پلی ایزوپرن

یکی از معروف‌ترین پلیمرهای طبیعی، پلی ایزوپرن، یا لاستیک طبیعی است. اقوام مایایی و آزتکی (ساکنان باستانی مکزیک)، آن را از درخت هِوِآ به دست می آوردند و از آن برای ساخت چکمه های ضد آب استفاده می کردند. آنها همچنین این ماده را در ساخت توپ هایی به کار می بردند که از آنها برای یک بازی شبیه به بسکتبال استفاده می کردند. این پلیمر همان چیزی است که ما آن را الاستومر می نامیم؛ یعنی این ماده پس از کشیده شدن یا تغیر شکل، به شکل اولیه باز می گردد. معمولاً لاستیک طبیعی برای ایجاد اتصالات عرضی، تحت فرآیند قرار می گیرد تا به الاستومر بهتری تبدیل شود.

پلی‌ایزوپرن، یک پلیمر دی‌اِنی است، یعنی پلیمری است که از مونومری حاوی دو پیوند دوگانه‌ی کربن-کربن ساخته شده است. مانند اکثر پلیمرهای دی‌انی، این پلیمر نیز دارای یک پیوند دوگانه‌ی کربن-کربن در زنجیر اصلی است. پلی‌ایزوپرن را می‌توان از شیره‌ی درخت هوآ استخراج نمود، اما می‌توان از طریق پلیمریزاسیون زیگلر-ناتا نیز این ماده را تهیه نمود. این پلیمر، نمونه‌ای نادر از یک پلیمر طبیعی است که ما می‌توانیم آن را تقریباً به خوبی پلیمر به دست آمده از طبیعت، تولید کنیم.

02432464407-9

پلی‌ایزوبوتیلن

پلی‌ایزوبوتیلن یک لاستیک مصنوعی، یا الاستومر است. این پلیمر استثنایی است، زیرا تنها لاستیکی است که در مقابل گاز، ناتراوا (غیر قابل نفوذ) عمل می‌کند. به عبارت دیگر تنها لاستیکی است که می‌تواند هوا را برای مدت زمان طولانی نگه دارد. احتمالاً متوجه شده اید که بادکنک‌ها پس از چند روز خالی می‌شوند. دلیلش آن است که این بادکنک‌ها از پلی‌ایزوپرن ساخته شده‌اند که در مقابل گاز، ناتراوا نیست. از آنجایی که پلی‌ایزوبوتیلن هوا را نگه می‌دارد، برای ساخت موادی مانند آستر داخلی تایرها و آسترهای داخلی توپ بسکتبال به کار می‌رود.

پلی‌ایزوبوتیلن، که گاهی لاستیک بیوتیل و گاهی هم PIB نامیده می شود، یک پلیمر وینیلی است. این ماده، از نظر ساختاری بسیار شبیه پلی اتیلن و پلی پروپیلن است، به جز این که کربن ها، به صورت یک در میان، دارای دو گروه متیل می باشند. این پلیمر از مونومر ایزوبوتیلن و از طریق پلیمریزاسیون وینیلی کاتیونی ساخته می شود.

پلی‌ایزوبوتیلن، نخستین بار در ابتدای دهه ی ۱۹۴۰ به دست آمد. در آن زمان، پرمصرف ترین لاستیک، لاستیک طبیعی، یعنی پلی ایزوپرن بود. پلی ایزوپرن الاستومری عالی بود، و به راحتی از شیره ی درخت هِوِآ به دست می آمد. مزارع عظیمی در مالزی به وجود آمد که برای رفع نیاز جهانی به لاستیک، درخت هوآ می کاشتند. البته مشکل کوچکی وجود داشت؛ مالزی به دست ارتش امپراتوری ژاپن تصرف شده بود و می دانید که اتفاقاً درست در همان زمان، جنگ جهانی دوم، درگرفته بود و ژاپن هم یک طرف جنگ بود. در حالی که متفقین از لاستیک طبیعی محروم شده بودند، سریعاً دست به کار شدند و به PIB دست پیدا کردند. یقیناً این ماده موثر بوده است، چرا که متفقین برنده ی جنگ شدند.

