• لاستیک گسترسامه
• 20 آذر 1401
• 206

طبقه بندی پلیمرها

 طبقه بندی پلیمرها – منشأ تولید

پلیمرها از این جهت که توسط کدام عامل زیستی یا غیرزیستی تهیه می شوند به دو دسته طبیعی و مصنوعی (به عنوان مثال در درس های علوم نهم هم به این مورد با این عنوان پرداخته شد است… پلیمر مصنوعی چیست علوم نهم) مطابق آنچه که در شکل 1 نشان داده شده است تقسیم می گردند. پلیمرهای طبیعی همان مواد زیستی بزرگ مولکول مانند پلی ساکاریدها (نشاسته، سلولوز، کیتوسان و آلجینات) پروتئین (کلاژن و ژلاتین و فیبرین) و لاستیک طبیعی هستند. این مواد که قابل استخراج از موجودات زنده هستند، علاوه بر کاربردهای صنعتی مواد زیست سازگارند که توانایی تعامل با اجزای موجود زنده را دارند. در کاربردهای مهندسی پزشکی به وفور استفاده می گردند. لذا اغلب این مواد قابلیت سنتز نداشته و منشأ زیستی دارند.

از سوی دیگر پلیمرهای مصنوعی با به هم آمیختن مواد پایه کوچک مولکولی و تبدیل آنها به مواد بزرگ مولکول سنتز می شوند. پایه اصلی این مواد معمولاً نفت و گاز طبیعی است و در ساختمان آنها کربن و هیدروژن به وفور یافت می شود. چند دسته عمده از زیرمجموعه های پلیمرهای مصنوعی شامل الاستومرها و پلاستیک ها هستند.

شکل 1: انواع پلیمرها (طبیعی و مصنوعی)

طبقه بندی پلیمرها – ساختار

روش دیگر دسته بندی پلیمرها براساس ساختار زنجیره مولکولی است که عموماً به ساختارهای خطی، شاخه ای، متصل عرضی و شبکه ای یا سه بعدی دسته بندی می گردند. شکل 2 تصویر شماتیک این ساختارها را نشان می دهد. در ساختارهای خطی واحدهای تکرارشونده در غالب موارد بدون تشکیل شاخه در امتداد یک زنجیره به هم متصل شده اند. در شکل 2- الف هر دایره به معنی یک واحد تکرارشونده است علاوه بر این در ساختارهای خطی احتمال حضور پیوندهای واندروالسی و هیدروژنی نیز وجود دارد. پلیمرهای رایج شامل پلی استایرنف، پلی وینیل کلراید، پلی متیل اکریلاتف تفلون ها و الاستومرها معمولاً دارای ساختارهای خطی هستند.

انواع ساختار مولکولی پلیمرها

گاهی اوقات زنجیره های فرعی ثانویه ای از زنجیره های اصلی در حین واکنش های پلیمریزاسیون مطابق شکل انشعاب می گیرند. در اثر شکل گیری این زنجیره ها فشردگی آنها کاهش یافته و باعث کاهش چگالی پلیمر می شود. از این ساختارها به پلیمرهای شاخه تعبیر می شود.

• در دسته اول از این نوع میل زیادی به شاخه ای شدن در حین واکنش های انتشار زنجیره اصلی وجود دارد. از جمله این موارد می توان به پلی اتیلن اشاره کرد که بعضاً به علت ساختار کوچک واحد تکرارشونده تمایل بسیار زیادی به حلقه بنزنی امکان تشکیل ساختارهای شاخه را ندارند.
• در دسته دوم پلیمرهایی قرار دارند که به صورت ستاره ای شکل گرفته اند. این پلیمرها به سه صورت هسته ابتداف شاخه ابتدا و هیبرید سنتز می گردند. دنریمرها از خانواده این گروه شناخته می شوند.
• دسته سوم شامل کوپلیمرهای بلوکی پیوندی است که در آنها زنجیره اصلی از جنس یک پلیمر بوده و شاخه های آن از نوع پلیمری متفاوت است.

با توجه به تشکیل زنجیره های طولانی در ساختار پلیمرهای خطی و شاخه ای این زنجیره ها به صورت درهم تنیده قرار گرفته و گره می خورند. این نوع گره خوردگی منجر به اتصالات از نوع فیزیکی می شوند که در اثر تنش یا اعمال عملیاتی حرارتی شروع به حرکت می کنند. به منظور استفاده از پلیمرها در برخی از کاربردها نیاز است تا بین زنجیره های پلیمری به صورت شیمیایی اتصالاتی برقرار گردد.

