پلیمر چیست : این مواد زنجیره ای از اتم های هیدروژن و کربن هستند. ترکیب C-H، یک مثال از مر (MER)، بوده و مجموعه آن POLY می شود لذا POLYMER نام گرفته است. این مواد در مقیاس کوچک (چند فاصله اتمی) دارای نظم بلوری هستند اما در مقیاس بزرگ دارای ساختمان بلوری نیستند. با شناخت مولکول ها و ترتیب و نظم آنها می توان به خواص بسپارها پی برد.پلیمر (بسپار) یک استخوان بندی اصلی کربن همراه با اتم های هیدروژن دارند یعنی زنجیره ای از اتم های کربن و هیدروژن هستند. تنوع خواص این مواد به درجه پلیمریزاسیون (یعنی اندازه مولکول) و به وجود شاخه های فرعی بستگی دارد.
پلیمر چیست
پلیمر در واقع نام محصول خام پلاستیک است که در طبیعت به شکل‌های مختلف وجود دارد. مواد پلیمری تنوع زیادی دارند و با توجه به محصول نهایی برای تولید پلاستیک انتخاب میشوند. پلاستیک نامی است که به پلیمرهای ساخته شده توسط انسان اختصاص داده شده است. از لحاظ شیمیایی، این مواد از یک واحد به نام مونومر تشکیل شده‌اند که با میلیون‌ها مولکول دیگر مانند خود برای تشکیل زنجیره‌های طولانی پیوند خورده‌اند. طول این زنجیره‌ها، تعداد شاخه‌های آنها و اینکه چقدر محکم به هم وصل شده‌اند، ویژگی‌های فیزیکی پلاستیک نهایی را تعیین می‌کنند.
مزایای پلیمر چیست
علت کاربرد بسیار وسیع بسپارها در صنعت به صورت زیر خلاصه می شود:
- فرآیند ساخت آن آسان است.
- بسیار ارزان هستند.
- مقاومت خوردگی خوبی دارند.
- بسیار انعطاف پذیر و شکلپذیر هستند.
محدودیت های پلیمر چیست
مولکول های پلیمر با اندازه های مختلف در کنار یکدیگر قرار گرفته اند و پیوند بین زنجیره های مجاور در آنها از نوع پیوند بسیار ضعیف واندروالس و قطبی است و لذا محدودیت های کاربردی زیر را دارند:
- نقطه ذوب مشخصی ندارند
- در دمای محیط جامد هستند.
- در برابر اکسیژن و اشعه ماورا بنفش و باکتری ها مقاومت ندارند.
- در دماهای پایینتر از محیط ترد هستند.
- ساختار بی شکل، بلوری و یا مخلوطی از این دو دارند.
- در دمای نسبتا بالا می سوزند.
انواع پلیمر
به طور کلی پلیمر ها از نظر کاربرد به سه دسته ترموپلاستیک، ترموست و الاستومر تقسیم می شوند. در این میان موادی مانند پشم شیشه وجو دارد که در واقع پلیمر سیلیسی است.
ترموپلاستیک ها
در ترموپلاستیک ها ساختار ساده پلی اتیلن در پلی پروپیلن، پلی استیرن، پلی وینیل کلراید و تفلون وجود دارد که با جایگزین کردن اتم هیدروژن در جوانب ساختار اصلی، ماهیت مولکول تغییر میکند مثلا در تفلون. پس از آنکه مولکول های بیشتری به اسکلت اصلی اضافه شود زنجیر سفت می شود. در نایلون ها، آکریلیک ها، استال ها، سلولزیک ها و پلی کربنات ها، افزودن گروه های قطبی یعنی پیوند هیدروژنی، سبب افزایش استحکام می شود. بالاخره با استفاده از اتصال های جانبی مثلا در پلی استر و لاستیک به صلابت گروه پلاستیک ترموست رسانده می شود.
| ماده | چگالی (گرم بر سانتیمتر مکعب) | استحکام کششی (نیوتن بر میلیمتر مربع) | مدول الاستیکی (نیوتن بر میلیمتر مربع) | تغییر طول نسبی تا شکست (درصد) |
| PE | 0.96 تا 0.92 | 30 تا 10 | 1200 تا 200 | 1000 تا 100 |
| PS | 1.08 تا 1.05 | 75 تا 50 | 3600 تا 3200 | 5 تا 3 |
| PP | 0.896 | 35 تا 21 | 1300 | 700 تا 250 |
| PVC | 1.38 | 60 تا 50 | 3000 | 100 تا 20 |
| PA | 1.15 تا 1.1 | 85 تا 65 | 3400 تا 1300 | 250 تا 40 |
| PTFE | 2.3 تا 2.1 | 26 تا 18 | 4000 | 250 تا 200 |
| UP,EP | 1.2 | 70 تا 60 | 5000 تا 3000 | 2 |
جدول 1- خواص و کاربرد تعدادی از ترموپلاستیک ها
کاربردهای ترموپلاستیک ها
- پلی اتیلن (PE) در ساخت وسایل آشپزخانه، اسباب بازی ها و وسایل ورزشی به کار می رود.
