پلیمرهای بلور مایع

پلیمرهای بلور مایع به چه موادی گفته می شود؟

ایجاد حالت بلورینگی در پلیمرها در وضعیت مایع می‌تواند با انحلال آنها در یک محلول (تبدیل به پلیمرهای مایع گرا) و یا قرارگیری آنها در معرض حرارتی بیشتر از دمای انتقال شیشه ای یا ذوب صورت گیرد که در آن صورت به آنها پلیمرهای بلور مایع گرما گرا گفته می‌شود. این پلیمرها معمولاً به صورت ذوب شده یا مایع و یا حالت جامد موجود می باشند. نمونه ای از پلیمرهای مایع گرا که در حالت جامد وجود دارند آرامید های تجاری می باشند که با نام کولار نیز شناخته می شوند. ساختار شیمیایی آرامید ها شامل حلقه های آروماتیکی می باشد که به صورت خطی جایگزین شده اند و توسط گروه‌های آمیدی به یکدیگر متصل شدند. به طور مشابه انواع متفاوتی از پلیمرهای بلور مایع گرما گرا به صورت تجاری توسط کمپانی های متفاوت تولید شدند. تعداد بسیار زیادی از پلیمرهای یاد شده که در دهه ۸۰ میلادی تولید شدند در فاز ذوب نظم بسیاری از خود نشان دادند که این ویژگی مشابه با بلورهای مایع غیر پلیمری است. فرآوری این پلیمرها از فاز مایع بلورین باعث می‌شود تا فیبرها و مواد تزریق شده از خواص مکانیکی بالاتری برخوردار شوند که این موضوع در نتیجه خواص خود ترمیمی و جهت گیری مولکول های بزرگ در فاز مایع و بلورین می باشد. امروزه می توان پلیمرهای بلور مایع را در حالت ذوب و با استفاده از تجهیزات سنتی در سرعت بالا فراوری نمود. در واقع شکل گیری ساده پلیمرهای بلور مایع یک مزیت رقابتی بسیار مهم این ماده در مقابل سایر پلاستیک ها ست و علاوه بر آن هزینه‌های بالای مواد خام را کاهش می دهد.

