آشنایی با انواع پلیمرها و انواع آن، مولکول‌های بسیار بزرگی هستند که از اتصال چند صد مونومر ساخته شده‌اند. اصطلاح پلیمر که ریشه در زبان یونانی دارد، از ترکیب دو کلمه “پلی” به معنای چند و “مر” به معنای قسمت یا بخش تشکیل شده است. این مواد از شروع زندگی بشر در دسترس بوده‌اند و انسان‌ها بدون داشتن درک درستی از آنها، برای رفع نیازهای زندگی خود پلیمرهای گوناگون را به کار می‌بردند. در این مقاله می‌خواهیم انواع پلیمرها را با توجه به فاکتورهای مختلف مورد بررسی قرار دهیم و همچنین کاربردهای مختلف آنها را بیان کنیم. برای آشنایی با انواع پلیمرها تا انتهای این مقاله از میثم دارو پلاست با ما همراه باشید.
پلیمر چیست؟
پلیمرها یک ماده شیمیایی کاربردی هستند که از طریق واحدهای تکرارشونده، ایجاد می‌شوند. این مواد در زبان فارسی، بسپار نامیده شده‌اند. بسپارها از طریق شبکه های سه بعدی، دو بعدی و تک بعدی با هم پیوند می‌خورند. در واقع می‌توان گفت هر واحد تکرار شونده یک «مر» و ترکیب «پلی» به معنی چندین است که موجب به وجود آمدن کلمه “پلیمر” به معنای تعداد زیاد واحد تکرارشونده شده است.
مواد پلیمری مجموعه‌ای از مواد شامل پلاستیک‌ها، چسب‌ها، لاستیک‌ها، رنگ‌ها، رزین‌ها، فوم‌ها و بسیاری از مواد دیگری است که در زندگی روزمره کاربرد دارند. این مواد در قرن بیستم، وارد زندگی بشر شده و موجب تغییرات وسیعی در پیشرفت تکنولوژی و تغییر سبک زندگی شده‌اند. پیش از آشنایی با انواع پلیمرها باید با برخی از اصطلاحات مربوط به پلیمرها بیشتر آشنا شویم.
مونومر چیست؟
کوچک‌ترین واحد تکرارشونده در پلیمرها مونومر است. برای درک شهودی این ماده، تصور کنید یک تسبیح ماده پلیمری باشد، هر دانه این تسبیح، به منزله همان مونومرها هستند.
بیشتر بخوانید: خدمات اصلاح قالب
پلیمریزاسیون چیست؟
فرایند به هم پیوند خوردن مونومرها، پلیمریزاسیون نامیده می‌شود. این اتصال بین مونومرها، به‌وسیله یک سری واکنش‌های شیمیایی رخ می‌دهد.
پلیمرها از چه ساختاری تشکیل شده اند؟
ساختار اکثر پلیمرها از هیدروکربن‌ها یعنی کربن و هیدروژن می‌باشد. این نوع از پلیمرها به طور ویژه از اتم‌های کربن پیوسته به صورت یک زنجیره‌ی بلند که به آنها “ستون محوری پلیمر” گفته می‌شود، تشکیل شده‌اند. با توجه به طبیعت کربن، یک یا تعداد بیشتری اتم امکان اتصال به هر اتم کربن در ستون محوری پلیمر دارند.
در ساختار مولکولی برخی پلیمرها همچون پلی پروپیلن، پلی‌اتیلن، پلی‌استر، پلی بوتیلن و پلی متل پنتن فقط اتم‌های کربن و هیدروژن وجود دارند. پلی‌وینیل‌کلراید (PVC) از نوع پلیمرهایی است که در آن به جای مولکول‌های هیدروژن، اتم‌های کلر به هر اتم کربن در ستون محوری آن متصل شده‌اند. مشابه این ساختار را تفلون با اتم‌های “فلور” دارد.
