCl بوجود می‌آید.
کائوچو

کائوچو بر دو نوع است:

• کائوچوی طبیعی:
  
  کائوچوی طبیعی که از شیره درختی به نام Hevea بدست می‌آید، از پلیمریزاسیون هیدروکربنی به نام 2- متیل -3 , 1- بوتادین معروف به ایزوپرن به فرمول CH2 ═ C (CH3) ─ CH ─ CH2 بوجود می‌آید:

CH2 ═ C (CH3) ─ CH ─ CH2 → (─ CH2 ─ C CH3 ═ CH ─ CH3)n

• کائوچوی مصنوعی:
  
  چون در فرمول ساختمانی کائوچوی طبیعی پیوند دوگانه وجود دارد، به همین دلیل وقتی کائوچو را با گوگرد حرارت دهیم، این مونومرها پیوند پی خود را باز می‌کنند و با ظرفیتهای آزاد شده ، اتم گوگرد را می‌گیرند. در نتیجه کائوچو به لاستیک تبدیل می‌گردد. حرارت دادن کائوچو با گوگرد و تولید لاستیک را اصطلاحا ولکانیزاسیون (Vulcanization) می‌نامند و بهمین دلیل لاستیک حاصل را نیز کائوچوی ولکانیزه گویند.
  
  چند نوع کائوچوی مصنوعی نیز ساخته‌اند که از موادی مانند 1,3- بوتادین و جسمی به نام 2- کلرو 3 , 1- بوتادین معروف به کلروپرن به فرمول CH2 ═ CHCl ─ CH ═ CH2 و جسم دیگری به فرمول CH2 ─ C(CH3) ─ C(CH3) ═ CH2 به نام 3 , 2- دی متیل – 3 , 1- بوتادین به تنهایی یا مخلوط درست شده‌اند.
  
  کلروپرن بسهولت پلیمریزه شده و به نوعی کائوچوی مصنوعی به نام نئوپرن تبدیل می‌شود.

پلیمریزاسیون تراکمی

اگر در یک پلیمریزاسیون ، بر اثر واکنش مونومرها با هم ، مولکولهای کوچکی مثل H2O و NH3 و ... خارج شوند، این نوع پلیمریزاسیون را تراکمی می‌نامند. مثل پلمیریزاسیون گلوکز در تولید نشاسته و سلولز که منجر به خارج شدن آب می‌گردد و یا مثل بوجود آمدن نایلون که مانند مواد پروتئینی یک پلی آمید است و پلیمر شدن یک آمین دو ظرفیتی به نام هگزا متیلن دی آمین به فرمول NH2 ─ (CH2)6 ─ NH2 با یک اسید دو ظرفیتی به نام اسید آدیپیک HOOC ─ (CH2)4 ─ COOH بوجود می‌آید. در این عمل ، عامل OH_ اسید از دو طرف با هیدروژن گروه آمین NH2_ تشکیل آب داده و خارج می‌شوند و باقیمانده‌های مولکولهای آنها با هم ، زنجیر پلیمر را بوجود می‌آورند. به شکل زیر:

... + NH2 ─ (CH2)4 ─ NH2 ─ HOOC ─ (CH2 ─ COOH + ...

نایلون:

nH2O + (─ NH ─ (CH2)6 ─ N(H) ─ CO ─ (CH2)4 ─ CO ─)n

پلیمریزاسیون اشتراکی (کوپلیمریزاسیون)

اگر در عمل پلیمریزاسیون ، 2 مونومر مختلف با هم بطور مشترک پلیمر شوند و یک پلیمر را بوجود آورند، آن را کوپلیمر می‌نامند. مثلا یک نوع لاستیک وجود دارد، به نام بونا _ S که از پلیمریزاسیون دو جسم مختلف یکی به نام 3 , 1- بوتا دی‌ان CH2 ═ CH ─ CH ═ CH2 و دیگری به نام وینیل بنزن (استیرن) C6H5 CH ═ CH2 بوجود می‌آید که قسمتی از فرمول ساختمانی آن به شکل زیر است:

--CH2 ─ CH ═ CH ─ CH2 ─ CH(C6H5) ─ CH2--

[*میترا*]

کوپلیمریزاسیون عبارتست از پلیمریزاسیون دو یا چند نوع مونومر و ایجاد مولکولهایی با بیش از یک نوع واحد ساختمانی ، که آنها را کوپلیمر می‌نامند. فرمول عمومی کوپلیمر را می‌توان به صورت...A)n(B)m(C)p) نشان داد که C,B,A و غیره نشان دهنده واحدهای ساختمانی مختلف می‌باشند.
هموپلیمرها (homopolymers)

ساده ترین انواع پلیمرها ، هموپلیمرها هستند که از زنجیره های پلیمری متشکل از واحدهای تکراری منفرد تشکیل شده‌اند. بدین معنی که اگر A یک واحد تکراری باشد، یک زنجیره هموپلیمری ، ترتیبی به صورت… AAAدر زنجیره مولکولی پلیمر خواهد داشت. به عبارت دیگر می توان برای هموپلیمرها فرمول عمومی An را در نظر گرفت. از جمله هموپلیمرها می توان پلیمرهایی مثل پلی‌اتیلن ، پلی‌پروپیلن ، پلی‌استایرن و پلی‌وینیل‌کلراید یا PVC را نام برد.
]

کوپلیمرها (Coplymers)

کوپلیمرها، پلیمرهایی هستند که از پلیمریزاسیون دو یا چند مونومر مختلف و مناسب با یکدیگر بوجود می‌آیند که از این راه می توان پلیمر را با ساختمانهای متفاوتی بوجود آورد. در کوپلیمریزاسیون دو مونومر B,A ، زنجیرهای پلیمر می‌توانند مونومر A یا مونومر B را در انتهای رشد کننده خود داشته باشند. در نتیجه ، چهار واکنش امکان پذیر است، واکنش زنجیر دارای انتهای A با مونومر A یا B و واکنش زنجیر دارای انتهای B با مونومر A یا B هر یک از واکنش ها ثابت سرعت مشخصی دارند. از روی نسبت داده شده مولکولهای مونومر می‌توان نسبت واحدهای مونومرهای بکار رفته در یک پلیمر را بدست آورد.

نسبت واکنش پذیری

مقدار نسبت های واکنش پذیری در تعیین ترکیب کوپلیمر دارای اهمیت زیادی است. اگر نسبت واکنش پذیری از 1 بزرگتر باشد، رادیکال ترجیحا با زنجیری که دارای واحد انتهایی مشابه با آن است، واکنش می‌دهد (یعنی رادیکال A با رادیکال A). ولی اگر نسبت واکنش پذیری کوچکتر از 1 باشد، مونومر با زنجیرهایی که در انتها دارای نوع دیگری مونومر هستند واکنش می‌دهد. در موارد خاص که نسبت واکنش پذیری برابر 1 باشد، واکنش به عنوان "کوپلیمریزاسیون ایده آل" شناخته می‌شود، چون کوپلیمر به صورت کاملا تصادفی تشکیل شده و ترکیب آن هماننتد ترکیب مخلوط واکنشی است که پلیمریزاسیون در آن انجام می‌شود. هنگامی که به دو نسبت واکنش پذیری ، صفر باشد، مونومرها به هیچ وجه با زنجیرهای پلیمر در حال رشد که دارای واحد انتهایی مشابه آنها باشد، وارد واکنش نمی‌شوند. در نتیجه "کوپلیمریزاسیون متناوب" انجام می‌گیرد.

خواص کوپلیمرها

اگر مونومرهای B و A با هم واکنش بدهند و یک کوپلیمر را بوجود بیاورند این کوپلیمر اغلب خواص کاملا متفاوتی نسبت به مخلوط فیزیکی دو هموپلیمر جداگانه B و A خواهد داشت. خواص یک کوپلیمر به روشنی بستگی به نحوه توزیع واحدهای B و A در زنجیرهای کوپلیمر دارد. توزیع مونومرها نباید الزاما برابر نسبت غلظت مونومرهای B,A موجود مخلوط اولیه باشد. بطور کلی در یک کوپلیمر متشکل از مونومر B و A ، در صورتیکه مونومر A فعالتر باشد کوپلیمری که در مراحل اولیه تشکیل می شود از A نسبت به B غنی‌تر خواهد بود ولی در مراحل بعدی واکنش از آنجا که غلظت مونومر A کم می‌شود کوپلیمر تشکیل شده بیشتر شامل B خواهد بود. این مسئله که ترکیب کوپلیمر در ضمن پلیمریزاسیون تغییر پیدا می‌کند را می‌توان با افزایش تدریجی مونومر فعالتر تا حدودی کاهش داد. از مزیت های کوپلیمریزاسیون این است که کیفیتهای خوب و دلخواهی که هر یک از هموپلیمرها دارند می توانند با هم در یک کوپلیمر جمع شده و خواص مورد دلخواه را به یک کوپلیمر بدهند.

انواع کوپلیمریزاسیون

کوپلیمرها انواع مختلفی دارند و لیکن می توان آنها را به چهار نوع مجزا از کوپلیمرها به صورت تصادفی ، تناوبی ، دسته ای و پیوندی دسته بندی نمود.

کوپلیمرهای تصادفی یابی نظم (Random Copolymers)

این کوپلیمرها بوسیله پلیمریزاسیون مخلوط مناسبی از مونومرهای مختلف که به طور تصادفی در زنجیره های پلیمر مرتب شده اند، تهیه می‌شوند. اگر B و A مونومرهای یک کوپلیمر باشند، در اینصورت آرایش کوپلیمر ممکن است به صورت زیر باشد: ...AABABBBAA
مثالهایی از این نوع ، کوپلیمرهای کلرواتن- اتنیل- اتانوات (وینیل کلراید- وینیل استات) و فنیل اتن- بوتا 1و3 - دین می‌باشند. در مورد کوپلیمر کلرواتن – اتنیل اتانوات حضور اتینل اتانوال باعث افزایش حلالیت و بهبود خاصیت قابلگیری (توسط افزایش میزان جاری شدن) در مقایسه با هموپلیمر کلرواتن می‌شود.

کوپلیمرهای متناوب (alternating copolymers)

در این کوپلیمرها ، واحدهای تکراری مختلف بصورت متناوب درون زنجیر پلیمری قرار گرفته اند. در واقع هنگامی که نسبت واکنش پذیری دومونومر B و A صفر باشد، مونومرها به هیچ وجه با زنجیرهای پلیمر در حال رشد که دارای واحد انتهایی مشابه با آنها باشد، وارد واکنش نمی‌شوند. در نتیجه "کوپلیمریزاسیون متناوب" انجام می گیرد. آرایش یک کوپلیمر متناوب متشکل از مونومرهای B,A به صورت زیر می باشد: ...ABABAB
مثالی از این کوپلیمرها ، محصولی است که از کوپلیمریزاسیون رادیکالی بوتن دیوئیک انیدرید (مالئیک ایندرید) و فنیل اتن با نسبت های مولی تقریبا مساوی بدست می آید. بوتن دیوئیک انیدرید همچنین می‌تواند بصورت رادیکال آزاد با فنیل اتین (فنیل استیلن) کوپلیمر شود.



