مقالات متفرقه شیمی
رشته شیمی پلیمر
بشر نخستین ، آموخته بود چگونه الیاف پروتئینی پشم و ابریشم و الیاف سلولزی پنبه و کتان را عمل آورد، رنگرزی کند و ببافد. بومیان جنوبی از لاستیک طبیعی ، برای ساختن اشیاء کشسان و پارچه‌های ضد آب استفاده می‌کردند. پلی کلروپرن ، نخستین لاستیک سنتزی است که در آمریکا تهیه شد و گسترش یافت. پلی بوتادین ، نخستین کائوچوی سنتزی است که آلمانی‌ها به نام بونا- اس به مقدار کافی تهیه کردند. بوتیل کائوچو ، یکی از چهار لاستیک سنتزی است که اکنون به مقدار بیشتری تهیه و مصرف می‌شود.
پلیمرها ( بسپارها ) یا ماکرومولکولها ( درشت مولکولها ) ، مولکولهای غول‌پیکری هستند که دست‌کم ، ۱۰۰ برابر سنگین‌تر از مولکولهای کوچکی مانند آب یا متانول هستند.
ریشه لغوی
واژه پلیمر از دو واژه یونانی Poly و Meros مشتق شده است و به معنی بسپار است.
مقدمه
نگاهی به شیمی پلیمر
بشر نخستین ، آموخته بود چگونه الیاف پروتئینی پشم و ابریشم و الیاف سلولزی پنبه و کتان را عمل آورد، رنگرزی کند و ببافد. بومیان جنوبی از لاستیک طبیعی ، برای ساختن اشیاء کشسان و پارچه‌های ضد آب استفاده می‌کردند. پلی کلروپرن ، نخستین لاستیک سنتزی است که در آمریکا تهیه شد و گسترش یافت. پلی بوتادین ، نخستین کائوچوی سنتزی است که آلمانی‌ها به نام بونا- اس به مقدار کافی تهیه کردند. بوتیل کائوچو ، یکی از چهار لاستیک سنتزی است که اکنون به مقدار بیشتری تهیه و مصرف می‌شود.
تاریخچه
نخستین لاستیک مصنوعی ، سلولوئید است که از نیترو سلولز و کافور توسط « پارکر » در سال ۱۸۶۵ تهیه شد. ولی در سال ۱۹۳۰، عمل پلیمریزاسیون و الکلاسیون کشف شد و در صنعت بکار گرفته شد. در این دوران ، آمونیاک برای تولید مواد منفجره ، تولوئن برای TNT و بوتادین و استیرن برای تولید لاستیک مصنوعی به مقدار زیادی از نفت تولید شد.
سیر تحولی
استات سلولز در سال ۱۸۹۴ توسط “بران دکرس” سنتز شد و در سال ۱۹۰۵ توسط “میلس” کامل شد. در سال ۱۹۰۰، “رم” ، پلیمریزاسیون ترکیبات آکریلیک را آغاز کرد و در سال ۱۹۰۱، « اسمیت » نخستین فتالات گلسیری(ن فتالات گلسیریل ) را تهیه کرد. در اواسط قرن بیستم در آلمان ، « اشتودینگر » ، قانون مهم ساختار مولکولهای بزرگ را وضع کرد. در سال ۱۹۳۴، کارخانه (ICI) موفق به تهیه مولکولهای بزرگ پلی اتیلن شد.
« دوپن » بطور منظم در زمینه تراکم مواد بررسیهایی انجام دارد که در نتیجه ، به تهیه پلی آمیدها یعنی الیاف نایلون نایل شد و الیاف پلی آمید را از کاپرولاکتام تهیه کرد که به الیاف پرلون شهرت یافت.
نقش و تاثیر پلیمرها در زندگی
کاغذ ، چوب ، نایلون ، الیاف پلی استر ، ظروف ملامین ، الیاف پلی اتیلن ، اندود تفلون ظروف آشپزی ، نشاسته ، گوشت ، مو ، پشم ، ابریشم ، لاستیک اتومبیل و… ، ماکرومولکولهایی هستند که روزانه با آنها برخورد می‌کنیم.
مفاهیم مرتبط با شیمی پلیمر
image00a نگاهی به شیمی پلیمر
در مورد پلیمرها با مفاهیمی همچون خواص فیزیکی و مکانیکی ، مکانیسم پلیمر شدن ، فرآورش پلیمرها روبرو هستیم.
خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمرها
در بر گیرنده مفاهیم زیر است:
مورفولوژی ، رئولوژی ، انحلال پذیری ، وزن مولکولی ، روشهای آزمودن ، روشهای شناسایی.
مکانیسم پلیمری شدن
از سه طریق زیر است:
پلیمرشدن تراکمی ، پلیمرشدن افزایشی ، کوپلیمرشدن.
فرآورش پلیمرها
در برگیرنده مباحث زیر است:
پر کننده‌ها ، توان دهنده‌ها ، نرم سازها ، پایدار کننده‌ها، عمل آورنده‌ها ، رنگ‌ها و غیره.
شاخه‌های شیمی مرتبط با شیمی پلیمر
شیمی پلیمر با مباحث زیر در ارتباط است:
شیمی آلی
شیمی آلی فلزی
شیمی دارویی
پتروشیمی
صنایع نفت
چند کاربرد مهم پلیمرها
پلی آمید (نایلون)
برای تهیه الیاف ، طناب ، تسمه ، البسه ، پلاستیک صنعتی ، جایگزین فلز در ساخت غلتک یاتاقان ، بادامک ، دنده ، وسایل الکتریکی بکار می‌رود.