علاوه بر این ساختار پلیمرهای دیگر با ستون‌های محوری غیرکربنی ساخته شده است. مثلاً نایلون از ستون محوری نیتروژنی تشکیل شده است. یعنی این مواد در ستون محوری خود به جای کربن اتم‌های از نیتروژن ساخته شده‌اند. همچنین ستون‌های محوری، پلیمرهایی همچون پلی‌استرها و پلی‌کربنات‌ها از اتم‌های اکسیژن تشکیل شده است. نوعی دیگر از پلیمرها ستون‌های محوری سیلیکونی یا فسفری دارند که به این گروه از پلیمرها “پلیمرهای غیرطبیعی” می‌گویند. از معروف‌ترین پلیمرهای سیلیکونی می‌توان “سیلی پوتی” را نام برد.
انواع پلیمرها کدامند؟
پلیمرها را با توجه به چگونگی ساختار و کاربردشان انواع مختلفی دارند. در ادامه، آشنایی با انواع پلیمرها را مورد بررسی قرار می‌دهیم:
الف) پلیمرها از نظر چگونگی پیدایش
ب) انواع پلیمر از لحاظ بلورینگی
پ) پلیمرها از نظر ساختار زنجیره‌ها
ت) انواع پلیمرها با توجه به واکنششان به حرارت
ث) پلیمرها از نظر کاربرد و خواص فیزیکی آنها
ج) انواع پلیمرها از لحاظ نوع مونومرها
چ) پلیمرها از نظر چگونگی آرایش تاکتیسیته
در ادامه، با انواع هر کدام بیشتر آشنا می شویم.
انواع پلیمرها از نظر بلورینگی
پلیمرها از نظر آرایش زنجیره‌های اتصال مونومرها و بلورینگی به سه دسته، آمورف یا بی‌شکل، کریستالی یا بلورین و پلیمرهای نیمه بلورین تقسیم‌بندی می‌شوند.
بیشتر ببینید: درب بطری
طبقه‌بندی انواع پلیمرها بر اساس منشا
این عناصر با توجه به منشا، به سه دسته طبیعی، سنتزی و نیمه سنتزی تقسیم‌بندی می‌شوند. در ادامه هر کدام از این پلیمرها را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
- پلیمرهای طبیعی
این نوع از پلیمرها، از مواد موجود در طبیعت ساخته شده‌اند. از جمله این مواد، می‌توان از پلیمرهایی چون پروتئین، سلولز، پشم، ابریشم، لاستیک طبیعی، نشاسته و… نام برد.
- پلیمر سنتزی یا مصنوعی
این نوع از پلیمرها در آزمایشگاه و توسط مولکول‌هایی با جرم مولکولی بسیار پایین، تولید می‌شوند. از جمله این نوع از پلیمرها، می‌توان به تفلون، نایلون‌ها، پلی‌استر، پی‌وی‌سی اشاره کرد.
- پلیمر نیمه سنتزی
این مواد از اصلاح شیمیایی ساده عناصر پلیمری طبیعی، در جهت اصلاح خواص آنها، تولید می‌شوند. از جمله این عناصر می‌توان به سلولز نیترات اشاره کرد.
انواع پلیمرها با توجه به واکنش آنها به حرارت
پلیمرها با توجه به چگونگی واکنش به حرارت، به دو دسته ترموست‌ها و ترموپلاستیک‌ها تقسیم‌بندی می‌شوند. در ادامه هر یک از این پلیمرها را بررسی می‌کنیم.
- ترموست‌ها
ترموست‌ها یا گرما سخت‌ها از آشنایی با انوع پلیمرهای سخت و غیر قابل ذوب در برابر گرما هستند. این نوع از پلیمرها، در مقابل حرارت نرم نمی‌شوند و امکان قالب‌گیری مجدد آنها نیز، وجود ندارد.