پلیمرهای بلور مایع از چه خواصی برخوردارند؟

پلیمرهای بلور مایع نوعی ویژه از ترمو پلاستیک ها هستند که خواصی بین مواد بلورین جامد بسیار منظم و مایعات بدون نظم و بدون شکل در گستره بسیار بزرگی از دماها را نشان می دهند. تعداد بسیار زیادی از پلیمرهای یاد شده سنتز شده اند ولی فقط مقدار کمی از آنها از نظر تجاری حائز اهمیت بودند. مهمترین انواع پلیمرهای بلور مایع در سه دسته طبقه بندی می شوند که عبارتند از کو پلی استر های نیمه آروماتیک، کو پلی آمید ها و پلی استر کو آمید ها. این پلیمرها از واحدهای تکراری صفحه مانند و یا میله مانند سخت ساخته شده اند و نسبت طول به عرض بالایی دارند. موارد یاد شده گروه‌های گرانروی مذاب را تشکیل می‌دهند که می‌توانند به بلورهای مایع همسان با قرار گیری در معرض کاهش دما و یا شرایط محیط های خارجی تبدیل شوند. مهمترین بلورهای مایع میان فازی عبارتند از نماتیک، اسمکتیک A و اسمکتیک C. انواع نماتیک از جهت گیری تک بعدی در جهت محور مولکولی کوتاه یا بلند برخوردارند. از طرف دیگر میان فازهای اسمکتیک دارای جهت گیری دو بعدی می باشند و شباهت بسیار زیادی با پلیمرهای بلوری ندارد که در آن‌ها نحوه ی ترتیب دهی مولکول ها به صورت لایه ای می باشد. محور های بلند مولکولهای میله مانند معمولا عمود بر صفحات می باشند مانند اسمکتیک A و یا زاویه دار می‌باشند مانند اسمکتیک C. رایج ترین نوع پلیمر های مایع بلورین پلی استر ها می باشند که می توان آنها را از بسپارش تراکمی یکی دی کربوکسیلیک اسید آروماتیک و یک هیدروکربوکسیلیک اسید آروماتیک با یک دیول آلیفاتیک به دست آورد. بلوک های آروماتیک بلورهای مایع را با استفاده از هم بسپارش ایجاد می‌کنند و این در حالی است که بلوک های آلیفاتیک به عنوان فضا سازهای انعطاف ‌پذیر عمل می‌کنند. انواع دیگر از فضا سازهای آب ترس انعطاف پذیر همانند آلیفاتیک ها و ارگانو سیلیکون ها نیز می توانند به عنوان بخشی از پلیمرهای یاد شده وجود داشته باشند. فضا ساز ها و یا پیوند دهنده های انعطاف‌پذیر باعث می‌شوند تا تحرک به گروه‌های مزوژنیک مستحکم منتقل شود. علاوه بر آنها نقطه ذوب را کاهش داده و حوزه دمایی را که در آن پلیمرهای مایع بلورین وضعیتی پایدار دارند را گسترش می دهند. خواص پلیمرهای بلور مایع همانند حالت بلورین، انعطاف پذیری و استحکام به میزان زیادی بر توزیع وزن مولکولی وابسته است و علاوه بر آن می‌توان مواردی مانند میانگین طول زنجیره و نوع و طول پیوند دهندگان و یا فضا سازهای انعطاف‌پذیر را نام برد. اما می‌توان این خواص را با استفاده از هم بسپارش با سایر مونومرها و اضافه سازی نرم کننده ها و فیلر ها و یا با ترکیب آنها با سایر پلیمرها مانند پلی کربنات ها، پلی اولفین ها و پلی استر ها تغییر داد. اضافه سازی نرم کننده ها و فیلر ها باعث کاهش قیمت و تغییر در عملکرد و همچنین تسهیل روند فراوری خواهد شد. به عنوان مثال اضافه سازی گرافیت منجر به افزایش مقاومت ماده در برابر مواد شیمیایی و فرسودگی می شود و این در حالی است که فیبرهای کربنی و فیبر های شیشه ای استحکام و سختی را افزایش می‌دهند و کربن سیاه خواص الکتریکی همانند پراکندگی الکترواستاتیک را بهبود می بخشد. بسیاری از پلیمرهای بلور مایع تجاری که از قابلیت تقویت خود برخوردارند، را می‌توان با استفاده از روش‌های سنتی قالب گیری تزریقی و روزن رانی فراوری کرد. روزن رانی پلیمرهای بلور مایع حل شده و یا مایع می‌تواند از طریق رشته سازها و یا افشانک های کوچک صورت گیرد و در نهایت انواعی از فیبرهای پلاستیکی ناهمسان تولید میشوند که از ضریب کشسانی و قوام بالا برخوردارند. پلاستیکهای مدرن مبتنی بر پلیمرهای بلور مایع معمولاً با نام پلاستیک های فوق العاده و یا سوپر پلاستیک ها شناخته می شوند زیرا ضریب ارتجاعی آن ها و استحکام آنها در مقایسه با پلاستیک های سنتی و معمولی بسیار بالاتر است. علاوه بر آن، پلیمرهای نام برده شده از کشیدگی بسیار، استحکام و مقاومت بالا و همچنین ضریب گسترش گرمایی پایین برخوردارند که در مقایسه با پلیمر های سنتی بلورین غیرمایع بسیار کمتر می باشد و معمولاً با ضریب گسترش گرمایی شیشه های غیر ارگانیک مقایسه می شود. به عنوان مثال قوام فیبرهای پلی آمیدی آروماتیک که در دسته پلیمرهای بلور مایع نیز قرار می گیرند در مقایسه با رشته های مستحکمی که از پلی آمید های آلیفاتیک به دست می آیند مانند نایلون ۶.۶ دو تا سه برابر بیشتر می باشد. ضریب ارتجاعی مورد اول نیز در مقایسه با مورد دوم ۱۰ تا ۲۰ برابر بیشتر می باشد. علاوه بر آن پلی آمیدهای آروماتیک از نسبت استحکام به وزن خوبی برخوردار هستند که به دلیل چگالی پایین آنهاست. به عنوان مثال استحکام آنها ۸ برابر بیشتر از فولاد بوده و می‌توان آن را با فیبر کربن و فیبر شیشه مقایسه کرد. خواص مکانیکی بهبود یافته پلیمرهای بلور مایع در نتیجه قرارگیری بسیار منسجم زنجیره‌های فاز مایع بلورین به وجود می‌آید و این موضوع نیز ناشی از قرارگیری موازی گروه‌های مزوژنیک است که در نهایت با استفاده از روزن رانی و سایر روشها نیز افزایش می یابد. ساختار بسیار منظم این مواد و علاوه بر آن چگالی پایین فضای خالی موجود در این پلیمرها مسئول نفوذ پذیری بسیار کمتر مواد گازی و همچنین مقاومت شیمیایی و هیدرولیتیک خوب این مواد در برابر اسیدهای رقیق و مواد قلیایی و تعداد بسیار زیادی از مایعات و محلول ها می‌باشد. ساختار ناهمسان پلیمرهای یاد شده بین پلیمرهای جامد بلوری و وضعیت مایع نامنظم قرار دارد که این خود ویژگی بسیار منحصر به فردی است. در حالت مایع این پلیمرها، گروه بندی منظم بخش‌های محکم به مقداری است که می تواند تعدادی از رفتار های جامد مانند را به پلاستیک القا کند ولی فشارهای بین مولکولهای مرتب شده به اندازه ای کافی نیستند تا بتوانند از حرکات بخش‌های بلورین سخت به هنگام قرارگیری در برابر فشارهای زیاد و یا میدان های متفاوت جلوگیری کنند. تحرک بالای بلورها باعث می‌شود تا مولکولهای آنها مجدداً مرتب شوند و امکان ایجاد تغییراتی در خواص ناهمسان با استفاده از فشارهای مکانیکی، گرما، تابش، میدان های مغناطیسی و در مواردی حتی محیط شیمیایی به وجود خواهد آمد.

