دسته بندی پلیمرها چگونه صورت میگیرد؟
اگر به اطراف خود دقت کنید متوجه می‌شوید که مواد پلیمری در همه جا یافت می شوند از بطری های پلاستیکی تا پوشش های لاستیکی سیلیکونی که به روی هدفون ها و حتی نایلون و پلی استر موجود در کفشهای ورزشی همگی در دسته مواد پلیمری قرار می گیرند. نه تنها اشیای بی جان بلکه بسیاری از پروتئین های موجود در بدن شما نیز پلیمر هستند بنابراین بهتر است که به بررسی انواع پلیمرها و طبقه بندی آنها بپردازیم.
پلیمر چیست؟
پلیمر واژه‌ای یونانی است که از دو قسمت پلی به معنای چندتایی ومر به معنای واحد ها تشکیل شده است. به طور کلی نیز پلیمر به نوعی مولکول با زنجیره بلند گفته میشود که از تعداد بسیاری از واحدهای تکراری با ساختار مشابه تشکیل شده است. این ساختارهای مشابه که به عنوان واحد هایی متشکل از دو و یا تعداد بیشتری از مولکول ها شناخته می شوند به یکدیگر متصل شده تا یک زنجیره ی بلند را ایجاد کنند. اگر به زبان ساده تر بیان کنیم، این مولکول ها زنجیره ای بلند دارند که از تعداد بسیار زیادی از واحدهای تکراری با ساختار های یکسان تشکیل شده است. به عبارت دیگر مونومر های موجود در پلیمرها ممکن است ساختاری ساده داشته باشند و یک تا سه اتم را شامل شوند و یا ممکن است که ساختارهای حلقوی پیچیده‌ای داشته باشند و شامل تعداد بسیار زیادی اتم شوند.
طبقه بندی مواد پلیمری
از آنجایی که مواد پلیمری انواع و رفتار متفاوتی دارند و حتی ممکن است به صورت طبیعی در محیط زیست یافت شوند و یا به روش های ترکیبی آنها را ساخت می توان این مواد را به روش های بسیار متفاوتی دسته بندی کرد. در این بخش به طبقه بندی مواد پلیمری با توجه به معیارهای گوناگون پرداخته میشود:
۱.بر اساس منبع تولیدی
ساده ترین روش دسته بندی پلیمرها با توجه به منشأ اصلی آنها می باشد. پلیمرهای طبیعی در طبیعت یافت می شوند و به صورت منابع طبیعی همانند گیاهان و حیوانات وجود دارند. نمونه ای از پلیمرهای طبیعی پروتئین ها هستند که در بدن حیوانات یافت می شوند. سلولز و نشاسته که در گیاهان یافت شده و یا لاستیک که معمولاً از ریشه گیاهان استوایی گرفته می شود هم در همین دسته قرار می گیرند. نوع دیگری از پلیمرها انواع ترکیبی هستند که توسط انسان ها و به صورت مصنوعی در آزمایشگاه ساخته می شوند. پلیمر های یاد شده به صورت تجاری برای رفع تعدادی از نیازهای متفاوت در صنعت تولید می شوند. یکی از موادی که در همین دسته قرار میگیرد و ما روزانه از آن استفاده می کنید پلی اتیلن نام دارد که در واقع یکی از پلاستیک هایی است که به بیشترین میزان در ساخت بسته بندی به کار برده می شود. الیاف نایلونی هم یکی از پلیمر های ترکیبی هستند که به طور بسیار معمولی در لباس ها، تورهای ماهیگیری و سایر موارد دیده می‌شوند. دسته سوم از پلیمرها که با توجه به منشا اصلی آنها دسته بندی می شوند، پلیمرهای نیمه ترکیبی هستند. مواد یاد شده با ایجاد تغییراتی در پلیمرهای طبیعی به صورت مصنوعی در آزمایشگاه ساخته می شوند و معمولا با یک واکنش شیمیایی در محیطی کنترل شده انجام گرفته و اهمیت تجاری بالایی دارند. به عنوان مثال می توان لاستیک ولکانش شده را نام برد که در آن از گوگرد به منظور ایجاد شبکه در زنجیره پلیمری لاستیک های طبیعی استفاده می شود. سلولز استات یا ریون و سایر موارد هم می‌توانند در دسته این پلیمرها قرار گیرد.
