تكنولوژی پلیمرها

مبانی شیمی پلیمرها

1-1 مقدمه

واژه پلیمر از كلمات یونانی پلی1 به معنی بسیار و مر2 به معنی قسمت، قطعه یا پاره گرفته شده است. به همین علت در واژه نامه های فارسی در بسیاری مواقع بسپار نامیده می شود. در حقیقت این واژه به مولكول های بسیار بزرگی اطلاق می شود كه از واحدهای متعدد و دارای اتصالات داخلی ساخته شده باشند. به عبارت دیگر می توان گفت كه پلیمر مولكول بزرگی است كه از تعداد زیادی مولكول های كوچك تر ساخته شده است. مولكول های كوچكی كه به عنوان قطعات سازنده این مولكول های بزرگ به كار می روند مونومر و یا تكپار نامیده می شوند. مولكول های بزرگ به دست آمده ممكن است خطی، نسبتاً شاخه دار یا دارای اتصالات داخلی متعددی باشند. در صورت وجود اتصالات داخلی، شبكه ای بزرگ و سه بعدی ایجاد خواهد شد. بیشتر پلیمرهای صنعتی ماهیت آلی دارند و شامل تركیبات كوالانسی كربن هستند. سایر عناصر موجود در پلیمرها عبارتن از هیدروژن، اكسیژن، كلر، فلوئور، فسفر و گوگرد همگی می توانند به ایجاد پیوندهای كوالانسی با كربن، با قطبیت های مختلف، ایجاد كنند طبق ویژگی های تركیبات كوالانسی، مولكول های پلیمر، علاوه بر نیروهای والانس اولیه، تحت تأثیر نیروهای ثانویه بین مولكولهی نیز قرار می گیرند. این نیروها عبارت اند از:

• نیروی دوقطبی بین دو سر پیوندهای قطبی كه بار مخالف دارند؛

• نیروی انتشار كه در اثر توزیع ابر الكترونی در اطراف هر اتم در مولكول پلیمر ایجاد می شود؛

• پیوند هیدروژنی كه در اثر وجود دو قطبی های شدید بین اتم های هیدروژن سبب جهت گیری خاصی در مولول ها می شود و این جهت گیری برای انجام عملیات خاص پروتئین ها در فرآیندهای حیاتی بیوشیمیایی، اهمیت خاصی دارد.

برای تولید مواد پلیمری، واكنش های پلیمریزاسیون مختلفی با سرعت واكنش خاص خود وجود دارند. سرعت واكنش نیز از محیط واكنش (شامل عواملی مانند دما، فشار، حلال، شروع كننده و كاتالیزور) متأثر است. همچنین محیط واكنش تأثیر به سزایی در توزیع وزن مولكولی و ساختار فیزیكی محصول نهایی دارد.

برخی مواقع، تعداد كربن های موجود در زنجیره های پلیمری نشانگر ساختار مولكولی و رفتار فیزیكی پلیمرها است.

1-2 مهندسی پلیمریزاسیون

اگر چه مبنای آگاهی از ساختار علم پلیمرها اطلاع از شیمی واكنش های پلیمری استع این آگاهی و دانش به آزمایشگاه منحصر است و در بسیاری از مواقع به دلیل پیچیدگی رفتار پلیمرها، این مواد تولیدی در آزمایشگاه، درمقیاس صنعتی قابل تولید نیستند.

خواص یك پلیمر به تركیب شیمیایی كلی آن و نیز تزیع وزن مولكولی، توزیع تركیب درصد كوپلیمر، توزیع شاخه و عوامل دیگر بستگی دارد.یك مونومر، بسته به مكانیسم پلیمریزاسیون و نوع راكتور، می تواند به پلیمرهای كاملاً متفاوتی تبدیل شود. برای تولید مواد پلیمری در مقیاس های مختلف صنعتی، علاوه بر اطلاع از شیمی پلیمرها، تسلط بر علوم مختلفی منجمله سینتیك واكنش های شیمیایی، ترمودینامیك، پدیده های انتقال و بالاخره طراحی راكتورهای شیمیایی ضروری است. به عنوان مثال، اگر چه استفاده از بسیاری از مونومرها برای ساخت پلیمرها، مانند دیگر مواد شیمیاییع دارای مشكلات طراحی تولید است، پلیمرهای تولیدی این مواد خواصی كاملاً متفاوت دارند. به عنوان مثال آكریلونیتریل همانند سیانیدهای غیر آلی سمی است. بسیاری از كاتالیزورهای زیگلر – ناتا1 كه شامل تری اتیل آلومینیم اند، در مجاورت هوا بسیار آتشگیراند و آكریلات های سبك بوی تندی دارند كه مشام را آزار می دهد.

1-3 بررسی شیمی پلیمرها

در حقیقت مرز دقیقی بین شیمی پلیمرها و سایر زمینه های علم شیمی وجود ندارد. به عنوان یك تقسیم بندی ابتدایی، باید گفت مولكول هایی با حداقل متوسط وزن مولكولی هزار در محدوده شیمی پلیمر قرار می گیرند. در این میان با بزرگ تر شدن زنجیره های پلیمری، ویسكوزیته مخلوط واكنش به شدت افزایش می یابد و مشكلاتی را در تولید ایجاد می كند. علاوه بر این، پلیمرها ویژگی های دیگری نیز دارند؛ به عنوان مثال، پلی وینیل كلریداید از مونومر وینیل كلراید ساخته شده است. واحدهای تكرار شده در پلیمر نشان دهنده مونومری است كه پلیمر از آن ساخته می شود. البته استثناهایی نیز وجود دارند به عنوان مثال، به نظر می رسد كه پلی وینیل الكل باید از پلیمریزاسیون واحدهای وینیل الكل (CH2CHOH) ساخته شده باشد، ولی در واقع چنین مونومری وجود ندارد. واحدهای مولكولی این پلیمر به شكل (CH3CHO) هستند. برای ساختن این پلیمر، ابتدا پلی وینیل اتانو آت از مونومر وینیل اتانوآت تهیه و برای به دست آوردن الكل پلیمری هیدرولیز می شود.

با توجه به پیچیدگی های خاص واكنش های پلیمریزاسیون و بالطبع زنجیره های پلیمری تولید شده، مطالعات مربوط به شیمی پلیمرها مبحثی كاملاً گسترده و نیازمند به مباحث طولانی است كه خارج از حیطه مطالعاتی این كتاب است و برای یاد آوری فقط به برخی نكات اساسی آن اشاره می شود.

1-3-1 ساختمان پلیمرها

در صورتی كه واحدهای تكرار شونده یك زنجیره پلیمری فقط پشت سر هم قرار گیرند یك پلیمر خطی1 به دست می آید. در صورتی كه در زنجیره پلیمری انشعاباتی وجود داشته باشد، محصول نهایی پلیمر شاخه ای2 خواهد بود. همچنین اگر بین زنجیره های پلیمری اتصالات عرضی به وجود بیاید، محصول نهایی پلیمر شبكه ای3 خواهد بود.

نوع فایل:word

سایز : 191 KB 

تعداد صفحه :112