کوپلیمرهای دسته‌ای (Block Polymers)

این کوپلیمرها بوسیله پلیمریزاسیون واحدهای هموپلیمر با جرم مولکولی کم بصورت دسته- دسته که با یکدیگر واکنش داده و کوپلیمر را تشکیل می دهند، تهیه می‌شوند. آرایش یک کوپلیمر دسته‌ای متشکل از مونومرهای B و A عبارتست از AAAA-BBB-AAAA….
کوپلیمرهای دسته ای را می‌توان با روشهای مختلفی تهیه کرد. یکی از این روشها با مکانیسم آنیونی انجام می‌شود که در مرحله اول یک نوع از مونومرها بصورت آنیونی پلیمر می‌شوند و واکنش تا آنجا ادامه پیدا می کند که مونومرها به مصرف برسند پس به پلیمر زنده بدست آمده مونومر دیگر اضافه می‌شود که این مونومر نیز به زنجیر اضافه می‌گردد و قسمت دوم زنجیر را بوجود می‌آورد و این فرآیند را می‌توان در صورت لزوم به همیتن ترتیب تکرار کرد. کوپلیمرهای دسته‌ای که از نظر تجارتی دارای اهمیت هستند شامل کوپلیمرهای قسمتی فنیل اتن- بوتا- 1و3- دین می‌باشند که از جمله لاستیک های گرمانرم بشمار می‌روند.

کوپلیمرهای پیوندی (Graft Copolymers)

در این کوپلیمرها ، یک شاخه اصلی هموپلیمر با تعدادی شاخه جانبی وجود دارد که هر شاخه جانبی ، هموپلیمر مونومر دیگری می باشد که روی شاخه اصلی پیوند زده شده است. آرایش یک کوپلیمر پیوندی شامل مونومرهای A بعنوان شاخه اصلی و مونومرهای B بعنوان شاخه فرعی بصورت زیر می‌باشد:

AAAAAA
B B
B B
کوپلیمرهای پیوندی را می‌توان با آغاز کردن پلیمریزاسیون مونومری مانند B بصورت رادیکال آزاد در حضور هموپلیمری از مونومر A تهیه کرد. رادیکالهای آزادی که بوجود می آیند باعث برداشته شدنم اتمهایی در امتداد زنجیر پلی (A) می‌شوند. و به این طریق محلهای رادیکالی را بر روی زنجیر بوجود می‌آورند که پس از این محل‌ها پلی (B) می‌تواند رشد پیدا کند. نمونه ای از یک کوپلیمر مهم صنعتی ، کوپلیمری است که از حدود 85 درصد کلرید پلی وینیل و 15 درصد استات پلی وینیل تشکیل شده است و به عنوان ماده پایه در اکثر ثباتهای وینیلی بکار می‌رود. از دیگر کوپلیمرهای پیوندی که از اهمیت صنعتی برخوردارند می‌توان پروپن نیتریل بوتا- 1و3 – دین و فنیل اتن را نام برد

[*میترا*]

پليمر اسفنج ها



اسفنجها مواد متخلخلی هستند که حبابهای گاز در حفره‌های آنها حبس شده است. اسفنجها انواع گوناگونی دارند و با توجه به نرمی یا سختی کاربرهای مختلفی دارند. از اسفنجهای نرم در تهیه بالش و تشک و … استفاده می‌شود و اسفنجهای سخت و با چگالی گوناگون مصارف گوناگونی در تهیه وسایل خانگی و صنعتی دارند. امروزه ، گونه‌های زیادی از اسفنجها شناخته شده و تولید و مصرف می‌شوند. پلی‌اورتانها و پلی‌استایرن از عمده‌ترین و پُرمصرف‌ترین اسفنجها می‌باشند.
انواع اسفنج

اسفنجها با توجه به ساختار سلولی به دو گونه نرم و سخت تقسیم می‌شوند. اسفنجهای سخت ، سیستمهای بسته سلولی و متخلخل هستند و اسفنجهای نرم سیستمهای باز می‌‌باشند. برای اینکه اسفنجی انعطاف‌پذیر باشد، باید دارای سلولهای باز باشد تا هنگام فشردگی هوای داخل آنها خارج شود.
تشکیل اسفنج

رزینهای پلاستیکی را می‌توان با روشهای زیر بصورت اسفنج در آورد:

• فرآورده‌های جنبی گازی‌ که طی واکنش پلیمریزاسیون تشکیل می‌شوند.
• تبخیر یک مایع که دارای نقطه جوش پایین باشد.
• واکنش شیمیایی یک عامل پُف‌کننده ثانوی که بوسیله حرارت فعال می‌شود.

رسانایی گرمایی اسفنجها

رسانایی گرمایی در اسفنجهای با چگالی کم ، اندکی بیشتر از رسانایی گاز حبس شده در سلولهای آنهاست. هرچه وزن مولکولی گاز بیشتر باشد، رسانایی گرمایی کمتر می‌گردد. گازهایی که رسانایی گرمایی کمتری دارند، در تهیه اسفنجهای نارسانا بکار می‌روند. ممکن است در اثر مرور زمان ، گاز اسفنج از آن خارج شده و گازهای دیگر مثل هوا یا بخار آب در آن وارد شود.

فرئونها ( گازهای فلوئوروکربن ) معمولا در سلولهای پلی اورتان ماندگارترند، اما هوا و آب هم ممکن است وارد سلولها شوند و رسانایی گرمایی اسفنج را حدود 20 تا 40 درصد افزایش دهند.

جدول : برخی گازهای مورد استفاده در تهیه اسفنجها

گاز فرمول شیمیایی جرم مولکولی نقطه جوش رسانایی گرمایی هیدروژن H2 2 - 253 4.28 نیتروژن N2 28 -196 0.62 اکسیژن O2 32 -183 0.62 بخار آب H2O 18 100 0.43 دی‌اکسید کربن CO2 44 -78 0.40 پنتان C5H12 72 36 0.34 فلوئوروکربن12 CCl2F2 121 -30 0.23 فلوئوروکربن11 CCl3F 127 24 0.18
نمونه اسفنجهای کاربردی

جدول نمونه‌ای از اسفنجهایی که امروزه به صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند

اسفنج نوع سلول گستره چگالیKg/M3 حداکثر دمای کار بر درجه سانتی‌گراد گرما سختها پلی اورتان سخت بسته 24 – 640 + 93 – 121 پلی اورتان انعطاف پذیر باز 14.5 – 320 66 – 93 پلی ایزو سیانورات سخت بسته 24 – 320 + 149+ فنولی سخت باز یا بسته 5.1 – 352 149+ اوره فرمالدئید نیمه سخت کمی بسته 13 – 19 49 پلی آمید سخت باز یا بسته 32 – 640 260 گرمانرم پلی استیرن سخت بسته 16 – 160 79 پلی اتیلن نیمه سخت بسته 21 – 800 82 پلی وینیل کلرید سخت بسته 32 – 64 93 پلی وینیل کلرید انعطاف پذیر باز یا بسته 46 – 960 62 – 107 نایلون سخت بسته 640 – 960 149

• اسفنجهای گرماسخت : پلیمرهایی که در اثر گرما به پلیمرهای غیر قابل ذوب و انحلال ناپذیر تبدیل می‌شوند.
• اسفنجها گرمانرم : پلیمرهایی که در اثر گرما می توانند ذوب یا نرم شوند.

[*میترا*]

پلیمرها یا بسپارها ، ترکیباتی هستند که از بهم پیوستن چندین مولکول منومر بوجود می‌آیند. پلیمرها را به طرق مختلف طبقه‌بندی می‌کنند. یکی از روشهای تقسیم بندی پلیمرها ، تقسیم بندی از نظر خواص است. پلیمرها از نظر خواص به سه دسته عمده تقسیم بندی می‌شوند.
توموپلاستها

ترموپلاستها ، پلیمرهایی هستند که در اثر فشار ، تغییر شکل (Deformation) می‌دهند و بعد از حذف نیروی خارجی ، این تغییر شکل ، همچنان باقی می‌ماند. به عبارت دیگر این پلیمرها ، خاصیت پلاستیسیتی دارند. این پلیمرها در اثر گرما بتدریج نرم می‌شوند. با افزایش دما به حالت مذاب در می‌آیند. بعد از حذف گرما به حالت فیزیکی جامد خود تبدیل می‌شوند. این خصلت ، کاربرد صنعتی این نوع پلیمرها را تضمین می‌کند.

اگر ترموپلاستیکی را به صورت پودر یا حلقه‌های کوچک در آوریم و سپس حرارت دهیم، ابتدا نرم و سپس مذاب و ویسکوز می‌شود و اگر آنرا در قالب بگیریم، شکل قالب را به خود می‌گیرد و این علت کاربرد بسیار زیاد این مواد است.
الاستومرها

الاستومرها ، پلیمرهایی هستند که در اثر نیروی خارجی تغییر شکل پیدا می‌کنند. بعد از حذف نیرو ، تغییر شکل از بین می‌رود و دوباره به حالت اولیه باز می‌گردند. این پلیمرها در اثر گرما ، نرم می‌شوند، ولی برخلاف ترموستها (ترموپلاستیکها) به حالت ویسکوز یا مایع سیال در نمی‌آیند. موقعی که این پلیمرها در اثر حرارت نرم شدند، آنرا با اضافه کردن افزودنیهای مورد نیاز در داخل قالب پخت می‌کنند. عملیات پخت را Curing گویند. ترموسیتینگها

این پلیمرها ، پلیمرهایی هستند که در اثر گرما نرم نمی‌شوند. بلکه با افزایش دما ، سختتر و محکمتر می‌شوند و با بالا رفتن بیشتر دما ، درجه سختی آنها افزایش می‌یابد. این پلیمرها برای قالب گیری ، درون قالب ریخته می‌شوند و قالب گیری می‌شوند. گاهی ممکن است فرایند پلیمریزاسیون نیز همزمان درون قالب انجام شود و بعد از پلمریزاسیون ، پلیمر شکل قالب را به خود می‌گیرد.
مقایسه ترموستها ، الاستومرها و ترموسیتینگها از نظر ساختمانی

ترموستها و الاستومرها ، پلیمرهای یک‌بعدی هستند. بنابراین در حلال‌های مرسوم شیمیایی که بسته به نوع ساختمان پلیمر تعیین می‌شود، حل می‌گردند. اما ترموسیتینگها ، جزو پلیمرهای سه بعدی یا مشبک می‌باشند و بنابراین در هیچ حلالی حل نمی‌شوند.

[*میترا*]

اولین قدم در مورد صنعت پلاستیک ، توسط فردی به نام وایسا هیکات انجام گرفت که تلاش می‌کرد ماده‌ای بجای عاج فیل تهیه کند. چون عاج فیل بعنوان ماده‌ای سخت ، گرانقیمت و همینطور کمیاب کاربردهای فراوانی داشت. وی توانست نیترات سلولز را (که به غلط نیتروسلولز گفته می‌شود) از سلولز تهیه کند. پس نیترات سلولز اولین پلاستیک با منشا طبیعی است.