- پلی پروپیلن (PP) برای ساخت بدنه پمپ ها، دستشویی ها، الیاف فرش، مخازن و چمدان استفاده می شود.
- پلی وینیل کلراید (PVC) که خود به انواع نرم و سخت تبدیل می شود.
- پلی تترافلرواتیلن (PTFE) یا تفلون در ساخت واشر و پوشش های نچسب کاربرد دارد.
- پلی اتریمیدها (PI) که در صنایع هواپیمایی، جعبه فیوزها و وسایل الکترونیکی کاربرد دارد.
- پلی آمیدها (نایلون ها) در ساخت یاتاقان های بدون نیاز به روانکاری، قطعات ضد سایش سطح، برف پاک کن و چرخدنده دستگاه سرعت سنج استفاده می شود.
- پلی اکسی متیل در ساخت جعبه دنده، چرخ دنده و قطعات پمپ استفاده می شود.
- پلی متیل اکریلاتبرای ساخت ذره بین، عدسی، شیشه ساعت و شیشه عینک آفتابی استفاده می شود.
- استال برای ساخت قطعاتی از خودرو در سیستم سوخت، کمربند صندلی، دسته بالابر خودرو و قلم ها (خودکار) استفاده می شود.
ترموست ها
بسپار هایی با ساختار مولکولی شبکه ای و پیوندهای عمدتا کووالانسی شکل گرفته اند. به همین علت ترموست ها استحکام، سفتی و سختی بالایی دارند بنابراین ترد هستند. ساختار شبکه ای که یک مولکول بسیار عظیم ایجاد می کند اثر تعیین کننده بر روی خواص ترموست دارد. جدول 2 خواص برخی از ترموست ها را بیان می کند.
| ماده | چگالی (گرم بر سانتیمتر مکب) | استحکام کششی (نیوتن بر میلیمتر مربع) | مدول الاستیکی (نیوتن بر میلیمتر مربع) | تغییر طول نسبی (درصد) |
| فنولیک ها | 1.27 | 60 | 9 | 2 |
| آمینو رزین ها | 1.5 | 67 | 11 | 1 |
| پلی استرهای اشباع نشده | 1.28 | 87 | 4 | 3 |
| اپکسی رزین ها | 1.25 | 100 | 3 | 6 |
| سیلیکون ها | 1.55 | 27 | 8 | 0 |
جدول2- خواص و کاربرد تعدادی از ترموست ها
کاربردهای ترموست ها
- فنولیک ها :سویچهای الکتریکی، گیره و دستگیره های کوچک، چسبها
- آمینو رزین ها:گیره و دستگیره های کوچک، تکمه ها، انواع چسب های مقاوم، قطعات ملامینی پر شده با سلولز
- پلی استرهای اشباع نشده:تقویت شده با شیشه برای داشبورد اتومبیل و هواپیما، تنه قایق های کوچک، صندلیها، قطعاتی از آشپزخانه و حمام
- اپکسی رزین ها:پوشش های حفاظتی و زینتی، عایق ها برای ولتاژ بالا، سوئیچ ها و ترانزیستورها
- سیلیکون ها:چسبها، واشرها، ماده درزگیز، ماده بتونه کاری و مهر و موم
الاستومتر
از مواد پلیمر مصنوعی و طبیعی (مانند لاستیک خام) تشکیل شده است. بنابراین یک بسپار سنگین با ساختار درهم پیچیده است که دارای رفتار و مشخصاتی مانند لاستیک است. لاستیک ها انعطاف پذیرند.به طور کلی در ساخت تسمه، لاستیک چرخ خودرو، O رینگ (حلقه)، شلنگ و روکش سیم های الکتریکی استفاده می شود. از نظر سختی لاستیک ها به سه دسته نرم، نیمه سخت و سخت تقسیم بندی می شوند. هرچه مقدار گوگرد بیشتر شود لاستیک سخت تر می گردد. لاستیک ها پنج جز دارند که شامل گوگرد، شتاب دهنده، پلیمر (حدود 45 تا 65 درصد)، عوامل محافظتی (مانند انتی ازنات)، و افزودنی ها می شوند. با افزایش مقدار گوگرد، الاستومتر سخت تر می شود و به عنوان پایه لرزه گیر برای نصب موتور به کار می رود. جدول زیر خواص لاستیک های مختلف را نمایش می دهد.
