مواد پلیمری

بشر با تلاش برای دستیابی به مواد جدید, با استفاده از مواد ألی (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 لوله‌های انتقال آب , 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 درساخت اجزایی از ماشین ألات, دارند.

پلیمرها خواص فیزیکی و مکانیکی نسبتا خوب و مفیدی دارند . آنها دارای وزن مخصوص پاییین و پایداری خوب در مقابل مواد شیمیایی هستند. بعضی از آنها شفاف بوده و می‌توانند جایگزین شیشه‌ها 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 می‌آیند. افزودن عناصر یا دوپینگ سبب می‌شود که الکترون‌ها بتوانند در امتداد 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 می‌شود.  

نایلون

نایلون‌ها یکی از متداول‌ترین پلیمرهایی هستند که به عنوان الیاف کاربرد دارند. نایلون همیشه در پوشاک یافت می‌شود، ولی در جاهای دیگر هم به شکل یک ماده‌ی گرمانرم دیده می‌شود. اولین موفقیت واقعی نایلون حدوداً در سال ۱۹۴۰ با کاربرد آن در جوراب‌های زنانه به دست آمد. این جوراب‌ها خیلی محبوب شدند، اما پس از مدتی نایاب شدند، چراکه سال بعد ایالات متحده وارد جنگ جهانی دوم شد، و نایلون برای تولید وسایل جنگی مانند چترنجات و طناب، مورد نیاز بود. ولی پیش از جوراب و چتر نجات نخستین محصول واقعی از نایلون، مسواک با برس نایلونی بود.

نایلون را به خاطر گروه‌های آمیدی موجود در زنجیر اصلی، پلی­آمید نیز می‌نامند. پروتئین‌هایی مثل ابریشم، که نایلون به عنوان جانشینی برای آن ساخته شد نیز پلی‌آمید هستند. گروه‌های آمیدی بسیار قطبی هستند و می‌توانند با یکدیگر پیوند هیدروژنی دهند. به همین دلیل، و از آنجایی که زنجیر اصلی نایلون بسیار منظم و متقارن است، نایلون‌ها اغلب بلورین هستند، و الیاف بسیار خوبی به دست می‌دهند. 

نایلون ها را می توان از دی اسید‌کلریدها و دی­آمین ها به دست آورد. برای مثال، نایلون۶,۶ از واکنش مونومرهای آدیپویل‌کلرید و هگزامتیلن دی آمین تولید می شود.

این یک روش برای تهیه ی نایلون۶,۶ در آزمایشگاه است. ولی در یک واحد صنعتی، نایلون۶,۶ معمولاً از طریق واکنش آدیپیک‌اسید و هگزامتیلن دی آمین تولید می شود.

نایلون۶ ، نوع دیگری از نایلون است. این پلیمر بسیار شبیه نایلون۶,۶ است، با این تفاوت که فقط یک ناحیه‌ی زنجیری کربنی به طول شش کربن دارد.

این نوع نایلون از طریق پلیمریزاسیون حلقه گشا و از مونومر کاپرولاکتام ساخته می‌شود. رفتار نایلون۶ تفاوت زیادی با نایلون۶,۶ ندارد. تنها دلیل تولید هر دو نوع، این است که شرکت دوپونت نایلون۶,۶ را ثبت اختراع کرد، و از این رو سایر شرکت‌ها برای وارد شدن به تجارت نایلون، ناچار به تولید نایلون۶ شدند.

02432464407-9

رزین‌های اپوکسی

رزین‌های اپوکسی چسب‌های بسیار خوبی هستند و یکی از معدود چسب‌هایی به شمار می‌روند که می‌توانند روی فلزات به کار روند. با این حال، به عنوان پوشش‌های محافظ، و مواد موجود در وسایلی مثل بُردهای مدار الکترونیک، و نیز برای ترمیم سوراخ‌ها در سنگفرش بتنی نیز به کار می‌روند. اپوکسی‌ها برای ساخت کامپوزیت‌ها هم استفاده می‌شوند. یکی از راه های تولید کامپوزیت استفاده از اپوکسی در فرآیندی مفید به نام SCRIMP است.