ویژگیهای مواد پلاستیکی

یک ویژگی مهم مواد پلاستیکی در صنعت ، فرآیند پذیر بودن یا Processible بودن آن است. اگر ماده‌ای قابل ذوب یا قابل حل باشد، در صنعت قابل استفاده است و گرنه نمی‌توان از آن استفاده صنعتی کرد. چون نمی‌توانیم آن را برای تهیه مواد بکار ببریم.
ویژگی سلولز و نیترات سلولز

سلولز نه قابل حل و نه قابل ذوب است و قبل از ذوب تجزیه می‌شود. پس فرآیند پذیر نیست. اما نیترات سلولز هم قابل حل و هم قابل ذوب است. یعنی وایسا هیکات ، سلولز فرآیند ناپذیر را به نیترات سلولز فرآیند پذیر تبدیل کرد.
ویژگی استات سلولز

نیترات سلولز ایراداتی دارد. از این رو تلاش برای جایگزین کردن یک پلاستیک دیگر به جای آن آغاز شد. در سال 1908 مایلز استات را تهیه کرد که هم مزیت نیتروسلولز را دارد و هم کارکردن با آن آسانتر است و خطرات کمتری دارد.
اولین پلاستیک سنتزی

اولین پلاستیک سنتزی ، رزین فنل- فرمالدئید بود که در تلاش برای ساخت مواد پلیمری کاملا سنتزی ، در سال 1907 لئو بلکند موفق شد از متراکم کردن فنل با فرمالدئید ، رزین فنل فرمالدئید را که بعدها تحت عنوان بالکیت (بعنوان محصول نهایی) نامیده شد، تولید کند. این رزین هم در محیطهای اسیدی و هم قلیایی قابل تهیه است.

محیط اسیدی نوالاک بالکیت محیط بازی رزول رزیتول رزیت
فنوپلاستها

از متراکم شدن فنل با فرمالدئید در محیط اسیدی یا بازی فنوپلاست یا رزین فنل-فرمالدئید حاصل می‌شود. ماکزیمم PH که در صنعت با آن کار می‌شود 8/5 است و برای ایجاد این PH البته در محیط بازی به محیط ، NH3 یا NaOH اضافه می‌شود. برای این که چسب نجاری حاصل شود، در انتهای مولکول ، باید گروه OH باشد. هر چه گروههای OH بیشتر باشد چسبندگی بیشتر خواهد بود. پس برای تولید چسب بهتر ، باید فرمالدئید اضافی برداریم. بهترین چسب آن است که گروه فرمالدئید آزاد داشته باشد.

آمینوپلاستها

این پلاستیک‌ها از متراکم شدن اوره یا ملامین با فرمالدئید در محیط اسیدی یا بازی بدست می‌آیند. دمای این واکنش باید بین 60 تا 80 درجه سانتیگراد باشد. چسب فنل فرمالدئید بعلت بدبویی در بازار نیست. ولی این چسب ، در بازار موجود است. ملامین یا 8 ، 4 ، 6 _ تری آمینو _ 1 ، 3 ، 5 _ تری آزید با فرمالدئید می‌تواند در محیط اسیدی یا بازی ، واکنش چند تراکمی انجام دهد و برحسب شرایط تنظیم واکنش ، پلیمر یک بعدی ایجاد کند.

وقتی که شرایط را با تنظیم PH در محیط اسیدی و دمای زیاد تغییر دهیم، پلیمر یک بعدی به سه بعدی تبدیل می‌شود و همراه با 20 درصد کائولن تبدیل به فرمیکال می‌شود که ماده استخوانی روی میزهای کابینت‌هاست که در خلا تحت فشار بالا پرس می‌شود. حال اگر 40 - 30 درصد کربنات کلسیم اضافه کنیم، تبدیل به زیر سیگاری و مواد دیر اشتعال پذیر می‌شود که قیمت آن ، فوق‌العاده افت می‌کند. اما قدرت مکانیکی آن بالا می‌رود.

کلید و پریز برق بدون استثنا از این ماده می‌باشد.
ترموپلاستها

پلیمرهایی هستند که در اثر فشار ، تغییر شکل می‌دهند و بعد از حذف نیروی خارجی ، این تغییر شکل همچنان ادامه می‌یابد و باقی می‌ماند. به عبارت دیگر ، خاصیت پلاستیسیتی دارند. این پلیمرها در اثر گرما بتدریج نرم می‌شوند و با افزایش دما به حالت فیزیکی جامد خود تبدیل می‌شوند. این خصلت ، کاربرد این پلیمرها را تضمین می‌کند یا بوجود می‌آورد. اگر ترموپلاستیکی را بصورت پودر یا حلقه‌های کوچک حرارت دهیم، ابتدا نرم و سپس مذاب و وسیکوز می‌شود و اگر آنها را قالب بگیریم، شکل قالب را به خود می‌گیرد.

[ریپورتر]

سال هفتم - شماره سي ‌و دوم - خرداد و تير 1387


سایت نشریه

صفحه 1صفحه 2 صفحه 3صفحه 4 صفحه 5 صفحه 6صفحه 7 صفحه 8

[*مینا*]

