اگر به اطراف خود نگاهی بی‌اندازید وسایلی را مشاهده می‌کنید که از پلیمر ساخته شده اند. زندگی روز مزه‌ی ما بدون وجود مواد پلیمری مشکل است .امروزه این مواد جزیی از زندگی ما هستند و در ساخت اشیای مختلف، از وسایل زندگی و مورد مصرف عمومی تا ابزار دقیق و پیچیده پزشکی و علمی بکار می‌روند.
پلیمر چیست؟
در لغت پلیمر از کلمه یونانی (Poly) پلی به معنی چند و مر (Meros)به معنای واحد یا جز تشکیل شده است. پلیمر یا بسپار (بزرگ مولکول)، مولکول‌های بسیار بزرگی است که از اتصال چند صد مونومر به یکدیگر و تشکیل زنجیره‌های بلند شکل می‌گیرد. مواد طبیعی مانند ابریشم، لاک، قیر طبیعی وسلولز ناخن دارای چنین ساختمان مولکولی هستند.
دسته‌بندی پلیمرها
پلیمرها را می‌توان بر اساس موارد مختلفی دسته‌بندی کرد از جمله دسته‌بندی بر اساس منشا، واکنش به حرارت، ساختار زنجیره‌ها، بلورینگی، بر پایه مونومر، کاربرد و خواص فیزیکی، آرایش تاکتیسیته که در این مقابه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.
دسته‌بندی بر اساس منشا
پلیمرها از لحاظ منشا به سه دسته طبیعی،سنتزی، نیمه سنتزی تقسیم می‌شوند:
-
- پلیمر طبیعی: پلیمرهایی هستند که تنها از مواد موجود در طبیعت ساخته شده اند مانند پشم، ابریشم، لاستیک طبیعی، سلولز، پروتئین، نشاسته و …
- پلیمر سنتزی یا مصنوعی: پلیمرهایی که در آزمایشگاه از مولکول‌هایی با وزن مولکولی پایین ساخته می‌شوند. مانند نایلون‌ها، پلی اتیلن، پلی استر، رابرهای مصنوعی، پی وی سی، تفلون و …
- پلیمر نیمه سنتزی: پلیمرهایی که از اصلاح شیمیایی ساده پلیمرهای طبیعی به منظور اصلاح خواص ساخته می‌شوند. مانند سلولز استات، سلولز نیترات و …
دسته‌بندی بر اساس واکنش به حرارت
پلاستیک‌ها از لحاظ رفتار در مقابل حرارت به دو دسته ترموپلاستیک‌ها و ترموست‌ها تقسیم بندی می شوند:
-
-
- ترموپلاستیک ها: ترموپلاستیک ها یا گرمانرم ها پلیمرهایی هستند که به راحتی در اثر حرارت در شکل های متنوع قالب گیری شده و سپس در دمای اتاق خنک شده و قابل استفاده خواهند بود. یعنی در معرض حرارت نرم شده و با خنک شدن مجددا سفت خواهند شد. مانند پلی اتیلن، پی وی سی، پلی پروپیلن، پلی استایرن و…
- ترموست ها: ترموست ها یا گرماسخت ها پلیمرهای سخت و غیر قابل ذوب در برابر حرارت هستند. این پلیمرها در اثر حرارت نرم نمی شوند و امکان قالب گیری مجدد آن ها وجود ندارد. ترموست ها پلیمرهایی دارای پیوند های عرضی هستند که قابلیت استفاده مجددا در آن ها وجود ندارد. از مهمترین ترموست ها می توان به فنولیک ها، اوره، ملامین، اپوکسی، آلکیدها، پلی استرها، سیلیکون و یورتان اشاره کرد.
-
دسته‌بندی بر اساس ساختار زنجیره‌ها
از لحاظ ساختاری، پلیمر ها به سه دسته پلیمرهای خطی، شاخه‌ای و دارای پیوند عرضی تقسیم می‌شوند:
-
- پلیمرهای خطی: در این نوع پلیمرها، مونومر‌ها به یکدیگر متصل شده و تشکیل زنجیره های بلندی را می‌دهند. در این پلیمرهای خطی هیچگونه شاخه جانبی وجود ندارد و مولکول‌های آن‌ها به هم نزدیک بوده و معمولا دانسیته، نقطه ذوب و استحکام کششی آن‌ها بالاست. مثل HDPE و نایلون.
- پلیمرهای شاخه‌ای: این دسته از پلیمرها دارای زنجیره‌های بلند و مستقیم هستند اما شاخه‌های جانبی متفاوتی نیز دارند. به همین علت مولکول‌های آن ها به طور نامنظم قرار گرفته و از همین رو دانسیته یا چگالی پایین تر، استحکام کششی و نقطه ذوب کمی دارند.
