پلیمر چیست ؟

پلیمرها (Polymers):

پلیمرها ، ابرمولکول هایی با وزن مولکولی بسیاربالا هستند .که از واحدهای تکرار شونده تشکیل شده اند .پلیمرها ممکن است آلی (organic ) ،غیرآلی (inorganic)یا آلی ـ فی (organometallic )باشند .و ازدیدگاه نحوه ی به وجود آمدن ممکن است مصنوعی یا طبیعی باشند .پلیمرها ازجمله ی مواد ضروری برای بسیاری از صنایع از جمله :چسب ها (adhesives ) ، مصالح ، ساختمانی ، کاغذ، لباس ، الیاف ، پوشش ها ، پلاستیک ها ، سرامیک ، بتون ، کریستال مایع ، مقاومت های نوری و .هستند .پلیمرها درعلومی همچون :تغذیه ،مهندسی ، بیولوژی ، داروسازی ، کامپیوتر ،اکتشافات فضایی ، بهداشت و محیط زیست اهمیت دارد . 

پلیمرهای غیرآلی که به صورت طبیعی وجود دارند شامل :الماس ها ، گرافیت ، آزبست (پنبه ی نسوز )،شن،عقیق ، فلدسپار ،میکا ،کوارتز ،تالک و . می شوند . 

پلیمرهای آلی که به صورت طبیعی یافت می شود عبارت اند از :پلی ساکاریدها (پلی کربوهیدرات ها )مانند :نشاسته و سلو ،نوکلئیک اسیدها و پروتئین ها . 

پلیمرهای غیرآلی ،مصنوعی عبارت اند از :نیترید بور (Boron nitride )، بتون (Concrete )،بسیاری از ابر رسانه های دما بالا و شماری از شیشه ها . 

پلی سیلوکسین ها (Polysi loxanes )که به سیلوکسین نیز معروف اند .نمونه ای از پلیمرهای آلی ـ فی محسوب می شود که به صورت مصنوعی تهیه می گردد . 

پلیمرهای مصنوعی که برای در ساختار برخی وسایل استفاده می شود به طور قابل ملاحظه ای از فات سبک ترند .این مواد به کاهش میزان مصرف سوخت در وسایل نقلیه و سفینه های فضایی کمک می کند .زمانی که به نسبت برابر وزنی ازپلیمر به جای ف استفاده کنیم مواد پلیمری حتی از ف نیز بهتر کار می کنند .مثلاً :(درمورد کشش ).مواد پلیمری باپیشرفت های انجام شده توانایی استفاده برای اهداف مهندسی به عنوان مثال :یراق آلات ، بلبرینگ ها و غشاهای ساختاری را پیدا کرده اند . 

بشر با تلاش برای دستیابی به مواد جدید, با استفاده از مواد ألی (عمدتا هیدروکربن‌ها) موجود در طبیعت به تولید مواد مصنوعی نایل شد. این مواد عمدتا شامل عنصر کربن , هیدروژن, اکسیژن, نیتروژن و گوگرد بوده و به نام مواد پلیمری معروف هستند. مواد پلیمری یا مصنوعی کاربردهای وسیعی , از جمله در ساخت وسایل خانگی , اسباب بازی‌ها, بسته بندی‌ها , کیف و چمدان , کفش , میز و صندلی , شلنگ‌ها و لوله‌های انتقال آب , مواد پوششی به عنوان رنگ‌ها برای حفاظت از خوردگی و زینتی , لاستیک‌های اتومبیل و بالاخره به عنوان پلیمرهای مهندسی با استحکام بالا حتی در دماهای نسبتا بالا درساخت اجزایی از ماشین ألات, دارند.

پلیمرها خواص فیزیکی و مکانیکی نسبتا خوب و مفیدی دارند . آنها دارای وزن مخصوص پایین و پایداری خوب در مقابل مواد شیمیایی هستند. بعضی از آنها شفاف بوده و می‌توانند جایگزین شیشه‌ها شوند. اغلب پلیمرها عایق الکتریکی هستند.

اما پلیمرهای خاصی نیز وجود دارند که تا حدودی قابلیت هدایت الکتریکی دارند . عایق بودن پلیمرها به پیوند کووالانسی موجود بین اتم‌ها در زنجیرهای مولکولی ارتباط دارد. اما تحقیقات انجام شده در سال‌های اخیر نشان داد که امکان ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی در امتداد محور مولکولها وجود دارد. این نوع پلیمرها اساسا از پلی استیلن تشکیل شده اند. 