دنياي پليمر تصور جهان پیشرفته کنونی بدون وجود مواد پلیمری مشکل می‌باشد. امروزه این مواد جزیی از زندگی ما شده‌اند و در ساخت اشیای مختلف ، از وسایل زندگی و مورد مصرف عمومی تا ابزار دقیق و پیچیده پزشکی و علمی بکار می‌روند. کلمه پلیمراز کلمه یونانی (Poly) به معنی چند و (Meros) به معنای واحد با قسمت بوجود آمده است. در این میان ساختمان پلیمرها با مولکولهای بسیار دراز زنجیر گونه با ساختمان فلزات کامل متفاوت است. این مولکولهای بلند از اتصال و بهم پیوستن هزاران واحد کوچک مولکولی مرسوم به منومر تشکیل شده‌اند. مواد طبیعی مانند ابریشم ، لاک ، قیر طبیعی ، کشانها و سلولز ناخن دارای چنین ساختمان مولکولی هستند.البته تا اوایل قرن نوزدهم میلادی توجه زیادی به مواد پلیمری نشده بود بومیان آمریکای مرکزی از برخی درختان شیرابه‌هایی استخراج می‌کردند که شیرابه بعدها نام لاتکس به خود گرفت. در سال 1829 ، دانشمندان متوجه شدند که در اثر مخلوط کردن لاتکس طبیعی با سولفور و حرارت دادن آن ماده‌ای قابل ذوب ایجاد می‌شود که می‌توان از آن محصولات مختلفی نظیر چرخ ارابه یا توپ تهیه کرد. در سال 1909 میلادی فنل فرمالدئید موسوم به باکلیت ساخته شد که در تهیه قطعات الکتریکی ، کلیدها ، پریزها و وسایل مصرف زیادی دارد.در اثنای جنگ جهانی دوم موادی مثل نایلون پلی اتیلن ، اکریلیک موسوم به پرسپکس به دنیا عرضه شد. نئوپرن را شرکت دوپان در سال 1932 ابداع و به شکل تجارتی ابتدا با نام دوپرن و بعدها نئوپرن عرضه کرد. شاخه‌های پلیمر اولین قدم در زمینه صنعت پلاستیک توسط فردی به نام واسپاهیات انجام گرفت وی در تلاش بود ماده‌ای را به جای عاج فیل تهیه کند. وی توانست فرآیند تولید نیترات سلولز را زا سلولز ارائه کند. در دهه 1970 پلیمرهای‌هادی به بازار عرضه شدند که کاربرد بسیاری در صنعت رایانه دارند زیرا مدارها و ICهای رایانه‌ها از این مواد تهیه می‌شوند. و در سالهای اخیر مواد هوشمند پلیمری جایگاه تازه‌ای برای خود سنسورها پیدا کردند. پلیمرها را می‌توان از 7 دیدگاه مختلف طبقه بندی نمود. صنایع ، منبع ، عبور نور ، واکنش حرارتی ، واکنش‌های پلیمریزاسیون ، ساختمان مولکولی و ساختمان کریستالی. از نظر صنایع مادر پلیمرها به چهار گروه صنایع لاستیک ، پلاستیک ، الیاف ، پوششی و چسب تقسیم بندی می‌شوند. اینها صنایع مادر در پلیمرها می‌باشند اما صنایع وابسته به پلیمر هم فراوان هستند مانند صنعت پزشکی در اعضای مصنوعی ، دندان مصنوعی ، پرکننده‌ها ، اورتوپدی از پلیمرها به وفور استفاده می‌شود. پلیمرها از لحاظ منبع به سه گروه اصلی تقسیم بندی می‌شوند که عبارتند از پلیمرهای طبیعی ، طبیعی اصلاح شده و مصنوعی. رزین منابع طبیعی رزینها ، حیوانات ، گیاهان و مواد معدنی می‌باشد. این پلیمرها به سادگی شکل پذیر بوده لیکن دوام کمی دارند. رایج عبارتند از روزین ، آسفالت ، تار ، کمربا ، سندروس ، لیگنپین ، لاک شیشه‌ای می‌باشند. رزین‌های طبیعی اصلاح شده شامل سلولز و پروتئین می‌باشد سلولز قسمت اصلی گیاهان بوده و به عنوان ماده اولیه قابل دسترسی برای تولید پلاستیکها می‌باشد کازئین ساخته شده از شیر سرشیر گرفته ، تنها پلاستیک مشتق شده از پروتئین است که در عرصه تجارت نسبتا موفق است. پلیمر مصنوعی پلیمرهای مصنوعی را می‌توان از طریق واکنشهای پلیمریزاسیون بدست آورد. از مواد پلیمری می‌توان در تهیه پلاستیکها ، چسبها ، رنگها ، ظروف عایق ، مواد پزشکی بهره جست. پلاستیکها به تولید طرحهای جدید در اتومبیلها ، کامیونها ، اتوبوسها ، وسایل نقلیه سریع ، هاورکرافت ، قایقها ، ترنها ، آلات موسیقی ، وسایل خانه ، یراق آلات ساختمانی و سایر کاربردها کمک نموده‌اند در ادمه به بررسی کاربرد چندین پلیمر می‌پردازیم: پلیمرهای بلوری مایع (LCP) این پلیمرها بتازگی در بین مواد پلاستیکی ظهور کرده است. این مواد از استحکام ابعادی بسیار خوب ، مقاومت بالا ، مقاومت در مقابل مواد شیمیایی توام با خاصیت سهولت شکل پذیری برخوردار هستند. از این پلیمرها می‌توان به پلی اتیلن با چگالی کم قابل مصرف در ساخت عایق الکتریکی ، وسایل خانگی ، لوله و بطریهای یکبار مصرف ، پلی اتیلن با چگالی بالا قابل مصرف در ظروف زباله‌ها بطری ، انواع مخازن و لوله برای نگهداری و انتقال سیالات ، پلی اتیلن شبکهای ، پلی پروپیلن قابل مصرف در ساخت صندوق ، قطعات کوچک خودرو ، اجزای سواری ، اسکلت صندلی ، اتاقک تلویزیون و... اشاره نمود. پلیمرهای زیست تخریب پذیر این پلیمرها در طی سه دهه اخیر در تحقیقات بنیادی و صنایع شیمیایی و دارویی بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. زیست تخریب پذیری به معنای تجزیه شدن پلیمر در دمای بالا طی دوره مشخص می‌باشد که بیشتر پلی استرهای آلیفاتیک استفاده می‌شود. از این پلیمرها در سیستم‌های آزاد سازی دارویی با رهایش کنترل شده یا در اتصالات ، مانند نخ‌های جراحی و ترمیم شکستگی استخوانها و کپسولهای کاشتی استفاده می‌شود. پلی استایرن این پلیمر به صورت گسترده‌ای در ساخت پلاتیکها و رزینهایی مانند عایقها و قایقهای فایبر گلاس در تولید لاستیک ، مواد حد واسط رزینهای تعویض یونی و در تولید کوپلیمرهایی مانند ABS و SBR کاربرد دارد. محصولات تولیدی از استایرن در بسته بندی ، عایق الکتریکی - حرارتی ، لوله‌ها ، قطعات اتومبیل ، فنجان و دیگر موادی که در ارتباط با مواد غذایی می‌باشند ، استفاده می‌شود. لاستیکهای سیلیکون مخلوط بسیار کانی- آلی هستند که از پلیمریزاسیون انواع سیلابها و سیلوکسانها بدست می‌آیند. با اینکه گرانند ولی مقاومت قابل توجه در برابر گرما به استفاده منحصر از این لاستیکها در مصارف بالا منجر شده است. این ترکیبات اشتغال پذیری نسبتا پایین ، گرانروی کم در درصد بالای رزین ، عدم سمیت ، خواص بالای دی الکتریک ، حل ناپذیری در آب و الکلها و ... دارند به دلیل همین خواص ترکیبات سیلیکون به عنوان سیال هیدرولیک و انتقال گرما ، روان کننده و گریس ، دزدگیر برای مصارف برقی ، رزینهای لایه کاری و پوشش و لعاب مقاوم در دمای بالا و الکلها و مواد صیقل کاری قابل استفاده‌اند. بیشترین مصرف اینها در صنایع هوا فضاست. لاستیک اورتان این پلیمرها از واکنش برخی پلی گلیکولها با دی ایزوسیاناتهای آلی بدست می‌آیند. مصرف اصلی این نوع پلیمرها تولید اسفنج انعطاف پذیر و الیاف کشسان است. در ساخت مبلمان ، تشک ، عایق - نوسانگیر و ... بکار می‌روند. ظهور نخ کشسان اسپندکس از جنش پلی یوره تان به دلیل توان بالای نگهداری این نوع نخ زمینه پوشاک ساپورت را دگرگون کرده است. منابع مورد استفاده شده مهندسی پلاستیک تالیف آر. جی. کرافورد ، ترجمه مهرداد کوکبی پلاستیکهای صنعتی تالیف مهندس شیرین خسروی مواد پلاستیک تالیف حسین امیدیان شیمی پلیمر پلیمرها (بسپارها) یا ماکرومولکولها (درشت مولکولها) ، مولکولهای غول‌پیکری هستند که دست‌کم ، 100 برابر سنگین‌تر از مولکولهای کوچکی مانند آب یا متانول هستند. ریشه لغوی واژه پلیمر از دو واژه یونانی Poly و Meros مشتق شده است و به معنی بسپار است. بشر نخستین ، آموخته بود چگونه الیاف پروتئینی پشم و ابریشم و الیاف سلولزی پنبه و کتان را عمل آورد، رنگرزی کند و ببافد. بومیان جنوبی از لاستیک طبیعی ، برای ساختن اشیاء کشسان و پارچه‌های ضد آب استفاده می‌کردند. پلی کلروپرن ، نخستین لاستیک سنتزی است که در آمریکا تهیه شد و گسترش یافت. پلی بوتادین ، نخستین کائوچوی سنتزی است که آلمانی‌ها به نام بونا- اس به مقدار کافی تهیه کردند. بوتیل کائوچو ، یکی از چهار لاستیک سنتزی است که اکنون به مقدار بیشتری تهیه و مصرف می‌شود. نخستین لاستیک مصنوعی ، سلولوئید است که از نیترو سلولز و کافور توسط "پارکر" در سال 1865 تهیه شد. ولی در سال 1930، عمل پلیمریزاسیون و الکلاسیون کشف شد و در صنعت بکار گرفته شد. در این دوران ، آمونیاک برای تولید مواد منفجره ، تولوئن برای TNT و بوتادین و استیرن برای تولید لاستیک مصنوعی به مقدار زیادی از نفت تولید شد. استات سلولز در سال 1894 توسط "بران دکرس" سنتز شد و در سال 1905 توسط "میلس" کامل شد. در سال 1900، "رم" ، پلیمریزاسیون ترکیبات آکریلیک را آغاز کرد و در سال 1901، "اسمیت" نخستین فتالات گلسیرین (یا فتالات گلسیریل) را تهیه کرد. در اواسط قرن بیستم در آلمان ، "اشتودینگر" ، قانون مهم ساختار مولکولهای بزرگ را وضع کرد. در سال 1934، کارخانه (ICI) موفق به تهیه مولکولهای بزرگ پلی اتیلن شد. "دوپن" بطور منظم در زمینه تراکم مواد بررسیهایی انجام دارد که در نتیجه ، به تهیه پلی آمیدها یعنی الیاف نایلون نایل شد و الیاف پلی آمید را از کاپرولاکتام تهیه کرد که به الیاف پرلون شهرت یافت. نقش و تاثیر پلیمرها در زندگی کاغذ ، چوب ، نایلون ، الیاف پلی استر ، ظروف ملامین ، الیاف پلی اتیلن ، اندود تفلون ظروف آشپزی ، نشاسته ، گوشت ، مو ، پشم ، ابریشم ، لاستیک اتومبیل و... ، ماکرومولکولهایی هستند که روزانه با آنها برخورد می‌کنیم. مفاهیم مرتبط با شیمی پلیمر در مورد پلیمرها با مفاهیمی همچون خواص فیزیکی و مکانیکی ، مکانیسم پلیمر شدن ، فرآورش پلیمرها روبرو هستیم. خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمرها در بر گیرنده مفاهیم زیر است: مورفولوژی ، رئولوژی ، انحلال پذیری ، وزن مولکولی ، روشهای آزمودن ، روشهای شناسایی. مکانیسم پلیمری شدن از سه طریق زیر است: پلیمرشدن تراکمی ، پلیمرشدن افزایشی ، کوپلیمرشدن. فرآورش پلیمرها در برگیرنده مباحث زیر است: پر کننده‌ها ، توان دهنده‌ها ، نرم سازها ، پایدار کننده‌ها، عمل آورنده‌ها ، رنگ‌ها و غیره. شاخه‌های شیمی مرتبط با شیمی پلیمر شیمی پلیمر با مباحث زیر در ارتباط است: شیمی آلی شیمی آلی فلزی شیمی دارویی پتروشیمی صنایع نفت چند کاربرد مهم پلیمرها پلی آمید (نایلون) برای تهیه الیاف ، طناب ، تسمه ، البسه ، پلاستیک صنعتی ، جایگزین فلز در ساخت غلتک یا تاقان ، بادامک ، دنده ، وسایل الکتریکی بکار می‌رود. پلی استر بصورت الیاف ، جهت تهیه انواع لباسها ، نخ لاستیک ، بصورت لایه برای تهیه نوار ضبط صوت و فیلم بکار می‌رود. پلی اتیلن (کم‌چگالی ، شاخه‌دار) بصورت لایه ورقه در صنایع بسته بندی ، کیسه پلاستیکی ، الیاف پارچه بافتنی ، بسته‌بندی غذای منجمد ، پرده ، پوشش پلاستیکی ، عایق ، سیم و کابل ، بطری بکار می‌رود. پلی استیرل برای تهیه رزینهای تبادل یونی ، انواع کوپلیمرها ، رزینهای ABC ، مواد اسفنجی ، وسایل نوری ، وسایل خانگی ، اسباب بازی ، مبلمان بکار می‌رود. تقسیم بندی پلیمرها از نظر خواص پلیمرها یا بسپارها ، ترکیباتی هستند که از بهم پیوستن چندین مولکول منومر بوجود می‌آیند. پلیمرها را به طرق مختلف طبقه‌بندی می‌کنند. یکی از روشهای تقسیم بندی پلیمرها ، تقسیم بندی از نظر خواص است. پلیمرها از نظر خواص به سه دسته عمده تقسیم بندی می‌شوند. پلاستیکها ، دسته‌ای از پلیمرها توموپلاستها ترموپلاستها ، پلیمرهایی هستند که در اثر فشار ، تغییر شکل (Deformation) می‌دهند و بعد از حذف نیروی خارجی ، این تغییر شکل ، همچنان باقی می‌ماند. به عبارت دیگر این پلیمرها ، خاصیت پلاستیسیتی دارند. این پلیمرها در اثر گرما بتدریج نرم می‌شوند. با افزایش دما به حالت مذاب در می‌آیند. بعد از حذف گرما به حالت فیزیکی جامد خود تبدیل می‌شوند. این خصلت ، کاربرد صنعتی این نوع پلیمرها را تضمین می‌کند. اگر ترموپلاستیکی را به صورت پودر یا حلقه‌های کوچک در آوریم و سپس حرارت دهیم، ابتدا نرم و سپس مذاب و ویسکوز می‌شود و اگر آنرا در قالب بگیریم، شکل قالب را به خود می‌گیرد و این علت کاربرد بسیار زیاد این مواد است. الاستومرها الاستومرها ، پلیمرهایی هستند که در اثر نیروی خارجی تغییر شکل پیدا می‌کنند. بعد از حذف نیرو ، تغییر شکل از بین می‌رود و دوباره به حالت اولیه باز می‌گردند. این پلیمرها در اثر گرما ، نرم می‌شوند، ولی برخلاف ترموستها (ترموپلاستیکها) به حالت ویسکوز یا مایع سیال در نمی‌آیند. موقعی که این پلیمرها در اثر حرارت نرم شدند، آنرا با اضافه کردن افزودنیهای مورد نیاز در داخل قالب پخت می‌کنند. عملیات پخت را Curing گویند. کلید و پریز برق ، از گروه ملامینها ترموسیتینگها این پلیمرها ، پلیمرهایی هستند که در اثر گرما نرم نمی‌شوند. بلکه با افزایش دما ، سختتر و محکمتر می‌شوند و با بالا رفتن بیشتر دما ، درجه سختی آنها افزایش می‌یابد. این پلیمرها برای قالب گیری ، درون قالب ریخته می‌شوند و قالب گیری می‌شوند. گاهی ممکن است فرایند پلیمریزاسیون نیز همزمان درون قالب انجام شود و بعد از پلمریزاسیون ، پلیمر شکل قالب را به خود می‌گیرد. مقایسه ترموستها ، الاستومرها و ترموسیتینگها از نظر ساختمانی ترموستها و الاستومرها ، پلیمرهای یک‌بعدی هستند. بنابراین در حلال‌های مرسوم شیمیایی که بسته به نوع ساختمان پلیمر تعیین می‌شود، حل می‌گردند. اما ترموسیتینگها ، جزو پلیمرهای سه بعدی یا مشبک می‌باشند و بنابراین در هیچ حلالی حل نمی‌شوند. فرایند پلیمریزاسیون اصولا هر کسی که سر رشته‌ای از شیمی دارد، فرق بین یک جسم ساده اورگانیک مانند بنزن و ... و یک جسم پلیمری را می‌داند. اولین و عمده‌ترین فرقی که بین این دو نوع ماده وجود دارد، جرم مولکولی آنهاست. پلیمرها جرم مولکولی بسیار بالا از 10000 تا چندین میلیون دارند. پس جرم مولکولی ، شاخص تمایز بین جسم ساده اورگانیک و اجسام پلیمری است. انواع پلیمرها پلیمرها را به سه گروه عمده تقسیم می‌کنند: بیوپلیمرها یا پلیمرهای طبیعی مانند سلولز ، نشاسته ، پروتئینها و ... پلیمرهای معدنی مانند الماس ، گرافیت ، اکثر اکسیدهای فلزی و ... پلیمرهای سنتزی پلیمرهایی هستند که منشا آنها عموما مونومرهایی از نفت خام و قطران زغال سنگ است و ما با انجام فرآیندهایی ، پلیمرهای بسیار مفید می‌سازیم که امروزه زندگی بدون آنها ممکن نیست. با این فرایندها بطور کلی آشنا می‌شویم. پلیمریزاسیون افزایشی در این نوع پلیمریزاسیون ، از ترکیباتی که بند دوگانه (C ═ C) دارند، پلیمر می‌سازند. مثل تولید پلی اتیلن از اتیلن. پلی اتیلن C2H4 → (─ C2H4 ─)n در این واکنش ، اتیلن در اثر حرارت به پلی اتیلن تبدیل می‌شود. جرم مولکولی پلی اتیلن بین 1000 تا 20000 می‌تواند متفاوت باشد. یعنی بر حسب شرایط ، درجه پلیمریزاسیون یعنی همان n مولکول پلیمر را می‌توان کم یا زیاد کرد. آکریلان n(CH2 ─ CHCN) → (─ CH2 ─ CHCN─)n این پلیمر نیز از مشتقات اتیلن است. مونومر این پلیمر ، سیانید ونیل (آکریکونیتریل) است. PVC CH2 ═ CHCl → (─ CH2 ─ CHCl)n پلی وینیل کلراید یا PVC نیز از پلیمریزاسیون کلرید وینیل CH2 ═ CHCl بوجود می‌آید. کوپلیمریزاسیون کوپلیمریزاسیون عبارتست از پلیمریزاسیون دو یا چند نوع مونومر و ایجاد مولکولهایی با بیش از یک نوع واحد ساختمانی ، که آنها را کوپلیمر می‌نامند. فرمول عمومی کوپلیمر را می‌توان به صورت...A)n(B)m(C)p) نشان داد که C,B,A و غیره نشان دهنده واحدهای ساختمانی مختلف می‌باشند. هموپلیمرها (homopolymers) ساده ترین انواع پلیمرها ، هموپلیمرها هستند که از زنجیره های پلیمری متشکل از واحدهای تکراری منفرد تشکیل شده‌اند. بدین معنی که اگر A یک واحد تکراری باشد، یک زنجیره هموپلیمری ، ترتیبی به صورت… AAAدر زنجیره مولکولی پلیمر خواهد داشت. به عبارت دیگر می توان برای هموپلیمرها فرمول عمومی An را در نظر گرفت. از جمله هموپلیمرها می توان پلیمرهایی مثل پلی‌اتیلن ، پلی‌پروپیلن ، پلی‌استایرن و پلی‌وینیل‌کلراید یا PVC را نام برد. کوپلیمرها (Coplymers) کوپلیمرها، پلیمرهایی هستند که از پلیمریزاسیون دو یا چند مونومر مختلف و مناسب با یکدیگر بوجود می‌آیند که از این راه می توان پلیمر را با ساختمانهای متفاوتی بوجود آورد. در کوپلیمریزاسیون دو مونومر B,A ، زنجیرهای پلیمر می‌توانند مونومر A یا مونومر B را در انتهای رشد کننده خود داشته باشند. در نتیجه ، چهار واکنش امکان پذیر است، واکنش زنجیر دارای انتهای A با مونومر A یا B و واکنش زنجیر دارای انتهای B با مونومر A یا B هر یک از واکنش ها ثابت سرعت مشخصی دارند. از روی نسبت داده شده مولکولهای مونومر می‌توان نسبت واحدهای مونومرهای بکار رفته در یک پلیمر را بدست آورد. نسبت واکنش پذیری مقدار نسبت های واکنش پذیری در تعیین ترکیب کوپلیمر دارای اهمیت زیادی است. اگر نسبت واکنش پذیری از 1 بزرگتر باشد، رادیکال ترجیحا با زنجیری که دارای واحد انتهایی مشابه با آن است، واکنش می‌دهد (یعنی رادیکال A با رادیکال A). ولی اگر نسبت واکنش پذیری کوچکتر از 1 باشد، مونومر با زنجیرهایی که در انتها دارای نوع دیگری مونومر هستند واکنش می‌دهد. در موارد خاص که نسبت واکنش پذیری برابر 1 باشد، واکنش به عنوان "کوپلیمریزاسیون ایده آل" شناخته می‌شود، چون کوپلیمر به صورت کاملا تصادفی تشکیل شده و ترکیب آن هماننتد ترکیب مخلوط واکنشی است که پلیمریزاسیون در آن انجام می‌شود. هنگامی که به دو نسبت واکنش پذیری ، صفر باشد، مونومرها به هیچ وجه با زنجیرهای پلیمر در حال رشد که دارای واحد انتهایی مشابه آنها باشد، وارد واکنش نمی‌شوند. در نتیجه "کوپلیمریزاسیون متناوب" انجام می‌گیرد. خواص کوپلیمرها اگر مونومرهای B و A با هم واکنش بدهند و یک کوپلیمر را بوجود بیاورند این کوپلیمر اغلب خواص کاملا متفاوتی نسبت به مخلوط فیزیکی دو هموپلیمر جداگانه B و A خواهد داشت. خواص یک کوپلیمر به روشنی بستگی به نحوه توزیع واحدهای B و A در زنجیرهای کوپلیمر دارد. توزیع مونومرها نباید الزاما برابر نسبت غلظت مونومرهای B,A موجود مخلوط اولیه باشد. بطور کلی در یک کوپلیمر متشکل از مونومر B و A ، در صورتیکه مونومر A فعالتر باشد کوپلیمری که در مراحل اولیه تشکیل می شود از A نسبت به B غنی‌تر خواهد بود ولی در مراحل بعدی واکنش از آنجا که غلظت مونومر A کم می‌شود کوپلیمر تشکیل شده بیشتر شامل B خواهد بود. این مسئله که ترکیب کوپلیمر در ضمن پلیمریزاسیون تغییر پیدا می‌کند را می‌توان با افزایش تدریجی مونومر فعالتر تا حدودی کاهش داد. از مزیت های کوپلیمریزاسیون این است که کیفیتهای خوب و دلخواهی که هر یک از هموپلیمرها دارند می توانند با هم در یک کوپلیمر جمع شده و خواص مورد دلخواه را به یک کوپلیمر بدهند. انواع کوپلیمریزاسیون کوپلیمرها انواع مختلفی دارند و لیکن می توان آنها را به چهار نوع مجزا از کوپلیمرها به صورت تصادفی ، تناوبی ، دسته ای و پیوندی دسته بندی نمود. کوپلیمرهای تصادفی یابی نظم (Random Copolymers) این کوپلیمرها بوسیله پلیمریزاسیون مخلوط مناسبی از مونومرهای مختلف که به طور تصادفی در زنجیره های پلیمر مرتب شده اند، تهیه می‌شوند. اگر B و A مونومرهای یک کوپلیمر باشند، در اینصورت آرایش کوپلیمر ممکن است به صورت زیر باشد: ...AABABBBAA مثالهایی از این نوع ، کوپلیمرهای کلرواتن- اتنیل- اتانوات (وینیل کلراید- وینیل استات) و فنیل اتن- بوتا 1و3 - دین می‌باشند. در مورد کوپلیمر کلرواتن – اتنیل اتانوات حضور اتینل اتانوال باعث افزایش حلالیت و بهبود خاصیت قابلگیری (توسط افزایش میزان جاری شدن) در مقایسه با هموپلیمر کلرواتن می‌شود. کوپلیمرهای متناوب (alternating copolymers) در این کوپلیمرها ، واحدهای تکراری مختلف بصورت متناوب درون زنجیر پلیمری قرار گرفته اند. در واقع هنگامی که نسبت واکنش پذیری دومونومر B و A صفر باشد، مونومرها به هیچ وجه با زنجیرهای پلیمر در حال رشد که دارای واحد انتهایی مشابه با آنها باشد، وارد واکنش نمی‌شوند. در نتیجه "کوپلیمریزاسیون متناوب" انجام می گیرد. آرایش یک کوپلیمر متناوب متشکل از مونومرهای B,A به صورت زیر می باشد: ...ABABAB مثالی از این کوپلیمرها ، محصولی است که از کوپلیمریزاسیون رادیکالی بوتن دیوئیک انیدرید (مالئیک ایندرید) و فنیل اتن با نسبت های مولی تقریبا مساوی بدست می آید. بوتن دیوئیک انیدرید همچنین می‌تواند بصورت رادیکال آزاد با فنیل اتین (فنیل استیلن) کوپلیمر شود. کوپلیمرهای دسته‌ای (Block Polymers) این کوپلیمرها بوسیله پلیمریزاسیون واحدهای هموپلیمر با جرم مولکولی کم بصورت دسته- دسته که با یکدیگر واکنش داده و کوپلیمر را تشکیل می دهند، تهیه می‌شوند. آرایش یک کوپلیمر دسته‌ای متشکل از مونومرهای B و A عبارتست از AAAA-BBB-AAAA…. کوپلیمرهای دسته ای را می‌توان با روشهای مختلفی تهیه کرد. یکی از این روشها با مکانیسم آنیونی انجام می‌شود که در مرحله اول یک نوع از مونومرها بصورت آنیونی پلیمر می‌شوند و واکنش تا آنجا ادامه پیدا می کند که مونومرها به مصرف برسند پس به پلیمر زنده بدست آمده مونومر دیگر اضافه می‌شود که این مونومر نیز به زنجیر اضافه می‌گردد و قسمت دوم زنجیر را بوجود می‌آورد و این فرآیند را می‌توان در صورت لزوم به همیتن ترتیب تکرار کرد. کوپلیمرهای دسته‌ای که از نظر تجارتی دارای اهمیت هستند شامل کوپلیمرهای قسمتی فنیل اتن- بوتا- 1و3- دین می‌باشند که از جمله لاستیک های گرمانرم بشمار می‌روند. کوپلیمرهای پیوندی (Graft Copolymers) در این کوپلیمرها ، یک شاخه اصلی هموپلیمر با تعدادی شاخه جانبی وجود دارد که هر شاخه جانبی ، هموپلیمر مونومر دیگری می باشد که روی شاخه اصلی پیوند زده شده است. آرایش یک کوپلیمر پیوندی شامل مونومرهای A بعنوان شاخه اصلی و مونومرهای B بعنوان شاخه فرعی بصورت زیر می‌باشد: AAAAAA B B B B کوپلیمرهای پیوندی را می‌توان با آغاز کردن پلیمریزاسیون مونومری مانند B بصورت رادیکال آزاد در حضور هموپلیمری از مونومر A تهیه کرد. رادیکالهای آزادی که بوجود می آیند باعث برداشته شدنم اتمهایی در امتداد زنجیر پلی (A) می‌شوند. و به این طریق محلهای رادیکالی را بر روی زنجیر بوجود می‌آورند که پس از این محل‌ها پلی (B) می‌تواند رشد پیدا کند. نمونه ای از یک کوپلیمر مهم صنعتی ، کوپلیمری است که از حدود 85 درصد کلرید پلی وینیل و 15 درصد استات پلی وینیل تشکیل شده است و به عنوان ماده پایه در اکثر ثباتهای وینیلی بکار می‌رود. از دیگر کوپلیمرهای پیوندی که از اهمیت صنعتی برخوردارند می‌توان پروپن نیتریل بوتا- 1و3 – دین و فنیل اتن را نام برد.