- پلیمرهای دارای پیوند‌های عرضی و شبکه‌ای: در این دسته پلیمرها، واحدهای تکرار شونده با متصل شدن به یکدیگر شبکه‌های ۳ بعدی را تشکیل می‌دهند. ارتباط بین آن‌ها از طریق پیوند‌های عرضی شکل می‌گیرد. و به دلیل نوع متصل شدن واحدها و ساختار شبکه ای شان، سخت، سفت و شکننده هستند. از مهمترین آن‌ها می‌توان به ملامین، رزین فرمالدهید، لاستیک‌های پخت شده و … اشاره کرد.
دسته‌بندی بر اساس بلورینگی
پلیمرها از لحاظ آرایش یافتگی زنجیره‌ها و بلورینگی به سه دسته کریستالی (بلورین)، آمورف (بی شکل) و نیمه بلورین تقسیم بندی می‌شوند.
-
- بلورین: وقتی زنجیره‌های پلیمری بسیار منظم و با شکل خاصی در کنار هم قرار گیرند کریستال یا بلور را تشکیل می‌دهند. یک پلیمر کریستالی زنجیره‌های مولکولی‌اش منظم در یکدیگر قفل شده اند و به همین دلیل استحکام بالایی از خود نشان می‌دهند. برای پلیمرهای بلورین، دمای ذوب تعریف می‌شود. یعنی در دما یا بازه دمایی خاصی پلیمرهای بلورین شروع به ذوب شدن می‌کنند و آن را با Tm نشان می‌دهند.
- آمورف: عکس پلیمرهای بلورین است یعنی زنجیره‌های مولکولی به شکل تصادفی و غیر منظم قرار گرفته اند و شکل خاصی را پیروی نمی‌کنند. این باعث شده تا خواص الاستیسیته و انعطاف پذیری بالایی داشته باشند. برخلاف پلیمرهای بلورین، پلیمرهای آمورف دارای نقطه ذوب نمی‌باشند و دمایی که در آن جریان پیدا می‌کنند را با Tg یا دمای انتقال شیشه‌ای نشان می‌دهند. از ویژگی‌های مهم پلیمرهای آمورف می‌شود به مقاومت حرارتی نسبتا پایین، پایداری ابعادی پایین، خزش نسبتا بالا اشاره کرد.
- نیمه بلورین: همه پلیمرها دارای مناطق کریستالی و آمورف به صورت همزمان هستند. یعنی پلیمر 100 درصد آمورف و مخصوصا 100 درصد کریستالی وجود ندارد. هرچند می‌توان از طریق روش‌هایی این مقادیر را به 100 نزدیک کرد. معمولا پلیمرهای آمورف حداکثر تا 90 درصد و پلیمرهای بلورین حداکثر تا 80 درصد دارای ماهیت آمورف و بلورین هستند.
دسته‌بندی بر پایه مونومر
پلیمرها بر اساس نوع مونومرهای تشکیل دهنده به دو دسته هموپلیمر و کوپلیمر دسته‌بندی می‌شوند:
-
- هموپلیمر: پلیمری که شامل تنها یک مونومر مشخص باشد که تنها آن مونومر در زنجیره‌هایش تکرار شده باشد. به این نوع پلیمرها، هموپلیمر می‌گویند و مانند پلی اتیلن (تنها شامل مونومر اتیلن)، پلی وینیل کلراید (تنها شامل مونومر وینیل کلراید) و …
- کوپلیمر: کو پلیمرها پلیمرهایی هستند که از ۲ نوع مونومر مختلف تشکیل شده‌اند و در واحدهای تکرار شونده شان دو نوع مونومر موجود است مانند نایلون ۶۶. اگر تعداد مونومرهای موجود به ۲ عدد افزایش یابد به آن ها ترپلیمر گویند مانند ABS یا آکریلو نیتریل بوتادین استایرن.
دسته‌بندی بر اساس کاربرد و خواص فیزیکی
پلیمرها از لحاظ کاربرد و خواص فیزیکی به ۴ دسته پلاستیک، لاستیک یا الاستومر، الیاف و رزین قابل تقسیم بندی هستند.
-
- پلاستیک: پلیمرهایی که با استفاده از گرما و فشار به شکل مواد سخت و سفت تبدیل شده‌اند به پلاستیک معرف هستند و اکثرا نیمه بلورین است. مانند PMMA، PE و … نیروی بین مولکولی آن‌ها مابین الیاف و لاستیک هاست.