ترموست‌ها، عناصری پلیمری دارای پیوند‌های عرضی هستند که امکان استفاده مجدد از آنها وجود ندارد. از جمله مهم‌ترین ترموست‌ها می‌توان ملامین، فنولیک‌ها، اوره، اپوکسی، آلکیدها، پلی‌استرها، سیلیکون و یورتان را نام برد.
- ترموپلاستیک‌ها
ترموپلاستیک‌ها یا به عبارتی گرما نرم‌ها، پلیمرهایی هستند که به راحتی در اثر گرما امکان قالب سازی پلاستیکی در شکل‌های مختلف را، داشته و پس از خنک شدن در دمای اتاق، قابل استفاده خواهند بود.
در واقع می‌توان گفت که این نوع از پلیمرها در معرض حرارت نرم شده و با خنک شدن دوباره آنها، امکان استفاده مجدد خواهند داشت. از جمله این پلیمرها می‌توان به موادی همچون پی وی سی‌ها، پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی استایرن و… اشاره کرد.
پلیمرهای از نوع ترموپلاستیک، شامل زنجیره‌های بلندی هستند که هر کدام نیز امکان داشتن گروه‌ها یا زنجیره‌های جانبی دارند. در طول فرایند و شکل‌دهی، این پلیمرها با قرار گرفتن در معرض حرارت بالا دچار هیچ نوع واکنش شیمیایی نمی‌شوند. وقتی این پلیمرها در معرض حرارت قرار می‌گیرند، قابلیت جریان یافتن پیدا می‌کنند و به راحتی به شکل قالب‌های مختلف در می‌آیند.
انواع پلیمرها از لحاظ ساختار زنجیره‌ها
از لحاظ ساختار زنجیره‌ها نیز، پلیمرها به سه دسته مختلف پلیمرهای خطی، شاخه‌ای و دارای پیوند عرضی تقسیم‌بندی می‌شوند که در ادامه به شرح هر یک از آنها می‌پردازیم.
- پلیمرهای خطی
در این نوع پلیمرها، با اتصال مونومرها زنجیره‌های بلندی تشکیل می‌شوند. در این نوع پلیمرها، هیچ شاخه جانبی وجود ندارد و مولکول‌های آنها، به هم نزدیک می‌باشد. دانسیته بالا، نقطه ذوب و همچنین استحکام کششی بالا از جمله ویژگی‌های پلیمرهای خطی است. از جمله پلیمرهای خطی می‌توان از نایلون و HDPE نام برد.
- پلیمرهای شاخه‌ای
این نوع از پلیمرها زنجیره‌های بلند و مستقیم با شاخه‌های جانبی متفاوتی هستند که به طور نامنظمی در کنار هم قرار گرفته‌اند. به همین خاطر این عناصر دانسیته یا چگالی پایین‌تر، استحکام کششی و نقطه ذوب پایینی دارند. از جمله این پلیمرهای با شاخه‌های نامنظم می‌توان به ملامین، لاستیک‌های پخت شده، رزین فرمالدهید اشاره کرد.
ویژگی‌های انواع پلیمرها چیست؟
اکثر پلیمرهای تولیدی شناخته شده از نوع ترموپلاستیک هستند. این نوع از مواد پلیمری با توجه به ویژگی که دارند، پس از شکل‌گیری نیز می‌توانند بارها و بارها ذوب شده و تغییر شکل پیدا کنند.
این ویژگی سرعت فرایند بازیابی و فراوری پلیمر را افزایش می‌دهد. گروه دیگر از آشنایی با انواع پلیمرها ترموست‌ها هستند که امکان ذوب مجدد ندارند. در واقع گرمایش مجدد این پلیمرها، نهایتاً فقط منجر به کاهش کیفیت آنها خواهد شد.