| ماده | چگالی (گرم بر سانتیمتر مکعب) | استحکام کششی (نیوتن بر میلیمتر مربع) | ازدیاد طول نسبی (درصد) | |
| تقویت شده | تقویت نشده | |||
| پلی ایزوپرن (لاستیک طبیعی) | 0.93 | 27 | 17 | 850 تا 750 |
| بوتادین استیرن | 0.94 | 24 | 1.2 | 600 تا 400 |
| بوتادین اکریلونیتریل | 1.0 | 6 | 3.4 | 700 تا 450 |
| پلی کلروپرن (نئوپرن) | 1.25 | 27 | 20 | 900 تا 800 |
| سیلیکن | 1.6 تا1.1 | 8 | 2 | 600 تا 100 |
جدول3- خواص و کاربرد تعدادی از لاستیک ها
کاربرد الاستومتر
- پلی ایزوپرن (لاستیک طبیعی):لاستیک خودرو
- بوتادین استیرن:لاستیک خودرو
- بوتادین اکریلونیتریل:110 تا 50واشرها، شلنگ ها
- پلی کلروپرن (نئوپرن):شلنگها، پوشش کابلها
- سیلیکن:واشرها
مواد افزودنی به پلیمر چیست
اغلب پلیمر ها شامل مواد افزودنی هستند که در مراحل تولید به آن ها اضافه می شود. به طور مختصر به شرح آنها می پردازیم.
پرکننده ها
به دلایل مختلفی به پلیمر افزوده می شوند. یکی از بهترین پرکننده های شناخته شده، دوده زغال است که برای بهبود استحکام و مقاومت سایشی چرخ های خودرو اضافه می شوند. بعضی از پرکننده ها مانند الیاف کوتاه یا ذراتی از مواد معدنی، جهت بهبود خواص مکانیکی بسپار اضافه می شود. برخی دیگر مانند کربنات کلسیم، سیلیکا و تالک برای انبساط حجم بسپار و کاهش قیمت آن با کمی رزین (چسب) مناسب، اضافه می شود.
مواد رنگی
برای رنگ دهی مورد نظر به بسپار اضافه می شود. این مواد ذراتی مانند اکسید تیتانیوم هستند که به طور یکنواخت در بسپار توزیع می شوند.
مواد پایدار کننده
پایدار کننده ها تخریب بسپار را در مجاورت با محیط و اشعه ماورا بنفش به تاخیر می اندازند.
مواد ضد الکتریسیته ساکن
از آنجایی که اغلب بسپارها هادی های بسیار ضعیفی هستند تدریجا دارای بار الکتریکی ساکن می شوند. مواد ضد الکتریسته ساکن با جذب رطوبت محیط در سطح بسپار، قابلیت هدایت الکتریکی سطحی را بالا می برند و احتمال جرقه زدن یا تخلیه الکتریکی را کاهش می دهند.
مواد به تاخیراندازی نقطه اشتعال
افزودنی هایی مانند کلر، برم، فسفر یا بعضی از نمک های فلزی احتمال وقوع احتراق یا گسترش آنرا کاهش می دهد.
مواد نرم کننده
این مواد زنجیره های مولکولی با جرم مولکولی پایین هستند که یک حالت روانکاری داخلی در بسپار ایجاد می کنند. بنابراین منجر به شکل پذیری پلاستیکی آن می شود.
تقویت کننده ها
استحکام و سختی بسپار با اضافه کردن الیاف نازک شیشه و یا کربن (ویسکر) به عنوان تقویت کننده افزایش می یابد.توجه به این نکته مهم است که جرم مخصوص بسپارها در مقایسه با مواد دیگر پایینتر است. به همین دلیل نسبت استحکام به وزن در این مواد در حد متناسبی است. در جدول 4 نسبت استحکام به وزن بسپارها با نسبت استحکام به وزن فلزات مقایسه شده است.با بزرگ شدن زنجیر مولکولی در بسپار (درصورتیکه فقط نیروهای بین مولکولی سبب اتصال مولکولها به یکدیگر شود) مقاومت حرارتی و استحکام کششی بسپار، هر دو افزایش می یابد.بزرگ شدن زنجیر مولکولی یعنی درجه پلیمریزاسیون بیشتر.
