پلیمرها یکی از مهم ترین مواد هستند که زندگی بدون آنها تقریبا سخت خواهد بود. پلیمر یا بسپار، نقش مهمی در تولید وسایل پلاستیکی مثل بدنه پلاستیکی تجهیزات الکتریکی، ظرف، وسایل اداری، بسته بندی محصولات مختلف و … دارد. در ادامه این مقاله به بررسی بیشتر پلیمر می پردازیم.
پلیمر چیست؟
پلیمر مولکول های بزرگی است که با اتصال صدها مونومر به یکدیگر به شکل زنجیره های بلند ایجاد می شود. نام دیگر پلیمر، بسپار است و پلیمر از کلمات یونانی “پلی” به معنای چند و “مر” به معنی بخش تشکیل شده است. پلیمر ماده ای بسیار کاربردی است که دارای خواص زیادی می باشد و در صنایع مختلفی هم کاربرد دارد.
مونومر و پلیمریزاسیون چیست؟
مونومر کوچکترین واحد تشکیل دهنده پلیمر است که در به تعداد زیادی در آن وجود دارد. اگر یک تسبیح را پلیمر فرض کنید، در واقع دانه های تسبیح همان مونومر هستند. پلیمریزاسیون فرآیند پیوند دادن همین مونومرها از طریق یک سری واکنش شیمیایی به یکدیگر است. در واقع با طی این فرآیند، می توان یک مولکول بزرگ پلیمر را ایجاد کرد.
دسته بندی انواع پلیمر
پلیمر ها بر اساس کاربرد و ساختار شان به دو نوع مهندسی و رایج تقسیم بندی می شوند. البته می توان آنها را از طرق مختلف دسته بندی کرد که مرسوم ترین آنها در ادامه مطرح شده است.
طبقه بندی پلیمر بر اساس منشاء
پلیمرها از لحاظ منشاء، به سه دسته طبیعی، سنتزی، نیمه سنتزی تقسیم می شوند. در پایین این دسته بندی ها شرح داده شده است:
- پلیمر طبیعی: این پلیمرها در طبیعت و از مواد موجود در آن تشکیل شده اند. این مواد شامل پشم، ابریشم، لاستیک طبیعی، سلولز، پروتئین، نشاسته و … هستند.
- پلیمر سنتزی یا مصنوعی: پلیمرهای سنتزی یا مصنوعی، موادی هستند که از مولکول هایی با وزن کم ایجاد می شوند؛ مانند نایلون ها، پلی اتیلن، پلی استر، رابرهای مصنوعی، پی وی سی، تفلون و … .
- پلیمر نیمه سنتزی: پلیمر نیمه سنتزی، از اصلاح شیمیایی پلیمرهای طبیعی تشکیل می شوند. مانند سلولز استات، سلولز نیترات و … .
انواع پلیمر بر اساس رفتار در مقابل حرارت
پلیمرها از لحاظ رفتار در مقابل حرارت به دو دسته ترموپلاستیک و ترموست تقسیم می شوند:
- ترموپلاستیک ها: ترموپلاستیک ها، پلیمرهای گرمانرمی هستند که در حرارت به راحتی تغییر شکل می دهند و سپس برای تولیدات در دمای پایین قرار می گیرند و خنک و سخت می شوند. مانند پلی اتیلن، پی وی سی، پلی پروپیلن، پلی استایرن و … . ترموپلاستیک ها شامل زنجیره های بلندی هستند که هریک می تواند زنجیره های جانبی دیگری داشته باشد.
