پلیمر چیست و انواع و کاربرد آن

مواد پلیمری همیشه در کنار ما هستند. از بطری‌های پلاستیکی که با آن‌ها آب می‌نوشیم تا لباس‌هایی که بر تن می‌کنیم، همه‌وهمه حاوی پلیمرهایی هستند که زندگی روزمره را برای ما آسان‌تر می‌کنند. اما این موارد فقط به همین مواردی که گفتیم محدود نمی‌شوند. آن‌ها در صنایع پزشکی، فضایی، الکترونیک و بسیاری دیگر از حوزه‌ها انقلابی بزرگ به‌پا کرده‌اند. در این مطلب به بررسی مفهوم مونومرها و نقش‌آفرینی آن‌ها در تولید پلیمر، فرایند پلیمریزاسیون، طبقه‌بندی آن‌ها و موضوعات جذاب دیگری خواهیم پرداخت که قطعاً برای شما آموزنده خواهند بود. پس با ما همراه باشید تا به بررسی این موجودات کوچک ولی با کاربردهای بزرگ بپردازیم.

مونومرها مولکول‌های پلیمر ساز

برای اینکه بفهمیم پلیمر چیست؟ ابتدا باید به بررسی مونومرها بپردازیم. این مواد مولکول‌هایی هستند که واحد اصلی پلیمرها را تشکیل می‌دهند. این مولکول‌ها از طریق فرایندی به نام «پلیمریزاسیون» به سایر مونومرها متصل می‌شود و مولکول‌هایی با زنجیره‌های تکراری را می‌سازند. واکنش‌های پلیمریزاسیون معمولاً از طریق کاتالیزورها انجام می‌شوند که در آن دو مولکول مجزا با اشتراک جفت الکترون‌ها به یکدیگر متصل شده و پیوندهای کووالانسی را تشکیل می‌دهند.

مونومرها ممکن است منشأ طبیعی یا مصنوعی داشته باشند. به‌عنوان‌مثال ایزوپرن، پروپیلن، وینیل کلرید، چند نمونه از مونومرهایی هستند که در علوم و صنایع پلیمری کاربرد دارند. در علوم زیستی نیز مونومرهای طبیعی با پیوند به یکدیگر مولکول‌های بزرگ‌تر را می‌سازند؛ به‌عنوان‌مثال گلوکز، مونومر نشاسته یا آمینواسید مونومر پروتئین است.

فرایند پلیمریزاسیون

پلیمریزاسیون، فرایند شیمیایی است که در آن مولکول‌های کوچک مونومر به هم پیوند می‌خورند تا زنجیره‌های بزرگ‌تری به نام پلیمر ایجاد کنند. این فرایند می‌تواند از طریق دو مکانیزم اصلی انجام شود: پلیمریزاسیون افزایشی و پلیمریزاسیون کاهشی.

در پلیمریزاسیون افزایشی، مونومرها بدون تولید محصولات جانبی به یکدیگر متصل می‌شوند. این نوع پلیمریزاسیون معمولاً با کاتالیزورهایی انجام می‌شود که بر جزئیات ساختاری که بر ویژگی‌های پلیمر تأثیر می‌گذارند، کنترل دارند.

در مقابل، پلیمریزاسیون کاهشی با تولید محصولات جانبی مانند آب همراه است. در این فرایند، هر مرحله به تشکیل یک مولکول ساده می‌انجامد.

زنجیره‌های پلیمری می‌توانند خواص فیزیکی منحصربه‌فردی داشته باشند، مانند الاستیسیته، استحکام کششی بالا یا توانایی تشکیل الیاف که این باعث می‌شود پلیمرها از موادی که از مولکول‌های کوچک‌تر و ساده‌تر تشکیل شده‌اند متمایز باشند.

طبقه‌بندی انواع پلیمرها

این مواد را می‌توان براساس چند ویژگی مختلف طبقه‌بندی کرد:

۱- براساس منشأ

• طبیعی: این پلیمرها از منابع طبیعی مانند گیاهان، حیوانات یا میکروب‌ها استخراج می‌شوند. از پلیمرهای طبیعی می‌توان به نشاسته، پروتئین‌ها و کتان اشاره کرد.
• مصنوعی: این پلیمرها به‌صورت صنعتی تولید می‌شوند و از منابع نفتی مانند پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن و پلی‌وینیل کلرید به دست می‌آیند.

