پلیمرها به عنوان یکی از کلیدی ترین مواد مهندسی در دنیای امروز، نقشی اساسی در صنایع مختلف ایفا می کنند؛ از بسته بندی و پزشکی گرفته تا خودروسازی و هوافضا. واژه پلیمر از دو بخش "پلی" به معنای چند و "مر" به معنای بخش یا واحد تشکیل شده و به موادی گفته می شود که از به هم پیوستن واحدهای کوچک تر (مونومرها) به صورت زنجیره های بلند ساخته می شوند.
این ساختار منحصر به فرد باعث شده پلیمرها دارای خواص متنوعی مانند انعطاف پذیری، مقاومت بالا، سبکی و مقاومت شیمیایی باشند. در این مقاله با مفاهیم پایه ای پلیمرها آشنا می شویم و به بررسی انواع پلیمرها بر اساس ساختار، منشاء و خواص و کاربردهای آنها می پردازیم. اگر می خواهید بدانید چرا پلاستیک ها، الیاف مصنوعی، لاستیک ها و بسیاری از مواد روزمره پلیمر هستند، با ما همراه باشید!
مونومر چیست؟
در ابتدا بپردازیم به اینکه مونومر چیست، به این دلیل که مونومر را می توان به عنوان آجرهای سازنده پلیمرها در نظر گرفت؛ مولکول های کوچکی که با کنار هم قرار گرفتن و ایجاد پیوندهای شیمیایی پایدار، زنجیره های بلند و پیچیده ای به نام پلیمر را تشکیل می دهند. این فرآیند که به آن پلیمریزاسیون گفته می شود، نه تنها اندازه مولکول ها را افزایش می دهد، بلکه خواص فیزیکی و شیمیایی جدیدی به ماده می بخشد که در حالت مونومری وجود نداشت. جذابیت مونومرها در این است که تنوع ساختاری بالایی دارند و همین ویژگی باعث شده پلیمرهای حاصل از آن ها، گستره ای وسیع از ویژگی ها و کاربردها داشته باشند؛ از پلاستیک های سبک و مقاوم گرفته تا الیاف مصنوعی، لاستیک ها و حتی پلیمرهای زیستی که در بدن انسان یافت می شوند.
پلیمریزاسیون چیست؟
پلیمریزاسیون فرآیندی شیمیایی است که طی آن مونومرها (مولکول های کوچک و تکرارشونده) به هم متصل می شوند و زنجیره های بلندتری به نام پلیمر را تشکیل می دهند. این واکنش باعث می شود خواص فیزیکی و شیمیایی ماده به طور چشمگیری تغییر کند و به موادی با استحکام، انعطاف پذیری، مقاومت شیمیایی و کاربردهای متنوع تبدیل شود.انواع پلیمریزاسیون:
-
پلیمریزاسیون افزایشی(Addition Polymerization)
-
پلیمریزاسیون تراکمی (Condensation Polymerization)
پلیمر چیست؟
همانطور که در دو بخش پیشین گفتیم، پلیمر ماده ای است که از به هم پیوستن تعداد زیادی مولکول کوچک تر به نام مونومر، به صورت زنجیره های بلند ساخته می شود. این زنجیره ها می توانند خطی، شاخه دار یا شبکه ای باشند و همین ساختار منحصربه فرد، به پلیمرها ویژگی های خاصی مثل انعطاف پذیری، مقاومت بالا، سبکی و مقاومت شیمیایی می بخشد. پلیمرها نقش مهمی در زندگی روزمره و صنعت دارند؛ از بسته بندی، پوشاک، خودرو گرفته تا پزشکی، الکترونیک و هوافضا، همه جا حضور دارند و به دلیل تنوع بالا و قابلیت های مهندسی شده، در بسیاری از کاربردها جایگزین مواد سنتی شده اند. پلیمرها به دو دسته اصلی پلیمرهای طبیعی و پلیمرهای مصنوعی یا صنعتی تقسیم می شوند که در ادامه این مقاله به آنها می پردازیم.انواع پلیمرها
پلیمرها را می توان از جنبه های مختلفی تقسیم بندی کرد:- 1. بر اساس منشاء (منبع تولید):
- پلیمرهای طبیعی:پلیمرهای طبیعی موادی هستند که به صورت ذاتی در طبیعت وجود دارند و از زنجیره های بلند مولکولی ساخته شده‌اند؛ مانند سلولز در گیاهان، پروتئین ها در بدن موجودات زنده و DNA، لاستیک طبیعی.
