پلیمر چیست؟
پلیمر یا بزرگ مولکول یا بسپار، مولکول های بسیار بزرگی است که از اتصال چند صد مونومر به یکدیگر و تشکیل زنجیره های بلند شکل می گیرد. کلمه polymer ریشه یونانی دارد و از کلمه “پلی” به معنای چند و “مر” به معنی بخش یا قسمت تشکیل شده است.
مونومر چیست؟
مونومر کوچکترین واحد تکرار شونده پلیمر است. مثلا اگر یک تسبیح را به عنوان یک زنجیر پلیمر در نظر بگیرید، دانه های تسبیح در حکم مونومر های آن هستند.
پلیمریزاسیون چیست؟
فرایندی است که در آن مولکول های مونومر به هم متصل شده تا یک مولکول بزرگ پلیمر را شکل دهند. پلیمریزاسیون فرایند به هم پیوند دادن مونومر ها از طریق یک سری واکنش های شیمیایی می باشد.
طبقه بندی انواع پلیمرها
پلیمرها را می توان از طرق مختلف دسته بندی کرد که مرسوم ترین آن ها به شرح ذیل می باشد. البته پلیمرها بسته به نوع ساخت و کاربردشان به دو نوع مهندسی و رایج نیز تقسیم بندی می شوند و هریک در بخش های جداگانه شرح داده شده اند.
الف) انواع پلیمرها از لحاظ منشا
ب) انواع پلیمرها از لحاظ واکنش به حرارت
پ) انواع پلیمرها از لحاظ ساختار زنجیره ها
ت) انواع پلیمرها از لحاظ بلورینگی
ث) انواع پلیمرها بر پایه مونومر
ج) انواع پلیمرها از لحاظ کاربرد و خواص فیزیکی
چ)انواع پلیمرها از لحاظ آرایش تاکتیسیته
پلیمرها از لحاظ منشا به سه دسته طبیعی،سنتزی، نیمه سنتزی تقسیم می شوند.
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 مولکول هایی با وزن مولکولی پایین ساخته می شوند. مانند نایلون ها، 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 می شوند. مانند سلولز استات، سلولز نیترات و…
انواع پلیمرها بر اساس رفتار در مقابل حرارت:
پلاستیک ها از لحاظ رفتار در مقابل حرارت به دو دسته ترموپلاستیک ها و ترموست ها 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…
ترموپلاستیک ها شامل زنجیره های بلندی هستند که هریک نیز ممکن است گروه ها یا زنجیره های جانبی داشته باشند. در طول فرایند و شکل دهی آن ها بر اثر حرارت ترموپلاستیک ها دچار هیچ نوع واکنش شیمیایی نمی شوند. ترموپلاستیک ها وقتی که در معرض حرارت قرار می گیرند، قابلیت جریان یافتن دارند و به راحتی به شکل قالب های مختلف در می آیند.
در رزین های ترموست گروه های فعال مولکولی در طول فرایند ساخت، تشکیل پیوند های عرضی بین مولکول ها را می دهد. این پیوند های عرضی یا اصطلاحا پخت شدن ماده امکان نرم شدن ماده در اثر حرارت را نمی دهد. مواد ترموست عموما به صورت کامپاند های نیمه پلیمریزه شده یا مایع مخلوط پلیمر-مونومر عرضه می شوند تا واحدهای تولیدی بتوانند آن ها را به شکل محصول نهایی دراورده و سپس پخت کنند.
به عبارت دیگر، ترموست ها از طریق روش هایی مانند گرمادهی یا تشعشع و… پخت می شوند. فرایند پخت به علت همان پیوند های عرضی که به ان اشاره شد غیر قابل برگشت است. یعنی با گرم شدن مجدد برخلاف ترموپلاستیک ها این مواد به صورت جامد باقی می مانند تا جایی که شروع به تخریب کنند.
از مهمترین ترموست ها می توان به فنولیک ها، اوره، ملامین، اپوکسی، آلکیدها، پلی استرها، سیلیکون و یورتان اشاره کرد.
انواع پلیمرها از لحاظ ساختار زنجیره ها
_ پلیمرهای خطی: در این نوع پلیمر ها، مونومر ها به یکدیگر متصل شده و تشکیل زنجیره های بلندی را می دهند. در این نوع پلیمرها هیچگونه شاخه جانبی وجود ندارد و مولکول های آن ها به هم نزدیک بوده و معمولا دانسیته، نقطه ذوب و استحکام کششی ان ها بالاست. مانند HDPE و نایلون
_ پلیمرهای شاخه ای: این دسته از پلیمر ها دارای زنجیره های بلند و مستقیم هستند اما شاخه های جانبی متفاوتی نیز دارند. به همین علت مولکول های 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 پیوند های عرضی و شبکه ای: در این دسته پلیمرها، واحدهای تکرار شونده با متصل شدن به یکدیگر تشکیل شبکه های 3 بعدی را می دهند. ارتباط بین آن ها از طریق پیون های عرضی شکل می گیرد. و به دلیل نوع متصل شدن واحدها و ساختار شبکه ای شان، سخت، سفت و شکننده هستند. از مهمترین آن ها می توان به ملامین، رزین فرمالدهید، لاستیک های پخت شده و… اشاره کرد.