با نفوذ دادن عناصری مانند فات قلیایی یا هالوژنها (فرایند دوپینگ) به زنجیرهای مولکولی پلی استیلن به ترتیب نیمه هادی‌های پلیمری از نوع N و P به دست می‌آیند. افزودن عناصر یا دوپینگ سبب می‌شود که الکترون‌ها بتوانند در امتداد اتم‌های کربن در زنجیر حرکت کنند. تفلون از مواد پلیمری است که به دلیل ضریب اصطکاک پایینی که دارد به عنوان پوشش برای جلوگیری از چسبیدن مواد غذایی در وسایل پخت و پز استفاده می‌شود.

ساختار پلیمر

اغلب پلیمرهای متداول از پلیمریزاسیون مولکول‌های ساده آلی به نام منومر به دست می‌آیند. برای مثال پلی اتیلن (PE) پلیمری است که از پلیمریزاسیون با افزایش (ترکیب) چندین مولکول اتیلن به دست می آید. هر مولکول اتیلن یک منومر نامیده می‌شود. با ترکیب مناسبی از حرارت, فشار و کتالیزور , پیوند دوگانه بین اتم‌های کربن شکسته شده و یک پیوند ساده کووالانسی جایگزین آن می‌شود. اکنون دو انتهای آزاد این منومر به رادیکال‌های آزاد تبدیل می‌شود, به طوری که هر اتم کربن یک تک الکترون دارد که می تواند به رادیکالهای آزاد دیگر افزوده شود. از این رو در اتیلن دو محل ( مربوط به اتم کربن) وجود دارد که مولکولهای دیگر می توانند در آنجا بدان ضمیمه شوند . 

این مولکول با قابلیت انجام واکنش , زیر بنای پلیمرها بوده و به (مر) یا بیشتر واحد تکراری موسوم است. واحد تکراری در طول زنجیر مولکول پلیمر به تعداد دفعات زیادی تکرارمیشود. طول متوسط پلیمر به درجه پلیمرزاسیون یا تعداد واحدهای تکراری در زنجیر مولکول پلیمر بستگی دارد. 

بنابراین نسبت جرم مولکولی پلیمر به جرم مولکولی واحد تکرای به عنوان (درجه پلیمریزاسیون) تعریف شده است .با بزرگتر شدن زنجیر مولکولی ( در صورتی که فقط نیروهای بین مولکولی سبب اتصال مولکولها به یکدیگر شود) مقاومت حرارتی و استحکام کششی مواد پلیمری هر دو افزایش می یابند. 

به طور کلی فرایند پلیمریزاسیون می‌تواند به صورتهای مختلفی مانند افزایشی , مرحله‌ای و انجام گیرد. در پلیمریزاسیون افزایشی , تعدادی از واحدهای تکراری به یکدیگر اضافه شده و مولکول بزرگتری را به نام پلیمر تولید می کنند. در این نوع پلیمریزاسیون ابتدا در مرحله اول رادیکال آزاد, با دادن انرژی (حرارتی , نوری) به مولکول‌های اتیلین با پیوند دوگانه و شکست پیوند دوگانه , به وجود می آید. 

سپس رادیکال‌های آزاد با اضافه شدن به واحدهای تکراری مراکز فعالی به نام آغازگر شکل می‌گیرند و هر یک از این مراکز به واحدهای تکراری دیگر اضافه شده و رشد پلیمر ادامه می‌یابد . از نظر تئوری درجه پلیمریزاسیون افزایشی می تواند نامحدود باشد, که در این صورت مولکول زنجیره ای بسیار طویلی از اتصال تعداد زیادی واحدهای تکراری به یکدیگر شکل می گیرد. 

اما عملا رشد زنجیر به صورت نامحدود صورت نمی گیرد.هر چه قدر تعداد مراکز فعال یا آغازگرهای شکل گرفته بیشتر باشد , تعداد زنجیرها زیادتر و نتیجتا طول زنجیرها کوچکتر می‌شود و بدین دلیل است که خواص پلیمرها تغییر می‌کند. البته سرعت رشد نیز در اندازه طول زنجیرها موثر است . هنگامی که واحدهای تکراری تمام و زنجیرها به یکدیگر متصل شوند, رشد خاتمه می‌یابد. 

از دیگر روش‌های پلیمریزاسیون, پلیمریزاسیون مرحله‌ای است که در آن منومرها با یکدیگر واکنش شیمیایی داده و پلیمرهای خطی را به وجود می‌آورند. در بسیاری از واکنش‌های پلیمریزاسیون مرحله ای مولکول کوچکی به عنوان محصول فرعی شکل می گیرد . این نوع واکنش‌ها گاهی پلیمریزاسیون کندنزاسیونی نیز نامیده می‌شوند.

برای کسب اطلاعات بیشتر به این سایت مراجعه کنید.