
الیاف ساخته دست بشر در تولید لباس، فرش و پرده مورد استفاده قرار میگیرند در حالیکه پلاستیکها در امور خانگی و صنعتی بیشماری و در مفاصل مصنوعی، در رنگها و مواد شوینده مورد استفاده قرار میگیرند که همگی اشکال مختلف استفاده از این کشف مهم هستند. نکتهای که معمولا فراموش میشود این هست که در آغاز قرن بیستم شیمی مولکولهای گسترده ناشناخته بود و سنتز آنها کاملا غیر قابل تصور بود.
مولکولهای گسترده
زمانیکه یک دانشمند آلمانی به نام هرمان استاودینگر (Hermann Staudinger) موضوع امکان وجود مولکولهای گستردهای که از هزاران اتم ساخته شدهاند را در دهه 1920 مطرح کرد، بسیاری از دانشمندان او را مورد تمسخر قرار دادند. تفکر غالب در آن زمان این بود که ساختار موادی نظیر لاستیک و باکلیت (نام بازرگانی؛ پلاستیک ساخته شده از فرمالدئید و فنول) در واقع مولکولهای بسیاری هستند که توسط یک نیروی ناشناخته به هم متصل شدهاند.
سنتز آلی
هرمان استاودینگر
هرمان استاودینگر بر سر ادعای خود ماند و همراه با همکارانش، یک سری از مولکولهای آلی را که پلی (متانالها) خوانده میشدند را سنتز کرد. این ترکیبات زنجیرههای بلندی از واحدهای تکرار شونده بودند، که این واحدها -CH2O- بودند. این ترکیبات از اتصال تعداد بسیار زیادی مولکولهای متانال به هم ایجاد شده بودند. دانشمندان آلمانی زنجیرههایی با طولهای مختلف ساختند و نشان دادند که خواص آنها بسته به طول زنجیرهای آنها را ساخته متغیر است.
در ادامه، شیمیدانهایی که برای صنایع گسترده شیمیایی (Imperial Chemical Industries :ICI) کار میکردند، خیلی سریع پلیمری را کشف کردند که با مولکولهای آلی واکنش میداد، اتیلن که اکنون با نام اتن و بنزالدهید، در دما و فشار خیلی بالا شناخته میشود. این واکنش در تاثیر گزاری شکست خورد، ولی مقدار کمی از یک ماده سفید و مومی روی دیواره ظرف واکنش باقی میماند. این ماده پلی(اتن) یا پلیتن بود، و خیلی زود ICI متوجه شد که به یک ترکیب با پتانسیل کاربردی بسیار بالا دست یافته است.
این ماده جدید خواص بسیاری داشت که آن را ویژه میساخت. این ماده به راحتی به اشکال مختلف در میآمد و یک پوشش سخت و محکم بود و در مقابل آب رسوخ ناپذیر بود و در مقابل الکتیسیته نارسانا بود. این ماده در دهه 1930 کشف شد و خیلی سریع در جنگ جهانی دوم برای ایزوله کردن کابلهایی که برای تجهیزات رادارها توسط انگلیسیها مورد استفاده قرار میگرفتند به کار برده شد.
HDPE
توسعه صنایع پتروشیمی بعد از جنگ مواد خام مورد نیاز برای این محصول را فراهم کرد. سپس یک روش کاتالیزی برای تولید پلی اتن با چگالی بالا (HDPE) توسط کارل زایگر در مولهایم آلمان در سال 1950 کشف شد. هر دوی این پیشرفتها به این معنی بود که جهان هیچگاه تا زمانیکه استفادههای بیشتر و بیشتری برای پلاستیکهای کشف میشود به یک شکل نخواهد بود.

سریعا انواع پلیمرهای دیگری تولید شدند. بعضی از مهمترین این پلیمرها، پلی(پروپن) توسط گوییلیو ناتا (Guilio Natta)، نایلون توسط والاس کاروترز (Wallace Carothers) در آمریکا، پلی(یورتان)ها که در لیکرا (یک پلی(یورتان) معروف مورد استفاده در لباسهای ورزشی) مورد استفاده قرار گرفتند، و پلیاسترها بودند که خیلی زود ماده خام بسیار مهمی در صنعت پوشاک شدند.
تاریخچه توسعه پلیمرها در حال حاضر به انتهای خود نزدیک میشود. گسترشها و پیشرفتهایی که دائما ایجاد میشوند فرصتهای جدیدی برای مولکولهای جدید هستند. تنها زمان معلوم میند که چه مقدار دیگر ما بیشتر به این ترکیبات وابسته میشویم!
بشر با تلاش برای دستیابی به مواد جدید, با استفاده از مواد آلی (عمدتا هیدروکربنها) موجود در طبیعت به تولید مواد مصنوعی نایل شد. این مواد عمدتا شامل عنصر کربن , هیدروژن, اکسیژن, نیتروژن و گوگرد بوده و به نام مواد پلیمری معروف هستند. مواد پلیمری یا مصنوعی کاربردهای وسیعی , از جمله در ساخت وسایل خانگی , اسباب بازیها, بسته بندیها , کیف و چمدان , کفش , میز و صندلی , شلنگها و لوله های انتقال أب , مواد پوششی به عنوان رنگها برای حفاظت از خوردگی و زینتی , لاستیکهای اتومبیل و بالاخره به عنوان پلیمرهای مهندسی با استحکام بالا حتی در دماهای نسبتا بالا در ساخت اجزایی از ماشین ألات, دارند.
