پلیمر چیست
پلیمرها مولکول‌های بزرگی هستند که از تکرار واحدهای کوچک‌تر به نام مونومر تشکیل شده‌اند که از طریق پیوندهای شیمیایی به هم متصل می‌شوند. واژه “پلیمر” از دو بخش یونانی “پلی” (به معنای چند) و “مر” (به معنای واحد) گرفته شده است. این مواد به دلیل تنوع ساختاری و خواص فیزیکی و شیمیایی منحصربه‌فرد، در زندگی روزمره و صنایع مختلف نقش اساسی دارند. پلیمرها می‌توانند طبیعی، مانند پروتئین‌ها در بدن انسان یا سلولز در گیاهان، یا مصنوعی، مانند پلاستیک‌ها و لاستیک‌های صنعتی باشند. ویژگی‌هایی مانند انعطاف‌پذیری، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی، آن ها را به یکی از پرکاربردترین مواد در فناوری مدرن تبدیل کرده است. از بسته‌بندی مواد غذایی گرفته تا تجهیزات پزشکی پیشرفته، این ماده در همه‌جا حضور دارند. این مقاله به بررسی این که پلیمر چیست، انواع، خواص، کاربرد و نکات مهم در خصوص نگهداری آن می‌پردازد تا درک جامعی از این مواد ارائه دهد.
انواع پلیمر
بیشتر پلیمرها از تکرار یک نوع واحد سازنده یا مونومر به دست می‌آیند، اما برخی دیگر حاصل ترکیب چند نوع مونومر مختلف هستند. پلیمرهایی که تنها از یک نوع مونومر ساخته می‌شوند، «هموپلیمر» نام دارند و آن‌هایی که از ترکیب دو یا چند نوع مونومر تشکیل شده‌اند، «کوپلیمر» خوانده می‌شوند. معمولاً برای ارتقاء ویژگی‌های نهایی پلیمر، مونومر دوم را به فرایند پلیمری شدن اضافه می‌کنند.
کوپلیمرها خود به دسته‌های گوناگونی تقسیم می‌شوند که از آن جمله می‌توان به «کوپلیمرهای تصادفی» (Random) و «کوپلیمرهای بلوکی» (Block) اشاره کرد. در کوپلیمرهای تصادفی، اجزای مونومری به شکلی غیرمنظم در زنجیره مولکولی پراکنده شده‌اند. در حالی که در کوپلیمرهای بلوکی، مونومرهای مشابه به صورت دسته‌جات پی‌در‌پی و مرتب کنار هم قرار گرفته‌اند.
برای نمونه، «پلی‌پروپیلن بلوکی» یکی از انواع کوپلیمرهای بلوکی است که در ساخت قطعات داخلی خودرو مانند سپر، داشبورد و تزیینات داخلی خودرو کاربرد فراوان دارد. همچنین، نوعی از کوپلیمرهای تصادفی به نام «پلی‌پروپیلن رندوم» نیز در تولید لوله‌های پلیمری مورد استفاده در ساختمان‌سازی به کار می‌رود.
دسته بندی پلیمر
پلیمرها از نظر رفتارشان در برابر گرما به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند: مواد گرمانرم و مواد گرماسخت.
مواد گرمانرم (ترموپلاستیک‌ها)
گرمانرم‌ها گروهی از افزودنی پلیمری هستند که با افزایش دما به حالت مایع در‌می‌آیند و پس از سرد شدن دوباره به شکل جامد بازمی‌گردند. این خاصیت به آن‌ها امکان قالب‌گیری چندباره و استفاده مجدد را می‌دهد. به همین دلیل، گرمانرم‌ها از قابلیت بازیافت مناسبی برخوردارند و آسیب کمتری به محیط زیست وارد می‌کنند. این دسته معمولاً با عنوان «پلاستیک» شناخته میشود و به دلیل خواص شکل‌پذیری بالا، کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد.
