پلیمر چیست؟
توسط
در تاریخ 2013/11/29 در ساعت 15:39 (140 نمایش ها)
پلیمرها مولکولهای بزرگ و بعضاً غولآسایی هستند که از تعداد به هم پیوستن زیادی مولکول پایه تحت عنوان مونومر تشکیل میشوند. واکنشی که طی آن مونومرها به هم میپیوندند واکنش پلیمریزاسیون نامیده میشود که عمدتاً به دو دستهی مرحلهای و زنجیرهای تقسیم میشود.
در پلیمریزاسیون مرحلهای مونومرها مرحله به مرحله به یکدیگر میپیوندند و در یک زمان واحد ظرف واکنش حاوی زنجیرههایی از پلیمرهاست که زنجیرهی مولکولی آنها طول نسبتا یکسانی دارد. اما در پلیمریزاسیون زنجیرهای افزایش مونومرها به زنجیره به صورت آنی است به نحویکه ظرف پلیمریزاسیون در یک لحظه حاوی مخلوطی از مونومرها و زنجیرههای پلیمری با طولهای مختلف است. با این اوصاف میتوان انتظار داشت هنگامی که از پلیمرها صحبت میشود مواردی مورد نظر است که وزن مولکولی آنها ممکن است به میلیونها برسد.
پلیمرها بنا به ساختارشان دارای ساختارهای خطی و شاخهای هستند. پلیمری که مونومرهایش در یک راستای ممتد قرار گیرند را پلیمر خطی گویند. پلیمری که در اطراف زنجیرهی اصلیاش دارای زنجیرههای کوتاهتر از زنجیرهی اصلی باشد پلیمر شاخهای نامیده میشود. در این حالت ممکن است تعداد شاخهها و انشعابات کم یا زیاد باشد. مهمترین خاصیتی که در اثر انشعاب تغییر میکند، کاهش بلورینگی است. و بالاخره پلیمری که به نحوی تولید شده که مونومرها در آن نه تنها به زنجیرهی اصلی بلکه به یکدیگر نیز متصل شدهاند و یک حالت سه بعدی به پلیمر دادهاند را پلیمر شبکهای گویند. به طور کلی دو عامل تعیین کنندهی ساختار پلیمر است؛ یکی نوع مونومرها ودیگری چگونگی پلیمریزاسیون.
عاملی که نقش مهمی در سنتز و کاربرد پلیمر بازی میکند وزن مولکولی آن است. مهمترین خواص مکانیکی یک پلیمر به وزن مولکولی آن وابسته است. معمولاً یک وزن مولکولی حداقل برای به دست آوردن استحکام مکانیکی قابل قبول در پلیمر لازم است با افزایش وزن مولکولی استحکام به شدت افزایش مییابد و در نهایت تقریباً به یک میزان حدی میرسد. حداقل وزن مولکولی مفید معمولا حدود 5000 تا 10،000 میباشد که برای پلیمرهای گوناگون متفاوت است. باید توجه داشت که خواص مختلف هر پلیمر در محدودهای از وزن مولکولی بهینه میشود. برای مثال با افزایش وزن مولکولی استحکام مکانیکی آن افزایش مییابد اما با زیاد شدن این استحکام فرایندپذیری پلیمر و شکلدهی آن کاهش مییابد. به همین دلیل همواره در پلیمریزاسیون باید رسیدن به وزن مولکولی مناسب را هدف قرار دارد. نکتهی حائز اهمیت دیگر این است که پلیمرها بر خلاف مولکولهای عادی وزن مولکولی ثابت و یکسانی ندارند و در یک تودهی پلیمری شاهد مجموعهای از زنجیرهها با طولهای متفاوت و به تبع آن وزنهای متفاوت هستیم. بنابراین آنچه که از آن به عنوان وزن مولکولی یاد میشود وزن مولکولی متوسط زنجیرهها در یک توده است. روشهای مختلفی برای اندازهگیری تجربی وزن مولکولی متوسط یک نمونه پلیمر وجود دارد. در این روشها، اصول بر روی خواص جمعی چون پراکندگی نور، گرانروی، مرکز گریزی و تهنشینی استوار است که با استفاده از این روشها وزن مولکولی متوسط یکسانی محاسبه نمیشود زیرا اساس کار هر روش با دیگری متفاوت است. در برخی از روشها تمایل به سمت مولکولهای بزرگتر و در بعضی تمایل به سمت مولکولهای کوچکتر است.