هر یک از مواد پلیمری هم، ویژگی‌های منحصربه‌فرد نوع خود را دارند و هم خصوصیات مشترکی با دیگر انواع پلیمرها دارد. از جمله ویژگی‌های مشترک انواع پلیمرها می‌توان موارد زیر را نام برد:
- مقاومت در مقابل مواد شیمیایی
انواع پلیمرها مقاومت بالایی در مقابل مواد شیمیایی دارند. برای درک شهودی این ویژگی، بطری‌های پلاستیکی مواد شوینده‌‌ای که در خانه دارید را به خاطر آورید. اگر برچسب هشداردهنده روی بسته‌بندی آنها را ببینید به ضرورت مقاوم بودن بسته‌بندی‌های پلاستیکی پی خواهید برد. با این که حلال‌ها برخی پلاستیک‌ها را در خود حل می‌کنند اما سایر پلاستیک‌ها برای تولید بسته‌بندی‌هایی، امن و غیر قابل تجزیه در مقابل حلال‌های قوی مناسب هستند.
- عایق حرارتی و حرارتی
تمام دستگاه‌های لوازم خانگی، سیم‌کشی‌های منازل، پریزهای برق و اتصالات یا خودشان از مواد پلیمری ساخته شده‌اند و یا با این مواد، عایق‌بندی شده‌اند. نمونه‌ای از مقاومت حرارتی پلیمرها، دسته‌های پلیمری کتری و ظروف پخت‌وپز هستند.
- وزن پایین و استحکام بالا
این دو ویژگی را می توان در اکثر کالاهایی که از پلیمرها ساخته شده‌اند مشاهده کرد. کالاهایی همچون اسباب‌بازی‌ها، فیبرهای نایلونی ظریف به کار رفته در تولید جوراب‌ها، چارچوب ایستگاه‌های فضایی و الیاف کولار به کار رفته در جلیقه‌های ضدگلوله، از مواد پلیمری سبک با استحکام بالا تولید شده‌اند.
در مورد سبک وزن بودن پلیمرها، می‌توانیم بگوییم که پلیمرها به خاطر چگالی پایینی که دارند روی آب شناور می‌مانند. این ویژگی با توجه به تعریف علمی چگالی یعنی نسبت جرم به حجم مواد، به معنی کم‌وزن بودن پلیمرها است.
- طیف نامحدود رنگ و مشخصه‌‌های متنوع
این ویژگی‌ها کارایی و تنوع پلیمرها را با استفاده از افزودنی‌های مختلف، افزایش داده‌اند. از نظر ظاهری، پلیمرها می‌توانند مشابه فیبرهای پنبه، ابریشم، پشم، چینی، مرمر، آلومینیوم و روی ظاهر شوند.
- امکان فرآوری به روش‌های مختلف
پلیمر و انواع آن امکان فرآوری به روش‌های مختلفی را برای کاربردهای گوناگون دارند. به عنوان مثال از اکسترودرها می‌توان برای تولید فیبرهای نازک، لوله‌های سنگین، فیلم یا بطری‌های غذایی استفاده کرد. از پلیمرهای پلاستیک می‌توان، برای تولید دوک‌های پلاستیکی و یا چسب و رنگ پس از ترکیب با حلال‌ها استفاده کرد.
پلیمرهایی همچون اِلَستومر و برخی دیگر از انواع پلاستیک‌ها، انعطاف زیادی داشته و ظرفیت کششی بالایی دارند. برای تولید بطری‌های نوشیدنی در حین فراوری و به‌منظور حفظ شکل، این نوع از آشنایی با انواع پلیمرها تحت کشش قرار می‌گیرند. علاوه بر این مواد پلاستیکی همچون پلی اورتان، پلی‌استر و پلی‌اتیلن نیز می‌توانند به فرم اسفنجی تبدیل شوند.