-
انواع پلیمر طبیعی:
- پلی‌ساکاریدها: مثل سلولز، نشاسته، گلیکوجن، کی‌تین در گیاهان و جانوران برای ساختار و ذخیره انرژی.
- پروتئین‌ها:مثل کلاژن، آلبومین، آنزیم ها (برای ساختار بدن و عملکرد سلولی).
- اسیدهای نوکلئیک: DNAو RNA برای ذخیره و انتقال اطلاعات ژنتیکی.
- لاستیک طبیعی:ساخته شده از پلی‌ایزوپرن با خاصیت کشسانی بالا.
- لنین:پلیمر سخت کننده در چوب و گیاهان.
- پلیمرهای مصنوعییا صنعتی: پلیمرهای مصنوعی یا صنعتی موادی هستند که توسط انسان و به صورت شیمیایی در کارخانه ها تولید می شوند و کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف دارند.
-
انواع پلیمر صنعتی :
- پلاستیک‌ها: مثل پلی‌اتیلن (PE)، پلی‌پروپیلن (PP)، پلی‌وینیل کلراید (PVC)، پلی‌استایرن (PS)
- لاستیک‌های مصنوعی: مثل بوتادین رابر (BR)، نئوپرن، سیلیکون رابر
- الیاف مصنوعی:مثل نایلون، پلی‌استر، اکریلیک
- رزین‌ها: مثل رزین های اپوکسی، پلی‌استر، فنولیک
- ترموپلاستیک‌ها: نرم‌شونده با گرما مثل PE، PVC.
- ترموست‌ها: سخت شونده با گرما و غیرقابل تغییر شکل، مثل رزین اپوکسی، باکلیت.
- بر اساس ساختار زنجیره ای:
- پلیمرهای خطی:زنجیره های مستقیم و بدون شاخه، مثل پلی اتیلن.
- پلیمرهای شاخه دار:دارای شاخه های جانبی متصل به زنجیره اصلی، مثل پلی اتیلن شاخه دار.
- پلیمرهای شبکه ای(Cross-linked) : دارای پیوندهای عرضی بین زنجیره ها مثل رزین های اپوکسی، لاستیک های ولکانیزه
مزایای پلیمرها
پلیمرها به دلیل ساختار ویژه و انعطاف پذیری بالا، جایگاه مهمی در دنیای صنعت و زندگی روزمره دارند. این مواد شگفت انگیز، به کمک ویژگی های منحصر به فرد خود توانسته اند در بسیاری از کاربردها جایگزین فلزات و سرامیک ها شوند. این مزایا عبارتند از:- وزن کم نسبت به فلزات و سرامیک ها، مناسب برای کاربردهای حمل و نقل و بسته بندی.
- قابلیت شکل پذیری در حالت های مختلف (فیلم، ورق، الیاف، قطعات سخت).
- مقاوم در برابر خوردگی، زنگ زدگی و مواد شیمیایی مختلف.
- بسیاری از پلیمرها رسانای گرما و برق نیستندو بنابراین برای کاربردهای عایق کاری مناسب هستند.
- قابلیت قالب گیری، اکستروژن و شکل دهی ساده و سریع.
- بسته به نوع پلیمر و افزودنی ها، می توان خواص مکانیکی، نوری و شیمیایی متفاوتی ایجاد کرد.
- برخی پلیمرها استحکام خوبی در برابر ضربه دارند (مثل پلی کربنات).
- بسیاری از پلیمرها، به ویژه ترموپلاستیک ها، قابلیت ذوب و بازیافت دارند.
