چرم

چرم؟ یک پلیمر؟ درست است! چرم از پوست حیوان، که برخی آن را پوست خام نامیده اند، درست شده است. پوست؟ یک پلیمر؟ درست است! پوست حیوان، که شامل پوست نیز می شود، از یک پلیمر به نام کلاژن درست شده است. ناخن دست شما نیز همین طور است. کلاژن متعلق به یک خانواده از پلیمرها به نام پروتئین ها است. پروتئین ها یکی از پلیمرهای طبیعی هستند که زیاد یافت می شوند. آنها همچنین یک نوع پلی آمید هستند، و در واقع خیلی شبیه به نایلون می باشند. پوست خام به وسیله ی فرایند‌ی به نام دباغی به چرم تبدیل می شود، که در آن کلاژن پوست خام شبکه ای می شود تا پوست قوی تر و ماندگارتر شود و از آن در برابر پوسیدگی و فاسد شدن محافظت شود.

02432464407-9

نشاسته

نشاسته بسیار مهم است، چون ما آن را می‌خوریم! نشاسته در سیب زمینی، و در غلاتی نظیر ذرت و گندم یافت می‌شود. ساختار این ماده از واحدهای تکراری گلوکز تشکیل شده است.

در بدن پروتئین‌های ویژه‌ای به نام آنزیم (که اتفاقاً آنها هم پلیمر هستند) نشاسته را به واحدهای گلوکز می‌شکنند تا بدن بتواند برای دستیابی به انرژی آن را بسوزاند. اگر رژیم غذایی سالمی دارید، قاعدتاً بیشتر انرژی خود را از طریق نشاسته به دست می‌آورید.

از آنجایی که نشاسته از مولکول های شکر ساخته شده است، آن را یک پلی‌ساکارید می‌نامند. این بسیار شبیه به سلولز است. 

نشاسته مصارف دیگری غیر از خوراکی هم دارد. از آن در اتو زدن لباس‌ها استفاده می‌کنند تا مانع چروک شدن آنها شود. همچنین در ساخت یک بسته‌بندی فومی هم استفاده می شود. نشاسته تجزیه‌ پذیر است، از این رو بسته بندی فومی نشاسته‌ای، سازگار با محیط‌زیست است و جایگزینی برای پوشش استایروفوم محسوب می‌شود.

02432464407-9

سیلیکون‌ها

سیلیکون‌ها کاربردهای زیادی دارند. آنها می‌توانند به عنوان الاستومر و روغن موتور به کار روند. درزگیرهای حمام شما احتمالاً از سیلیکون ساخته شده است. سلیکون‌ها همچنین برای ساخت سفال‌های مقاوم حرارتی، در زیر شاتل‌های فضایی به کار می‌روند. گذشته از کاربردهای فضایی، سلیکون‌ها برای ساخت نوعی از نرم‌کننده‌های مو به کار می‌روند که پس از مصرف چیزی از آنها بر روی مو باقی نمی‌ماند.

سیلیکون‌ها از نوع پلیمرهای معدنی هستند، یعنی در زنجیر اصلی آنها، هیچ اتم کربنی وجود ندارد. زنجیر اصلی از اتصال متناوب اتم‌های اکسیژن و سیلیسیوم تشکیل شده است. به هر اتم سیلیسیوم، دو گروه شیمیایی چسبیده است که می‌تواند هر گروه آلی را شامل شود. در تصویر بالای این صفحه، گروه‌های متیل به اتم‌های سیلیسیوم متصل شده‌اند. این پلیمر که پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان نامیده می‌شود، متداول‌ترین سیلیکون است. ولی پلی‌متیل‌فنیل‌سیلوکسان و پلی‌دی‌فنیل‌سیلوکسان نیز امروزه متداول هستند.

نام صحیح سیلیکون‌ها «پلی‌سیلوکسان» است. اما وقتی که این پلیمرها کشف شدند، تصور می‌شد در زنجیر اصلی خود، گروه‌های «سیلیکون» دارند؛ و هنگامی که ساختار واقعی آن کشف شد، دیگر دیر بود و این نام معروف شده بود.

سیلیکون‌ها الاستومرهای خوبی هستند، زیرا زنجیر اصلی آنها بسیار انعطاف‌پذیر است. پیوندهای بین یک اتم سیلیکون و دو اتم اکسیژن متصل به آن، بسیار انعطاف‌پذیر می‌باشند. زاویه‌ای که این پیوندها می‌سازند می‌تواند بدون مشکل خاصی، مانند یک قیچی باز و بسته شود. این ویژگی، کل زنجیر را انعطاف‌پذیر می‌کند.

پلی دی متیل‌سیلوکسان ها وقتی که با بوریک اسید، یعنی B(OH)3 مخلوط می شوند، بسیار عجیب عمل می کنند. مخلوط بسیار نرم و انعطاف پذیر است و شما می توانید به راحتی با انگشتانتان آن را به هر شکلی که می خواهید در آورید. در عین حال بسیار فنری و جهنده است. عجیب تر این که وقتی آن را با ملایمت فشار می دهید، تسلیم می شود و تغییر شکل می دهد، اما وقتی با یک چکش به آن ضربه می زنید، ترک می خورد و می شکند! اگر آن را روی یک روزنامه پهن و بعد آن را جمع کنید، به طور شگفت انگیزی یک تصویر آینه ای از متن روزنامه روی آن چاپ می شود. با وجود این، تا به حال هیچ استفاده صنعتی برای این ماده ی شگفت انگیز پیدا نشده است، ولی چندین تُن از آن به عنوان نوعی اسباب بازی که “خمیر دیوانه” نامیده می شود، فروخته شده است.