در حقیقت، پلی‌ایزوبوتیلن در طی جنگ اختراع نشد. این پلیمر، مدتی طولانی پیش از جنگ در آلمان و به دست شیمیدانان ساخته شده بود. ولی این ماده، تا پیش از کشف روشی برای شبکه‌ای کردن آن توسط آمریکایی‌ها، خیلی مفید نبود. کاری که آنها کردند، این بود که ایزوبوتیلن را با مقدار کمی، مثلاً یک درصد، ایزوپرن کوپلیمریزه کردند. 

02432464407-9

پلی‌اتیلن

پلی‌اتیلن، پلیمری است که احتمالاً در زندگی روزمره‌تان بیش از هر پلیمر دیگری با آن سر و کار دارید. پلی‌اتیلن رایج‌ترین پلاستیک در جهان است. با این پلیمر چیزهای زیادی مثل کیسه‌های خواروبار، قوطی‌های شامپو، اسباب‌بازی‌های بچه ها، و حتی جلیقه‌های ضدگلوله می‌سازند. این مواد فراگیر و همه کاره، یک ساختار بسیار ساده دارند، ساده‌تر از همه‌ی پلیمرهای تجاری. یک مولکول پلی‌اتیلن یک زنجیری طویل از اتم‌های کربن است که دو اتم هیدروژن به هر اتم کربن متصل است.

بعضی مواقع مسئله کمی پیچیده تر است.گاهی اوقات بعضی از کربن ها به جای آنکه اتم های هیدروژن به آنها وصل شود، زنجیرهای بلندی از پلی‌اتیلن به آنها متصل است. این ساختار، پلی اتیلن شاخه ای، یا پلی اتیلن سبک یا LDPE نامیده می شود. وقتی شاخه ای شدن وجود ندارد، پلی اتیلن خطی یا HDPE به دست می‌آیدپلی اتیلن خطی بسیار مقاوم تر از پلی اتیلن شاخه‌ای است، اما پلی اتیلن شاخه‌ای ارزان تر بوده و تولید راحت تری دارد.

پلی اتیلن خطی معمولاً با وزن های مولکولی بین ۲۰۰ تا ۵۰۰ هزار تولید می شود، اما با وزن های بالاتر هم می توان آن را تولید نمود. پلی اتیلن با وزن های مولکولی بین ۳ تا ۶ میلیون، پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا یا UHMWPE نامیده می شود. UHMWPE می تواند برای ساخت الیافی استفاده شود که خیلی محکم و قوی هستند و جایگزینی برای کولار برای استفاده در جلیقه های ضدگلوله محسوب می شود. همچنین ورق های بزرگ آن را می توان به جای یخ در زمین های اسکلیت به کار برد.

پلی اتیلن، یک پلیمر وینیلی است، که از مونومرهای اتیلن ساخته شده است. 

پلی اتیلن شاخه‌ای اغلب با پلیمریزاسیون وینیلی رادیکال آزاد ساخته می‌شود. پلی اتیلن خطی طی واکنش پیچیده تری به نام پلیمریزاسیون زیگلر- ناتا به دست می آید.   UHMWPE به وسیله‌ی پلیمریزاسیون کاتالیزوری متالوسن ساخته می‌شود.

اما پلیمزیزاسیون زیگلرناتا می‌تواند برای ساخت LDPE نیز استفاده شود. به وسیله ی کوپلیمریزاسیون مونومر اتیلن با یک کومونومر دارای شاخه های آلکیل، کوپلیمری بدست می‌آید که شاخه های هیدروکربن کوتاهی دارد. کوپلیمرهایی مانند این پلی اتیلن سبک خطی یا LLDPE نامیده می شوند. شرکت BP این پلیمر را با استفاده از کومونومری با نام ۴-متیل-۱-پنتن تولید می کند، و آن را با نام تجاری Innovex می فروشد. LLDPE اغلب برای ساخت فیلمهای پلاستیکی استفاده می‌شود.

02432464407-9

پلی اتر سولفون

پلی‌(اتر سولفون)‌ها یا به طور خلاصه PES ها، پلیمرهایی با کارایی بالا می باشند. رایج ترین آنها که به وسیله اتحادیه کاربید ساخته می شود، Udel نام دارد. پلی(اترسولفون)‌ها بسیار شبیه پلی کربنات ها عمل می کنند، اما مقاومت حرارتی بیشتری دارند.

پلی(اترسولفون)‌ها همچنین در برابر آب و بخار خیلی مقاوم هستند. بنابراین از آنها برای ساخت وسایلی از قبیل وسایل آشپزی یا محصولات پزشکی که باید بین هر بار استفاده استریل شوند،‌ استفاده می‌شود.

