shimidoon.ir

پلیمر چیست؟

واژ ه ی پلیمر به معنای ” بسپار ” که متشکل از دو بخش پلی (Poly) به معنای (بسیار زیاد یا تکثیر) و مر (mer) به معنای (تکه یا واحد) می باشد؛ برای نخستین بار توسط جونز ژاکوب برزلیوس (Jöns Jacob Berzelius) شیمیدان سوئدی در سال 1833 به معنای چندبخشی یا چند جزئی به کار رفت. درواقع او واژه ی پلیمر را برای موادی با ترکیب شیمیایی نسبی یکسان از عناصر مربوطه که تفاوت خواص آن ها در تعداد کل اتم های موجود در ساختار مولکولی است به کار برد.

جونز ژاکوب برزلیوس (Jöns Jacob Berzelius)

با گسترش و توسعه شیمی آلی در دهه های 40 و 50 قرن نوزدهم این مفهوم مهجور و فراموش شد تا در سال 1922 هرمان استاودینگر (Hermann Staudinger) مفهوم درشت مولکول را برای مولکول های زنجیری شکل ارائه داد. با وجود تفاوت منطقی بین مفاهیم درشت مولکول و پلیمر، تا به امروز واژه پلیمر به ترکیبات آلی ( و حتی غیرآلی) تشکیل شده از زنجیرهای بسیار بلندی که حاصل از واحدهای تکرای به نام مونومر(1) (monomer) که توسط پیوندهای کووالانسی به یکدیگر مرتبط گشته اند اطلاق می شود.

هرمان استاودینگر (Hermann Staudinger)

در سال 1857 فردریک آگوست ککوله (Friedrich August Kekulé) با ارائه نظریه ساختار شیمیایی این فرضیه را مطرح کرد که زیست ماده ها مانند سلولز، نشاسته و پروتئین ها، که امروزه به عنوان پلیمرهای طبیعی شناخته می شوند، ممکن است از مولکول های طویل و بلند ساخته شده باشند که باغث ایجاد خواص ویژه در آنها می شود. در سده نوزدهم مطالعات پلیمرها در دو شاخه مجزای پلیمرهای طبیعی و ساخت پلیمرهای سنتزی (پلیمرهای نیمه مصنوعی و مصنوعی) پیش رفت.

فردریک آگوست ککوله (Friedrich August Kekulé)

در ادامه به منظور ایجاد شناختی شفاف تر از دو شاخه ی مطرح شده، تعاریفی از پلیمرهای طبیعی و سنتزی خواهیم داشت:

پلیمرهای طبیعی

 پلیمرهای طبیعی، ترکیباتی حاصل فعل و انفعالات طبیعی بوده که به 3 گروه اصلی پلی نوکلوئیدها، پلی آمیدها ( یا پروتئین ها) و پلی ساکاریدها تقسیم می شوند و عبارتند از: پروتئین هایی مانند مو، ناخن، پشم (پروتئین ساخته شده توسط حیوانات)، ابریشم (پروتئین ساخته شده توسط حشرات)، لاک (پروتئین های درختان) یا سلولز کاغذ و درختان یا نشاسته ی موجود در گیاهانی مانند سیب زمینی و ذرت.

این دسته از پلیمرها به راحتی و به وفور در دسترس، نسبتا ارزان و محصولات حاصل از آنها غیرسمی بوده و می توانند برای بدست آوردن پلیمرهای نیمه مصنوعی اصلاح شوند و درعین حال دارای معایبی چون پایداری کم در محیط آبی یا خواص مکانیکی ضعیف هستند. از پلیمرهای طبیعی بطور گسترده ای در انواع کاربرد های پزشکی مانند داروها، عوامل تحویل دارو، عوامل تصویربرداری و … استفاده می شوند.

پلیمرهای سنتزی

پلیمرهای سنتزی، ترکیباتی هستند که توسط انسان از طریق واکنشی با عنوان پلیمریزاسیون(3)، تولید شده که حاصل این واکنش می تواند به 2 صورت باشد:

1. اگر ساختار پلیمر حاصله بصورت شبکه های سه بعدی باشد؛ در اینصورت پس از تشکیل ذوب نمی شود و به پلیمرهای دارای چنین ساختاری، پلیمرهای ترموست(3) (Thermoset) گفته می شود.

2. اگرساختار پلیمر حاصله بصورت زنجیرهای یک بعدی باشد؛ در اینصورت پس از تشکیل می تواند ذوب شود و به پلیمرهای دارای چنین ساختاری، پلیمرهایی ترموپلاستیک(4) (Thermoplastic) گفته می شود.