۲.بر اساس ساختار پلیمری
دسته بندی مواد پلیمری بر اساس ساختار آنها می‌تواند شامل سه زیر مجموعه ی متفاوت باشد. اولین زیرمجموعه را پلیمرهای خطی تشکیل می دهند. ساختار این مواد همانند زنجیره‌های صاف و طبیعی است که با استفاده از پیوند های بسیار مشابهی به یکدیگر متصل شده اند. مونومر های تشکیل دهنده این مواد به گونه‌ای به یکدیگر متصل شده اند تا بتوانند یک زنجیره ای طولانی و بلند را تشکیل دهند. پلیمر های خطی از نقطه ذوب و چگالی بالایی برخوردار می باشند و یکی از نمونه‌های آنها را پلی وینیل کلراید تشکیل می دهد که به مقدار بسیار زیادی برای تولید سیم های برقی و لوله به کار برده می شود. دومین زیرمجموعه این گروه پلیمرهای شاخه دار هستند. همانطور که از نام آنها نیز مشخص است، این پلیمرها دارای شاخه هایی هستند که از مناطق مختلف در زنجیره خطی آنها انشعاب پیدا میکند. اتصال مونومر ها به گونه ای است که یک زنجیره بلند مستقیم را تشکیل می دهد ولی در کنار آن تعدادی زنجیره های شاخدار با طولهای متمایز نیز وجود دارد. وجود این شاخه ها باعث می شود تا پلیمر ساختار منسجمی نداشته باشد. نقطه ذوب و همچنین چگالی این مواد پایین است و پلی اتیلن های کم چگالی که در تولید کیسه های پلاستیکی و ظروف متفاوت به کار برده می شوند را می‌توان به عنوان یکی از اعضای این گروه نام برد. سومین زیرمجموعه از این گروه را پلیمرهای دارای پیوندهای عرضی و یا شبکه ای تشکیل می دهد. در این ساختار مونومرها به گونه‌ای به یکدیگر متصل شدند تا یک شبکه سه بعدی را ایجاد کنند و آنها دارای پیوندهای کوالانسی بسیار قوی هستند. موارد یاد شده بسیار شکننده و سخت می باشند مانند باکلیت که در تولید عایق های برقی به کار برده می شود و ملامین.
۳.بر اساس نوع بسپارش
بسپارش به واکنشی گفته می شود که در طی آن مولکولهای مونومری با یکدیگر در طی یک عملیات شیمیایی واکنش می دهند تا یک زنجیره پلیمری و یا شبکه های سه بعدی را ایجاد کنند. مواد یاد شده با توجه به نوع بسپارش به پلیمر های اضافی و پلیمر های متراکم تقسیم می شوند که در این قسمت به آنها اشاره می شود. پلیمرهای اضافی با افزودگی مکرر مولکولهای مونومری به وجود می آیند. در واقع آنها از بسپارش مونومر هایی با پیوند های دوتایی و یا سه تایی و یا ترکیبات اشباع نشده تولید می‌شوند. توجه داشته باشید که در چنین واکنش هایی مولکول های کوچک مانند آب یا الکل و یا سایر موارد به عنوان محصولات جانبی از بین نمیروند. پلیمرهای متراکم از ترکیب مونومر ها به وجود می آیند و در آنها تعدادی از مولکولهای کوچک مانند آب، الکل و یا سایر موارد از بین می روند. مونومر های قرار گرفته در این دسته معمولاً در طبیعت به صورت دو وظیفه ای و یا سه وظیفه‌ای مشاهده می شوند. به عنوان مثال می‌توان به بسپارش هگزا متیلن دی آمین و آدیپیک اسید اشاره کردکه نایلون ۶۶ را تولید میکند. در این ماده مولکول های آب در طی فرآیند حذف می شوند.
