شیمی پلیمر چیست؟

شیمی پلیمر را ستون فقرات اکثر کاربردهای شیمیایی مدرن می‌دانند. پیشرفت‌های انقلابی مستمر در زمینه‌های مختلف پلیمرها منجر به ایجاد کاربردهای جدید شد. امروزه شیمی پلیمر در ترکیب رایج‌ترین مواد پیرامون ما مانند فنجان‌ها و کیسه‌های پلاستیکی، منسوجات و بافت‌های مصنوعی، مینای دندان و غیره حضور دارد. بدون پلیمرها، دنیای مدرن غیرقابل‌تصور خواهد بود. برای درک شیمی پلیمر، شناخت مکانیسم واکنش مولکول‌ها و خاص آنها مهم است. هدف این محتوا معرفی شیمی پلیمر و پلیمر، کاربردهای شیمی پلیمر، طبقه‌بندی پلیمرها است.

معرفی شیمی پلیمر

شیمی پلیمر یا شیمی ماکرومولکولی شاخه‌ای از علم شیمی است که با ساختار، خواص و سنتز پلیمرها سروکار دارد. اصلاح پلیمرهای آلی و معدنی بخش مهمی از شیمی پلیمری یا علم پلیمر به‌منظور تطبیق خواص پلاستیک مربوطه با نیازهای فنی صنعت است. مباحث شیمی پلیمر شامل تعیین خصوصیات و تجزیه‌وتحلیل پلیمرها، مواد پلیمری و افزودنی‌های پلیمری، مکانیسم پلیمریزاسیون، اندازه‌گیری وزن مولکولی، اندازه، ساختار، خواص و رفتار پلیمرها، جداسازی، طیف‌سنجی و تکنیک‌های پراکندگی، ساختار و ویژگی – فراوری پلیمرها است. شیمی پلیمر در اجزای ضروری محصولات از فناوری پزشکی، کالاهای مصرف‌کننده و صنعت خودرو کاربرد دارد، اما پلیمر چیست؟

پلیمر چیست؟

پلیمر یک مولکول بزرگ است که از واحدهای اساسی به نام مونومر تشکیل می‌شوند که توسط پیوندهای کووالانسی به هم متصل هستند. مونومر از مولکول‌های ساده تشکیل می‌گردد که می‌تواند با مونومرهای دیگر واکنش می‌دهند و پلیمر را تشکیل می‌شود. برخلاف پلیمر، مونومر دارای جرم مولکولی کم است. اصطلاح ماکرومولکول اغلب به‌جای پلیمر و شیمی ماکرومولکول به‌جای شیمی پلیمر استفاده می‌شود. شیمی اصطلاح پلیمر بیش از ۱۰۰ سال است که به علم شیمی وارد شد. درحالی‌که پلیمرهای طبیعی مانند پروتئین‌ها، سلولز (چوب، پنبه) یا DNA همیشه وجود داشته‌اند. در آزمایشگاه، شیمی‌دانان گزینه‌های زیادی برای طراحی و ساخت پلیمرها دارند. آنها می‌توانند پلیمرهای مصنوعی را از مواد طبیعی بسازند و یا می‌توانند از آمینواسیدها برای ساخت پروتئین‌های مصنوعی استفاده کنند.

ویژگیهای پلیمر

پلیمرها ویژگی‌های خاص خود را دارند. بطوریکه آنها رفتار زجاجیه‌ای را هنگامی که بی‌شکل هستند، ویژگی‌های فیبر را هنگامی که متبلور می‌شوند و همچنین رفتار ویسکوالاستیک را نیز نشان می‌دهند. این حالت‌های مختلف عمدتاً به ماهیت شیمیایی پلیمر و دما بستگی دارد. ماهیت شیمیایی پلیمرها به منشأ آنها مرتبط است که طبیعی یا مصنوعی باشند. ماهیت شیمیایی ماکرومولکول‌ها به پیوندهایی که بین اتم‌های زنجیره و زنجیره‌های مجاور ایجاد می‌کنند، بستگی دارد. پیوندهای بین‌اتمی بین پلیمرها می‌تواند انعطاف‌پذیر یا سفت، ضعیف یا قوی باشد.