بیشتر بخوانید: طراحی قالب پلاستیکی
- امکان تولید پلیمرها به شکل فیلم‌های شفاف و مقاوم در برابر آب
از جمله این پلیمرها، می‌توان به PVC که در ساخت تیوب‌های پزشکی و کیسه‌های خون استفاده می‌شوند، نام برد. این نوع از پلیمرها مدت نگهداری خون و فرآورده‌های خونی را افزایش می‌دهد.
علاوه بر این یکی دیگر از کاربردهای این نوع از پلیمرها در پزشکی، برای نگهداری مواد ترومبوژنیک مثل هپارین، در کاتترهای انعطاف‌پذیر PVC که در دیالیز، عمل قلب باز، و نمونه‌گیری خون می‌باشد. بنابراین می‌توان گفت که شمار زیادی از تجهیزات پزشکی، برای داشتن بهترین کیفیت وعملکرد وابسته به پلیمرها هستند.
- پلیمرها اغلب از فراوری نفت خام به دست می‌آیند. شمار زیادی از پلیمرها از واحدهای مکرر مشتق شده از گاز طبیعی، نفت خام و زغال‌سنگ تولید می‌شوند. البته برخی پلاستیک‌ها نیز از مواد قابل بازیابی همچون “استات سلولز” که در تولید دسته‌ی پیچ‌گوشتی و یا روبان‌های هدیه استفاده می‌گردد، تولید می‌شوند.
- ویژگی مهم مواد پلیمری امکان ساخت اقلامی که مشابه ساخته شده‌ای با مواد دیگر از آنها وجود ندارد، می‌باشد.
چیدمان مولکولی پلیمرها به چه شکل است؟
برای درک چگونگی چیدمان مولکولی پلیمر و انواع آن، “رشته‌های نودل در بشقاب” را تصور کنید. این تصور مثالی ساده از چگونگی چینش مولکولی پلیمرهای خطی بدون ترتیب می‌باشد. کنترل فرایند پلیمریزه و سپس سرد کردن پلیمرهای مذاب، منجر به ایجاد یک سازمان نامرتب خواهد شد.
این نوع از پلیمرها اغلب شفاف هستند. که کاربرد وسیعی در محصولات مختلفی همچون تولید پنجره‌های پلاستیکی، ظروف غذا، لنزهای طبی و چراغ‌های اتومبیل دارد.
باید گفت که تمام پلیمرها شفاف نیستند و زنجیره‌های پلیمری در محصولات کدر و غیرشفاف ساختاری کریستالی دارند. چرا که چیدمان مولکولی کریستالی به چیدمانی گفته می‌شود که آرایش اتم‌ها و یون‌ها در آن از الگوی مشخصی پیروی کند.
شاید تصور شما از عبارت ساختار کریستالی، ساختار مولکولی نمک یا سنگ‌های قیمتی باشد. اما باید بدانید که فرایندی خاص در تولید پلیمر و انواع آن می‌تواند ساختار کریستالی بودن را در این مواد به وجود آورد.
همچنین برخی پلیمرها به صورتی طراحی می‌شوند که هرگز امکان کریستالیزه شدن را ندارند. می‌توان گفت که هرچه درجه‌ی کریستالی بودن پلیمر بیشتر باشد، نور کمتری را می‌تواند از خود عبور دهد.
بنابراین میزان غیرشفاف و کدر بودن آشنایی با انواع پلیمرها، به چگونگی چیدمان کریستالی آنها بستگی دارد. پلیمرهای با ساختار کریستالی ویژگی‌هایی همچون مقاومت شیمیایی، استحکام، خشکی و پایداری را با خود دارند.
امروزه متخصصین پلیمر همواره در تلاش‌اند تا با اصلاح ساختار مولکولی عناصر پلیمری، محصولاتی کارآمد و جدید را طراحی و تولید کنند. علاوه بر این فعالان صنعت پلیمر با اضافه کردن انواع تقویت‌کننده. پرکننده و سایر افزودنی‌های جدید به پلیمرهای پایه، قابلیت‌های آنها را چندین برابر می‌کنند.