مواد گرماسخت (ترموست‌ها)
در مقابل، گرماسخت‌ها پلیمرهایی هستند که در برابر حرارت پایدار می‌مانند و پس از پخت اولیه، دیگر ذوب نمی‌شوند. این مواد در اثر حرارت بالا یا تجزیه می‌شوند یا می‌سوزند و به همین خاطر امکان بازیافت آن‌ها وجود ندارد. به علت همین محدودیت‌ها و دغدغه‌های زیست‌محیطی، استفاده از آن‌ها نسبت به گرمانرم‌ها در حال کاهش است. از جمله نمونه‌های معروف این گروه می‌توان به «ملامین» اشاره کرد که در ساخت ظروف مقاوم کاربرد دارد. افزون بر آن، بسیاری از انواع چسب‌ها، رنگ‌ها، رزین‌ها و لاستیک‌ها نیز در گروه گرماسخت‌ها قرار می‌گیرند.
کاربردهای مواد پلیمری
مواد پلیمری به دلیل ویژگی‌های خاصی چون وزن کم، استحکام مناسب، شکل‌پذیری بالا، مقاومت در برابر حرارت و الکتریسیته و همچنین قابلیت بازیافت در بسیاری از صنایع نقش مهمی دارند. این مواد در صنایعی مانند خودروسازی، ساختمان، بسته‌بندی، نساجی، لوازم خانگی، تجهیزات پزشکی، الکترونیک، کشاورزی، نظامی، ورزشی و حمل‌ونقل کاربردهای گسترده‌ای دارند. سبک بودن پلیمرها نسبت به فلزات و سرامیک‌ها باعث کاهش وزن محصولات نهایی و به دنبال آن، کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های حمل‌ونقل شده است. همچنین، به‌دلیل نقطه ذوب پایین، فرآیند تولید و قالب‌گیری آن‌ها ساده و مقرون‌به‌صرفه است و می‌توان آن‌ها را به اشکال متنوعی درآورد. این موضوع سبب شده پلیمرها جایگزین مناسبی برای بسیاری از مواد سنتی از جمله فلز، چوب، شیشه و سرامیک باشند. خاصیت عایق بودن پلیمرها موجب استفاده گسترده آن‌ها در تولید سیم و کابل، بردهای الکترونیکی و بدنه لوازم برقی شده و به واسطه ویژگی‌های بهداشتی، در بسته‌بندی مواد غذایی و دارویی نیز بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. برخی پلیمرها دارای خواص منحصربه‌فردی مانند ساختارهای کریستال مایع هستند که در تولید نمایشگرها و فناوری‌های پیشرفته بسیار کاربردی‌اند.
بیشتر بدانید: مستربچ پلیمری
فناوری‌های بازیافت پلیمرها
بازیافت پلیمرها یکی از راه‌حل‌های کلیدی برای کاهش آلودگی پلاستیکی است. روش‌های بازیافت شامل موارد زیر است:
- بازیافت مکانیکی: خرد کردن و ذوب پلاستیک‌ها برای تولید محصولات جدید، مانند بازیافت بطری‌های PET.
- بازیافت شیمیایی: تجزیه پلیمرها به مونومرها یا مواد اولیه دیگر از طریق فرآیندهای شیمیایی، که امکان تولید پلیمرهای با کیفیت بالا را فراهم می‌کند.
- بازیافت زیستی: استفاده از میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه پلیمرهای زیست‌تجزیه‌پذیر.
این روش‌ها به کاهش زباله‌های پلاستیکی و استفاده مجدد از منابع کمک می‌کنند، اما چالش‌هایی مانند هزینه بالا و پیچیدگی فرآیندها همچنان وجود دارد.