- الاستومر‌ها یا لاستیک‌ها: پلیمرهای جامد با خواص کشسانی مناسب و خاصیت الاستیسیته بالا هستند. در این نوع پلیمرها زنجیره‌های پلیمری توسط ضعیفترین نیروی بین مولکولی به هم متصل هستند و بخش اعظم ساختار آن ها آمورف است. همین نیروی ضعیف بین مولکولی سبب خاصیت کسانی بالای آن‌ها است. مانند رابرها و …
- الیاف یا فیبرها: اگر پلیمررشته‌ای طولانی باشد که طول آن حداقل 100 برابر قطر آن باشد، به آن‌ها الیاف گفته می‌شود. این پلیمرها خواص کششی بسیار بالایی دارند و درجه کریستالی بالایی از خود نشان می دهند و مانند نایلون.
- رزین‌ها: پلیمر با وزن مولکولی پایین است که به عنوان چسب، درزگیر و .. کاربرد دارند. اکثرا به شکل مایع موجود هستند و معمولا برای بالابردت استحکام آن‌ها در حین کاربرد یا پس از آن، آن ها را پخت می‌کنند. مثلا چسب‌هایی که در مصارف عمومی استفاده می‌شود، پس از مدتی که در معرض هوا بود پخت و سخت می‌شود. به آن ها چسب های هوا پخت گفته می‌شود.
دسته‌بندی بر اساس آرایش تاکتیسیته
تاکتیسیته به معنای قرارگیری گروه‌های جانبی در فضا است.
-
- ایزو تاکتیک: کانفیگوراسیون سر به دم که در آن گروه‌ها همه در یک طرف زنجیره قرار می‌گیرند را ایزو تاکتیک گویند.
- اگر این گروه‌ها در هر دو طرف زنجیره و به شکل تصادفی قرار گیرند، به آن اتاکتیک گویند.
- اگر گروه‌ها در دو طرف زنجیر به شکل یک در میان قرار گیرند به آن ها سیندیو تاکتیک گویند.
مواد افزودنی به پلیمر
اغلب پلیمرها شامل مواد افزودنی هستند که در مراحل تولید به آن‌ها اضافه می‌شود. این مواد افزودنی از جمله:
پرکننده‌ها
به دلایل مختلفی به پلیمر اضافه می‌شوند. یکی از بهترین پرکننده‌های شناخته شده، دوده زغال است که برای بهبود استحکام و مقاومت سایشی چرخ های خودرو اضافه می‌شوند. بعضی از پرکننده‌ها مانند الیاف کوتاه یا ذراتی از مواد معدنی، جهت بهبود خواص مکانیکی به بسپار افزوده می‌شود. برخی دیگر مانند کربنات کلسیم، سیلیکا و تالک برای انبساط حجم بسپار و کاهش قیمت آن با کمی رزین (چسب) مناسب، اضافه می‌شود.
مواد رنگی
برای رنگ دهی به بسپار قابل استفاده است. این مواد ذراتی مانند اکسید تیتانیوم هستند که به طور یکنواخت در بسپار توزیع می‌شوند.
مواد پایدار کننده
پایدار کننده‌ها تخریب بسپار را در مجاورت با محیط و اشعه ماورا بنفش به تاخیر می‌اندازند.
مواد ضد الکتریسیته ساکن
از آنجایی که اغلب بسپارها هادی‌های بسیار ضعیفی هستند تدریجا دارای بار الکتریکی ساکن است. مواد ضد الکتریسته ساکن با جذب رطوبت محیط در سطح بسپار، قابلیت هدایت الکتریکی سطحی را بالا می‌برند و احتمال جرقه زدن یا تخلیه الکتریکی را کاهش می‌دهند.
مواد به تاخیراندازی نقطه اشتعال
افزودنی‌هایی مانند کلر، برم، فسفر یا بعضی از نمک‌های فلزی احتمال وقوع احتراق یا گسترش آن را کاهش می‌دهد.
مواد نرم کننده
این مواد زنجیره‌های مولکولی با جرم مولکولی پایین هستند که یک حالت روانکاری داخلی در بسپار ایجاد می‌کنند. بنابراین منجر به شکل پذیری پلاستیکی آن می‌شود.
تقویت کننده‌ها
استحکام و سختی بسپار با اضافه کردن الیاف نازک شیشه و یا کربن (ویسکر) به عنوان تقویت کننده افزایش می‌یابد. توجه به این نکته مهم است که جرم مخصوص بسپارها در مقایسه با مواد دیگر پایینتر است. به همین دلیل نسبت استحکام به وزن در این مواد در حد متناسبی است.
پلیمر زیست تخریب پذیر
این نوع از پلیمرها شامل گروه‌های عاملی هستند که در پلیمرهای طبیعی یافت می‌شوند و در حضور باکتری‌ها، تجزیه و تخریب می‌شوند. از نمونه‌های این نوع پلیمر می‌توان به «PHBV» اشاره کرد.