پلیمرها خواص فیزیکی و مکانیکی نسبتا خوب و مفیدی دارند . أنها دارای وزن مخصوص پاییین و پایداری خوب در مقابل مواد شیمیایی هستند. بعضی از أنها شفاف بوده و می توانند جایگزین شیشه ها شوند. اغلب پلیمرها عایق الکتریکی هستند. اما پلیمرهای خاصی نیز وجود دارند که تا حدودی قابلیت هدایت الکتریکی دارند . عایق بودن پلیمرها به پیوند کووالانسی موجود بین اتمها در زنجیرهای مولکولی ارتباط دارد. اما تحقیقات انجام شده در سالهای اخیر نشان داد که امکان ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی در امتداد محور مولکولها وجود دارد. این نوع پلیمرها اساسا از پلی استیلن تشکیل شده اند. با نفوذ دادن عناصری مانند فلزات قلیایی یا هالوژنها «فرایند دوپینگ) به زنجیرهای مولکولی پلی استیلن به ترتیب نیمه هادیهای پلیمری از نوع N و P به دست می أیند. افزودن عناصر یا دوپینگ سبب می شود که الکترونها بتوانند در امتدا د اتمهای کربن در زنجیر حرکت کنند. تفلون از مواد پلیمری است که به دلیل ضریب اصطکاک پایینی که دارد به عنوان پوشش برای جلوگیری از چسبیدن مواد غذایی در وسایل پخت و پز استفاده می شود.
ساختار پلیمرها
اغلب پلیمرهای متداول از پلیمریزاسیون مولکولهای ساده ألی به نام منومر به دست می أیند. برای مثال پلی اتیلن (PE) پلیمری است که از پلیمریزاسیون با افزایش (ترکیب) چندین مولکول اتیلن به دست می أید. هر مولکول اتیلن یک منومر نامیده می شود.
با ترکیب مناسبی از حرارت, فشار و کتالیزور , پیوند دوگانه بین اتمهای کربن شکسته شده و یک پیوند ساده کووالانسی جایگزین أن می شود. اکنون دو انتهای أزاد این منومر به رادیکالهای آزاد تبدیل میشود, به طوری که هر اتم کربن یک تک الکترون دارد که می تواند به را دیکالهای آزاد دیگر افزوده شود. از این رو در اتیلن دو محل ( مربوط به اتم کربن) وجود دارد که مولکولهای دیگر می توانند در آنجا بدان ضمیمه شوند . این مولکول با قابلیت انجام واکنش , زیر بنای پلیمرها بوده و به (مر) یا بیشتر واحد تکراری موسوم است. واحد تکراری در طول زنجیر مولکول پلیمر به تعداد دفعات زیادی تکرارمیشود. طول متوسط پلیمر به درجه پلیمرزاسیون یا تعداد واحدهای تکراری در زنجیر مولکول پلیمر بستگی دارد. بنابراین نسبت جرم مولکولی پلیمر به جرم مولکولی واحد تکرای به عنوان (درجه پلیمریزاسیون) تعریف شده است . با بزرگتر شدن زنجیر مولکولی ( در صورتی که فقط نیروهای بین مولکولی سبب اتصال مولکولها به یکدیگر شود) مقاومت حرارتی و استحکام کششی مواد پلیمری هر دو افزایش می یابند.

به طور کلی فرایند پلیمریزاسیون می تواند به صورتهای مختلفی مانند افزایشی , مرحله ای و .... انجام گیرد.در پلیمریزاسیون افزایشی , تعدادی از واحدهای تکراری به یکدیگر اضافه شده و مولکول بزرگتری را به نام پلیمر تولید می کنند. در این نوع پلیمریزاسیون ابتدا در مرحله اول رادیکال آزاد, با دادن انرژی (حرارتی , نوری) به مولکولهای اتیلین با پیوند دوگانه و شکست پیوند دوگانه , به وجود می آید. سپس رادیکالهای آزاد با اضافه شدن به واحدهای تکراری مراکز فعالی به نام آغازگر شکل میگیرند و هر یک از این مراکز به واحدهای تکراری دیگر اضافه شده و رشد پلیمر ادامه می یابد .
از نظر تئوری درجه پلیمریزاسیون افزایشی می تواند نامحدود باشد, که در این صورت مولکول زنجیره ای بسیار طویلی از اتصال تعداد زیادی واحدهای تکراری به یکدیگر شکل می گیرد. اما عملا رشد زنجیر به صورت نامحدود صورت نمی گیرد.هر چه قدر تعداد مراکز فعال یا آغازگرهای شکل گرفته بیشتر باشد , تعداد زنجیرها زیادتر و نتیجتا طول زنجیرها کوچکتر میشود و بدین دلیل است که خواص پلیمرها تغییر می کند. البته سرعت رشد نیز در اندازه طول زنجیرها موثر است . هنگامی که واحدهای تکراری تمام و زنجیرها به یکدیگر متصل شوند, رشد خاتمه می یابد.
از دیگر روشهای پلیمریزاسیون, پلیمریزاسیون مرحله ای است که در آن منومرها با یکدیگر واکنش شیمیایی داده و پلیمرهای خطی را به وجود می اورند. در بسیاری از واکنشهای پلیمریزاسیون مرحله ای مولکول کوچکی به عنوان محصول فرعی شکل می گیرد . این نوع واکنشها گاهی پلیمریزاسیون کندنزاسیونی نیز نامیده می شوند.
| | نسخه قابل چاپ | تعداد بازديد : 276 |
| 