آموزش جامع پلیمر 1| ورود به دنیای پلیمرها

تصور دنیای بدون پلیمر کار خیلی سختی است مخصوصا زمانی که بفهمیم روزانه چقدر از پلیمرها استفاده می کنیم و این واژه کوچک و با کلاس تا چه اندازه وارد زندگی ما شده است؟ چه مزایایی دارد و چه معایبی و خطراتی ممکن است در زندگی ما داشته باشد؟ تصور ما در شیمی آپ بر این بود که مفهوم پلیمر حتی برای فعالان این صنعت هم به طور کامل جا نیفتاده است، پس تصمیم بر آن شد تا با آموزش جامع پلیمر در خدمت مخاطبای عزیز خودمان باشیم.

پلیمر، جزء جدایی ناپذیر زندگی ما هستش. از سفره غذا، لوله پلیکا، لاستیک ماشین و هندزفری موبایل گرفته تا دریچه مصنوعی قلب، لنز چشمی و حامل های دارویی همه و همه جزو پلیمرها محسوب می شوند. اگر بخواهیم یه تقلب ریز و کوچک بهتون برسونیم باید بگیم که هرآنچه ما تحت عنوان وسایل لاستیکی و پلاستیکی می شناسیم پلیمر محسوب می شوند. حالا فهمیدید که چرا پلیمر ها جزء جدایی ناپذیر زندگی و رفیق هر روزه ما هستن؟

در این مقاله ما قصد داریم که شما رفقای شیمی آپی، از پایه به صورت حرفه ای با مفهوم پلیمر آشنا شوید. سعی کنید که این آموزش را از دست ندهید چرا که می خواهیم شما از درگاه همین لپ تاپ یا گوشی تلفن همراهتان، ورود به دنیای پلیمرها را تجربه کرده و زوایای علمی و صنعتی آن را لمس کنید، پس همراه ما باشید.

مفهوم پلیمر

پلیمر (Polymer) یا بسپار یک مولکول درشت یا اصطلاحا درشت مولکول (Macromolecule) می باشد که از واحد های کوچک یکسان و مشابه به نام مونومر (Monomer) ساخته شده است. خب اول اجازه بدید واژه هایی که عنوان شد مورد بررسی قرار بدیم تا این مفهوم بهتر جا بیوفتد.

نام لاتین: پلیمر = پلی (تعداد زیاد) + مر (مونومر)

نام فارسی: بسپار = بس (بسیار)+ پار (مونومر)

پلیمر از دو کلمه پلی و مر (همان مونومر) ساخته شده است بدین معنا که تعداد زیادی مونومر با یکدیگر واکنش می دهند و به همدیگر متصل می شوند تا یک مولکول بزرگ و درشت حاصل شود. مونومر ها وقتی با یکدیگر واکنش می دهند و به همدیگر متصل می شوند، یک ساختار زنجیری را می سازند. اگر یک زنجیر واقعی را در نظر بگیرم، می بینیم که هر زنجیر از اتصال تعداد زیادی حلقه (واحد های فلزی یکسان و مشابه) به وجود آمده است.

زنجیر پلیمری یعنی زنجیری که حلقه های آن از واحد های مونومری تشکیل شده است. خب حالا وقت آن رسیده که پلیمر را به صورتی دقیق و کاربردی، بازتعریف کنیم:

پلمیر یک درشت مولکول است که از تعداد زیادی زنجیرِ پیچ و تاب خورده در دل یکدیگر به وجود آمده است. به این ساختار پیچ و تاب خورده، مارپیج تصادفی (Random coil) می گویند.برای درک بهتر ساختار مارپیچ تصادفی یک مثال می زنیم: دو تا سه هندزفری موبایل را در نظیر بگیرید (مشابه زنجیرهای پلیمری) که در کیف خودتون قرار می دهید و وقتی می خواهید از آنها استفاده کنید می بینید که به همدیگر گره خورده اند دقیقا مثل ساختار پلیمر ها و یا یک کلاف کاموا.

خب ما تاکید داریم که پلیمر یک مولکول درشت و بزرگ است، اما معنی این درشت و بزرگ بودن چیست و چه تفاوتی با دیگر مولکول ها دارد؟

این سوالی است که در ادامه مقاله و تا لحظاتی دیگر به آن پاسخ خواهیم داد.

هرچه قدر که یک مولکول بزرگتر و درشت تر می شود طبیعتا جرم آن هم افزایش می یابد، درست مثل پلیمرها. جرم مولکولی پلیمر خیلی بیشتر از مولکول های کوچک شناخته شده مثل آب (H₂O)، سود سوزآور (NaOH) ، سولفوریک اسید (H₂SO₄) و … می باشد. به طور مثال جرم مولکولی آب معادل 18 گرم بر مول و جرم مولی سود و سولفوریک اسید به ترتیب برابر با 40 و 98 گرم بر مول می باشد در صورتی که جرم مولکولی پلیمرها که از تعداد بسیار زیادی زنجیرهای پیچ و تاب خورده حاوی مونومر ساخته شده اند خیلی بیشتر از اعداد فوق است. اگر قرار باشد یک ترکیب را به عنوان پلیمر بشناسیم، جرم مولکولی آن حداقل باید 24000 گرم بر مول باشد.

