بسپار
از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد.
بسپار، یا پُلیمر، از دیدگاه شیمیایی، مولکولی با زنجیرهٔ بلند و وزن مولکولی بسیار زیاژ (معمولاً در حد صدها هزار) است. به همین دلیل اصطلاح ماکرومولکول‌ها برای ارجاع به مواد پلیمری بکار می‌رود. متون تجاری گاهی به بسپارها بصورت رزین ارجاع می‌دهند. این اصطلاح قدیمی به قبل از زمان درک ساختار شیمیایی زنجیره‌های بلند برمی‌گردد.
اولین بسپارهای مهم باکلیت و نایلون بودند.
فهرست مندرجات |
[ویرایش] تاریخچهٔ پلیمرهای سنتزی
- پلی (فنول-کو-فرمالدئید) - ۱۹۰۳
- پلی (وینیل کلراید) - ۱۹۲۷
- پلی (استایرن-استات-بوتادین) - ۱۹۲۹
- پلی استایرن - ۱۹۳۰
- پلی (متیل متاکریلات) - ۱۹۳۶
- نایلون ۶۶ (پلی‌آیمد ۶۶) - ۱۹۳۶
- نئوپرن (کلروپرن) - ۱۹۳۶
- پلی‌اتیلن - ۱۹۳۹
- پلی (دی متیل سیلوکسان) - ۱۹۴۳
- پلی (اتیلن ترفتالات) - ۱۹۵۴
- پلی (p-فنیلن ترفلامید) - ۱۹۶۰
- پلی اتریمید - ۱۹۸۲
بشر برای دستیابی به مواد جدید، با استفاده از مواد آلی (عمدتاً هیدروکربن‌ها) موجود در طبیعت به تولید مواد مصنوعی نایل شد. این مواد عمدتاً شامل عنصر کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و گوگرد بوده و به نام مواد بسپاری یا پلیمری معروف هستند. مواد بسپاری کاربردهای گسترده‌ای، از جمله در ساخت وسایل خانگی، اسباب بازی‌ها، بسته‌بندی‌ها، کیف و چمدان، کفش, میز و صندلی، شلنگها و لولههای انتقال آب و گاز، مواد پوششی به عنوان رنگ‌ها برای حفاظت از خوردگی و زینتی, تایرهای خودرو و بالاخره به عنوان بسپارهای مهندسی با استحکام زیاد حتی در دماهای نسبتاً کم یا بالا در ساخت اجزایی از ماشین آلات، دارند.
بسپارها خواص فیزیکی و مکانیکی نسبتاً خوب و مفیدی دارند. آنها دارای چگالی کم و پایداری خوب در مقابل مواد شیمیایی هستند. بعضی از آنها شفاف بوده و میتوانند جایگزین شیشه شوند. اغلب بسپارها عایق الکتریکی هستند. اما بسپارهای خاصی نیز وجود دارند که تا حدودی قابلیت هدایت الکتریکی دارند. عایق بودن بسپارها به پیوند کووالانسی موجود بین اتم‌ها در زنجیرهای مولکولی ارتباط دارد. اما پژوهش‌های انجام شده در سال‌های اخیر نشان داد که امکان ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی در برخی از بسپارها وجود دارد. مهم‌ترین این نوع بسپارها پلی‌استیلن، پلی‌آنیلین و پلی‌تیوفن تشکیل شده‌اند. با نفوذ دادن عناصری مانند فلزات قلیایی یا هالوژن‌ها (فرایند دوپینگ) به زنجیرهای مولکولی پلی‌استیلن به ترتیب نیمه‌هادی‌های بسپاری از نوع N و P به دست می‌آیند. افزودن عناصر یا دوپینگ سبب می‌شود که الکترون‌ها بتوانند در امتداد اتم‌های کربن در زنجیر حرکت کنند. تفلون از مواد بسپاری دیگری 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.
[ویرایش] ساختار بسپارها
اغلب بسپارهای متداول از بسپارش مولکول‌های ساده آلی به نام تکپار یا منومر به دست می‌أیند. برای مثال پلی‌اتیلن (PE) بسپاری است که از بسپارش افزایشی چندین مولکول اتیلن به دست می‌أید.
