مواد پلیمری

بسپار ها: نشاسته و سلولز و پروتئین ها نمونه هایی از بسپار های طبیعی هستند. بسپارها مولکولهای با وزن مولکولی زیاد اند و از مولکول های ساده تری که تکپارنامیده می شوند تشکیل شده اند. امروزه بسپار ها یا درشت مولکول های مهمی که در طبیعت یافت نمی شوند سنتز شده اند. اکثر این بسپارها ساختاری خطی یا زنجیره ای دارند ، اگرچه تعدادی هم با اتصالات عرضی وجود دارد. پلیمرها اساس مواد معدنی مانند الماس ، کوارتز و فلدسپات و مواد دست ساز بشر مانند بتن ، شیشه ، کاغذ ، پلاستیک و لاستیک را تشکیل می دهند.
تاریخچه
پلیمرها از آغاز بشریت جزء کالاهای اساسی انسانها بوده اند مانند  استفاده از پشم ( کراتین )، الیاف پنبه و کتان ( سلولز ) برای پوشاک.شیره لاتکس درختان کائوچو ( کائوچو طبیعی ) در قرن شانزدهم از آمریکای جنوبی مدت ها پس از اولمک ، مایا و آزتک به اروپا رسید.شروع به استفاده از آن به عنوان ماده ای برای ساخت توپ، منسوجات ضد آب و ظروف کرده بود.
دستکاری شیمیایی پلیمرها به قرن نوزدهم برمی گردد، اگرچه در آن زمان ماهیت این گونه ها شناخته نشده بود در ابتدا نظریه ی توماس گراهام به بررسی رفتار پلیمرها پرداخت.این نظریه بیان کرد که پلیمرها به عنوان توده های کلوئیدی از مولکول های کوچک در کنار هم توسط نیروهای ناشناخته نگه داشته اند.
با وجود فقدان دانش تئوری، پتانسیل پلیمرها برای ارائه مواد نوآورانه، در دسترس و ارزان بلافاصله درک شد. کارهای انجام شده توسط Braconnot ، Parkes ، Ludersdorf، Hayard و بسیاری دیگر بر روی اصلاح پلیمرهای طبیعی، پیشرفت های چشمگیری در این زمینه را مشخص کرد. مشارکت آنها منجر به کشف موادی مانند سلولوئید ، گالایت ، پارکزین ، ابریشم مصنوعی ، لاستیک ولکانیزه و بعداً باکلیت شد : همه موادی که به سرعت وارد فرآیندهای تولید صنعتی شدند و به عنوان اجزای پوشاک به خانواده ها رسیدند ( مثلاً، پارچه، دکمه)، ظروف و وسایل تزئینی.
در سال 1920، هرمان استودینگر کار مهم خود را با عنوان «پلیمریزاسیون Über» منتشر کرد،  که در آن پیشنهاد کرد که پلیمرها در واقع زنجیره های بلندی از اتم ها هستند که توسط پیوندهای کووالانسی به هم متصل شده اند. کار او مورد بحث طولانی قرار گرفت، اما در نهایت توسط جامعه علمی پذیرفته شد. به دلیل این کار، استودینگر در سال 1953 جایزه نوبل را دریافت کرد. 
پس از دهه 1930، پلیمرها وارد عصر طلایی شدند که طی آن انواع جدیدی کشف شدند و به سرعت کاربردهای تجاری پیدا کردند و جایگزین مواد طبیعی شدند. این توسعه توسط یک بخش صنعتی با انگیزه اقتصادی قوی تقویت شد و توسط جامعه دانشگاهی گسترده ای که به سنتزهای نوآورانه مونومرها از مواد خام ارزان تر، فرآیندهای پلیمریزاسیون کارآمدتر، تکنیک های بهبود یافته برای توصیف پلیمرها و درک نظری پیشرفته از پلیمرها کمک کردند، حمایت شد. 
از سال 1953، جوایز تحقیقاتی بسیاری به همراه شش جایزه ی نوبل داده شده است . و این نشان دهنده ی تاثیرگذاری به سزای پلیمرها در زندگی امروزی می باشد.