نام پلی‌(اترسولفون) از آنجا آمده است که این مواد در زنجیرهای اصلی خود گروه های اتر و سولفون دارند. پلیمرهای  دارای دمای انتقال شیشه‌ای، یا بالایی هستند، زیرا گروه های سولفون بسیار سفت هستند. در واقع، پلی(فنیلن سولفون) آن قدر سفت است که دمای انتقال شیشه‌ای ندارد! این ماده دقیقاً مانند یک تکه سنگ سخت می ماند تا زمانی که در دمای حدود C° ۵۰۰ تخریب شود.

این بد است. زیرا به این معنی است که این ماده نمی‌تواند فرآیند شود. برای فرآیندپذیر کردن آن باید زنجیرش را کمی انعطاف‌پذیر کنیم تا پلیمر در یک دمای معقول نرم شود. این کار از طریق قرار دادن گروه‌های انعطاف‌پذیر در زنجیر اصلی انجام می‌گیرد. نام این گروه‌ها اتصالات اتری است.

برای انعطاف پذیر نمودن Udel اتصالاتی را که از بیس فنول A مشتق شده اند، در زنجیر اصلی آن قرار می دهند. دقت کنید که این پلیمر دارای دو اتصال اتری در واحد تکرار شونده اش می باشد. به همین دلیل بهتر است که Udel، پلی(اتراترسولفون) نامیده شود.

این را یک اتصال بیس فنول A‌ می نامیم، چون بر پایه ی مونومر بیس فنول A‌ است. 

02432464407-9

ا

پلی‌استرها

پلی‌استرها پلیمرهایی هستند که در گذشته، یعنی دهه‌ی ۱۹۷۰، به شکل الیاف برای تولید برخی لباس‌های خاص استفاده می‌شدند. ولی از آن زمان تاکنون، کوشیده شده است تا مصارف مطلوب بیشتری برای پلی‌استرها یافته شود، نظیر بطری‌های پلاستیکی نوشابه. پس می‌بینید که پلی‌استرها می‌توانند هم به صورت پلاستیک و هم به صورت الیاف مصرف شوند. کاربرد دیگر پلی‌استرها، در بالون‌ها است. البته منظورم بالون‌های ارزانی نیست که برای بادکنک‌های آبی مصرف می‌شوند، چراکه آنها از لاستیک طبیعی ساخته شده‌اند. من درباره‌ی نوعی از بالون صحبت می‌کنم که وقتی شما در بیمارستان هستید، از آن استفاده می‌کنید. این بالون ها از نوعی فیلم پلی‌استری ساخته می‌شوند که تولید شرکت دوپونت است و مایلِر نامیده می‌شوند. این بالون ها به صورت چندلایه از مایلر و ورق آلومینیوم ساخته شده‌اند. موادی مثل این را که از دو نوع ماده تولید می شوند، کامپوزیت می نامند.

خانواده ی خاصی از پلی استرها، پلی کربنات ها هستند.

پلی استرها زنجیر اصلی هیدروکربنی دارند که حاوی اتصالات استری اسـت، نام پلی استر نیز از همین جا آمده است.

گروه‌های استری در زنجیر پلی‌استر، قطبی هستند، بدین صورت که اتم اکسیژن کربونیل تا حدی دارای بار منفی است و اتم کربن کربونیل هم مقدار کمی بار مثبت دارد. بارهای مثبت و منفی متعلق به گروه‌های استری مختلف، یکدیگر را جذب می‌کنند. این پدیده به گروه‌های استری زنجیرهای نزدیک به هم اجازه می‌دهد که به صورت بلور به خط شوند، و به همین خاطر است که پلی‌استرها می‌توانند الیاف محکمی تشکیل دهند.

مخترعی که برای نخستین بار چگونگی ساخت بطری از PET را کشف کرد، ناتانیل وایس (Weyth Nathaniel) بود. با وجود این، افراد دیگری نیز پیش از او، برای انجام چنین کاری سعی کرده بودند. 

الآن، مطمئنم که همه‌ی افراد خواننده‌ی این متن بی صبرانه منتظر پاسخ دو سؤال هستند: سؤال اول این است:

چرا نمی‌توان بطری‌های پلاستیکی آب معدنی را به فروشنده بازگرداند و بابت هر بطری گرویی آن را گرفت؟ مانند کاری که با بطری‌های شیشه‌ای قدیمی انجام می‌دادیم.