بر حسب ساختار پلیمرها به دو دستهی عمدهی آمورف و نیمهبلورین تقسیم میشوند. هنگام پلیمریزاسیون چنانچه زنجیرههای پلیمری منظم در کنار یکدیگر قرار گیرند ساختارهایی بلورمانند پدید میآورند و اگر قرار گرفتن آنها در کنار یکدیگر بینظم باشد مولکول ساختار آمورف خواهد داشت. بسیاری از خواص پلیمرها تحت تأثیر بلورینگی و میزان آن است. برای مثال پلیمری مانند PS به دلیل داشتن ساختار آمورف میتواند نور را از خود عبور دهد اما پلیمری مانند HDPE این خاصیت را ندارد. بعضی مولکولها به صورت ذاتی توانایی بلورینه شدن ندارند در حالیکه در بعضی دیگر میزان بلورینه بودن به نحوهی پلیمریزاسیون برمیگردد.
پليمرها خواص فيزيكي و مكانيكي نسبتا خوب و مفيدي دارند . أنها داراي وزن مخصوص پاييين و پايداري خوب در مقابل مواد شيميايي هستند. بعضي از آنها شفاف بوده و مي توانند جايگزين شيشه ها شوند. اغلب پليمرها عايق الكتريكي هستند. اما پليمرهاي خاصي نيز وجود دارند كه تا حدودي قابليت هدايت الكتريكي دارند . عايق بودن پليمرها به پيوند كووالانسي موجود بين اتمها در زنجيرهاي مولكولي ارتباط دارد. اما تحقيقات انجام شده در سالهاي اخير نشان داد كه امكان ايجاد خاصيت هدايت الكتريكي در امتداد محور مولكولها وجود دارد. بسیاری از خواص پلیمرها، مانند تفوذپذیری در مقابل گازها، مقاومت در برابر حلال، مقاومت شیمیایی و مقاومت الکتریکی در تعیین کاربرد آنها مؤثر است. برای دانستن ویژگیهای مذکور ابتدا میبایست رفتار مکانیکی و یا به عبارت دیگر تغییر شکل و مشخصات جریان تحت تنش آنها بررسی کرد. رفتار مکانیکی یک پلیمررا می-توان با نمودار تنش-کرنش آن توضیح داد. به این منظور، چگونگی افزایش طول(کرنش) یک پلیمر تحت اعمال تنش کششی و نقطهی پارگی آنرا در نظر میگیریم. نتایج به دست آمده معمولاً با رسم نمودار تنش بر حسب افزایش طول (کرنش) نشان داده میشود. معمولاً تنش را بر حسب نیوتن بر سانتیمتر مربع (N/cm2) و افزایش طول را به صورت افزایش نسبی در ول نمونه پلیمر (ΔL/L: که Lطول اولیهی نمونه قبل از کشش است) بیان میکنند. به طور کلی چهار کمیت مهم، رفتار تنش-کرنش یک پلیمر را مشخص میکند:
1- مدول: مقاومت در مقابل تغییر شکل که با تقسیم تنش اولیه بر ΔL/L اندازهگیری میشود.
2- استحکام نهایی یا استحکام کششی. تنش لازم جهت پاره شدن نمونه.
3- افزایش طول نهایی. میزان افزایش طول در نقطهایکه نمونه پاره میشود.
4- افزایش طول کشسانی. یک حالت کشسان است و از طریق اندازهگیری میزان افزایش طول برگشتپذیر تعیین میشود.