شیمی پلیمر چه کاربردهایی دارد؟

تنوع خواص پلیمرهای مختلف، کاربرد آنها را چندبرابر کرده است، بااین‌حال کاربرد شیمی پلیمر را می‌توان به سه دسته اصلی تقسیم نمود. کالاهای پلیمری که تولید سالانه آنها را میلیون‌ها تن تخمین می‌زنند و در زندگی روزمره همه‌جا حضور دارند. به‌عنوان‌مثال می‌توان به پلی‌اتیلن، پلی‌استایرن یا پلی‌وینیل‌کلراید (PVC) اشاره کرد. این پلیمرها اهمیت اقتصادی قابل‌توجهی دارند. پلیمرهای فنی را برای به‌دست‌آوردن خواص مکانیکی که تقویت می‌شوند طراحی می‌کنند که باهدف جایگزینی مواد سنتی مانند فلزات یا سرامیک هستند. پلی‌آمیدها یا پلی استال‌ها نمونه‌های خوبی از این گروه هستند. پلیمرهای کاربردی که برای کاربردهای خاص و با عملکرد ویژه توسعه یافتند، به‌عنوان‌مثال پلیمرهای حساس به تحریک مانند الکتریکی (پلیمرهای رسانا)، حرارتی (حساس به حرارت) یا حساس به نور (UV) است.

طبقه بندی پلیمرها

پلیمرها را می‌توان بر اساس معیارهای مختلفی از جمله منشأ آنها، زمینه‌های کاربرد و یا حتی خواص ترمومکانیکی آنها طبقه‌بندی کرد. پلیمرها منشأ طبیعی، نیمه‌طبیعی و مصنوعی دارند. پلیمرهای طبیعی از گیاهان یا حیوانات به دست می‌آیند. به‌عنوان‌مثال می‌توان به خانواده پلی‌ساکاریدها (سلولز، نشاسته و غیره)، پروتئین‌ها و پلیمرهای حاصل از زنجیره‌ای از اسیدهای آمینه که شامل کراتین (پشم، مو، ناخن) اشاره کرد.

پلیمرهای نیمه‌طبیعی با پردازش شیمیایی از پلیمرهای طبیعی ایجاد می‌شوند. مهم‌ترین پلیمرهای نیمه‌طبیعی لاستیک ولکانش یا ولکانیزاسیون (Vulcanized) است. مثال دیگر نیتروسلولز که استر سلولز انفجاری است که از سلولز به دست می‌آید و در مهمات استفاده می‌شود. این پلیمرها توسط مهندسان شیمی پلیمر به‌گونه‌ای اصلاح می‌شوند که محصول نهایی از نظر اقتصادی دارای خواص موردنظر خاصی باشد.

پلیمرهای مصنوعی پلیمرهایی هستند که توسط انسان از پلیمریزاسیون مونومرها که از صنعت نفت حاصل می‌گردد، ساخته می‌شوند. فهرست پلیمرهای مصنوعی، تقریباً به ترتیب تقاضای جهانی شامل پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی‌استایرن، پلی‌وینیل‌کلراید، لاستیک مصنوعی، رزین فنل فرمالدئید، نئوپرن، نایلون، پلی اکریلونیتریل، PVB، سیلیکون و بسیاری موارد دیگر است.