ترموپلاستیک ها در طی فرآیند شکل دهی، در مقابل حرارت هیچ واکنش شیمیایی ندارند. ترموپلاستیک ها زمانی که در مقابل حرارت قرار می گیرند، قابل جریان یافتن هستند و به راحتی شکل قالب های مختلف را می گیرند. - ترموست ها: ترموست ها، بر خلاف ترموپلاستیک ها پلیمرهای گرماسختی هستند که در برابر حرارت غیر قابل ذوب هستند. این پلیمرها دارای پیوندهای عرضی هستند که قابل استفاده مجدد نیستند.در رزین های ترموست گروه های فعال مولکولی طی فرآیند تولید پیوندهای عرضی بین مولکول ها را تشکیل می دهند. این پیوندهای عرضی ایجاد شده یا به اصطلاح پخت شدن ماده، امکان نرم شدن ماده در حرارت را نمی دهد.مواد ترموست اغلب به صورت کامپاندهای نیمه پلیمریزه شده یا ترکیب پلیمر با مونومر عرضه می شوند تا تولیدی های دیگر بتوانند آنها را به شکل مورد
نظر درآورده و آن را پخت کنند.در واقع ترموست ها با روش هایی مانند گرمادهی یا تشعشع و … پخته می شوند. فرآیند پخت به دلایل عرضی که در بالا ذکر شد غیرقابل برگشت است. یعنی اگر این مواد در گرما قرار بگیرند جامد می مانند تا جایی که تخریب شوند. از مهم ترین ترموست ها می توان فلونیک ها، اوره، ملامین، اپوکسی، آلکید ها، پلی استرها، سیلیکون و یورتال را نام برد.
انواع پلیمر از لحاظ ساختار زنجیره ها
پلیمرها از نظر ساختار به سه دسته خطی، شاخه ای و دارای پیوند عرضی تقسیم می شوند:
- پلیمرهای خطی: در این نوع پلیمر، مونومرها با اتصال به هم دیگر، زنجیره های بلندی را تشکیل می دهند. این نوع پلیمر، هیچ شاخه جانبی ندارد و مولکول های آن به یکدیگر نزدیک بوده و معمولا چگالی، نقطه ذوب و استحکام کششی بالایی دارند؛ مانند HDPE و نایلون.
- پلیمرهای شاخه ای: این دسته از پلیمرها نیز دارای زنجیره های بلند و مستقیمی هستند با تفاوت اینکه شاخه های جانبی و متفاوتی نیز دارند. به همین دلیل مولکول های نامنظمی دارند، چگالی کمتر، استحکام کششی و نقطه ذوب کمتری دارند.
- پلیمرهای دارای پیوندهای عرضی و شبکه ای: در این نوع پلیمرها، واحدهای تکرار شونده به یکدیگر متصل می شوند و شبکه ای سه بعدی را تشکیل می دهند. این واحدها از طریق پیون های عرضی ارتباط دارند. به دلیل نوع ساختار شبکه و متصل شدن واحد ها به یکدیگر، سخت و شکننده هستند. از مهم ترین آنها می توان ملامین ها، رزین فرمالدئیدها، لاستیک های پخت شده و … را نام برد.
انواع پلیمرها بر اساس مونومر
پلیمرها با توجه به نوع مونومر موجود در آنها به دو دسته هموپلیمر و کوپلیمر تقسیم می شوند.
- هموپلیمر: پلیمری که تنها شامل یک نوع مونومر مشخص می باشد و همان مونومر در زنجیره هایش تکرار می شود. این پلیمرها، هموپلیمر نام دارند. مانند پلی اتیلن (که شامل یک مونومر اتیلن است) و پلی وینیل کلراید (شامل یک مونومر وینیل کلراید) و …
- کوپلیمر: این مواد پلیمرهایی هستند که از دو نوع مونومر تشکیل شده اند و این مونومرها در زنجیره هایشان تکرار شده است مثل نایلون 66. که اگر مونومرهای آن 3 عدد افزایش یابد، به آن ترپلیمر می گویند مانند ABS و اکریلونیتریل بوتادین استایرن.
انواع پلیمرها از لحاظ آرایش تاکتیسیته
تاکتیسیته یعنی قرار گرفتن گروه های جانبی در فضا. در ادامه انواع پلیمر از لحاظ آرایش تاکتیسیته بیان شده است:
- ایزوتاکتیک ها: کانفیگوراسیون سر به دم که در آن هر گروه در یک طرف زنجیره به صورت جداگانه قرار گیرد، ایزوتاکتیک نام دارد.
- اتاکتیک ها: اگر این گروه ها در هر طرف زنجیره به صورت تصادفی قرار بگیرند، به آنها اتاکتیک می گویند.
- سیندیو تاکتیک ها: اگر این گروه ها به صورت یکی در میان در اطراف زنجیره قرار بگیرند، به آنها سیندیو تاکتیک می گویند.
مزایای پلیمر
پلیمرها مزایایی دارند که علت استفاده گسترده شان در صنایع مختلف می باشند. در زیر، این مزایا به صورت خلاصه آمده است:
- مراحل ساخت آن ساده است.