با ترکیب مناسبی از گرما, فشار و کاتالیزور، پیوند دوگانه بین اتم‌های کربن شکسته شده و یک پیوند ساده کووالانسی جایگزین آن می‌شود. اکنون دو انتهای آزاد این منومر به رادیکال آزاد تبدیل می‌شود، به طوری که هر اتم کربن یک تک الکترون دارد که می‌تواند به رادیکال‌های آزاد دیگر افزوده شود. از این رو در اتیلن دو محل (مربوط به اتم کربن) وجود دارد که مولکول‌های دیگر میتوانند در آنجا بدان ضمیمه شوند. این مولکول با قابلیت انجام واکنش , زیر بنای بسپارها بوده و به "مر" یا "واحد تکرارشونده" موسوم است. واحد تکرارشونده در طول زنجیر مولکول بسپار به دفعات زیادی تکرار می‌شود. طول متوسط بسپار به درجه بسپارش یا تعداد واحدهای تکراری در زنجیر مولکول بسپار بستگی دارد. بنابراین نسبت جرم مولکولی بسپار به جرم مولکولی واحد تکرای به عنوان "درجه بسپارش" تعریف شده است. با بزرگ‌تر شدن زنجیر مولکولی (در صورتی که فقط نیروهای بین مولکولی سبب اتصال مولکول‌ها به یکدیگر شود)، مقاومت گرمایی و استحکام کششی مواد بسپاری هر دو افزایش می‌یابند.
به طور کلی فرایند بسپارش می‌تواند به صورت‌های مختلفی مانند افزایشی، مرحله‌ای و ... انجام گیرد. در بسپارش افزایشی، تعدادی از واحدهای تکرارشونده به یکدیگر اضافه شده و مولکول بزرگ‌تری را به نام بسپار تولید می‌کنند. در این نوع بسپارش ابتدا در مرحله اول رادیکال آزاد، با دادن انرژی (گرمایی، نوری) به مولکول‌های تکپار با پیوند دوگانه و شکست پیوند دوگانه به وجود می‌آید. سپس رادیکال‌های آزاد با اضافه شدن به واحدهای تکرارشونده مراکز فعالی به نام آغازگر شکل میگیرند و هر یک از این مراکز به واحدهای تکراری دیگر اضافه شده و رشد بسپار ادامه مییابد.
از نظر تئوری درجه بسپارش افزایشی می‌تواند نامحدود باشد، که در این صورت مولکول زنجیرهای بسیار طویل از اتصال تعداد زیادی واحدهای تکراری به یکدیگر شکل میگیرد. اما عملا رشد زنجیر به صورت نامحدود صورت نمی‌گیرد. هر چه تعداد مراکز فعال یا آغازگرهای شکل گرفته بیشتر باشد، تعداد زنجیرها زیادتر و نتیجتا طول زنجیرها کوچک‌تر می‌شود و بدین دلیل است که خواص بسپارها تغییر می‌کند. البته سرعت رشد نیز در اندازه طول زنجیرها موثر است. هنگامی که واحدهای تکرارشونده تمام و زنجیرها به یکدیگر متصل شوند, رشد خاتمه مییابد.
از دیگر روش‌های بسپارش, بسپارش مرحله‌ای است که در آن تکپارها با یکدیگر واکنش شیمیایی داده و بسپارهای خطی را به وجود می‌‌آورند. در بسیاری از واکنش‌های بسپارش مرحله‌ای مولکول کوچکی به عنوان محصول فرعی شکل میگیرد. این نوع واکنش‌ها گاهی بسپارش چگالشی نیز نامیده می‌شوند.
[ویرایش] خواص مکانیکی
با بلندتر شدن طول مولکول‌ها سختی و چقرمگی جسم حاصل بیشتر می‌شود ولی از طرفی گرانروی ماده و هزینهٔ تولید آن نیز بیشتر می‌شود. یک مهندس مواد - پلیمر باید بتواند یک رابطهٔ بهینه بین خواص لازم و هزینهٔ تولید به وجود آورد.
[ویرایش] جستارهای وابسته
[ویرایش] منابع
- Robert O. Ebewele, POLYMER SCIENCE AND TECHNOLOGY, CRC Press, 2000.