02432464407-9

سلولز

سلولز یکی از انواع مختلف پلیمرهایی است که در طبیعت یافت می‌شود. چوب، کاغذ، و پارچه‌ی نخی همگی حاوی سلولز هستند. سلولز یک لیف بسیار خوب می‌باشد. چوب، پارچه‌ی نخی، و طناب تهیه شده از کنف تماماً از سلولز لیفی ساخته شده‌اند. سلولز از واحدهای تکراری مونومر گلوکز تشکیل شده است. این همان گلوکزی است که برای ادامه‌ی حیات در سوخت و ساز و متابولیسم بدن مصرف می‌شود، ولی شما نمی‌توانید آن را به شکل سلولز هضم کنید. سلولز را یک پلی‌ساکارید نیز می‌نامند، چراکه از مونومر شکر ساخته شده است.

سلولز در داستان پلیمرها جای مهمی دارد، چراکه از آن برای تولید برخی از نخستین پلیمرهای مصنوعی، مثل نیترات‌سلولز، استات سلولز، و رایون استفاده شده است.

موی تمیز

مشتق دیگری از سلولز، هیدروکسی‌اتیل‌سلولز می‌باشد. این ماده با سلولز معمولی از این جهت متفاوت است که برخی یا تمام گروه‌های هیدروکسیل در واحد تکراری گلوکز با گروه‌های هیدروکسی‌اتیل‌اتر جایگزین شده‌اند.

 این گروه‌های هیدروکسی اتیل مانع از این می‌شوند که پلیمر بتواند بلورینه شود. پس چون هیدروکسی‌اتیل‌سلولز نمی‌تواند متبلور شود، این ماده در آب محلول است و علاوه بر اینکه یک ملین قوی است و برای غلیظ کردن شامپوها نیز به کار می­رود. ضمناً این ماده موجب می‌شود که صابون موجود در شامپو کمتر کف‌آلود باشد، و با تشکیل کلوییدهایی در اطراف ذره‌ی کثیفی، به شامپو کمک می‌کند تا بهتر تمیز کند.

 معمولاً ذرات کثیفی در آب نامحلول هستند. ولی یک زنجیری هیدروکسی‌اتیل‌سلولز می‌تواند خودش را حول یک ذره‌ی کثیفی بپیچاند. این توده را می توان به عنوان یک کیک میان وعده فرض کرد که در آن زنجیری پلیمری، خود کیک، و ذره‌ی کثیفی مواد خامه‌ای داخل آن است. این کیک، در آب محلول است. پس وقتی هیدروکسی‌اتیل‌سلولز به این شکل دور ذره کثیفی می‌پیچد و آن را می‌پوشاند و پنهان می‌کند، آب را برای پذیرش ذره‌ی کثیفی فریب می‌دهد. با این روش، کثیفی به جای رسوب مجدد بر روی موی شما، به همراه زنجیر حرکت می کند و شسته می شود.

02432464407-9

الیاف کربن

الیاف کربن پلیمری است که به نوعی یک گرافیت محسوب می‌شود. گرافیت هم نوعی از کربن خالص است. در گرافیت، اتم‌های کربن در صفحات بزرگی از حلقه‌های آروماتیک شش ضلعی چیده شده‌اند. این صفحات درست شبیه کندوی زنبور عسل هستند.

الیاف کربن نوعی از گرافیت است که در آن صفحات گرافیت، طولانی و باریک هستند. می‌توان این صفحات را به صورت روبان‌هایی از گرافیت تصور نمود. این روبان‌ها دوست دارند به صورت دسته‌ای دور هم جمع شوند و تشکیل الیاف دهند. نام الیاف کربن هم از همین جا آمده است.

این الیاف به تنهایی استفاده نمی‌شوند. در عوض، برای تقویت موادی نظیر رزین‌های اپوکسی و دیگر مواد گرماسخت، کاربرد دارند. از آنجایی که این مواد تقویت شده، بیش از یک جزء دارند، ما آنها را کامپوزیت می‌نامیم.

کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف کربن، نسبت به وزنشان، بسیار محکم می‌باشند. آنها اغلب محکم‌تر از فولاد هستند، و با این وجود بسیار بسیار سبک‌تر هم می‌باشند. به خاطر همین، می‌توان آنها را در بسیاری از مصارف، جایگزین فلزات نمود؛ از قطعات هواپیماها و شاتل فضایی گرفته تا راکت‌های تنیس و وسایل گلف.

لیف کربن از پلیمر دیگری به نام پلی‌آکریلونیتریل و از طریق فرآیند حرارتی پیچیده‌ای تهیه می شود. 

02432464407-9