انواع مواد پلیمری

ساختار پایه پلیمرها
چهار ساختار پلیمری اساسی وجود دارد که در شکل زیر نشان داده شده است. در عمل، برخی از پلیمرها ممکن است حاوی مخلوطی از ساختارهای اساسی مختلف باشند. چهار ساختار پلیمری اصلی عبارتند از: خطی، شاخه ای، متقاطع و شبکه ای.
نمودارهای ساختارهای پلیمری خطی، منشعب، شبکه ای و شبکه ای.
پلیمرهای خطی دارای زنجیره های بلند هستند. زنجیرهای بلند معمولاً توسط واندروالس ضعیف تر یا پیوند هیدروژنی به هم متصل می شوند. از آنجایی که این انواع پیوند نسبتاً آسان با گرما شکسته می شوند، پلیمرهای خطی معمولاً ترموپلاستیک هستند. گرما پیوندهای بین زنجیره‌های بلند را می‌شکند و به زنجیره‌ها اجازه می‌دهد از کنار یکدیگر عبور کنند و به مواد اجازه قالب‌گیری مجدد را می‌دهد. با سرد شدن پیوندهای بین زنجیره های بلند اصلاح می شود، یعنی پلیمر سخت می شود.
پلیمرهای شاخه دار شبیه پلیمرهای خطی با افزودن زنجیره های کوتاه تری هستند که از ستون فقرات اسپاگتی آویزان شده اند. از آنجایی که این زنجیره‌های کوتاه‌تر می‌توانند در بسته‌بندی کارآمد پلیمرها اختلال ایجاد کنند، پلیمرهای شاخه‌دار نسبت به پلیمرهای خطی مشابه چگالی کمتری دارند. از آنجایی که زنجیره‌های کوتاه از یک ستون فقرات طولانی‌تر به ستون فقرات دیگر پل نمی‌زنند، گرما معمولاً پیوندهای بین زنجیره‌های پلیمری شاخه‌دار را می‌شکند و به پلیمر اجازه می‌دهد تا یک ترموپلاستیک باشد، اگرچه برخی از پلیمرهای شاخه‌دار بسیار پیچیده وجود دارند که در برابر این "ذوب" مقاومت می‌کنند و بنابراین قبل از نرم شدن شکسته می شوند (در این فرآیند سخت می شوند) یعنی ترموست می شوند.

فروش مواد پلیمری

پلیمرهای متقاطع شبیه نردبان هستند. زنجیره ها از یک ستون فقرات به ستون فقرات دیگر متصل می شوند. بنابراین، بر خلاف پلیمرهای خطی که توسط نیروهای ضعیف‌تر واندروالس به هم متصل می‌شوند، پلیمرهای متقاطع از طریق پیوند کووالانسی به یکدیگر متصل می‌شوند. این پیوند بسیار قوی‌تر باعث می‌شود که بیشتر پلیمرهای شبکه‌ای به ترموست شوند، با تنها چند استثنا در قاعده: پلیمرهای شبکه‌ای که اتفاقاً در دماهای نسبتاً پایین پیوندهای عرضی خود را می‌شکنند.
پلیمرهای شبکه ای پلیمرهای پیچیده ای هستند که به شدت به هم متصل شده اند تا شبکه پیچیده ای از پیوندهای سه بعدی را تشکیل دهند. نرم شدن این پلیمرها هنگام گرم کردن بدون تخریب ساختار پلیمری تقریبا غیرممکن است و بنابراین پلیمرهای گرما سخت هستند.

انواع پلیمرها

پلیمرهای طبیعی:آلی و معدنی
پلیمرهای آلی نقش مهمی در موجودات زنده ایفا می کنند، مواد اولیه ساختاری را فراهم می کنند و در فرآیندهای حیاتی زندگی شرکت می کنند. به عنوان مثال، اجزای جامد همه گیاهان مانند لینگین،سلولز ( پلی ساکارید متشکل از مولکول های قند) از پلیمرها تشکیل شده است.لیگنین از یک شبکه سه بعدی پیچیده از پلیمرها تشکیل شده است. رزین های چوب و لاستیک پلیمرهایی از یک هیدروکربن ساده، ایزوپرن هستند.

لاستیک طبیعی

دیگر پلیمرهای طبیعی مهم عبارتند از پروتئین ها، که پلیمرهای اسیدهای آمینه هستند ، و اسیدهای نوکلئیک ، که پلیمرهای نوکلئوتیدها هستند. نشاسته ها، منابع مهم انرژی غذایی مشتق شده از گیاهان، پلیمرهای طبیعی هستند که از گلوکز تشکیل شده اند.
زنجیره پلی نوکلئوتیدی دئوکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA)
پلیمرهایی مانند الماس و گرافیت که از کربن تشکیل شده اند  و در طبیعت وجود دارند، پلیمرهای معدنی هستند. در الماس، اتم های کربن در یک شبکه سه بعدی به هم متصل شده اند که به ماده سختی آن را می دهد. در گرافیت، که به‌عنوان روان‌کننده و در «سرب‌های» مدادی استفاده می‌شود، اتم‌های کربن در صفحاتی به هم متصل می‌شوند که می‌توانند روی یکدیگر بلغزند.