تا اینجا پلیمر را شناختیم، اما اگر فردی باشیم که به تازگی وارد صنایع پلیمری شده و یا دانشجوی جدید الورودی باشیم که اخیرا با پلیمر آشنا شده و به دنیای پلیمرها پا گذاشته باشد، فقط لفظ پلیمر را به کار می بریم و اطلاعی ازاینکه این پلیمرها کجا کاربرد دارند و یا اینکه هر کدام چه خواصی نشان می دهند و … نداریم.  اینجاست که آموزش جامع پلیمر از الزامات محسوب می شود.بدین منظور بایستی ابتدا طبقه بندی پلیمر ها رو خیلی حرفه ای بلد باشیم. اگر آماده ای بزن بریم.

انوع طبقه بندی پلیمرها

طبقه بندی بر اساس ساختار شیمیایی

همانطور که گفتیم پلیمر از تعداد زیادی مونومر ساخته می شود و در واقع مونومرها، واحد های سازنده پلیمر محسوب می شوند. اما نوع این مونومر بسیار مهم است. اگر در سنتز یا تولید پلیمر، ما فقط از یک نوع مونومر استفاده کنیم، به پلیمر حاصله هوموپلیمر گفته می شود. به طور مثال پلیمر پلی اتیلن (PE) را در نظر بگیرید: در تولید این پلیمر صرفا از واحد های مونومری اتیلن استفاده شده است و در واقع از یک نوع مونومر استفاده شده است. در تصویر زیر واکنش پلیمریزاسیون پلی اتیلن را مشاهده می کنید.

منظور از واکنش پلیمریزاسیون  (Polymerization)، واکنش سنتز پلیمر از مونومرهای سازنده اش می باشد.

حال اگر در سنتز و یا تولید پلیمر، از بیش از یک نوع مونومر استفاده شود، به پلیمر حاصله کوپلیمر (Co Polymer ) گفته می شود. به عنوان مثال اتیلن وینیل استات (EVA)، یک کوپلیمر است که در تولید آن از 2 نوع واحد مونومری مجزا به نام های اتیلن و وینیل استات استفاده شده است.

EVA یک محصول به شدت کاربردی در صنایع پلاستیک و تولید کفه کفش محسوب می شود. در ایران این محصول به صورت وارداتی موجود است . دو برند مطرحی که در حال حاضر در ایران وجود دارند،  Lg chem و LOTTE Chemical اند که هر دو از برند های مطرح کره جنوبی محسوب می شوند.

طبقه بندی بر اساس مکانیسم سنتز

این نوع طبقه بندی هم مانند طبقه بندی بر اساس ساختار شیمیایی، با مونومر سازنده پلیمر در ارتباط است منتها این ارتباط بر می گردد به نوع واکنشی که مونومرها با هم دارند. در این قسمت از نظر شیمی آلی دو نوع مکانیسم یا سازوکار وجود دارد:

• پلیمریزاسیون افزایشی (Addition Polymerization) 
• پلیمریزاسیون مرحله ای (Step Polymerization)

پلیمریزاسیون افزایشی

پلیمریزاسیون افزایشی در نتیجه ایجاد مرکز فعال رادیکالی (تک الکترون جفت نشده) بر روی اولین مونومر در راکتور تولید پلیمر رخ می دهد، در ادامه در فشار و دمای مناسب واکنش، مونومر ها یک به یک با هم واکنش می دهند و زنجیرهای پلیمری را شکل می دهند.

به پلیمرهای تولید شده از طریق پلیمریزاسیون افزایشی، پلیمرهای زنجیری گفته می شود پلیمرهای وینیلی نظیر پلی اتیلن (PE)، پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی استایرن (PS)و پلی آکریلات ها از این دسته می باشند.

پلیمریزاسیون مرحله ای

مکانیسم پلیمریزاسیون مرحله ای به طور کلی متفاوت از پلیمریزاسیون افزایشی می باشد و تشکیل پلیمر در این مکانیسم در اثر واکنش گروه های عاملی با یکدیگر می باشند. یعنی مونومرها حاوی گروه های عاملی می باشند که در این نوع مکانیسم عاملیت مونومرها نیرو محرکه تشکیل پلیمر می باشد. اجازه بدید این مطلب را با ذکر یک مثال برای شما عزیزان تشریح کنیم. پلی استر رو در نظر بگیرید که دارای واحدهای تکرار شونده استری (COO) در زنجیره اصلی می باشد. این پلیمر در اثر واکنش مونومرهای دی اُلی (مونومر با دو گروه عاملی الکلی) و مونومرهای دی اسیدی (مونومر با دو گروه عاملی کربوکسلیک اسیدی) سنتز می شود.

به پلیمرهای تولید شده از طریق پلیمریزاسیون مرحله ای، پلیمرهای تراکمی گفته می شود نظیر پلی استر، پلی آمید، پلی یورتان و … .

خوشحالیم که تا آخر محتوا همراه ما بودید، امیدواریم که از این مطلب لذت برده باشید. فراموش نکنید که این تازه پارت اول آموزش جامع پلیمر بود و حتما پارت های بعدی رو در شیمی آپ مطالعه کنید و به دوستان خودتون هم معرفی کنید. در صورت انجام این کار بی نهایت به ما و رسانه خودتون یعنی شیمی آپ لطف می کنید😍.