۴.بر اساس نیروهای بین مولکولی
نیروهای بین مولکولی به نوعی از نیروها گفته می شود که امکان قرار گیری اتم ها در کنار یکدیگر در یک مولکول را فراهم میکنند. در پلیمر ها نیز پیوند های کووالانسی قوی اتم ها را به یکدیگر متصل می کنند تا بتوانند در مولکول های پلیمری قرار بگیرند. نیروهای بین مولکولی باعث می‌شوند تا مولکول های پلیمری به سمت یکدیگر کشیده شوند. توجه کنید که خواص مواد جامد همانند پلیمرها به میزان بسیار گسترده‌ای به استحکام و قدرت نیروهای بین مولکولها بستگی دارد. موارد یاد شده با توجه به نیروهای بین مولکولی به چهار دسته الاستومرها، ترموپلاستیک ها، ترموستینگ ها و الیاف تقسیم‌بندی می‌شوند. الاستومرها انواعی از پلیمرهای جامد پلاستیکی می‌باشند که خاصیت ارتجاعی دارند. خاصیت ارتجاعی در این مواد بدین معنی است که با وارد کردن مقداری نیرو به آنها می‌توان طول آنها را افزایش داد. محصولاتی که در دسته الاستومرها قرار می گیرند کشهای لاستیکی و یا کش مو هستند. اگر کمی به این مواد نیرو وارد شود آنها کشیده می‌شوند. نیروی بین مولکولی در زنجیره این نوع از پلیمرها بسیار ضعیف است و باعث می شود تا به سادگی بتوان طول آنها را تغییر داد ولی همانطور که می دانید با کاهش فشار به جای اولیه خود باز می گردند. تایر خودروها از لاستیک های ولکانش شده تشکیل شده است که در آنها از گوگرد به منظور ایجاد شبکه و پیوندهای عرضی در زنجیره پلیمری استفاده می شود. اما ترموپلاستیک ها انواعی از پلیمرها با زنجیره های طولانی می باشند که در آنها نیروهای بین مولکولی باعث میشود تا زنجیره پلیمری در کنار یکدیگر و به صورت ثابت قرار گیرد. زمانی که این دسته از پلیمرها در معرض حرارت قرار بگیرند نرم می شوند و یا حالتی مایع پیدا می کنند و زمانی که دمای آنها کاهش پیدا کند، سخت خواهد شد. این مواد شامل پیوندهای شبکه ای می شوند و می توان به سادگی با حرارت دهی به آنها شکل این مواد را تغییر داد. نمونه ای از این پلاستیک ها پلی استایرن و یا پلی وینیل کلراید است که برای تولید لوله به کار برده می شود. پلیمرهای ترموستینگ نیز در طبیعت به صورت نیمه مایع وجود دارند و از وزن مولکولی پایینی برخوردارند و زمانی که این مواد در معرض حرارت قرار بگیرند پیوندهای شبکه ای بین زنجیره های آنها به وجود خواهد آمد ولی به همان اندازه سخت و گداز ناپذیر می‌شوند. مواد یاد شده با قرارگیری در معرض حرارت ساختارهای سه بعدی پیدا میکنند و امکان برگشت ساختار اولیه نیز برای این دسته از پلیمرها وجود ندارد. مثالی از پلیمرهای ترموستینگ باکلیت میباشد که در تولید عایق های الکتریکی به کار برده می شود. الیاف نیز آخرین زیرمجموعه این دسته ازپلیمرها را تشکیل می دهند که در طبیعت به صورت نخ مشاهده می‌شوند و امکان بافت آنها نیز وجود دارد. نیروهای بین مولکولی موجود در این مواد بسیار بالا می باشد و که باعث می شود تا خاصیت ارتجاعی کمتری داشته باشند و همچنین استحکام کششی این مواد بالاست. مثالی از این دسته نایلون ۶۶ است که در تولید لوازم خانگی و موکت استفاده میشود.
در این مقاله انواع مواد پلیمری به صورت عمومی دسته بندی شده اند ولی یکی دیگر از گروه های موجود پلیمرهای زیستی میباشد که از موجودات زنده گرفته می شوند.