ازنظر ساختاری تفاوت بین مواد ترموست و ترموپلاستیک آن است که؛ در مواد پلیمری ترموپلاستیک پیوند بین زنجیرهای پلیمری از نوع پیوندهای ضعیف ثانویه (ماندد پیوند واندروالس و…) می باشد؛ که با دادن حرارت به این مواد ابتدا پیوندهای بین زنجیرها که دارای قدرت کمتری از پیوند های داخل زنجیرها بوده،  شروع به شکسته شدن کرده و در یک دمایی تمام پیوندهای بین زنجیرها شکسته شده و زنجیرهای پلیمری قادرند بر روی یکدیگر بلغزند و اصطلاحا سُر بخورند که در این حالت ماده ی پلیمری ذوب شده و به شکل سیال(5) در می آید؛ ولی در مواد ترموست پیوند بین زنجیرها از نوع پیوند های قوی اولیه (مانند کووالانس) بوده و یا برآیند آنها بیشتر از پیوندهای داخل زنجیرکووالانسی می باشد، از این رو با دادن حرارت به این مواد، پیوندهای بین و درون زنجیرها بطور همزمان و یا پیوندهای درون زنجیرها زودتر از پیوندهای بین زنجیرها شکسته می گردد که در این حالت اصطلاحا ماده ی پلیمری تخریب می گردد.

پلیمرهای مصنوعی از نوع ترموپلاستیک به دلایل گفته شده قابل بازیافت نبوده و بطور کلی درمورد مزایای پلیمرهای مصنوعی می توان به مواردی چون انعطاف پذیری زیاد انها برحسب زمینه ی مورد استفاده ی شان اشاره کرد؛ به عنوان مثال این دست از پلیمرها قادرند به فرم های زیادی از جمله الیاف، برگه ها، کابل ها و… بوجود آیند و کاربردهایی چون تهیه ی پلاستیک ها، ظروف عایق، مواد پزشکی و … دارند.

پس از آشنایی با دوشاخه ی مورد مطالعه ی پلیمرها نوبت به دسته بندی آنها می رسد؛ که درحال حاضر ملاک های مختلفی چون طبیعت ( منشأ یا Basic)، خواص، ریزساختارها، مونومرهای موجود در زنجیرهای پلیمری، مکانیزم پلیمریزاسیون، روش های پیش تولید پلیمر، اسفاده ی نهایی و.. برای دسته بندی آنها مدنظر قرار گرفته و در ادامه  چندمورد از این دسته بندی ها شرح داده می شود.

دسته بندی پلیمرها

1. براساس طبیعت:

در این دسته بندی، پلیمرها به 3  دسته ی پلیمرهای طبیعی، طبیعی اصلاح شده و مصنوعی تقسیم بندی می شوند.

2. براساس خواص:

در این دسته بندی، پلیمرها به 4 دسته ی الیاف، کامپوزیت ها، لاستیک ها و پلاستیک ها دسته بندی می شوند.

3. براساس ریزساختارها:

 در این دسته بندی، پلیمرها به 3 دسته ی آمورف، نیمه بلوری-نیمه آمورف و کاملا بلوری دسته بندی می شوند.

4. براساس مکانیزم پلیمریزاسیون:

 در این دسته بندی یعنی بر اساس نحوه ی اتصال منومرها به یکدیگر، پلیمریزاسیون به 3 صورت رشدمرحله ای، واکنش مرحله ای، واکنش زنجیری و حلقه باز انجام می گیرد.

5. براساس روش های پیش تولید پلیمر:

 در این دسته بندی، پیش پلیمرها از طریق پلیمریزاسیون توده ای، محلول، امولسیونی، سوسپانسونی (تعلیقی) و…تولید شده و سپس پلیمرها حاصل می گردند.

اکنون آینده ای که باتوجه به مزایا و معایب دو شاخه ی بیان شده برای پلیمرها انتظار می رود، آینده ای با هدف دسترسی به پلیمرهای سنتزی قابل تجزیه(6) بوده که جایگزین پلیمرهای سنتزی غیرقابل بازیافت گردند.

1. ماده ی ساده ی آلی که قابلیت پلیمر شدن را دارا می باشد.

2. واکنش شیمیائی که در آن مولکول های کوچک مونومر با یکدیگر پیوند کووالانسی برقرار نموده و یک زنجیر بزرگ مولکولی تشکیل می دهند.

3. مواد ترموست یا گرما سخت، موادی می باشند که با دادن حرارت به آنها، ساختار شیمیائی آنها دچار تغییر شده و به مرور زمان محکم و سفت می شوند؛ این مواد دارای نقطه ی ذوب نمی باشند بلکه با دادن حرارت به آنها از یک دمایی به بالا شروع به تخریب می کنند.

4 . مواد ترموپلاستیک یا گرما نرم، موادی می باشند که با دادن حرارت به آنها ابتدا گرم شده و سپس ذوب می شوند و قابلیت شکل دهی مجدد را دارا می باشند.

5 . هرچیزی که قابلیت جاری شدن را دارا باشد.

6 . منظور از تجزیه پذیری پلیمرهای سنتزی آن است که،  ساختار مولکولی پلیمر به گونه ای باشد که بتوان توسط میکروارگانیسم ها در شرایط هوازی یا بی هوازی به مولکول های کوچک تری نظیر CO2، CH4 و H2O تجزیه گردد.