خرید مواد پلیمری

پلیمرهای مصنوعی

پلیمرهای مصنوعی توسط واکنش های شیمیایی بوجود می آیند. بسیاری از هیدروکربن های ساده مانند اتیلن و پروپیلن را می توان با افزودن مونومر یکی پس از دیگری به زنجیره رشد به پلیمر تبدیل کرد .پلی اتیلن که از مونومرهای اتیلن تکرار شونده تشکیل شده است، یک پلیمر افزودنی است.  پلی اتیلن کریستالی، نیمه شفاف و ترموپلاستیک است، یعنی وقتی گرم می شود نرم می شود. برای پوشش‌ها، بسته‌بندی، قطعات قالب‌گیری شده و ساخت بطری‌ها و ظروف استفاده می‌شود. 
سایر پلیمرهای افزودنی شامل پلی بوتادین، پلی ایزوپرن و پلی کلروپرن هستند که همگی در ساخت لاستیک های مصنوعی مهم هستند. برخی از پلیمرها، مانند پلی استایرن ، در دمای اتاق شیشه ای و شفاف هستند و همچنین ترموپلاستیک هستند. 

پلی استایرن

پلیمر خطی که با تکرار گروه های استر در طول زنجیره ستون فقرات مشخص می شود، پلی استر نامیده می شود . پلی استرهای زنجیره باز مواد بی رنگ، کریستالی و ترموپلاستیک هستند. آنهایی با وزن مولکولی بالا (10000 تا 15000 مولکول) در ساخت فیلم ها، اشیاء قالب گیری شده و الیافی مانند Dacron استفاده می شوند. 
پلی آمیدها شامل پروتئین های طبیعی کازئین موجود در شیر و زین موجود در ذرت (ذرت) هستند که از آن پلاستیک ها، الیاف، چسب ها و پوشش ها ساخته می شوند. همچنین پلی امید های مصنوعی که توسط واکنش های شیمیایی ایجاد شوند، وجود دارند که نایلون نمونه ای بارز از آنهاست. آنها قوی، مقاوم در برابر حرارت و سایش، غیر قابل احتراق و غیر سمی هستند و می توان آنها را رنگ کرد. شناخته شده ترین کاربرد آنها به عنوان الیاف نساجی است، اما کاربردهای بسیار دیگری نیز دارند. 

نایلون

دسته متفاوتی از پلیمرها ترکیبات آلی- معدنی مخلوط هستند . مهمترین نماینده این خانواده پلیمری سیلیکون ها هستند.ستون فقرات آنها متشکل از اتم های سیلیکون و اکسیژن متناوب با گروه های آلی متصل به هر یک از اتم های سیلیکون است. این پلیمرها گونه های با وزن مولکولی بالاتر مواد الاستیک همه کاره ای هستند که در دماهای بسیار پایین نرم و لاستیکی باقی می مانند. آنها همچنین در دماهای بالا نسبتاً پایدار هستند.
پلیمرهای حاوی فلوئوروکربن، معروف بهفلوروپلیمرها از پیوندهای کربن و فلوئور تشکیل شده اند که بسیار پایدار هستند و ترکیب را در برابر حلال ها مقاوم می کنند. ماهیت پیوند کربن - فلوئور کیفیتی نچسب را به فلوروپلیمرها می بخشد . این به طور گسترده در تفلون پلی تترا فلوئورواتیلن (PFTE) مشهود است.

شیمی پلیمر

مطالعه چنین موادی در حوزه شیمی پلیمر قرار دارد. بررسی پلیمرهای طبیعی به طور قابل توجهی با بیوشیمی همپوشانی دارد، اما سنتز پلیمرهای جدید، بررسی فرآیندهای پلیمریزاسیون ، و توصیف ساختار و خواص مواد پلیمری، همگی مشکلات منحصر به فردی را برای شیمیدانان پلیمر ایجاد می کنند.
شیمیدانان پلیمر پلیمرهایی را طراحی و سنتز کرده اند که از نظر سختی، انعطاف پذیری، دمای نرم شدن، حلالیت در آب و زیست تخریب پذیری متفاوت است. آنها مواد پلیمری تولید کرده‌اند که به استحکام فولاد در عین حال سبک‌تر و مقاوم‌تر در برابر خوردگی هستند. خطوط لوله نفت، گاز طبیعی و آب اکنون به طور معمول از لوله های پلاستیکی ساخته می شوند. در سال‌های اخیر، خودروسازان استفاده خود از قطعات پلاستیکی را افزایش داده‌اند تا خودروهای سبک‌تری بسازند که سوخت کمتری مصرف می‌کنند. سایر صنایع مانند صنایعی که در ساخت منسوجات، لاستیک، کاغذ و مواد بسته بندی دخیل هستند بر اساس شیمی پلیمر ساخته شده اند.
علاوه بر تولید انواع جدیدی از مواد پلیمری، محققان در فکر توسعه کاتالیزورهای ویژه ای هستند که برای سنتز صنعتی در مقیاس بزرگ پلیمرهای تجاری مورد نیاز است. بدون چنین کاتالیزورهایی، فرآیند پلیمریزاسیون در موارد خاص بسیار کند خواهد بود.

