پلیمرها و ساختار آنها

پلیمر و فرآیند پلیمریزاسیون

مواد مصنوعی(پلیمر)

بشر با تلاش برای دستیابی به مواد جدید، با استفاده از مواد آلی (عمدتا هیدروکربن‌ها) موجود در طبیعت به تولید مواد مصنوعی نایل شد. این مواد عمدتا شامل عنصر کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و گوگرد بوده و به نام مواد پلیمری معروف هستند. پلیمرها یا مواد مصنوعی کاربردهای وسیعی، از جمله در ساخت وسایل خانگی، اسباب بازی‌ها، بسته بندی‌ها، کیف و چمدان، کفش، میز و صندلی، شلنگ‌ها و لوله های انتقال آب، مواد پوششی به عنوان رنگ‌ها برای حفاظت از خوردگی و زینتی، لاستیک‌های اتومبیل و بالاخره به عنوان پلیمرها مهندسی با استحکام بالا حتی در دماهای نسبتا بالا درساخت اجزایی از ماشین آلات، دارند.

 

مزایای پلیمرها

پلیمرها خواص فیزیکی و مکانیکی نسبتا خوب و مفیدی دارند. آنها دارای وزن مخصوص پایین و پایداری خوب در مقابل مواد شیمیایی هستند. بعضی از آنها شفاف بوده و می‌توانند جایگزین شیشه ها شوند. اغلب پلیمرها عایق الکتریکی هستند.اما پلیمرهای خاصی نیز وجود دارند که تا حدودی قابلیت هدایت الکتریکی دارند. عایق بودن پلیمرها به پیوند کووالانسی موجود بین اتم ها در زنجیرهای مولکولی ارتباط دارد. اما تحقیقات انجام شده در سال های اخیر نشان داد که امکان ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی در امتداد محور مولکول ها وجود دارد. این نوع پلیمرها اساسا از پلی استیلن تشکیل شده اند.

 

دوپینگ پلیمرها

با نفوذ دادن عناصری مانند فلزات قلیایی یا هالوژنها (فرایند دوپینگ) به زنجیرهای مولکولی پلی استیلن به ترتیب نیمه هادی های پلیمری از نوعNوPبه دست می‌آیند. افزودن عناصر یا دوپینگ سبب می‌شود که الکترون‌ها بتوانند در امتداد اتم‌های کربن در زنجیر حرکت کنند. تفلون از مواد پلیمری است که به دلیل ضریب اصطکاک پایینی که دارد به عنوان پوشش برای جلوگیری از چسبیدن مواد غذایی در وسایل پخت و پز استفاده می‌شود.

 

ساختار پلیمرها

اغلب پلیمرهای متداول از پلیمریزاسیون مولکول‌های ساده آلی به نام مونومر به دست می‌آیند. برای مثال پلی اتیلن (PE)پلیمری است که از پلیمریزاسیون با افزایش (ترکیب) چندین مولکول اتیلن به دست می آید. هر مولکول اتیلن یک منومر نامیده می‌شود. با ترکیب مناسبی از حرارت، فشار و کتالیزور، پیوند دوگانه بین اتم های کربن شکسته شده و یک پیوند ساده کووالانسی جایگزین آن می‌شود. اکنون دو انتهای آزاد این منومر به رادیکال های آزاد تبدیل می‌شود، به طوری که هر اتم کربن یک تک الکترون دارد که می تواند به رادیکالهای آزاد دیگر افزوده شود. از این رو در اتیلن دو محل (مربوط به اتم کربن) وجود دارد که مولکول های دیگر می توانند در آنجا بدان ضمیمه شوند.

این مولکول با قابلیت انجام واکنش، زیر بنای پلیمرها بوده و به (مر) یا بیشتر واحد تکراری موسوم است. واحد تکراری در طول زنجیر مولکول پلیمر به تعداد دفعات زیادی تکرار میشود. طول متوسط پلیمر به درجه پلیمرزاسیون یا تعداد واحدهای تکراری در زنجیر مولکول پلیمر بستگی دارد.

بنابراین نسبت جرم مولکولی پلیمر به جرم مولکولی واحد تکراری به عنوان (درجه پلیمریزاسیون) تعریف شده است. با بزرگتر شدن زنجیر مولکولی (در صورتی که فقط نیروهای بین مولکولی سبب اتصال مولکولها به یکدیگر شود) مقاومت حرارتی و استحکام کششی مواد پلیمری هر دو افزایش می یابند.

 

فرآیند پلیمریزاسیون

به طور کلی فرایند پلیمریزاسیون می‌تواند به صورتهای مختلفی مانند افزایشی، مرحله‌ای و … انجام گیرد. در پلیمریزاسیون افزایشی، تعدادی از واحدهای تکراری به یکدیگر اضافه شده و مولکول بزرگتری را به نام پلیمر تولید می کنند. در این نوع پلیمریزاسیون ابتدا در مرحله اول رادیکال آزاد، با دادن انرژی (حرارتی، نوری) به مولکول های اتیلین با پیوند دوگانه و شکست پیوند دوگانه، به وجود می آید.

سپس رادیکال های آزاد با اضافه شدن به واحدهای تکراری مراکز فعالی به نام آغازگر شکل می‌گیرند و هر یک از این مراکز به واحدهای تکراری دیگر اضافه شده و رشد پلیمر ادامه می‌یابد. از نظر تئوری درجه پلیمریزاسیون افزایشی می تواند نامحدود باشد، که در این صورت مولکول زنجیره ای بسیار طویلی از اتصال تعداد زیادی واحدهای تکراری به یکدیگر شکل می گیرد.