- ارزان هستند.
- مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارند.
- انعطاف پذیر هستند.
محدودیت های پلیمر
مولکول های پلیمر با اندازه های مختلف کنار همدیگر قرار گرفته اند و پیوند میان زنجیره های کناری در آنها از نوع بسیار ضعیف واندروالس و قطبی است. به همین دلیل دارای محدودیت های زیر می باشد:
- نقطه ذوب ثابتی ندارند.
- در دمای محیط جامد هستند.
- در برابر اکسیژن و اشعه ماورابنفش و باکتری ها مقاومت ندارند.
- در دمای پایین تر از محیط ترد هستند.
- ساختار بی شکل، بلوری و ترکیب این دو را دارند.
- در دمای بالا می سوزد.
کاربرد پلیمر در صنایع مختلف
پلیمرها به دلیل خواصی که دارند، در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. در ادامه کاربرد پلیمرها در صنایع مختلف شرح داده شده است:
- تولید قطعات خودرو مانند لوازم داخلی، سیستم های سوخت و روانکاری، لاستیک و … .
- تولید بسته بندی مواد غذایی، دارویی و شیمیایی.
- ساخت لوازم خانگی مثل مبلمان و کفپوش.
- در صنعت ساختمان برای تولید لوله ها، پوشش سقف، در و پنجره و … .
- صنعت هواپیما برای ساخت بال های هواپیما، شیشه های مقاوم و … .
- تولید لوازم ورزشی مانند توپ، کیف ورزشی، راکت و … .
نحوه انتخاب پلیمر مناسب
انتخاب یک پلیمر مناسب بستگی به عواملی مانند نوع استفاده و خواص فیزیکی و شیمیایی دارد. به طور کلی برای انتخاب یک پلیمر مناسب، باید نکات زیر در نظر گرفته شوند.
خواص مکانیکی پلیمر
خواص مکانیکی شامل، مقاومت، انعطاف پذیری، وزن و سایر خصوصیات فیزیکی ماده می شود.
خواص حرارتی پلیمر
خواص حرارتی شامل دمای نرم شدن، دمای کاری، مقاومت در برابر حرارت و خواص دیگر مربوط به حرارت است.
خواص شیمیایی پلیمر
مقاومت در برابر مواد شیمیایی مختلف مثل اسیدها و بازها، میزان حل شدن در حلال های مختلف، ویژگی های الکتریکی و … مواردی هستند که باید به عنوان خصوصیات شیمیایی پلیمر در انتخاب در نظر گرفته شوند.
قابلیت پردازش پلیمر
برای انتخاب پلیمرهایی با پردازش بالا برای تولید قطعات با شکل های پیچیده، مانند لوازم پزشکی، الکترونیکی و … باید این نکته در نظر گرفته شود.
شفافیت پلیمر
یکی از نکاتی که باید در انتخاب پلیمر رعایت شود، شفافیت ماده است. برای مثال در کاربردهایی مانند بسته بندی، پوشش ها، لوازم التحریر و … شفافیت بسیار مهم است.
هزینه پلیمر
هزینه تولید، قیمت مواد در بازار، قابلیت دسترسی به مواد اولیه و عوامل دیگری که با هزینه های اقتصادی مرتبط هستند، از دیگر نکاتی است که باید در هنگام انتخاب پلیمر رعایت شود.
جمع بندی
به طور کلی پلیمر ماده ای است که کاربردهای زیادی در صنایع مختلف دارد. در واقع ماده مهمی است و بدون آن تقریبا خیلی از کارها برای ما سخت می شد و خیلی از وسایل را نداشتیم. پلیمرها دو نوع مهندسی و رایج دارند؛ اما می توان آنها را بر اساس خواص شان به دسته های بیشتری تقسیم کرد. پلیمرها مزایای بسیاری دارند و در کنار این مزایا محدودیت هایی هم دارند. برای انتخاب و خرید یک پلیمر مناسب، نکاتی وجود دارد که با توجه به هزینه ای که می شود، باید در نظر گرفته شوند.
وکیوم آرتا پلاست با ارائه خدماتی مانند وکیوم فرمینگ، ظروف بسته بندی طلقی، ظروف طلقی استوانه ای، دیامات و… میتواند شما را در تولید محصولات مورد نیازتان یاری کند.