برگرفته از دانشنامه رشد http://www.roshd.ir

[moji5]

گاهی شیمیدان ها پلی‌مرها را مولكولهای غول‌پیكر می‌نامند. مولكولهای غول پیكر؟ چشم انسان بزرگ نیستند.( در واقع این مولكولهای بزرگ با چشم دیده نمی‌شوند) ، اما در مقایسه با مولكولهای دیگر بسیار عظیم‌الجثه‌اند. پلی‌مرها از مولكولهای كوچكی به نام مونومر ساخته شده‌اند. گاهی برای ساختن یك مولكول پلی مر ، هزارها مولكول‌ مونومر مشارك می‌كنند. مونومرها اجزای ساختاری پلی‌مرها به شمار می‌آیند. فرآیندی كه به وسیلة‌ آن مولكولهای كوچك مونومر به یكدیگر متصل می‌شوند و مولكولهای بزرگ پلی مر را پدید می‌آورند ، پلی مر شدن نامیده می‌شوند. مثلاً ، پلی اتیلن كه در تهیة كیسه‌های پلاستیكی مصرف می‌شوند ، از به هم پیوستن مولكولهای كوچك اتیلن به دست می‌آید.

پلی مر شدن : ساختن مولكول های بزرگ از مولكولهای كوچك

گاهی شیمیدان ها پلی‌مرها را مولكولهای غول‌پیكر می‌نامند. مولكولهای غول پیكر؟ چشم انسان بزرگ نیستند.( در واقع این مولكولهای بزرگ با چشم دیده نمی‌شوند) ، اما در مقایسه با مولكولهای دیگر بسیار عظیم‌الجثه‌اند. پلی‌مرها از مولكولهای كوچكی به نام مونومر ساخته شده‌اند. گاهی برای ساختن یك مولكول پلی مر ، هزارها مولكول‌ مونومر مشارك می‌كنند. مونومرها اجزای ساختاری پلی‌مرها به شمار می‌آیند. فرآیندی كه به وسیلة‌ آن مولكولهای كوچك مونومر به یكدیگر متصل می‌شوند و مولكولهای بزرگ پلی مر را پدید می‌آورند ، پلی مر شدن نامیده می‌شوند. مثلاً ، پلی اتیلن كه در تهیة كیسه‌های پلاستیكی مصرف می‌شوند ، از به هم پیوستن مولكولهای كوچك اتیلن به دست می‌آید.

پلی‌مرهای طبیعی

صدها سال است كه انسان از پلی‌مرهای طبیعی ، مانند نشاسته و پروتئینها ، به عنوان غذا ، از سلولز به صورت چوب برای ساخت مسكن ، از پشم ، پنبه و ابریشم برای تهیة‌ لباس استفاده كرده است.

نشاسته از مونومورسی موسوم به گلوكز به وجود آمده است (گلوكز ، C6 H12 O6 ،‌ یك قند ساده است) . پنبه از جنس سلولز است كه آن نیز پلی مر گلوكز به شمار می‌آید. چوب بیشتر از سلولز تشكیل شده است.

پروتئین های پلی مرهایی اند كه از مونومرهایی موسوم به آمینو اسید ساخته شده‌اند. پشم و ابریشم دو نوع پروتئین از هزاران نوع پروتئین موجود در طبیعت به شمار می‌آیند.

همان طور كه اشاره كردیم ، موجودات زنده بدون وجود پلی مرها زنده نمی مانند. هر گیاه و هر جانوری به چندین نوع پلی مر نیاز دارد. به احتمال قورمه مهمترین پلی‌مرهای طبیعی نو كلئیك اسیدها می‌باشند كه اطلاعات ژنتیكی را همراه دارند و هر موجود زنده را از دیگر همنوعان خود حتی نیز میسازند.

پلی‌مرهای مصنوعی

همان طور كه اشاره كردیم ، پلی مرهای مصنوعی در آزمایشگاه یا صنعت به دست انسان از مونومرهای مناسب ساخته می شوند.

پلی اتیلن

پلی اتیلن ساده‌ترین و ارزانترین پلی مر مصنوعی است كه در ساخت كیسه‌های پلاستیكی ، برای بسته‌بندی میوه و سبزی روكش لباس در خشكشویی و بسیاری از موارد دیگر استفاده می‌شود.

پلی اتیلن را از مونومر اتیلن تهیه می‌كنند. این هیدروكربن سیر نشده در مقیاس گسترده از كرا كینگ مواد نفتی بدست می‌آید. مولكولهای اتیلن بر اثر فشار و گرما در مجاورت كاتالیزگر مناسب به یكدیگر متصل می‌شوند و زنجیرهایی طویل تشكیل می‌دهند .

مولكولهای اتیلن

تعداد اتم های كربن در مولكولهای واقعی پلی اتیلن از چند صد تا چند هزار تغییر می‌كند.

پلی اتیلن كمی پیش از آغاز جنگ جهانی دوم كشف شد. این ماده عایق خوب الكتریسیته است و دماهای نسبتاً كم و زیاد را به خوبی تحمل می‌كند.

امروزه با استفاده از كاتالیزگرای مختلف و شرایط تجربی متفاوت ، دو نوع پلی اتیلن تولید می‌شود :

الف ) پلی اتیلن سنگین یا پر چگالی (HDPE) دارای مولكولهای خطی فشرده مبهم است . از این نوع پلی اتیلن برای تهیه اسباب بازی ،‌بطری شیر و غیره استفاده می‌شود.

ب ) پلی اتیلن سبك یا كم چگالی (LDPE) دارای مولكولهای شاخه‌دار است . شاخه‌ها از نزدیك شدن مولكولهای پلی اتیلن با یكدیگر جلوگیری می‌كنند . در نتیجه، دمای ذوب آن كمتر از دمای ذوب پلی اتیلن پر چگالی است. اشیای ساخته شده از پلی اتیلن پر چگالی شكل خود را در آب جوش حفظ می‌كنند ، در حالی كه اثبات ساخته شده از پلی اتیلن كم چگالی در آب جوش تغییر شكل می‌دهند و چون بر اثر گرما نرم و انعطاف‌پذیر می‌شوند ، از پلی اتیلن كم چگالی برای تهیه بطری پلاستیكی ، ورقه‌های پلاستیكی ، بطری آبفشان ، عایق سیم‌های برق و بسیاری از لوازم منزل استفاده می‌شود.

پلی‌مرهای گرما – نرم (ترموپلاستیك) و گرما – سخت (ترموستینگ)

پلی مرها را با توجه به عكس‌العملی كه در برابر گرما از خود نشان می‌دهند ؟ پلی مرهای گرما نرم (ترموپلاستیك) و پلی‌مرهای گرما – سخت (ترموستینگ) طبقه‌بندی می‌كنند. مثلاً ، هر دو نوع پلی اتیلن ترموپلاستیك هستند ، یعنی ، بر اثر گرما نرم می‌شوند و سپس بر اثر سرد شدن ، حالت فیزیكی ابتدایی خود را باز می‌یابند. بسیاری از پلاستیك‌های متداول ترموپلاستیك‌اند. می‌توان آنها را ذوب و دوباره قالب گیری كن . این عمل بارها و بارها قابل تكرار است. بعضی از پلاستیك‌ها ترموستینگ هستند ، یعنی ، بر اثر گرما نرم نمی‌شوند ، بلكه بیش از پیش بر استحكام آنها افزوده می‌شود. مثلاً ، با كلیت و پلی مر فنول ـ فرمالدهید) یك از پلی‌مرهای ترموستینگ است.

خواص پلی‌مرها

چندین نوع پلی‌مر وجود دارد. خواص پلی مرها به پلی مر دیگر بسیار تغییر می‌كند. پیش از این اشاره كردیم كه بعضی از پلی‌مرها ترموپلاستیك اند ، یعنی ، می‌توان آنها را ذوب و دوباره قالب‌گیری كرد.

پلی‌مرهای دیگر ترموستینگ می‌باشند ، یعنی ، وقتی سفت شدند ، دوباره نمی‌توان آنها را با گرم كردن ذوب كرد.

این پلی‌مرها بر اثر گرما ، به جای نرم شدن ، تغییر رنگ می‌دهند و تجزیه می‌شوند.

پلی مرهای متبلور و پلی مرهای بی‌شكل

بعضی از پلی‌مرها متبلورند . مولكولهای این نوع پلی‌مر به طور منظم در كنار یكدیگر جای می‌گیرند و الیافی با استحكام كششی زیاد تشكیل می‌دهند. پلی مرهای دیگر بی‌شكل‌اند و مولكولهای این نوع پلی‌مر به طور تصادفی به دور یكدیگر پیچیده‌اند.

آرایش مولكولهای پلی مر : (الف) آرایش بی شكل . (ب) آرایش متبلور

پلی‌مرهای متبلور الیاف مصنوعی جالب توجهی تشكیل می‌دهند ، در حالی كه پلی‌مرهای بی‌شكل كشسانهای خوبی به شمار می‌آیند. تمام پلی‌مرهای مصنوعی برای تولید الیاف مناسب نیستند ، اما پلی‌مرهایی كه قابل تبدیل به الیاف‌اند ،‌ خواصی بهتر از الیاف طبیعی از خود نشان می‌دهند . بیش از سه چهارم الیاف و پارچه‌هایی كه امروزه از آنها استفاده می‌كنیم ، از پلی‌مرهای مصنوعی تهیه می‌شوند.