| ماده | استحکام کششی (پوند بر اینچ مربع) | استحکام کششی تقسیم بر جرم حجمی (پوند بر اینچ مربع تقسیم بر پوند بر اینچ مکعب) |
| SAE1010 | 53000 | 156 |
| ABS | 6500 | 170 |
| نایلون 6.6 | 11800 | 290 |
| پلی اتیلن | 4400 | 127 |
جدول 4- مقایسه نسبت استحکام به وزن بسپارها و فلزات
سنتزهای بیولوژیکی در حضور آنزیمها ایجاد میشوند، مثل تولید DNAکه از آنزیمها سنتز شده است .بیوپلیمرها به سه دسته اصلی تقسیم میشوند :پلیساکاریدها، پلیپپتیدها و پلینوکلؤتیدها .عملیات پلیمریزاسیون بیولوژیکی به صورت طبیعی با حضور آنزیمهای طبیعی انجام میگیرد .برای مثال :گلوکز یک قند ساده است که منومر پایهی پلیمرهای نشاسته، سلولوز و گلیکوژن است.سنتز پلیمرهای طبیعی اصلاح شده پلیمرهای زیادی به صورت طبیعی وجود دارد که کاربرد بسیار زیادی در زندگی روزمره ما دارند .این پلیمرهای طبیعی در آزمایشگاهها تولید میشوند؛ برای مثال :حرارت دادن لاستیک در حضور سولفور باعث تبدیل آن به لاستیک جوشخورده که دارای ویژگی جالبی است، میشود .یا واکنش نیتریکاسید با سلولوز (پنبه )وتولید نیتروسلولوز که به عنوان باروت بدون دود میشناسیم.
کاربرد نیم پلی استر
نیم پلی استر یک رنگ مقاوم در صنعت نقاشی ساختمان است که برای رنگ آمیزی چوب استفاده میشود. و این رنگ مقاومت بالایی در برابر رطوبت و نور خورشید دارد.
مشخصات پلیمر چیست
- پلیمرها به دلیل ویژگیهایی که دارند جایگاه متمایزی در علم شیمی دارند.
- استحکام یک پلیمر بستگی به تعداد منومرها یعنی طول زنجیر آنها، گروههای جانبی، اتصالات عرضی و شاخه هایش دارد.
- اگر پلیمر تنها از یک نوع منومر تشکیل شده باشد به آن هموپلیمر گویند و در صورت وجود بیش از یک منومر در زنجیر پلیمر آن را کوپلیمر مینامند.
- با افزایش طول زنجیر نقاط جوش، ذوب و ویسکوزیته (گرانروی )پلیمر افزایش مییابد.
- اتصالات عرضی و پیوندهای میان مونومرها، باعث افزایش قدرت کشسانی پلیمر میشود.
- پلیمرها به دلیل ساختار کریستالی که دارند دارای استحکام بالایی هستند.7)پلیمرها قابلیت رنگپذیری بالایی دارند به همین دلیل میتوان آنها را در رنگهای مختلف یافت
نگهداری پلیمر ها
به طور کلی مواد بسپاری (پلیمری) به دلیل حساسیتی که به نور آفتاب، گرما، اسیدها و قلیاها دارند نگهداری آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
- از تماس مواد بسپاری با مواد شیمیایی از جمله شوینده ها، ازن، اسیدها، قلیاها و سایر پرهیز کنید. چنانچه مجبور به شستشوی مواد بسپاری هستید آنها را با پارچه نمدار سرد تمیز کنید.
- برای اطمینان بیشتر از تماس این مواد با آب داغ یا گرم و مواد نفتی (روغن و نفتگاز) پرهیز کنید.
- این مواد را در جای خشک و خنک نگهداری کنید. دمای محیط کمتر از -10 درجه سانتیگراد و بیشتر از 25 درجه سانتیگراد (ترجیحا 15 درجه سانتیگراد) توصیه می شود.
- این مواد را دور از آفتاب، گرما، جرقه و شعله نگهداری کنید.
- رطوبت نسبی کمتر از 65 درصد باشد.
- مدت نگهداری این مواد در شرایط مطلوب، نامحدود است.
- از اعمال نیروهای مکانیکی یا دینامیکی به این مواد خودداری کنید.
نتیجه‌گیری
در این آموزش درباره ” پلیمر چیست ” بحث شد و انواع پلیمرها مورد بررسی قرار گرفت.
لینک های مرتبط :