پیوندهای کوالانسی و اتصالات عرضی در پلیمرها

زنجیره های پلیمری از طریق اتصالات عرضی در نقاطی با پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل می شوند این دسته از پلیمرها عموماً از پلیمرهای خطی و شاخه ای تولید می شوند که از این موارد می توان به ایجاد اتصالات عرضی در پلیمرهای خطی نظیر الاستومرها و پلیمرهای زیستی (جهت تولید لاستیک، هیدروژل و غیره) سامانه های دوجزئی (جهت تولید فوم، چسب و کامپوزیت) و پلیمرهای شاخه ای (جهت تولید لوله های سبز انتقال آب) به عنوان پلیمرهای دارای اتصالات عرضی اشاره کرد. این ساختارها عمدتاً غیرقابل بازگشت بوده و قابلیت فرآیندپذیری مجدد به مانند پلیمرهای خطی و شاخه ای ندارند. لاستیک به عنوان دسته اول پلیمرهای دارای اتصالات عرضی در اثر اختلاط الاستومرها با عوامل ایجاد کننده دارد.

ساختارهای متصل عرضی در رزین ها

رزین ها به عنوان جزء دوم که معمولاً رزین سخت کننده نام دارد تولید ساختارهای متصل عرضی می کنند. این مواد در ساخت کامپوزیت ها بیشترین استفاده را دارند. دسته سوم پلیمرهای شاخه ای هستند که در اثر واکنش های بعضاً رادیکالی تولید پلیمرهای متصل عرضی می کنند. در واقع در این دسته شاخه ها به صورت شیمیایی با زنجیره های پلیمری در ارتباط بوده و عوامل ایجاد کننده اتصالات عرضی شاخه ها هستند. بنابراین در تحلیلی کلی می توان گفت که در پلیمرهای متصل عرضی عمدتاً عوامل ایجادکننده اتصالات به ترتیب شامل مواد کوچک مولکول دو ظرفیتی (نظیر گوگرد، پراکسید، گروه های غیراشباع و …) الیگومر متفاوت از زنجیره اصلی و شاخه های همگون با زنجیره اصلی هستند.

ساختارهای شبکه ای در پلیمرها

در طبقه بندی ساختار پلیمرهای دیگری نیز هستند که در حین سنتز به صورت ساختارهای شبکه ای تولید می شوند از این دسته از پلیمرها می توان به انواع پلیمرهای شبکه ای درهم نفوذ کرده اشاره کرد.

شکل2: انواع ساختار مولکولی پلیمرها: الف) خطی، ب) شاخه ای، ج) متصل عرضی، د) شبکه ای

در خصوص پلیمرهای خطی و شاخه ای ذکر این نکته ضروری است که این دسته از طبقه بندی پلیمرها از لحاظ ساختاری خود به دو گروه ایزومر فضایی و هندسی تقسیم می شوند. در پلیمرهای ایزومر فضایی طرز قرار گرفتن گروه های جانبی روی زنجیره اصلی در صفحات مختلف تفاوت می کند. این حال بیشتر در خصوص پلی الفین هایی نظیر پلی پروپیلن مطرح می شود.

چنانچه گروه های آلکان متصل به زنجیر در یک صفحه استقرار داشته باشند ایزومر ایزو خواهد بود. در حالتی که گروه ها به صورت یک در میان در صفحات مختلف قرار گیرند ایزومرپلیمری از نوع سیندیو و در حالت رندم از نوع بی نظم یا آتالیک می باشد. این سه حالت برای پلیمر وینیلی در شکل 3 نشان داده شده است.

شکل 3: ایزومرهای ساختاری پلیمر وینیلی

ایزومرهای هندسی

اطلاق ایزومرهای هندسی در پلیمرها بیشتر برای ایزوپرن و بوتادین مطرح می گردد. نحوه استقرار گروه های جانبی متصل به زنجیره اصلی این دسته از ایزومر برخلاف ایزومر فضایی در صفحات یکسانی قرار دارند؛ لیکن بسته به نزدیکی و یا دوری گروه های جانبی از هم متفاوت هستند. چنانچه این گروه ها در نزدیکی یکدیگر استقرار داشته باشند ایزومر از نوع سیس و درغیر اینصورت از نوع ترانس خواهد بود (شکل 4).

شکل 4: انواع ایزومر هندسی در ایزوپرن