بررسیهای انجام شده نشان می‌دهد كه یك پیراهن پنبه‌ای ، در طول عمر خود ، 88% بیشتر از پیراهنی كه از 65% پلی استر و 35% پنبه تهیه شده ‌باشد ، انرژی مصرف می‌كند و برای شستن و اطو كردن كرون (پلی استر) جانشینی برای پنبه و ابریشم به شمار می‌آید ، اما از بسیاری جهات بهتر از الیاف طبیعی است ، مانند پنبه كپك نمی زند ، به اطو كردن نیاز ندارد. پارچه‌های تهیه شده از داكرون با 35 تا 50% پنبه همان ویژگی‌های پنبه را نشان می‌دهد ، اما به اطو نیاز ندارند.

الیاف اكریلی مانند اورلون و آكریلان به الیاف پشمی شباهت دارند. لباس‌های تهیه شده از الیاف آكریلی دارای زیبایی و گرمی لباس‌های پشمی‌اند ،‌ اما در آب گرم چروك نمی‌شوند ، مورد حمله بید قرار نمی‌گیرد و برخلاف پشم برای بعضی از اشخاص ایجا حساسیت نمی‌كنند.

بعضی از الیاف مصنوعی آنقدر محكم هستند كه با سیم‌های فولادی قابل مقایسه‌اند. از جمله می‌توان الیاف داینی‌ ما را نام برد. این الیاف در هلند از مولكولهای بسیار بزرگ پلی اتیلن از حدود 100 مرتبه بزرگتر از مولكولهای پلی اتیلن معمولی ) ساخته شده‌اند. پارچه‌های بافته شده از این الیاف آنقدر محكم هستند كه برای تهیه جلیقه‌های ضد گلوله افراد پلیس مصرف می‌شوند. این جلیقه‌ها خیلی سبكتر و پوشیدن آنها راحت‌تر از جلیقه‌ای فلزی قدیمی است.

پلی‌مرهای طبیعی

گلوكز ، نشاسته ، سلولز و گیكوژن به دسته‌ای از تركیباتی آلی موسوم به كربوهیدرات تعلق دارند. كربوهیدراتها ضروریات زندگی ما را تأمین می‌كنند. ما نشاسته را می‌خوریم یا جانوران را با غلات (كه حاوی مقدار زیادی نشاسته هستند) تغذیه می‌كنیم و سپس گوشت و چربی آنها را به عنوان غذا مورد استفاده قرار می دهیم . از سلولز (چوب) برای خود مسكن می‌سازیم و از الیاف سلولزی مانند پنبه ، كتان ، ریون و سلولز استات برای خود لباس تهیه می‌كنیم . كربوهید راستهای در ساختار نوكلئیك اسیدها مشاركت دارند. بنابراین ، نقش مهمی در زیست سنتز پروتئین‌ها بازی می‌كنند. پروتئین‌ها گروه بزرگی از مواد طبیعی را تشكیل می‌دهند. گوشت انسان ، جانوران ، پرندگان و ماهیها همه از پروتئین ساخته شده است. مقادیر كنترلی پروتئین در برگ ، بذر ، ساقه و اندام‌های ذخیره گیاهان یافت می‌شود. پروتئین‌ها برای حفظ اندام و كاركرد درست تمام موجودات زنده ضروری می‌باشند.

نایلون‌ها و پلی استرها : بسپارهای مرحله‌‌ای

بسپار (پلیسه)‌های سنتزی به دو دسته‌ی بزرگ تقسیم می‌شوند : بسپارهای رادیكالی و بسپارهای مرحله‌ای . بسپارهای رادیكالی، مانند پلی اتیلن و سایر بسپارهای آلكن با فرایندهای زنجیری تهیه می‌شوند كه در آنها ،‌ ابتدا آغازگر پیوند دو گانه یك تك پار آهن اضافه می‌شود و یك حد واسط واكنش‌پذیر به وجود می‌آورد. با افزایش این حد واسط به دومین واحد تك پار آلكن و تكرار این فرایند و افزایش واحدهای جدید تك پار به سر در حال رشد زنجیر ، بر بلندی زنجیر بسیار افزوده می‌شود.

بسپارهای مرحله‌ای با واكنش‌های بسپارش بین دو مولكول عامل دار تهیه می‌شوند. هر پیوند جدید ، طی مرحلة مشخص تشكیل می‌شود و مستقل از سایر پیوندهای موجود در بسپار است و از واكنش‌های زنجیره‌ای جذری نیست. مرحلة كلیدی تشكیل پیوند ، معمولاً جانشین هسته دوستی آسیل بر روی یك تركیب كربونیل است.

نایلون‌ها

مشهورترین بسپارهای مرحله‌ای ، پلی‌آمیرها ،‌یا نایلون‌ها هستند كه اولین بار توسط والاس كاروترز در شركت روپان تهیه شدند. نایلون‌ها ، مانند سایر آمیدها ،‌ معمولاً ، از واكنش یك دی آمین با یك دی اسید به دست می‌آیند. نایلون‌ها در كارهای مهندس و تهیه الیاف به كار می‌روند ، تركیب از قدرت ضربه پذیری و مقاومت در برابر سایش، نایلون را به صورت یك جایگزین عالی برای ساخت بلبرینگ و چرخ دنده درآورده است . الیاف نایلونی ،‌كاربردهای گسترده‌ای دارند و در تهیة‌ لباس ، نخ لاستیك و طناب كوه‌نوردی مصرف می‌شوند.







پلی‌استرها

همان طور كه پلی آمیدها با واكنش بین دی اسیدها و دی آمین‌ها تولید می‌شوند ، پلی استرها نیز بسپارهای مرحله‌ای حاصل از واكنش بین دی اسیدها و دی الكل‌ها است . مفیدترین پلی استر طی واكنش جانشینی هسته دوستی آسیل بین دی مستیل ترفتالات (دی متیل 1 ، 4- بنزن دی كربو كسیلات) و اتیلن گلیكول بدست می‌آید. فرآوردة این واكنش ، با نام تجاری داكرون برای تهیة‌ الیاف پارچه و نخ تایر ، و با نام میلار برای ساختن فیلم پلاستیكی و نوار ضبط صوت به كار برده می‌شود. استحكام فیلم پلی استر ، همسنگ فولاد است.

خصوصیت زنجیری پلی‌مرها چه موقع شناخته شد؟

در حقیقت بزرگ بودن این مولكولها حداقل در سال 1861 میلادی به وسیله شیمیدان اسكاتلندی توماس گراهام شناخته شده بود ولی حدود 60 سال بعد از آن به طور عمومی مورد پذیرش قرار گرفت كه مولكولهای پلی مر از زنجیر دراز اتمها ساخته شده‌اند.

گراهام به رفتار كند برخی از پلی‌مرها وقتی در حلالی حل شده‌اند توجه كرد و آن را به درستی به دلیل اندازه بزرگ آنها دانست. او كلمه كولوئید ، یعنی چسب مانند را ابداع كرد كه ویژگی‌های این مواد را توضیح می‌دهد. بالاخره تشخیص داده شد كه موادی مانند لاستیك ، سلولز و نشاسته نیز جزء این گروه از موادند.

كلمه كولوئید به مواد مختلفی اطلاق شد كه تعدادی از آنها مثل محلول صابون به معنایی كه امروز می‌دانیم پلی‌مر نیستند موادی از این قبیل مركب از مجتمع یا گروهی از مولكولهای كوچك هستند كه به وسیله نیروهای بین‌ مولكولی قوی به هم متصل شده‌اند ولی دارای خصوصیت زنجیر طویل كه اكنون به پلی‌مرها نسبت داده می‌شود نیستند . مجتمع بودن مولكولها به سهولت مورد قبول دانشمندان اواخر قرن نوزدهم میلادی كه وجود یك تك مولكول عظیم‌الجثه به سختی برایشان قابل تصور بود ‌،‌ قرار گرفت. حتی بعد از اینكه دانشمندان آموختند كه چگونه پلی‌مرها ساخته می‌شوند و پلی‌مرها از نظر صنعتی اهمیت پیدا كردند و توصیه به میزان زیاد افزایش یافت نظریه مجتمع بودن پا برجا ماند.

در حقیقت تا وقتی كه هرمن اشتاودینگر در اوایل سالهای 1920 متقاعد نشده بود كه پلی‌مرها دارای خصوصیت بلند زنجیری هستند چیزی اكنون به عنوان توضیحی صحیح از ساختمان پلی مرها می‌دانیم به طور وسیع پذیرفته نشده بود اشتاودینگر دانشمندی آشنا به چند رشته از علوم بود كه سنتز و خواص تعداد زیادی از پلی‌مرها را با اسلوب صحیح بررسی كرد و مصر بود كه فقط خصوصیت بلند زنجیری می‌تواند شاهدات او را توضیح دهد . شواهد او قانع كنند. بود و جایزه نوبل سال 1953 را ربود.

اتفاقی بودن جرم مولكولهای پلی‌مر

چون پلی‌مرها دارای وزن مولكولی زیاد و ساختمان زنجیری بلند منحصر به فردی هستند ، كاملاً از مواد معمولی متفاوتند شیمیدانها بیشتر موادی را كه ما همه روزه مورد استفاده قرار می‌دهیم «مواد خالص» می نامند ، منظورشان این است كه تمام مولكولهای هر یك از این مواد دقیقاً هم شكلند.

منظورمان از اندازه یك مولكول پلی‌مر چیست؟

منظورمان از «اندازه» مقدار فضایی است كه زنجیر اشغال می‌كند. تا آنجا كه می‌دانیم وقتی یك مولكول پلی‌مری به طور اتفاقی با مولكولهای هم نوع خود مخلوط شود ، یا وقتیكه در جوار مولكولهای كوچك قرار گیرد یعنی در حلالی كه دارای وزن مولكولی كم است حل شود ، به شكل مارپیچ تصادفی و نه به صورت توده به هم چسبیده در می‌آید.

تأثیر متقابل حلال – پلی‌مر و اندازه پلی‌مرهای حل شده :

منظورمان از «حل كردن» یك پلی‌مر چیست؟ وقتی قطعه‌ای از مواد پلی‌مری شامل تعداد زیادی از زنجیرهای پلی‌مری را در میان انبوهی از مولكولهای كوچك كه مایع را می‌سازند قرار می‌دهیم هیچ اتفاقی نمی‌افتد ، مگر دلیلی وجود داشته باشد تا قطعات زنجیر پلی مر ترجیح بدهند كه به وسیله مولكولهای كوچك محصور شوند نه بوسیله مولكولهایی از نوع خود . هنگامی كه نیروهای بین مولكولی قوی ایجاد شود این اتفاق ممكن است رخ دهد ، بنابراین مولكولهای حلال می‌توانند بین زنجیرهای پلی مری بخزند و بالنتیجه توده پلی‌مری به زنجیرهای جدا از هم تبدیل شوند. هر كدام از آنها به شكل پیچ خورده اتفاقی درآیند و مولكولهای كوچك به درون آنها نفوذ كرده و آنها را محصور كنند. در این صورت می‌گوییم پلی مرحل شده است.

