پلیمرها ، نحوه تشکیل و انواع آن
تعریف ساده پلیمر چیست؟
پلیمر دسته ای از مواد طبیعی یا مصنوعی است که از مولکول های بسیار بزرگی به نام ماکرومولکول ها تشکیل شده اند که مضربی از واحدهای شیمیایی ساده تر به نام مونومر هستند . پلیمرها بسیاری از مواد موجود در موجودات زنده را تشکیل می دهند و اساس بسیاری از مواد معدنی و مواد ساخت بشر هستند.
پلیمر از دو واژه یونانی پُلی به معنای بسیار و مر به معنی جزء گرفته شده است.
چگونگی تشکیل پلیمر
در رآکتورهای پلیمریزاسیون قبل از آغاز واکنش در محیط تنها مونومر وجود دارد. با گذشت زمان پلیمریزاسیون شروع شده و رآکتور حاوی مونومر و پلیمر خواهد بود.
با توجه به نوع پلیمریزاسیون محیط می‌تواند حاوی حلال، امولسیفایر، شروع‌کننده، کاتالیزور و مواد دیگر باشد. شیمی فیزیک و شرایط فازی مخلوط در طول پیشرفت واکنش یکی از عوامل بسیار مهم در طراحی رآکتورها و هم‌زن‌های پلیمریزاسیون است.
بعضی پلیمرها در مونومر خود حل می‌شوند. این مسئله باعث می‌شود که زنجیر پلیمری در مجاورت مونومر قرار گرفته و امکان تشکیل زنجیر بلندتری صورت بگیرد. در این صورت پدیده ژل دیرتر اتفاق می‌افتد. ولی برخی از پلیمرها در مونومر خود حل نمی‌شوند.
با تشکیل زنجیر پلیمر، هنگامی که طول زنجیره به مقدار معینی می‌رسد، زنجیر پلیمری شروع به ته‌نشین شدن می‌کند. این امر باعث می‌شود که طول زنجیره‌ها از حد معینی بیشتر نشده و پدیده ژل نیز زودتر اتفاق بیفتد.
مطلبی که شاید بخوانید : باریت
انواع پلیمر
میزان غلظت شروع‌کننده در هر کدام از فازهای پلیمر و مونومر بسیار مهم بوده و سینتیک واکنش و نوع پلیمریزاسیون را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
بنابراین بر اساس رفتار فازی مواد موجود در رآکتور، سامانه‌های پلیمریزاسیون را می‌توان دسته‌بندی کرد.
در حقیقت اکثر پلیمرهای تجاری یا صنعتی مهم در طبیعت از مواد آلی تشکیل شده‌اند. حتی رفتار فیزیکی و مکانیکی ساده پلیمری با وزن مولکولی پایین هم به سادگی یا جامدهای بلورینه با نقطه ذوب کم نیست؛
این مواد اشکال فیزیکی متنوع خاص خودشان را دارند: مایعات، لاستیک‌ها، شیشه‌های شکننده و یا جامدات انعطاف‌پذیر و نسبتا نرم. خواص فیزیکی این مواد را تا حدودی می‌توان بر اساس ساختار مولکولیشان توضیح داد.
پلیمرهایی که در سه بعد اتصال عرضی دارند و یا شبکه‌ای شده‌اند در مقایسه با مواد با اتصال عرضی کمتر ممکن است بسیار شکننده باشند. بلورینگی نواحی معین پلیمر ممکن است در شکنندگی آن نقش داشته باشد، چنان‌چه پلیمری زیر دمای انتقال شیشه‌ای خود باشد، ممکن است بین تک تک ماکرومولکول‌های آن نیروهای درون مولکولی ساده وجود داشته باشد.
علاوه بر این ممکن است بر اساس مسیر دقیق و جهت‌گیری مولکول‌های پلیمر یک رفتار غیریکسان در آن وجود داشته باشد. مطالعه تمامی این خواص در حقیقت مربوط به علم گسترده‌تر مواد است؛
به همین دلیل برخی از موضوعات آن‌ها متناسب با موضوعات علم شیمی است تا نقشی را که شیمی در تعیین خواص مکانیکی مواد پلیمری دارد نشان دهد.