اما عملا رشد زنجیر به صورت نامحدود صورت نمی گیرد. هر چه قدر تعداد مراکز فعال یا آغازگرهای شکل گرفته بیشتر باشد، تعداد زنجیرها زیادتر و نتیجتا طول زنجیرها کوچکتر می‌شود و بدین دلیل است که خواص پلیمرها تغییر می‌کند. البته سرعت رشد نیز در اندازه طول زنجیرها موثر است. هنگامی که واحدهای تکراری تمام و زنجیرها به یکدیگر متصل شوند، رشد خاتمه می‌یابد.

از دیگر روش‌های پلیمریزاسیون، پلیمریزاسیون مرحله‌ای است که در آن منومرها با یکدیگر واکنش شیمیایی داده و پلیمرهای خطی را به وجود می‌آورند. در بسیاری از واکنش‌های پلیمریزاسیون مرحله ای مولکول کوچکی به عنوان محصول فرعی شکل می گیرد. این نوع واکنش‌ها گاهی پلیمریزاسیون کندنزاسیونی نیز نامیده می‌شوند.

 

نویسنده: تیم تولیدمحتوای آبریزان

اشتراک گذاری :

دیدگاه خود را ارسال کنید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

برای درج نظر می بایست لاگین کنید

مقالات مرتبط

تاثیر کلرین و کلراید بر فلزات استنلس استيل
1403/11/17

تاثیر یون کلر بر فولادهای ضدزنگ

تاثیر پارامترهای کلر و کلراید بر خوردگی فولادهای زنگ نزن و پارامترهای تاثیر گذار بر ایجاد نرخ خوردگی در آنها و همچنین حدود پذیرش مقادیر یون های کلر در آب و تفاوت های اثر کلر آزاد و کلرید بر روی خوردگی های فولاد های مقاوم به خوردگی بیان شده است.

خوردگی ناشی از سود کاستیک
1403/10/23

خوردگی کاستیک

خوردگی موضعی ناشی از غلظت نمک های سوزآور یا قلیایی که معمولاً در شرایط تبخیر یا انتقال حرارت بالا رخ می دهد. نمک سوزآور یا سود کاستیک یکی از پرکاربردترین ترکیبات یونی می باشد و در صنایع مختلف از جمله صنعت تصفیه آب، تولید کارتن و کاغذ، صنایع نفت و پالایشگاه ها، صنایع تولید آلومینیوم، صنایع غذایی، الکل سازی و شیشه مورد استفاده قرار میگیرد.

خوردگی درون سیستم خنک کننده
1403/10/19

خوردگی و رسوب آب کولینگ بر اساس API 571

به خوردگی عمومی یا خوردگی موضعی فولادهای کربنی و سایر فلزات که ناشی از نمک های حل شده، گازها، ترکیبات آلی یا فعالیت میکروبیولوژیکی است، گفته می شود.

خوردگی میکروبیولوژیکی
1403/10/16

خوردگی میکروبی بر اساس API 571

خوردگی میکروبی نوعی خوردگی ناشی از ارگانیسم های زنده نظیر باکتری، جلبک یا قارچ است. این نوع خوردگی اغلب همراه با تابرکل یا مواد آلی لزج است.

خوردگی در محیط های مختلف
1403/10/05

فرآیند خوردگی در محیط های مختلف

فرآیندهای خوردگی در یک طبقه بندی جامع تر به سه گروه، خوردگی در محلول ها یا محیط های آبی، خوردگی در نمک های مذاب و فلزات مایع و خوردگی در گازها تقسیم می گردند.

بازدارنده خوردگی محلول در نفت
1403/10/05

بازدارنده خوردگی محلول در نفت جهت حفاظت از تجهیزات انتقال و ذخیره سازی نفت

خوردگی یک پدیده ی طبیعی است که در اثر واکنش الکتروشیمیایی فلز با محیط اطراف اتفاق می افتد. در صنایع نفت و گاز، خوردگی یکی از مشکلات عمده به شمار می رود که سالانه مبلغ هنگفتی را به خود اختصاص می دهد. بخشی از این مبالغ مربوط به خوردگی لوله ها یا خطوط انتقال نفت است. راه های جلوگیری موثر از خوردگی تجهیزات انتقال و ذخیره سازی نفت به دو دسته ی راهکارهای فیزیکی و شیمیایی تقسیم بندی می شوند.

کوپن گذاری خوردگی
1403/10/05

کوپن گذاری (فرو رونده)

روش کوپن گذاری یا کوپن های خوردگی، ساده ترین روش پایش خوردگی است. کوپن ها قدیمی ترین ابزار پایش خوردگی هستند. کوپن های خوردگی، قطعات کوچک فلزی یا آلیاژی از جنس ماده مورد نظر می باشند که در جریان محیط فرآیند فرو رفته و پس از طی یک دوره زمانی مشخص برداشته شده و کاهش وزن یا ابعاد آن ها مورد ارزیابی و بررسی قرار می گیرد.

دی اریتورها
1403/10/05

دی اریتورها (deaerators)

دی اریتورها، دستگاه های مکانیکی هستند که گازهای حل شده را از منبع تغذیه دیگ بخار خارج می کنند. با کاهش غلظت اکسیژن و دی اکسیدکربن محلول خوردگی را به حداقل می رساند و بویلر را از تأثیر گازهای خورنده محافظت می کند.