۲- براساس واکنش به حرارت

• ترموپلاستیک: این پلیمرها با گرم‌شدن نرم می‌شوند و با سردشدن دوباره به حالت اولیه خود باز می‌گردند. مثال‌هایی از پلیمرهای ترموپلاستیک شامل پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن و پلی‌وینیل کلرید هستند.
• ترموستاتیک: این پلیمرها با گرم‌شدن تغییر شکل نمی‌دهند و دیگر به حالت اولیه خود باز نمی‌گردند. مثال‌هایی از پلیمرهای ترموستاتیک شامل پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) و پلی‌فنیلن سولفید (PPS) هستند.

۳- براساس ساختار زنجیره

• خطی: زنجیره‌های پلیمری در این نوع پلیمرها به‌صورت خطی ترتیب پیدا می‌کنند.
• شاخه‌دار: در این پلیمرها، زنجیره‌های پلیمری شاخه‌هایی دارند که از زنجیره‌های اصلی جدا می‌شوند.

۴- براساس بلورینگی

• بلورین: در این پلیمرها، زنجیره‌های پلیمری به‌صورت مرتب در هم قرار دارند و ساختار بلورینی را تشکیل می‌دهند.
• غیربلورین: در این پلیمرها، زنجیره‌های پلیمری به‌صورت تصادفی در هم قرار دارند و ساختار بلورین ندارند.

۵- براساس ساختار مولکولی

• آمورف: این پلیمرها ساختاری نامنظم و بدون شکل مشخص دارند. در نتیجه، خواص مکانیکی و حرارتی متفاوت از پلیمرهای بلورین ارائه می‌دهند.
• نیمه‌بلوری: این دسته ترکیبی از انواع بلورین و آمورف هستند. این ویژگی به آن‌ها امکان می‌دهد تا خواص مکانیکی و حرارتی متعادلی داشته باشند.

۶- براساس کاربرد

• ساختاری: این پلیمرها برای ساخت اجزایی با استحکام بالا مانند قطعات خودرو و مواد ساختمانی استفاده می‌شوند.
• ویژه: این دسته از پلیمرها خواص خاصی دارند که آن‌ها را برای کاربردهای خاص مناسب می‌سازد، مانند پلیمرهای هوشمند که می‌توانند به تغییرات محیطی پاسخ دهند.

باتوجه‌به این طبقه‌بندی‌ها، می‌توانیم بگوییم که پلیمرها علاوه بر زندگی روزمره ما، برای پیشرفت فناوری و صنعت نیز بسیار حیاتی هستند. از پوشاک و بسته‌بندی گرفته تا الکترونیک و پزشکی، این مواد به شکل‌های مختلفی به کار می‌روند و زندگی ما را آسان‌تر می‌سازند.

مواد افزودنی به پلیمرها

افزودنی‌ها مواد شیمیایی هستند که به پایه پلیمری اضافه می‌شوند تا خواص فرایندی، عمر مفید و یا خواص فیزیکی و شیمیایی موردنظر در محصول نهایی به دست آید. این مواد افزودنی می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

• پلاستی‌سایزرها: برای افزایش انعطاف‌پذیری و کاهش سختی پلیمرها
• پایدارکننده‌های UV: برای محافظت از پلیمرها در برابر تخریب ناشی از نور خورشید و سایر منابع نور UV
• مواد ضد شعله: برای افزایش مقاومت پلیمرها در برابر آتش و حرارت.
• مواد ضدمیکروبی: برای مقاومت در برابر رشد میکروب‌ها و باکتری‌ها
• آنتی‌اکسیدان‌ها: برای جلوگیری از فرسودگی و تخریب‌های ناشی از واکنش‌های اکسیداسیون

شرایط نگهداری از پلیمرها

نگهداری مناسب از پلیمرها برای حفظ ویژگی‌های و افزایش عمر مفید آن‌ها بسیار مهم است. در ادامه، به توضیح شرایط نگهداری مناسب از این مواد می‌پردازیم.