مطلبی که شاید بخوانید :
از دیدگاه فیزیکی، دو امکان در نظم زنجیره‌های پلیمری وجود دارد:
زنجیره‌ها یا به شکل منظم در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و یا کاملا بدون وزن. همان گونه که در فصل‌های قبل ذکر شد، پلیمرهایی را که چیدمان منظم زنجیره‌ای داشته باشند پلیمرهای بلوری و یا کریستالی و پلیمرهایی را که چیدمان نامنظم زنجیره‌ای داشته باشند پلیمرهای بی‌نظم و یا آمورف می‌نامند.
اگر چه با توجه به نظم موجود در زنجیره‌های پلیمرهای بلور، این مواد خواص فیزیکی ـ مکانیکی بالاتری نسبت به پلیمرهای آمورف دارند، در واقعیت به ندرت می‌توان پلیمری را یافت که کاملا بلوری باشد زیرا در بسیاری از مناطق آن قسمت‌هایی وجود دارند که دارای بی‌نظمی‌های زنجیره‌ای و یا آمورف هستند.
بر خلاف پلیمرهای بلوری، پلیمرهای آمورف نقطه ذوب مشخصی ندارند زیرا در این پلیمرها هر یک از اجزا متوسط وزن مولکولی مربوط به خود را دارد و در دمایی متفاوت ذوب می‌شود. بنابراین، هموپلیمرهایی با متوسط وزن مولکولی کم در دمای پایین‌تری ذوب می‌شوند. در پلیمرهای بلوری نیز اندازه ذرات بلور بر گستره دمای ذوب اثر می‌گذارد زیرا هنگام بالا رفتن تدریجی دما ذرات بلوری کوچک قبل از ذرات بزرگ ذوب خواهند شد.
البته خواص پلیمرهای بلوری با خواص جامدات بلوری بسیار متفاوت است. زیرا بر خلاف جامدات بلوری، مانند کلرید سدیم یا سولفات مس، در پلیمرهای بلوری مناطق آمورف و بلوری در کنار یکدیگر قرار دارند و به همین دلیل در دمای محیط سختی کمی دارند و شکل آن‌ها قابل تغییر است و شکننده نیستند.
مطالعه پلیمرهای بلوری با اشعه ایکس نشان می‌دهد که اجزای بلوری بسیار کوچک و در حد ده‌ها نانومتر اند. این مقدار بسیار کم از فاصله دم به دم پلیمری با وزن مولکولی بالاست. این واقعیت نشان می‌دهد که هر مولکول پلیمری از تعدادی اجزای بلوری و تعدادی مناطق آمورف تشکیل شده است. فرایند تبلور به صورت گرد هم آمدن قطعات منظم از مولکول‌های مختلف و تشکیل یک بلور جهت‌یافته و انباشته در نقاط متمرکز ماده انجام می‌شود.
از پلیمرهایی که فازهای مشخص بلوری دارند، می‌توان پلی‌اتیلن و پلی‌تترافلوئورواتیلن را نام برد.
مطلبی که شاید بخوانید :
حضور کومونومر (مونومر دوم برای کوپلیمریزاسیون) و حضور مقدار ناچیز نرم‌کننده در پلیمر نیز از دیگر عوامل موثر بر دمای ذوب است. وجود کومونومرها منجر به انجام کوپلیمریزاسیون می‌شود و نقطه ذوب را با کوتاه کردن طول قطعات قابل تبلور در هر مولکول پلیمر پایین می‌آورد. به عبارت دیگر، کوپلیمریزاسیون توانایی زنجیره‌های پلیمر برای بلورینه شدن را کاهش می‌دهد و یا در مواقعی به طور کلی آن را از بین می‌برد زیرا بلورینگی به دلیل تقارن مولکولی و یا جاذبه بین مولکولی ایجاد می‌شود. کومونومر تقارن را و هنگامی‌که قطبیت آن از مونومر اصلی کمتر یا از آن حجیم‌تر باشد، نیروهای بین زنجیره‌ای را کم می‌کند.
حضور حلال یا نرم‌کننده در پلیمر نیز سبب افزایش تحرک نسبی مولکول‌های پلیمر در ماده و در نتیجه کاهش انرژی لازم برای ذوب آن‌ها می‌شود. همچنین، انعطاف‌پذیری ماکرومولکول بزرگی نیروهای بین مولکولی و نظم فضای ماکرومولکول، بر توانایی پلیمر در تبلور، نقطه ذوب هر یک از مناطق بلوری حاصل شده و دمای انتقال شیشه‌ای موثر است.