انواع پلیمرهای بلور مایع تجاری کدامند؟

تجاری ترین نوع پلیمرهای بلور مایع را پلی استرها تشکیل می دهند. یکی از ارزان ترین آنها پلی استرهایی هستند که قابلیت تقویت خود را دارند و می‌توان آنها را با استفاده از بسپارش تراکمی p- به hydroxybenzoic acid و ترفتالیک اسید و یا dihydroxydiphenyl4,4i با اتیلن گلیکول به عنوان واکنشگر اصلی تولید کرد. یکی از پلی استر های بلور مایع که کاملا آروماتیک می باشد و بر اساس کو پلی استر p-hydroxybenzoic acid و 6-hydroxy-2-naphthoic acid تولید می‌شود، با نام‌های تجاری متفاوتی به فروش می رسد. یکی دیگر از پلیمرهای مایع بلورین که بر پایه آمیدهای اروماتیک ساخته شده است با نام poly(p-phenylene terephthalamide) شناخته می شود و همچنین به آن نام کولار نیز داده می شود.

از پلیمرهای بلور مایع به منظور تولید چه محصولاتی استفاده می شود؟

پلیمرهای یاد شده در مقایسه با پلیمرهای ترموپلاستیک استاندارد بسیار گران تر می باشند اما خواص الکترونیکی و مکانیکی بهتری داشته و همچنین از مقاومت شیمیایی فوق العاده ای برخوردارند. از این مواد به منظور تولید محصولات ویژه ای در بسیاری از صنایع استفاده می شود مانند کابل ها و فیبرهای بسیار مستحکم و سبک وزن، جلیقه های ضد گلوله، ترکیبات بکار برده شده در چوب های هاکی، بوردهای اسکی، مواد تقویتی برای لاستیک خودروها، محفظه موتور خودرو، ترمز و بخش‌های انتقال اصطکاک و یاتاقان. همچنین پلیمرهای بلور مایع به صورت بسیار گسترده‌ای به عنوان مواد کاربردی در ساخت دستگاههای اپتیک و یا برقی بصری به کار برده می شوند زیرا خواص ناهمسان آنها مانند ضریب شکست، انکسار مضاعف، تابش گزینشی نور و انتقال ویژگی های رنگی همگی توسط انواعی از عوامل مانند دما، فشارهای مکانیکی و تابش‌ها و میدان‌های الکترومغناطیسی قابل تنظیم می باشند. از مهمترین مصارف این پلیمرها می‌توان حسگرهای گرمایی ،ذخیره داده و فناوری های نمایشی، مخابرات و بسیاری از محصولات حوزه اپتیک و نوری برقی را نام برد.