مواد پلیمری

بشر با تلاش برای دستیابی به مواد جدید, با استفاده از مواد ألی (عمدتا هیدروكربنها) موجود در طبیعت به تولید مواد مصنوعی نایل شد. این مواد عمدتا شامل عنصر كربن , هیدروژن, اكسیژن, نیتروژن و گوگرد بوده و به نام مواد پلیمری معروف هستند.
مواد پلیمری یا مصنوعی كاربردهای وسیعی , از جمله در ساخت وسایل خانگی , اسباب بازیها, بسته بندیها , كیف و چمدان , كفش , میز و صندلی , شلنگها و لوله های انتقال أب , مواد پوششی به عنوان رنگها برای حفاظت از خوردگی و زینتی , لاستیكهای اتومبیل و بالاخره به عنوان پلیمرهای مهندسی با استحكام بالا حتی در دماهای نسبتا بالا در ساخت اجزایی از ماشین ألات, دارند.
پلیمرها خواص فیزیكی و مكانیكی نسبتا خوب و مفیدی دارند . أنها دارای وزن مخصوص پاییین و پایداری خوب در مقابل مواد شیمیایی هستند. بعضی از أنها شفاف بوده و می توانند جایگزین شیشه ها شوند. اغلب پلیمرها عایق الكتریكی هستند. اما پلیمرهای خاصی نیز وجود دارند كه تا حدودی قابلیت هدایت الكتریكی دارند .
عایق بودن پلیمرها به پیوند كووالانسی موجود بین اتمها در زنجیرهای مولكولی ارتباط دارد. اما تحقیقات انجام شده در سالهای اخیر نشان داد كه امكان ایجاد خاصیت هدایت الكتریكی در امتداد محور مولكولها وجود دارد.
این نوع پلیمرها اساسا از پلی استیلن تشكیل شده اند. با نفوذ دادن عناصری مانند فلزات قلیایی یا هالوژنها (فرایند دوپینگ) به زنجیرهای مولكولی پلی استیلن به ترتیب نیمه هادیهای پلیمری از نوع N و P به دست می أیند. افزودن عناصر یا دوپینگ سبب می شود كه الكترونها بتوانند در امتدا د اتمهای كربن در زنجیر حركت كنند. تفلون از مواد پلیمری است كه به دلیل ضریب اصطكاك پایینی كه دارد به عنوان پوشش برای جلوگیری از چسبیدن مواد غذایی در وسایل پخت و پز لستفاده می شود.
● ساختار پلیمرها
اغلب پلیمرهای متداول از پلیمریزاسیون مولكولهای ساده ألی به نام منومر به دست می أیند. برای مثال پلی اتیلن (PE) پلیمری است كه از پلیمریزاسیون با افزایش (تركیب) چندین مولكول اتیلن به دست می أید. هر مولكول اتیلن یك منومر نامیده می شود. با تركیب مناسبی از حرارت, فشار و كتالیزور , پیوند دوگانه بین اتمهای كربن شكسته شده و یك پیوند ساده كووالانسی جایگزین أن می شود. اكنون دو انتهای أزاد این منومر به رادیكالهای أزاد تبدیل میشود, به طوری كه هر اتم كربن یك تك الكترون دارد كه می تواند به را دیكالهای آزاد دیگر افزوده شود. از این رو در اتیلن دو محل ( مربوط به اتم كربن) وجود دارد كه مولكولهای دیگر می توانند در آنجا بدان ضمیمه شوند .
این مولكول با قابلیت انجام واكنش , زیر بنای پلیمرها بوده و به (مر) یا بیشتر واحد تكراری موسوم است. واحد تكراری در طول زنجیر مولكول پلیمر به تعداد دفعات زیادی تكرارمیشود. طول متوسط پلیمر به درجه پلیمرزاسیون یا تعداد واحدهای تكراری در زنجیر مولكول پلیمر بستگی دارد. بنابراین نسبت جرم مولكولی پلیمر به جرم مولكولی واحد تكرای به عنوان (درجه پلیمریزاسیون) تعریف شده است . با بزرگتر شدن زنجیر مولكولی ( در صورتی كه فقط نیروهای بین مولكولی سبب اتصال مولكولها به یكدیگر شود) مقاومت حرارتی و استحكام كششی مواد پلیمری هر دو افزایش می یابند.
به طور كلی فرایند پلیمریزاسیون می تواند به صورتهای مختلفی مانند افزایشی , مرحله ای و .... انجام گیرد.در پلیمریزاسیون افزایشی , تعدادی از واحدهای تكراری به یكدیگر اضافه شده و مولكول بزرگتری را به نام پلیمر تولید می كنند. در این نوع پلیمریزاسیون ابتدا در مرحله اول رادیكال آزاد, با دادن انرژی (حرارتی , نوری) به مولكولهای اتیلین با پیوند دوگانه و شكست پیوند دوگانه , به وجود می آید. سپس رادیكالهای آزاد با اضافه شدن به واحدهای تكراری مراكز فعالی به نام آغازگر شكل میگیرند و هر یك از این مراكز به واحدهای تكراری دیگر اضافه شده و رشد پلیمر ادامه می یابد .
از نظر تئوری درجه پلیمریزاسیون افزایشی می تواند نامحدود باشد, كه در این صورت مولكول زنجیره ای بسیار طویلی از اتصال تعداد زیادی واحدهای تكراری به یكدیگر شكل می گیرد. اما عملا رشد زنجیر به صورت نامحدود صورت نمی گیرد.هر چه قدر تعداد مراكز فعال یا آغازگرهای شكل گرفته بیشتر باشد , تعداد زنجیرها زیادتر و نتیجتا طول زنجیرها كوچكتر میشود و بدین دلیل است كه خواص پلیمرها تغییر می كند.
البته سرعت رشد نیز در اندازه طول زنجیرها موثر است . هنگامی كه واحدهای تكراری تمام و زنجیرها به یكدیگر متصل شوند, رشد خاتمه می یابد.
از دیگر روشهای پلیمریزاسیون, پلیمریزاسیون مرحله ای است كه در آن منومرها با یكدیگر واكنش شیمیایی داده و پلیمرهای خطی را به وجود می اورند. در بسیاری از واكنشهای پلیمریزاسیون مرحله ای مولكول كوچكی به عنوان محصول فرعی شكل می گیرد . این نوع واكنشها گاهی پلیمریزاسیون كندنزاسیونی نیز نامیده می شوند.

منبع : پایگاه مقالات علمی ملاصدرا