اندازه نیروهای حاصل از تأثیر متقابل پلی مر جلال همچنین بر اندازه زنجیر حل شده مؤثر است . هر چند نیروها بیشتر باشند مولكولهای حلال به داخل حلقه‌های پلی مر بیشتر نفوذ خواهد كرد و زنجیر بیشتر منبسط می‌شود تا آنها را در خود جای دهد. بنابراین وقتی پلی‌مر حل شد. اندازه‌ای كه مولكولها پیدا می‌كنند مقداری بوسیله تعداد اتمها در زنجیر x طول پیوندها در زنجیر 1 ، و چند عامل دیگر از قبیل زاویه بین پیوندها و انسداد در چرخش ، تعیین می‌شود. به نوبت ، اندازه واقعی زنجیر مقدار نیروهای حاصل از تأثیر متقابل پلی مر و حلال را منعكس می‌كند.

این نیروها به دما نیز بستگی دارند. هر چه دما كمتر شود این نیروها نیز كم می‌شوند و بیشتر اوقات می‌توان محلول پلی مری را به قدری سرد كرد تا جائیكه نیروهای حاصل از تأثیر متقابل پلی مر و حلال از بین بروند. این دما ، دمای معینی است كه به نام و دمای فلوری ،‌یا دمای خوانده می‌شود ، زیرا اغلب بوسیله حرف یونانی مشخص می‌شود. چون گفتیم كه تأثیرات متقابلی بین پلی‌مر حلال لازم است تا مولكولهای عظیم الجثه حل شوند. بنابراین‌ دمای باید نزدیك به دمایی باشد كه پلی مر در حلال باقی بماند. این یك طریقی است كه ، به وسیله‌ی آن نزدیك شدن به دمای را تشخیص می‌دهیم.

كشش چسبندگی در پلیمرهای حل شده

كشش چسبندگی مولكولهای پلی مری چیزی است كه در زندگی روزمره می‌بینیم . هر گاه پلیمری را در حلالی حل كنیم و مقدار آن را تدریجاً افزایش دهیم خواهیم دید كه گران روانی یا ایستادگی در مقابل سیلان و یا روانی محلول مداوماً افزایش می‌یابد. حلال ابتدا ممكن است مانند آب به سهولت روان شود. وقتی مقداری پلی‌مر افزوده می‌شود ، بعد از اینكه انحلال كامل شد محلول ممكن است مانند روغن مایع خوراكی شود. با زیادتر كردن مقدار پلی‌مر محلول به صورت عسل در می‌آید و اگر مقداری بیشتر از پلی‌مر افزوده شود ، در زمانی كوتاه دیگر روان نخواهد شد.

چون با افزودن همین مقادیر از موادی با وزن مولكولی كم این مقدار افزایش در گران روانی حاصل نمی‌شود پس این رفتار باید مربوط به خاصیت «زنجیری طویل» بودن پلی‌مرها باشد. نتیجتاً مقدار تغییر گران روانی راجع به اندازه و یا شاید جرم مولكول پلی مر چیزی به ما بگوید.

گران روانی محلولهای پلی‌مری

دستگاهی كه برای اندازه‌گیری گران روانی محلول رقیق پلی‌مری به كار برده می‌شود از تمام دستگاه‌هایی كه تاكنون شرح داده‌ایم ساده‌تر و همچنین ارزانتر است. دستگاه فقط شامل لوله‌های موین شیشه‌ای كوتاه است ، كه لوله مریین یكی دود هم میلی متر قطر و چند سانتی متر طول دارد و دارای یك یا دو محفظه‌ی كروی است تا به راحتی محلول پلی مر در آن جا گیرد. در هنگام عمل محلول پلی مر را با كمك فشار هوای كم ، وارد محفظه بالایی لوله مویین می‌كنند سپس می‌گذراند تا در اثر نیروی ثقل محلول پلی مر به طرف پائین روان شود. وقتی مایع از خط نشان بالایی عبور كرد یك زمان سنج به كار انداخته می‌شود ، وقتی از خط نشان پائینی محلول پلی‌مر عبور كرد زمان سنج را متوقف می‌كنند. این مدت زمان را «زمان گذر» می‌نامند. زمانی كه لازم است تا حجم معینی از مایع از میان لوله مویین بگذرد مستقیماً با گران رانی مایع متناسب است. «زمان گذر» صد ثانیه بسیار معمول است . برای سنجش كشش چسبندگی مولكولهای پلی‌مری فقط چند اندازه‌گیری «زمان گذر» برای چندین محلول پلی مری و حلال خالص آنها كافی است.

چگونه می‌توان مولكولهای پلی‌مری را بر حسب خودشان از هم جدا ساخت

اولین و شاید آنكه بیش از همه بكار برده می‌شود روش جداسازی بر حسب اختلاف در حلالیت مولكولهایی است كه باید جدا شوند. اصول این كار را «جداسازی» گویند و به چند طریقی می‌تواند به كار برده شود كه تمام آنها برای از همه جدا كردن یا «تفكیك جزء به جزء» پلی‌مرها مناسب هستند. اصل حمل كننده ، این حقیقت است كه ، هر چه زنجیر پلی مر طویلتر شود ، در یك حلال یا یك دمای معین كمتر حل می‌شود.

روش تفكیك دیگر ، اگر تمام مواد در نظر گرفته شود ، شاید از همه معمولتر است «جذب» نامیده می‌شد. این روش جداسازی بر به وجود آمدن نیروهای قوی كه مولكولها را در سطح نگه می‌دارد ، استوار است. حالت قدیمی جداسازی به وسیله جذب مربوط به گازهاست . برای مثال ماسكهای گاز با داشتن سطحی با مساحت زیاد كه به وسیله آن مولكولهایی كه باید از هوا گرفته شوند جذب می‌شوند و اكسیژن كه باید تنفس شود از میان این سطوح می‌گذرد كار می‌كنند. روش جذب را برای مولكولهای حل شده نیز می‌توان به كار برد ولی برای «تفكیك جزء‌به جزء» پلی‌مرها بر مبنای وزن مولكولی چندان مفید نبوده‌اند چون نیروهای جذب كنند. با تغییر وزن مولكولی به مقدار زیادی تغییر نمی‌یابند.

سومین روش جداسازی تبدیل یونی است و از چند طریق به پلی‌مرها مربوط می‌شود. عمل جداسازی بستگی به تعداد بارهای الكتریكی در مولكول و خواص مربوط به آن دارد.

[محمد مطلبی]

سلام.برای سفت شدن اسفنج چه کنم.mohammad_motalebi@yahoo.comبفرستین.� �منون

[*مینا*]

به‌همت پژوهشگران دانشگاهی

[کاربرد این پلیمرها را در تهیه‌ی نخ بخیه جذب‌پذیر و همچنین استفاده در سیستم‌های داروسازی است

به‌همت پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر نوعی پلیمر هوشمند زیست‌جذب‌پذیر ساخته شد.
به‌گزارش ایسنا، «سید مهدی حسینی» مجری طرح و فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد گروه شیمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر با اظهار این‌که پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر یا زیست‌سازگار می‌توانند در اثر رطوبت محیط تخریب شوند و در صورتی که داخل بدن به‌کار روند محصول‌های تخریب آن‌ها، عوارضی برای بدن ندارند افزود: پلیمرهای زیست‌جذب‌پذیر، پلی‌استرهای اشباعی هستند که از طریق هیدرولیز عامل «کربونیل استر» قابلیت تخریب در محیط بدن را دارا می‌باشند و کاربردهای فزاینده‌ای در پزشکی دارند.
وی کاربرد این پلیمرها را در تهیه‌ی نخ بخیه جذب‌پذیر و همچنین استفاده در سیستم‌های داروسازی عنوان کرد و گفت: به‌طور کلی نخی برای بخیه مناسب است که قدرت و استحکام بالا، جذب‌پذیری مناسب و انعطاف‌پذیری بالایی داشته باشد تا بتواند یک گره مناسب با ایمنی بالا ایجاد کند. علاوه بر این سرعت تخریب پلیمر در مواقعی که برای بخیه زدن برروی قسمت‌های خارجی بدن مانند صورت استفاده می شود باید متناسب با سرعت التیام زخم باشد.
مجری طرح در خصوص کاربرد این پلیمر در سیستم داروسازی تصریح کرد: در این روش دارو را با پلیمر در حلالی که هر دوی آن‌ها را حل کند حل کرده و مخلوط بدست آمده را پس از تبخیر حلال، تحت پرس به‌صورت قرص درمی‌آورند و از طریق جراحی سطحی زیرپوست قرار می‌گیرد.
وی تخریب این پلیمر در طول یک دوره‌ی زمانی معین و آزادسازی دارو با سرعت یکنواخت را از قابلیت‌های آن عنوان و خاطرنشان کرد: محصول‌های نهایی تخریب این پلیمر آب و دی اکسید کربن می‌باشد که به راحتی قابل رفع هستند و گفتنی است که محصول‌های واسطه‌ای که از تخریب این پلیمرها بدست می‌آیند (اسید لاکتیک) توسط متابولیسم بدن به راحتی قابل جذب می‌باشد.
«حسینی» در ادامه با اشاره به راهنمایی‌های دکتر «عبدوس» و دکتر «جمشید محمدی روشنده» در این پروژه اظهار داشت: هنگامی که دارو از طریق پیوندهای شیمیایی برروی پلیمر قرار می‌گیرد، پلیمر حامل دارو می‌تواند به صورت میکروگوی درآید و پس از بلعیده شدن به سمت بافت‌های خاص حرکت کرده و بر روی سطح آن‌ها جذب شود.
وی در پایان گفت: سیستم داروسازی با استفاده از پلیمرهای زیست تخریب‌پذیر این امکان را فراهم می‌کند تا غلظت دارو در طول یک دوره‌ی زمانی معین کنترل و دز داروی موردنیاز برای التیام بافت موردنظر کاهش یابد.

دبیر سرویس المپیاد شیمی

واکنش یک الکل با یک اسید کربوکسیلیک را - که منجر‌به تولید ترکیبی به نام استر می‌شود - استری شدن می‌نامند. واکنش استری شدن، واکنشی است تعادلی که در حضور مقادیر کم اسیدهای معدنی انجام شده و با تولید آب همراه است. عکس آن که آب‌کافت (هیدرولیز) استر است با حضور آب پیش م‍ی‌رود.
پلی استرها از متراکم شدن دی اسیدها با دی‌الها یا پلی‌الها بدست می‌آیند. دی اسیدها می‌توانند آلیفاتیک یا آروماتیک باشند.
تهیه‌ی پلی استر، جزو «پلیمریزاسیون مرحله‌ای یا تراکمی» می‌باشد. واکنش آب‌کافت استر به شکل زیر است: