پلی متیل متاکریلات

پلی(متیل متاکریلات) یا PMMA یک پلاستیک شفاف است که به عنوان جایگزینی نشکن برای شیشه استفاده می‌شود. موانعی که در زمین هاکی از برخورد توپ هاکی به تماشاچیان جلوگیری می کند، از PMMA ساخته شده است. شرکت شیمیایی Rohm and Haas پنجره هایی از این جنس می‌سازد و آنها را پلِکسی گلَس می‌نامد. شرکت Ineos Acrylics نیز این مواد را می‌سازد و اسم آنها را Lucite گذاشته است. لوسایت در ساختن سطوح وان های داغ، ظرفشویی ها، وان های یک تکه و وسایل حمام به کار می رود.

PMMA وقتی برای ساخت پنجره استفاده می شود، مزیت دیگری هم نسبت به شیشه دارد. PMMA از شیشه شفاف تر است. وقتی پنجره های شیشه ای خیلی ضخیم ساخته می شوند، دیدن از پشت آن سخت می شود. ولی پنجره های ساخته شده از PMMA ، را به ماده ای مناسب برای ساخت آکواریوم های بزرگ تبدیل می‌کند، زیرا دیواره ی آنها باید آنقدر ضخیم باشد که بتواند فشار بالای چند میلیون لیتر آب را تحمل کند. در واقع، بزرگ ترین شیشه یکپارچه ی جهان، مربوط به شیشه ای در آکواریوم Monterry Bay کالیفرنیا است که از یک قطعه ی بزرگ PMMA ساخته شده و ۱۶ متر طول، ۵/۵ متر ارتفاع، ۳۳ سانتی متر ضخامت دارد.

02432464407-9

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

پلی‌ایمیدها

پلی‌ایمیدها گروه بسیار جالبی از پلیمرهایی هستند که به طور باور نکردنی محکم هستند و به طور حیرت‌آوری در برابر حرارت و مواد شیمیایی مقاوم می‌باشند. استحکام و مقاومت حرارتی و شیمیایی آنها آن قدر زیاد است که اغلب در بسیاری از کاربردهای دشوار صنعتی، جایگزین شیشه و فلزاتی مانند فولاد می‌شوند. پلی‌ایمیدها حتی در بسیاری از کاربردهای روزمره نیز به کار می‌روند. پلی‌ایمیدها در شمع و شاسی برخی از اتومبیل‌ها، و نیز برخی قسمت‌های داخل شاسی استفاده می‌شوند، زیرا این مواد می‌توانند گرمای زیاد، و خوردگی شدید ناشی از گریس‌ها و روان‌کننده ها، سوخت‌ها، و مایعات داخل رادیاتور را که مورد نیاز ماشین می‌باشند، تحمل کنند. این مواد به دلیل پایداری حرارتی، مقاومت در برابر روغن‌ها، گریس‌ها، و چربی‌ها، و نیز شفافیت در برابر اشعه ماکروویو، در ساخت بسیاری از وسایل و نیز ظروف مورد استفاده در دستگاه ماکروویو و بسته‌بندی غذا استفاده می‌شوند. همچنین می‌توان آنها را در بُردهای مدار، عایق‌بندی، الیاف مورد استفاده در لباس‌های ایمنی، کامپوزیت‌ها، و چسب‌ها به کار برد.

تا اینجا احتمالاً حدس زده اید که یک پلی‌ایمید، پلیمری است که حاوی یک گروه ایمید است.

پلی‌ایمیدهای هتروسیکلیک آروماتیک، نمونه ای از اکثر پلی ایمیدهای تجاری هستند، نظیر Ultem از شرکت جنرال الکتریک و Kapton از شرکت دوپونت؛ و از این رو پلی ایمیدهایی هستند که ما بیشتر با آنها سر و کار داریم. این پلیمرها چنان خواص حرارتی و مکانیکی شگفت انگیزی دارند که به جای فلزات و شیشه در بسیاری از کاربردهای با کارایی بالا در صنایع الکترونیک، خودرو و حتی هوافضا استفاده می شوند. این خواص، از نیروهای بین مولکولی قوی بین زنجیرهای پلیمری نشأت می گیرد.

پلیمری که حاوی یک کمپکس انتقال بار است، از دو نوع مختلف مونومر، یعنی یک دهنده و یک گیرنده، تشکیل شده است. دهنده شبیه مرد ثروتمندی است که آن قدر پول دارد که نمی‌داند با آن چه کند. این بخش از پلیمر به خاطر داشتن گروه‌های نیتروژنی، تعداد زیادی الکترون دارد که به اطراف حرکت می‌کنند. گیرنده هم مثل مهمانی است که می‌خواهد تلکه کند و گروه‌های کربونیل آن، چگالی الکترونی را به سمت خود می‌کشند. بنابراین دهنده، برخی از الکترون‌هایش را به گیرنده قرض می‌دهد، تا آنها را محکم در کنار هم نگه دارد.

کمپکس انتقال بار نه تنها بین واحدهای مجاور در زنجیر پلیمر عمل می‌کند، بلکه بین زنجیرها هم فعال است. زنجیرها از طریق جفت‌شدن دهنده‌ها و گیرنده ها، مانند نوارهای کاغذی، روی هم انباشته خواهند شد.

این کمپلس انتقال بار، زنجیرها را بسیار محکم درکنار هم نگه می‌دارد، و به آنها اجازه نمی‌دهد زیاد به اطراف حرکت کنند. وقتی چیزی نتواند در سطح مولکولی به اطراف حرکت کند، در کل ماده هم نمی‌تواند به اطراف حرکت کند، و به همین دلیل است که پلی‌ایمیدها بسیار قوی و محکم هستند.

این کمپلکس انتقال بار بسیار قوی است، ولی گاهی لازم است که پلیمر مقداری نرم تر شود تا بتوان آن را فرآیند کرد. برای این منظور، یک گروه که از بیس فنل A مشتق شده، در زنجیر قرار می دهند.

ویژگی جالب دیگر پلی‌ایمیدها که آنها را تبدیل به گزینه‌ای عالی برای استفاده در صنایع ساختمان و حمل ونقل می‌کند، سوختن آنهاست. سوختن چیزی نیست که صنعت بدان احتیاج دارد، بلکه ویژگی خوداطفایی پلی‌ایمیدهاست که سازندگان آن را دوست دارند. خوداطفایی؟ وقتی یک پلی‌ایمید آروماتیک آتش می‌گیرد، که اتفاقاً حتی آتش گرفتن آن هم مشکل است، یک زغال سطحی تشکیل می‌شود که شعله را خاموش می‌کند و آن را از رسیدن به سوخت باز می‌دارد. پس از آن کافی است که فقط آن را پاک کنید، و نتیجه مثل این است که هرگز آتشی در کار نبوده است.

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

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