و سؤال دوم که مطمئنم برای همه جالب است این است:

چرا کره‌ی بادام زمینی در ظروف نشکن ریخته می‌شود، ولی ژله در این ظروف به فروش نمی‌رسد؟

این دو سؤالِ میخ‌کوب‌کننده، همان طور که به نظر می‌آید، پاسخ یکسانی دارند. پاسخ این است که دمای انتقال شیشه‌ای PET ، یعنی دمایی که در آن PET نرم می‌شود، بسیار پایین است. استفاده‌ی مجدد از یک بطری نوشیدنی غیر الکلی نیازمند استریلیزه کردن آن پیش از مصرف دوباره است و این به معنی شسـتشوی بطری در دماهای واقعاً بالا است؛ دماهایی که برای PET، بسـیار بالا محسوب می‌شود. پر کردن ظرف ژله هم در دمای بالا صورت می گیرد. در کارخانه ژله سازی هم ماده به صورت داغ وارد ظرف می شود؛ یعنی در دماهایی که می تواند موجب نرم شدن PET گردد. ازاین رو PET برای مصرف به عنوان ظروف ژله به هیچ وجه مناسب نیست.

PEN راه حل این مشکل است!

نوع جدیدی از پلی­ استر وجود دارد که دقیقاً همان ماده‌ی مورد نیاز برای ظروف ژله و بطری‌های قابل‌بازیافت است. این ماده، پلی(اتیلن نفتالات)، یا PEN است.

دمای انتقال شیشه‌ای بالاتری نسبت به  دارد. این دما، دمایی است که در آن یک پلیمر نرم می شود. دمای انتقال شیشه‌ای  به اندازه ی کافی بالا هست که بتواند حرارت مربوط به هر دو مورد را تحمل کند؛ حرارت شستشوی بطری در حال استریلیزه شدن، و نیز حرارت ژله ی توت فرنگی داغ.  آن قدر در تحمل حرارت، خوب است که حتی لازم نیست تمام بطری را از آن بسازید. تنها مخلوط کردن مقداری  با  قدیمی، نوعی بطری به دست می دهد که حرارت را بسیار بهتر از  ساده ی قدیمی تحمل می کند.

حال چگونه پلی استرها را تولید می‌کنند؟

در مجتمع‌های عظیم تولید پلی‌استر، معمولاً کار را با ماده‌ای به نام دی متیل‌ترفتالات شروع می‌کنند. این ماده با اتیلن گلیکول واکنش می دهد؛ واکنشی که تبادل استری نامیده می‌شود. محصول واکنش، بیس-(۲-هیدروکسی‌اتیل)ترفتالات و متانول است. اما اگر دمای واکنش را به حدود C° ۲۱۰ برسانیم، متانول می‌جوشد و دیگر لازم نیست که نگران آن باشیم.

سپس، بیس-(۲-هیدروکسی اتیل)ترفتالات تا دمای بالایی حدود C° ۲۷۰ حرارت داده می شود، و واکنش می دهد تا پلی(اتیلن ترفتالات) تولید گردد. در این واکنش به طرز عجیبی اتیلن گلیکول به عنوان محصول جانبی به دست می آید. جالب است، ما با اتیلن گلیکول شروع کرده بودیم.

ولی در آزمایشگاه، PET از طریق واکنش های دیگری به دست می‌آید. ترفتالیک اسید و اتیلن گلیکول، هنگامی که همراه با کاتالیزوری اسیدی حرارت داده شوند، قادرند برای تولید PET پلیمریزه شوند. این امکان هم وجود دارد که با واکنــش ترفتویل کلراید و اتیلن‌گلیکول بتوان به PET دست یافت. این واکنـش ساده تر است، ولی تِرِفتویل کلرید از ترفتالیک اسید گران تر، و بسیار خطرناک تر است.

دو نوع پلی اسـتر دیگـر در بازار موجودند که با PET رابطـه دارنـد. این دو، پلی(بوتیلن ترفتالات)(PBT) و پلی(تری متیلن ترفتالات) هستند. اینها هم برای تهیه ی پلیمرهایی همانند PET به کار می روند، با این حال در برخی موارد، عملکرد بهتری از خود نشان می دهند.

02432464407-9