انواع پلیمرها از لحاظ بلورینگی
_ بلورین: وقتی زنجیره های پلیمری بسیار منظم و با شکل خاصی در کنار هم قرار گیرند تشکیل کریستال یا بلور را می دهند. یک پلیمر کریستالی زنجیره های مولکولی اش منظم در یکدیگر قفل شده اند و به همین دلیل استحکام بالایی از خود نشان می دهند. برای پلیمر های بلورین، دمای ذوب تعریف می شود. یعنی در دما یا بازه دمایی خاصی پلیمرهای بلورین شروع به ذوب شدن می کنند و آن را با Tm نشان می دهند.
_ آمورف: عکس پلیمرهای بلورین می باشند یعنی زنجیره های مولکولی به شکل تصادفی و غیر منظم قرار گرفته اند و شکل خاصی را پیروی نمی کنند. این باعث شده تا خواص الاستیسیته و انعطاف پذیری بالایی داشته باشند. برخلاف پلیمرهای بلورین، پلیمرهای آمورف دارای نقطه ذوب نمی باشند و دمایی که در آن جریان پیدا می کنند را با Tg یا دمای انتقال شیشه ای نشان می دهند. از ویژگی های مهم پلیمرهای آمورف می شود به مقاومت حرارتی نسبتا پایین، پایداری ابعادی پایین، خزش نسبتا بالا اشاره کرد.
_ نیمه بلورین: در واقعیت می شود گفت که همه پلیمرها دارای مناطق کریستالی و آمورف به صورت همزمان هستند. یعنی پلیمر 100 درصد آمورف و مخصوصا 100 درصد کریستالی وجود ندارد. هرچند می توان از طریق روش هایی 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.
انواع پلیمرها بر پایه مونومر
_ همو پلیمر: پلیمری که شمنل تنها یک مونومر مشخص باشد که تنها آن مونومر در زنجیره هایش تکرار شده باشد. به این نوع پلیمرها، هموپلیمر می گویندو مانند پلی اتیلن (تنها شامل مونومر اتیلن)، پلی وینیل کلراید (تنها شامل مونومر وینیل کلراید) و…
_ کوپلیمر: کو پلیمرها پلیمرهایی هستند که از 2 نوع مونومر مختلف تشکیل شده اند و در واحدهای تکرار شونده شان دو نوع مونومر موجود است مانند نایلون 66. اگر تعداد مونومرهای موجود به 3 عدد افزایش یابد به آن ها ترپلیمر گویند مانند ABS یا آکریلو نیتریل بوتادین استایرن
انواع پلیمر ها از لحاظ کاربرد و خواص فیزیکی
پلیمرها از لحاظ کاربرد و خواص فیزیکی به 4 دسته پلاستیک، لاستیک یا الاستومر، الیاف و رزین تقسیم می شوند.
1- پلاستیک: پلیمرهایی که با استفاده از گرما و فشار به شکل مواد سخت و سفت تبدیل شده اند به پلاستیک معرف هستند و اکثرا نیمه بلورین می باشند. مانند PMMA ،PE و… نیروی بین مولکولی آن ها مابین الیاف و لاستیک هاست.
2-الاستومر ها یا لاستیکها: پلیمرهای جامد با خواص کشسانی مناسب و خاصیت الاستیسیته بالا هستند. در این نوع پلیمرها زنجیره های پلیمری توسط ضعیفترین نیروی بین مولکولی به هم متصل هستند و بخش اعظم ساختار آن ها آمورف می باشد. همین نیروی ضعیف بین مولکولی سبب خاصیت کسانی بالای آن ها می باشد. مانند رابرها و…
4-رزین ها: پلیمرهایی با وزن مولکولی پایین می باشند که به عنوان چسب، درزگیر و… کاربرد دارند. اکثرا به شکل مایع موجود هستند و معمولا برای بالابردت استحکام آن ها در حین کاربرد یا پس از آن، آن ها را پخت می کنند. مثلا چسب هایی که در مصارف عمومی استفاده می شود، پس از مدتی که در معرض هوا بود پخت و سخت می شود. به آن ها چسب های هوا پخت گفته می شود.
انواع پلیمرها از لحاظ آرایش تاکتیسیته:
تاکتیسیته به معنای قرارگیری گروه های جانبی در فضا می باشد.
1- ایزو تاکتیک: کانفیگوراسیون سر به دم که در آن گروه ها همه در یک طرف زنجیره قرار می گیرند را ایزو تاکتیک گویند.
2- اگر این گروه ها در هر دو طرف زنجیره و به شکل تصادفی قرار گیرند، به آن اتاکتیک گویند.
3- اگر گروه ها در دو طرف زنجیر به شکل یک در میان قرار گیرند به آن ها سیندیو تاکتیک گویند.