طبقه بندی پلیمرها از نظر خصوصیات حرارتی

بیشتر اوقات پلیمرها از طریق خواص حرارتی آنها طبقه‌بندی می‌شوند. پلیمرهای ترموپلاستیک هنگام گرم‌شدن قابل‌انعطاف است، سپس هنگام بازگشت به دمای اتاق سخت می‌شوند. هر ماده‌ای که از این پلیمر خاص به وجود می‌آید، ترموپلاستیک اولیه خودش را به‌صورت برگشت‌پذیر نگه می‌دارد، به‌شرط آنکه از نظر حرارتی تخریب نشود. نمونه‌هایی از این پلیمرها شامل ترموپلاستیک پلی‌الفین‌ها (پلی‌اتیلن PE، پلی‌پروپیلن PP)، به‌ویژه در صنایع غذایی برای بسته‌بندی و بطری استفاده می‌شود. پلی‌وینیل‌ها (PVC) است که برای ساخت لوله‌ها، پنجره‌ها یا پوشش‌های کف استفاده می‌شود. پلی‌استایرن برای بسته‌بندی یا مواد عایق کاربرد دارند. همچنین پلی اکریلیک در ساخت‌وساز برای لعاب یا در چشم‌پزشکی در عدسی‌های عینک استفاده می‌شوند.

پلی‌آمیدها به‌ویژه در صنعت نساجی و پلی‌کربنات‌ها مورداستفاده در لعاب‌های ایمنی، پلی فلوئورواتنها، به‌عنوان‌مثال PTFE که در پوشش‌های نچسب (با نام تجاری معروف تفلون®) یا لوله‌ها کاربرد دارند. الاستومرها از خصوصیات الاستیک عالی برخوردار هستند و بنابراین از تغییر شکل قابل‌برگشت قابل‌توجهی پشتیبانی می‌کنند لاستیک‌های مبتنی بر پلی بوتادین مورداستفاده برای لاستیک، مهروموم از نوع الاستومرها هستند. پلیمر گرما سخت یا ترموست غیرقابل‌برگشت هستند، اغلب تحت عمل گرما در حضور معرف‌ها سخت می‌شوند. محصول نهایی که به دست می‌آید دیگر قابل‌تبدیل نیست و بازیافت آنها را محدود می‌کند. پلی یورتانها برای فوم‌های سفت‌وسخت (عایق ساختمان) یا فوم‌های انعطاف‌پذیر (صندلی و مبل)، رنگ‌ها یا چسب‌ها، پلی استرهای غیراشباع، مورداستفاده در فرمولاسیون لاک‌ها، فنوپلاستها و آمینو پلاست به‌عنوان چسب یا پوشش، پلی ایمیدها برای مدارهای چاپی قابل‌انعطاف استفاده می‌شوند.

سوالات متداول شیمی پلیمر چیست؟

۱- کاربرد شیمی درشت مولکول در دندانپزشکی چیست؟

شیمی پلیمر در دندانپزشکی به‌عنوان مواد در بازسازی و در پروتزها به‌عنوان زیرساخت، قالب‌گیری، همچنین در ساخت موم یا نخ بخیه استفاده می‌شود.

۲- کدام نوع پلیمرها بیشترین کاربرد دارند؟

پلی اولفین (پلی اتیلن و پلی پروپیلن) و PET (پلی اتیلن ترفتالات)، نزدیک به ۴۰٪ از پلیمر تولید شده در جهان هستند که در بخش بسته‌بندی مورداستفاده قرار می‌گیرند.

۳- رشته شیمی درشت مولکول چیست؟

رشته شیمی پلیمر شامل مطالعه سنتز، خصوصیات و خواص مولکول‌های پلیمری یا ماکرومولکول‌ها است که از زیر واحدهای شیمیایی تکرارشونده به نام مونومر تشکیل می‌شوند.

۴- مهندسان شیمی پلیمر چه کارهایی انجام می‌دهند؟

مهندسان از خواص درشت ماکرومولکول برای توسعه محصولات جدید یا فرایندهای شیمیایی در صنایع مختلف از جمله هوافضا، زیست‌پزشکی، کشاورزی یا تولیدی استفاده می‌کنند.

۵- کاربردهای شیمی درشت مولکول در زمینه‌های مختلف چیست؟

شیمی پلیمر در مصالح ساختمانی، چسب، سرامیک، الیاف، لباس و بتن، فایبرگلاس، یاتاقان‌های نایلونی، کیسه‌های پلاستیکی، رنگ‌های پلیمری، دریچه‌های قلب سیلیکونی و ظروف پخت‌وپز با روکش تفلون کاربرد دارد.