انواع بسپارش

بسپارش افزایشی

بسیاری از بسپار ها از ترکیباتی که دارای پیوندهای دوگانه کربن - کربن هستند به وسیله فرایندی که بسپارش افزایشی  یا پلیمیریزاسیون نامیده می شود تشکیل می شوند. برای مثال ،اتن(اتیلن) در اثر گرما (۱۰۰ تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد) و فشار زیاد(1000atm)  بسپار می شود و محصول عملی پلی اتیلن نامیده می شود که ماده ای جامد،سفید،محکم و مومی شکل است.
بسپار افزایشی به وسیله یک مکانیسم زنجیری رادیکالی یا مکانیسم زنجیری کربوکاتیون صورت می گیرد. 

بسپارش تراکمی

بسپارش تراکمی بین مولکول های تکپار با حذف یک مولکول کوچک که معمولاً آب است ، صورت می‌گیرد. پروتئین‌ها پلی ساکارید ها بسپار های تراکمی هستند. نایلون ، مانند پروتئین ها ، یک پلی آمید است. داکرون یک پلی استر است  که به وسیله حذف آب بین اتیلن گلیکول و یک دی کربوکسیلیک اسید تشکیل می شود.

کاربرد پلیمرها

پلیمرها تقریباً در هر زمینه ای از زندگی مدرن استفاده می شوند. کیسه های مواد غذایی، بطری های نوشابه و آب، الیاف نساجی، تلفن، کامپیوتر، بسته بندی مواد غذایی، قطعات خودرو و اسباب بازی ها همگی حاوی پلیمر هستند.
پلیمرهای محبوب برای تولید عبارتند از پلی اتیلن و پلی پروپیلن. مولکول های آنها می تواند از 10000 تا 200000 مونومر تشکیل شده باشد.
همچنین پلیمرها کاربردهای متنوع دیگری دارند که عبارتند از:
فناوری های جداسازی: غشاهای مصنوعی ، غشاهای سلول سوختی ، فیلتراسیون ، رزین های تبادل یونی.
پول: اسکناس های پلیمری و کارت های پرداخت .
پرینت سه بعدی .
اقلام خانگی: سطل ، وسایل آشپزخانه ، اسباب بازی (مثلاً مجموعه های ساختمانی و مکعب روبیک ).
بهداشت فردی و مراقبت های بهداشتی: پوشک با استفاده از پلیمرهای سوپرجاذب ، مسواک ، لوازم آرایشی ، شامپو ، کاندوم .
امنیت: تجهیزات حفاظت فردی ، جلیقه ضد گلوله ، لباس فضایی ، طناب .
فناوری های الکترونیکی و فوتونیکی: ترانزیستورهای اثر میدان آلی (OFET)، دیودهای ساطع نور (OLED) و سلول های خورشیدی ، اجزای تلویزیون ، دیسک های فشرده (CD)، مقاوم در برابر نور ، هولوگرافی .
کاربردهای ساختمانی و سازه ای: مبلمان باغ ، پنجره های پی وی سی ، کفپوش، آب بندی ، لوله .
رنگ‌ها، چسب‌ها و روان‌کننده‌ها: لاک ، چسب ، پراکنده‌کننده ، پوشش‌های ضد گرافیتی ، پوشش‌های ضد رسوب ، سطوح نچسب ، روان‌کننده‌ها.

انواع مواد اولیه پلیمری

محصولات پلیمری در صنایع مختلفی کاربرد دارد.

محصولات پلیمری شامل

سدیم آلژینات
روغن سیلیکون
پلی وینیل الکل صنعتی
سیلیکاژل قطران شیمی
پلی وینیل پیرولیدون
آمونیوم مونو واندات
پلی وینیل الکل
پلی اتر سولفون
پلی اتر ایمید PEI
کربوکسی متیل سلولز