پلیمر (بسپار) چیست و چه کاربردهایی دارد؟

پلیمر یا بسپار یک ترکیب شیمیایی حاوی مولکول هایی است که به صورت زنجیره های طولانی و تکراری بهم پیوند خورده اند. به دلیل این ساختار ویژه  پلیمرها دارای خصوصیات منحصر به فردی هستند که می توانند برای کاربردهای مختلف طراحی شوند.

پلیمرها هم ساخته دست بشر هستند و هم به طور طبیعی وجود دارند. به عنوان مثال لاستیک یک پلیمر طبیعی است که برای هزاران سال استفاده می شده است. یکی دیگر از پلیمرهای طبیعی ، شلاک (shellac) رزینی است که توسط حشره لاک در هند و تایلند تولید می شود و به عنوان پرایمر رنگ ، درزگیر و لاک استفاده می شود.

در مبحث پلیمر چیست علوم نهم شما با این ساختارها آشنا می شوید. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می شود لطفا ما را همراهی کنید.

ساختار پلیمر

بسیاری از پلیمرهای رایج از هیدروکربن ها ، ترکیبات کربن و هیدروژن تشکیل شده اند. این پلیمرها به طور خاص از اتمهای کربن ساخته شده اند که در زنجیره های طولانی یکی به دیگری  متصل شده است. به دلیل ماهیت کربنی ساختار این ترکیبات یک یا چند اتم دیگر نیز می توانند به هر یک از اتم های کربن در بدنه اصلی متصل شوند.

پلیمرهایی وجود دارند که فقط حاوی اتم های کربن و هیدروژن هستند. پلی اتیلن ، پلی پروپیلن ، پلی بوتیلن ، پلی استایرن و پلی متیل پنتن نمونه هایی از این موارد هستند. پلی وینیل کلراید (PVC) دارای کلر متصل به یک بدنه اصلی تمام کربنی است و تفلون حاوی فلوئور متصل به یک بدنه تمام کربنی متصل است.

بعضی اوقات گروه های فرعی به جای اینکه از یک زنجیره پلیمری آویزان شوند دو زنجیره را به هم متصل می کنند که به آنها پیوند متقاطع یا عرضی می گویند. آنها اکثرا در ساختار پلیمرها نقش تقویتی دارند مثلا ذوب شدن پلیمر را سخت و دشوار می کنند. با این وجود هرچه پیوندهای عرضی طولانی تر باشند این ترکیبات انعطاف پذیرتر می شود.

متداول ترین پلیمر طبیعی روی زمین پلیمر سلولز است که یک ترکیب آلی موجود در دیواره سلولی گیاهان است و برای تولید محصولات کاغذی ، منسوجات و سایر مواد مانند سلفون استفاده می شود.

ویژگیهای پلیمر

بسته به نوع کاربرد می توان پلیمرهایی با ویژگیهای متفاوت ساخت و از برخی خواص سودمند آنها استفاده کرد. این ویژگیها در ادامه شرح داده شده است:

بازتابندگی: از برخی از پلیمرها برای تولید فیلم  های بازتابنده استفاده می شود که در انواع تکنولوژیهای مربوط به نور مورد استفاده قرار می گیرد.

مقاومت در برابر ضربه: پلاستیک های محکم که می توانند در برابر حمل و نقل مقاومت کنند ، برای ساخت چمدان ، انواع محافظ ، ضربه گیر اتومبیل و موارد دیگر بسیار مناسب هستند.

شکنندگی: برخی از اشکال پلی استایرن سخت و شکننده هستند و با استفاده از گرما تغییر شکل می دهند.

شفافیت: از پلیمرهای شفاف ، از جمله رس پلیمری ، اغلب در هنرها و صنایع دستی استفاده می شود.

شکل پذیری: برخلاف پلیمرهای شکننده ، پلیمرهای داکتیل می توانند تغییر شکل دهند بدون اینکه از هم بپاشند. فلزاتی مانند طلا ، آلومینیوم و فولاد به دلیل شکل پذیری معروف هستند. پلیمرهای داکتیل اگرچه به اندازه پلیمرهای دیگر قوی نیستند ، اما برای بسیاری از اهداف مفید هستند.

الاستیسیته: لاستیک های طبیعی و مصنوعی خاصیت ارتجاعی دارند که آنها را به محصولاتی ایده آل برای تولید لاستیک اتومبیل و محصولات مشابه تبدیل می کند.

طبقه بندی پلیمر از نظر منشاء

پلیمر طبیعی:‌ این ترکیبات در طبیعت و بیشتر در گیاهان یافت می ‌شوند. پروتئین، اسیدهای نوکلئیک، نشاسته، سلولز و کائوچو برخی از پلیمرهای طبیعی هستند. پس اگر کسی از شما پرسید آیا نشاسته پلیمر است؟ می توانید به راحتی به پرسش او پاسخ بدهید.

پلیمر نیمه ‌سنتزی:‌ این ترکیبات از پلیمرهای طبیعی گرفته شده‌ اند و با فرآوری های مختلف خواص آنها به دلخواه تغییر داده می شود. نیترات سلولز و استات سلولز جزء این دسته از ترکیبات هستند.

پلیمر سنتزی یا مصنوعی : این ترکیبات ساخته دست انسان هستند و معروف ترین آنها پلاستیک است که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می ‌گیرد.