۱- دما

پلیمرها به دما حساس هستند. دمای بالا می‌تواند منجر به نرم‌شدن و تغییر شکل آن‌ها شود. از سوی دیگر، دمای پایین نیز ممکن است منجر به شکستن آن‌ها شود؛ بنابراین پلیمرها را در دماهای مناسب نگهداری کنید.

برای هر نوع پلیمر، دمای مناسب نگهداری متفاوت است. برای مثال، پلی‌اتیلن در دمای اتاق به‌خوبی نگهداری می‌شود، اما پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) باید در دمای پایین‌تر نگهداری شود.

۲- نور خورشید

نور خورشید می‌تواند پلیمرها را تغییر شکل دهد و رنگ آن‌ها را تغییر دهد؛ بنابراین باید این مواد را در محیط‌های تاریک نگهداری کنید یا از تماس مستقیم آن‌ها با نور خورشید جلوگیری کنید.

۳- رطوبت

رطوبت می‌تواند پلیمرها را تغییر شکل دهد و خواص مکانیکی آن‌ها را تحت‌تأثیر قرار دهد. به‌طوری‌که برخی پلیمرها مانند پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) به رطوبت حساس‌تر هستند؛ پس به‌طورکلی، پلیمرها را باید در محیط خشک نگهداری کرد.

۴- تماس با مواد شیمیایی

پلیمرها به مواد شیمیایی واکنش نشان می‌دهند؛ بنابراین نگذارید با موادی مانند اسیدها، حلال‌های آلی و قلیاها در تماس باشند.

۵- زمان نگهداری

پلیمرها با گذر زمان تغییراتی می‌کنند. شاید برخی از آن‌ها ترک‌خورده یا تغییر شکل دهند؛ بنابراین این مواد را به‌روز نگهداری کنید و در صورت نیاز جایگزین کنید.

سخن پایانی

ما در این مطلب با موادی آشنا شدیم که در زندگی روزمره ما حضور فعالی دارند. از جعبه‌های پلاستیکی که مواد غذایی را در خود نگه می‌دارند تا لباس‌هایی که هرروزه روی تن ما می‌آیند از پلیمر تشکیل شده‌اند. این مواد به ما یادآوری می‌کنند که زندگی نیز یک زنجیره بی‌پایان از لحظه‌ها و تجربیات است که با ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود در اجزای زندگی ما جای دارند؛ بنابراین باید به پلیمرها ارزش بدهیم و از آن‌ها به بهترین شکل استفاده کنیم؛ چون این زنجیره‌های مولکولی مانند لحظات زندگی، ما را به سمت پیشرفت راهنمایی می‌کنند.

اگر برای خرید مواد پلیمری نیاز به راهنمایی داشتید، کارشناسان گروه شمس جاوید در کنار شما هستند.

سؤالات متداول

پلیمر چیست و چرا برای زندگی ما مهم است؟

پلیمرها موادی هستند که از زنجیره‌های طولانی مولکول‌های تکرارشونده تشکیل شده‌اند. این مواد به دلیل خواص منحصربه‌فردشان در صنایع مختلف از جمله بسته‌بندی، پزشکی و الکترونیک کاربرد دارند.

تفاوت بین پلیمرهای طبیعی و مصنوعی چیست؟

پلیمرهای طبیعی از منابع زیستی؛ مانند گیاهان و حیوانات به دست می‌آیند، اما پلیمرهای مصنوعی از فرایندهای شیمیایی و معمولاً از منابع نفتی ساخته می‌شوند.

چگونه می‌توان از پلیمرها به‌درستی نگهداری کرد؟

برای نگهداری پلیمرها باید دما، نور خورشید، رطوبت و تماس با مواد شیمیایی را کنترل کرد تا از تغییر شکل، ترک‌خوردگی یا واکنش‌های نامطلوب جلوگیری شود.

منابع:
Scienceabc / polymer-process / Britannica / degruyter / encompolymers / findoutaboutplastics / amcorplastics