پلی استر
بصورت الیاف ، جهت تهیه انواع لباسها ، نخ لاستیک ، بصورت لایه برای تهیه نوار ضبط صوت و فیلم بکار می‌رود.
پلی اتیلن ( کم‌چگالی ، شاخه‌دار)
بصورت لایه ورقه در صنایع بسته بندی ، کیسه پلاستیکی ، الیاف پارچه بافتنی ، بسته‌بندی غذای منجمد ، پرده ، پوشش پلاستیکی ، عایق ، سیم و کابل ، بطری بکار می‌رود.
پلی استیرل
برای تهیه رزینهای تبادل یونی ، انواع کوپلیمرها ، رزینهای ABC ، مواد اسفنجی ، وسایل نوری ، وسایل خانگی ، اسباب بازی ، مبلمان بکار می‌رود.
فرایند پلیمریزاسیون
دید کلی
اصولا هر کسی که سر رشته‌ای از شیمی دارد، فرق بین یک جسم ساده اورگانیک مانند بنزن و … و یک جسم پلیمری را می‌داند. اولین و عمده‌ترین فرقی که بین این دو نوع ماده وجود دارد، جرم مولکولی آنهاست. پلیمرها جرم مولکولی بسیار بالا از ۱۰۰۰۰ تا چندین میلیون دارند. پس جرم مولکولی ، شاخص تمایز بین جسم ساده اورگانیک و اجسام پلیمری است.
انواع پلیمرها
پلیمرها را به سه گروه عمده تقسیم می‌کنند:
بیوپلیمرها یا پلیمرهای طبیعی مانند سلولز ، نشاسته ، پروتئینها و …
پلیمرهای معدنی مانند الماس ، گرافیت ، اکثر اکسیدهای فلزی و …
پلیمرهای سنتزی پلیمرهایی هستند که منشا آنها عموما مونومرهایی از نفت خام و قطران زغال سنگ است و ما با انجام فرآیندهایی ، پلیمرهای بسیار مفید می‌سازیم که امروزه زندگی بدون آنها ممکن نیست. با این فرایندها بطور کلی آشنا می‌شویم.
پلیمریزاسیون افزایشی
در این نوع پلیمریزاسیون ، از ترکیباتی که بند دوگانه (C ═ C) دارند، پلیمر می‌سازند. مثل تولید پلی اتیلن از اتیلن.
پلی اتیلن
C2H4 → (─ C2H4 ─)n
در این واکنش ، اتیلن در اثر حرارت به پلی اتیلن تبدیل می‌شود. جرم مولکولی پلی اتیلن بین ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰۰ می‌تواند متفاوت باشد. یعنی بر حسب شرایط ، درجه پلیمریزاسیون یعنی همان n مولکول پلیمر را می‌توان کم یا زیاد کرد.
آکریلان
n(CH2 ─ CHCN) → (─ CH2 ─ CHCN─)n
این پلیمر نیز از مشتقات اتیلن است. مونومر این پلیمر ، سیانید ونیل (آکریکونیتریل) است.
PVC
CH2 ═ CHCl → (─ CH2 ─ CHCl)n
پلی وینیل کلراید یا PVC نیز از پلیمریزاسیون کلرید وینیل CH2 ═ CHCl بوجود می‌آید.
کائوچو
کائوچو بر دو نوع است:
کائوچوی طبیعی:
کائوچوی طبیعی که از شیره درختی به نام Hevea بدست می‌آید، از پلیمریزاسیون هیدروکربنی به نام ۲- متیل -۳ , ۱- بوتادین معروف به ایزوپرن به فرمول CH2 ═ C (CH3) ─ CH ─ CH2 بوجود می‌آید:
CH2 ═ C (CH3) ─ CH ─ CH2 → (─ CH2 ─ C CH3 ═ CH ─ CH3)n
کائوچوی مصنوعی:
چون در فرمول ساختمانی کائوچوی طبیعی پیوند دوگانه وجود دارد، به همین دلیل وقتی کائوچو را با گوگرد حرارت دهیم، این مونومرها پیوند پی خود را باز می‌کنند و با ظرفیتهای آزاد شده ، اتم گوگرد را می‌گیرند. در نتیجه کائوچو به لاستیک تبدیل می‌گردد. حرارت دادن کائوچو با گوگرد و تولید لاستیک را اصطلاحا ولکانیزاسیون (Vulcanization) می‌نامند و به همین دلیل لاستیک حاصل را نیز کائوچوی ولکانیزه گویند.
چند نوع کائوچوی مصنوعی نیز ساخته‌اند که از موادی مانند ۱,۳- بوتادین و جسمی به نام ۲- کلرو ۳ , ۱- بوتادین معروف به کلروپرن به فرمول CH2 ═ CHCl ─ CH ═ CH2 و جسم دیگری به فرمول CH2 ─ C(CH3) ─ C(CH3) ═ CH2 به نام ۳ , ۲- دی متیل – ۳ , ۱- بوتادین به تنهایی یا مخلوط درست شده‌اند.
کلروپرن بسهولت پلیمریزه شده و به نوعی کائوچوی مصنوعی به نام نئوپرن تبدیل می‌شود.
لینک کوتاه مطلب
برای کپی کلیک کنید