طبقه بندی پلیمر از نظر ساختاری

این طبقه بندی بر اساس ساختار زنجیره اصلی صورت می گیرد. بر این اساس این ترکیبات به دو دسته تقسیم می شوند:

پلیمرهای آلی:  ساختار این پلیمرها فقط حاوی عنصر کربن است.

پلیمرهای غیرآلی یا معدنی :  در ساختار اصلی این ترکیبات عناصری به غیر از کربن وجود دارد.

خواص پلیمر

خواص مکانیکی

از نظر خواص مکانیکی لازم به ذکر است که هر چقدر طول زنجیر و اتصال عرضی پلیمر بیشتر باشد مقاومت کششی این ترکیبات افزایش می یابد.

خواص شیمیایی

وجود زنجیره‌ های جانبی با ویژگی دوقطبی- دوقطبی انعطاف ‌پذیری پلیمر را افزایش می دهد. در مقابل پلیمرهایی که با پیوند واندروالس بهم متصل شده اند دارای ساختاری ضعیف و نقطه ذوب پایین هستند.

خواص نوری

به دلیل اینکه ضریب شکست برخی از پلیمرها با دما تغییر می کند این ترکیبات در لیزرها جهت  طیف‌ سنجی و کاربردهای تحلیلی استفاده می‌ شود.

پلیمر زیست تخریب پذیر

این ترکیبات قابل تجزیه هستند و توسط میکروارگانیسم‌ هایی مانند باکتری ‌ها تجزیه می‌ شوند این پلیمرها برای پانسمان در جراحی ها و به عنوان پوشش کپسول‌ مورد استفاده قرار می گیرند.

پلیمر مقاوم در برابر حرارت

این پلیمرها وزن مولکولی بالایی دارند و در دماهای بالا مقاوم هستند. این ترکیبات بیشتر در تجهیزات پزشکی و  لوازم مقاوم در برابر گرما و شوک مورد استفاده قرار می گیرند.

کاربرد پلیمر ها

 برخی از کاربردهای مهم پلیمرها را در زندگی روزمره شامل موارد زیر است:

پلی پروپن در طیف گسترده ای از صنایع مانند منسوجات ، بسته بندی ، لوازم التحریر ، پلاستیک ، هواپیما ، ساخت و ساز ، طناب ، اسباب بازی و غیره استفاده می کند.

پلی استایرن یکی از رایج ترین پلاستیک ها است که به طور فعال در صنعت بسته بندی استفاده می شود. بطری ها ، اسباب بازی ها ، ظروف ، سینی ها ، لیوان ها و بشقاب های یکبار مصرف ، کابینت ها از جمله محصولات روزانه ساخته شده از پلی استایرن هستند. همچنین به عنوان عایق مورد استفاده قرار می گیرد.

مهمترین کاربرد پلی وینیل کلرید ساخت لوله های فاضلاب است. همچنین به عنوان عایق در کابل های برق استفاده می شود. از پلی وینیل کلراید در پوشاک و مبلمان استفاده می شود و اخیراً برای ساخت درب و پنجره نیز محبوب شده است.

از رزین های اوره فرمالدئید برای ساخت چسب ، قالب ، ورق های چند لایه ، ظروف نشکن و … استفاده می شود.از گلیپتال برای ساختن رنگ ، پوشش و لاک استفاده می شود. از باکلیت برای ساخت کلیدهای برقی ، محصولات آشپزخانه ، اسباب بازی ها ، جواهرات ، اسلحه گرم ، دیسک های رایانه و … استفاده می شود.

پلیمر ساختمانی چیست؟

مواد پلیمری کاربردهای متنوعی دارند و تعداد زیادی از آنها وارد صنعت ساختمان سازی هم شده اند. pvc  پرکاربردترین پلیمر در تجهیزات ساختمانی است از مزایای پلی وینیل کلراید طول عمر بالا، عایق رطوبتی و الکتریسیته بودن، خواص ضد آتش، ارزانی، مقاومت شیمیایی بالا و تحمل کششی است.

محصولات پلیمری مورد استفاده در ساختمان شامل لوله کشی ها ، آب و فاضلاب، درب و پنجره سازی،  لوازم داخلی، کف سازی ساختمان ها و پوشش های سقف هستند.

پلیمر مصنوعی چیست ؟

همانطور که گفتیم پلیمرها به دو دسته طبیعی و مصنوعی دسته بندی می شوند. پلیمرهای ساخته دست بشر را پلیمر مصنوعی می گویند که بسیار بیشتر از انواع طبیعی هستند. پلی‌ پروپیلن، پلی ‌استایرن ، پلی ‌وینیل کلرید، گلیپتال و باکالیت برخی از انواع پلیمرهای مصنوعی هستند که در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می گیرند.

پلیمریزاسیون چیست؟

پلیمریزاسیون فرآیند تولید پلیمرهای مصنوعی از طریق ترکیب مولکول های کوچک مونومر در زنجیره هایی است که توسط پیوندهای کووالانسی به هم چسبیده اند. دو شکل عمده پلیمریزاسیون ، پلیمریزاسیون مرحله ای و پلیمریزاسیون با رشد زنجیره ای است. تفاوت اصلی بین آنها این است که در پلیمریزاسیون رشد زنجیره ای ، مولکول های مونومر هر بار به یک مولکول زنجیره ای اضافه می شوند. در پلیمریزاسیون مرحله ای، مولکولهای مونومر چندگانه مستقیماً با یکدیگر پیوند می خورند.