نکات مهم در خصوص نگهداری مواد پلیمری
به دلیل واکنش‌پذیری بالای این ماده نسبت به عوامل محیطی مانند نور خورشید، حرارت، مواد اسیدی و قلیایی، رعایت شرایط مناسب برای ذخیره‌سازی آن‌ها ضروری است. موارد زیر می‌تواند در نگهداری بهتر این مواد مفید باشد:
- از قرار گرفتن پلیمرها در معرض ترکیبات شیمیایی مانند پاک‌کننده‌ها، ازن، مواد اسیدی و قلیایی باید اجتناب شود. چنانچه نیاز به تمیز کردن آن‌ها وجود دارد، استفاده از دستمال نرم و مرطوب با آب سرد توصیه میشود.
- برای جلوگیری از آسیب، نباید این مواد را با آب داغ یا گرم و همچنین فرآورده‌های نفتی مانند روغن‌ها یا گازوئیل تماس داد.
- بهترین شرایط نگهداری پلیمرها، مکان‌هایی با دمای پایین و خشک است.
- توصیه میشود دمای محیطی که این مواد در آن نگهداری می‌شوند، بین ۰ تا ۲۵ درجه سانتی‌گراد باشد و دمای بهینه حدود ۱۵ درجه است. همچنین از قرار دادن آن‌ها در دمای زیر منفی ۱۰ درجه نیز خودداری شود.
- این ترکیبات باید در مکانی دور از تابش مستقیم آفتاب، منابع حرارتی، شعله و جرقه نگهداری شوند.
- میزان رطوبت نسبی محیط باید کمتر از ۶۵ درصد باشد. در صورت رعایت این شرایط، مدت نگهداری آن‌ها محدودیتی نخواهد داشت.
- باید از وارد کردن فشارهای فیزیکی یا لرزش‌های مکانیکی به این مواد خودداری شود.
بیشتر بدانید: انواع کامپاند پلیمری
چه ترکیباتی را می‌توان به پلیمرها افزود؟
در فرآیند ساخت و تولید بیشتر مواد پلیمری، ترکیبات گوناگونی به‌عنوان افزودنی به آن‌ها افزوده میشود که هر کدام کارکرد ویژه‌ای دارند و با هدف بهبود مشخصاتی خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مواد پرکننده
این دسته از مواد با اهداف متنوعی به پلیمرها افزوده می‌شوند. برای نمونه، دوده (کربن سیاه) یکی از معروف‌ترین پرکننده‌هایی است که برای افزایش مقاومت در برابر سایش و بالا بردن استحکام، در تایرهای وسایل نقلیه به‌کار می‌رود. افزون بر آن، پرکننده‌هایی مانند الیاف خردشده یا ذرات مواد معدنی نیز برای ارتقاء خواص مکانیکی پلیمر استفاده می‌شوند. ترکیباتی مانند کربنات کلسیم، سیلیس و تالک نیز با هدف افزایش حجم نهایی و کاهش هزینه تولید، به همراه مقدار مناسبی از رزین‌های چسبنده، به ترکیب افزوده می‌گردند.
رنگدانه‌ها
برای ایجاد رنگ و جلوه ظاهری در پلیمرها، رنگدانه یا پودر پیگمنت به آن‌ها اضافه میشود. از جمله این مواد می‌توان به ذراتی مانند دی‌اکسید تیتانیوم اشاره کرد که به‌صورت یکنواخت در ساختار پلیمری توزیع می‌شوند.
پایدارکننده‌ها
این ترکیبات وظیفه دارند تا از تجزیه و تخریب پلیمرها در برابر عوامل محیطی مانند نور فرابنفش و اکسیژن جلوگیری کرده یا آن را به تعویق اندازند، در نتیجه عمر مفید ماده افزایش می‌یابد.
مواد ضد الکتریسیته ساکن
از آن‌جا که پلیمرها به‌طور طبیعی رسانایی الکتریکی بسیار ضعیفی دارند، ممکن است در اثر مالش یا تماس با محیط، بار الکتریکی ساکن در آن‌ها انباشته شود. افزودن مواد آنتی‌استاتیک، که رطوبت هوا را جذب کرده و قابلیت هدایت سطحی را تقویت می‌کنند، احتمال تخلیه ناگهانی بار یا جرقه را کاهش می‌دهد.
کاهنده‌های قابلیت اشتعال
ترکیباتی مانند کلر، برم، فسفر و برخی از نمک‌های فلزی به‌عنوان مواد ضد آتش عمل کرده و از شعله‌ور شدن یا گسترش حریق در پلیمرها جلوگیری می‌کنند.
مواد نرم‌کننده
این مواد مولکول‌های سبک‌وزنی هستند که به ساختار پلیمری افزوده می‌شوند تا حرکت زنجیره‌های مولکولی را تسهیل کنند. این عملکرد باعث افزایش انعطاف‌پذیری و سهولت در شکل‌دهی پلیمر میشود.
افزودنی‌های تقویت‌کننده
برای افزایش مقاومت مکانیکی و سختی پلیمرها، از تقویت‌کننده‌هایی مانند الیاف شیشه‌ای یا کربنی استفاده میشود. شایان ذکر است که پلیمرها به‌طور معمول چگالی کمتری نسبت به مواد دیگر دارند، بنابراین با وجود تقویت‌شدن، نسبت استحکام به وزن آن‌ها همچنان مطلوب باقی می‌ماند.
افزایش طول زنجیره‌های مولکولی در یک پلیمر (به‌شرط آنکه اتصالات میان آن‌ها ناشی از نیروهای فیزیکی بین مولکولی باشد) باعث ارتقاء مقاومت حرارتی و کششی آن میشود. هرچه درجه پلیمریزاسیون بیشتر باشد، طول زنجیره‌ها افزایش یافته و خواص مکانیکی و حرارتی بهبود می‌یابد.
ارتباط پلیمر با پیگمنت و مستربچ چیست
ارتباط بین پلیمر با پیگمنت و مستربچ در صنایع مختلف، به ویژه در تولید مواد پلاستیکی بسیار ضروری است و نقش مکمل را ایفا می کنند.از پیگمنت آلی و معدنی برای ایجاد رنگ‌های متنوع و پایدار در محصولات پلیمری و از به عنوان عامل پخش و بهبود ویژگی‌های عملکردی محصولات پلاستیکی مورد استفاده قرار می گیرند.
نقش پلیمرها در انرژی‌های تجدیدپذیر
پلیمرها در توسعه فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر نقش کلیدی دارند و این کاربردها به کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و ترویج انرژی‌های پاک کمک می‌کنند.
- پنل‌های خورشیدی: پلیمرهای سبک و مقاوم در برابر اشعه UV در ساخت لایه‌های محافظ سلول‌های خورشیدی استفاده می‌شوند.
- توربین‌های بادی: کامپوزیت‌های پلیمری تقویت‌شده با فیبر (مانند فیبر کربن یا شیشه) در پره‌های توربین‌های بادی به کار می‌روند، زیرا سبک و مقاوم هستند.
- باتری‌های پیشرفته: پلیمرهای رسانا و ژل‌های پلیمری در باتری‌های لیتیوم-یونی و فناوری‌های ذخیره انرژی نوین استفاده می‌شوند.
جمع بندی
پلیمرها مواد بزرگی هستند که از تکرار واحدهای کوچکی به نام مونومر ساخته می‌شوند و به‌صورت طبیعی یا مصنوعی در زندگی و صنعت کاربرد دارند. آن‌ها با توجه به نوع ساختار و واکنششان به گرما به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند و ویژگی‌هایی مثل سبکی، استحکام، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر عوامل محیطی دارند. پلیمرها در صنایعی مانند خودروسازی، پزشکی، بسته‌بندی و انرژی پاک استفاده می‌شوند و با افزودن موادی خاص می‌توان خواص آن‌ها را بهبود داد. بازیافت آن‌ها نیز به کاهش آلودگی محیط کمک می‌کند.