02432464407-9

پلی(استایرن-‌بوتادی ان-‌استایرن)

پلی(استایرن-‌بوتادی ان-‌استایرن)، یا SBS ، لاستیک سختی است که برای ساخت لوازمی از قبیل تخت کفش‌ها، ناحیه‌ی عاج تایر، و در سایر جاهایی که دوام و ماندگاری، عامل مهمی است، از آن استفاده می‌شود. این ماده نوعی از کوپلیمر است که کوپلیمر قطعه‌ای نامیده می‌شود. زنجیر اصلی آن از سه قطعه تشکیل شده است. قطعه‌ی اول، زنجیری بلندی از پلی‌استایرن است؛ قطعه‌ی میانی، زنجیری بلندی از پلی‌بوتادی‌ان ، و قطعه‌ی پایانی هم بخش بلند دیگری از پلی‌استایرن است، 

پلی‌استایرن، پلاستیکی سخت و چقرمه است که موجب دوام SBS می‌شود. پلی‌بوتادی‌ان حالت لاستیکی دارد و این پلیمر به SBS خواص شبه‌لاستیکی می‌بخشد. علاوه بر این، زنجیرهای پلی‌استایرن معمولاً دور هم جمع می‌شوند و تشکیل خوشه می‌دهند. در این صورت ممکن است گروه‌های استایرن دو سر زنجیری کوپلیمر، در دو خوشه متفاوت قرار بگیرند، و در نتیجه خوشه‌های مختلف به وسیله‌ی زنجیرهای پلی‌بوتادی‌ان لاستیکی به هم گره می‌خورند. این امر، پلیمر را قادر می‌سازد که پس از کشیده شدن، بتواند شکل خود را حفظ کند.

SBS از طریق واکنشی به نام پلیمریزاسیون آنیونی زنده تولید می‌گردد. 

SBS همچنین نوعی از ماده‌ای ویژه به نام ترموپلاستیک‌الاستومر است. این مواد در دمای اتاق مانند لاستیک‌های الاستومری رفتار می‌کنند، ولی پس از حرارت دادن، می‌توان آنها را مثل پلاستیک‌ها تحت فرآیند قرار داد. بیشتر انواع لاستیک‌ها را به دلیل اتصالات عرضی، به سختی می‌توان فرآیند نمود. اما SBS و سایر ترموپلاستیک‌الاستومرها بدون شبکه‌ای شدن حالت لاستیکی دارند، و این امر موجب می‌شود تا بتوان آنها را به راحتی، به شکل‌های مختلف فرآیند نمود.

02432464407-9+

پلیمرهای اولیه

پلیمرها پیش‌تر از آنچه که ما به کره‌ی خاکی قدم بگذاریم، وجود داشته‌اند. در واقع سن پلیمرها به اندازه ی سن خود حیات می باشد، چرا که همه ی انواع حیات روی زمین بر پایه ی سه نوع پلیمر به نام های DNA و RNA و پروتئین‌ها می‌باشند. اما این صفحه در مورد برخی از اولین پلیمرهای مصنوعی می‌باشد، یعنی پلیمرهایی که توسط بشر ساخته شده‌اند، به خصوص مشتقات نوعی پلیمر طبیعی به نام سلولز.

البته اولین پلیمر مصنوعی، چرم بود، یک پلیمر طبیعی اصلاح شده، یک شکل شبکه‌ای شده‌ی مصنوعی از پروتئین‌های یافت شده در پوست حیوانات. دباغی کردن چرم هزاران سال پیش کشف شده است. اما این صفحه راجع به پلیمرهای مصنوعی است که کمی بعد‌تر آمدند. این پلیمرها مشتقات یک پلیمر طبیعی به نام سلولز هستند. این مواد، جایگاه ویژه‌ای را در تاریخ پلیمر به خود اختصاص داده‌اند، زیرا ابداع آنها به روش‌های مختلف، سرآغاز یک انفجار در اختراع پلیمرهای مصنوعی بود که تا به امروز هم ادامه دارد.

مشتقات سلولز انواعی از سلولز هستند، پلیمری که در چوب، پنبه و کاغذ که اصلاح شیمیایی شده، یافت می‌شود. برای اولین بار دانشمندان در نیمه‌ی دوم قرن نوزدهم شروع به ساخت این مواد کردند، یعنی خیلی قبل از اینکه حتی بدانیم که پلیمر، واقعاً چیست.

نیترات‌سلولز

یکی از مشتقات اولیه‌ی سلولز هنگامی به وجود آمد که یک دانشمند، سلولز را در شکل پنبه با اسید‌نیتریک وارد واکنش کرد. نتیجه ، نیترات‌سلولز بود.

نیترات‌سلولز که پنبه‌ی آتشین نیز نامیده می‌شود، تبدیل به یک ماده منفجره قوی شد. خیلی زود، این ماده به عنوان یک ماده منفجره جایگزین باروت رایج در مهمات برای تفنگ‌ها و توپخانه‌ها گشت. این ماده آنقدر خوب کار کرد که در جنگ جهانی اول، قادر به کشتن ۱۰ میلیون نفر در ظرف تنها ۴ سال شد.

با یک نگاه بی طرفانه به نیترات‌سلولز، این ماده برای اهدف صلح‌دوستانه هم به کار رفته است. در آن زمان، خطر انقراض فیل‌های آفریقا به دلیل مصرف عاجشان در توپ‌های بیلیارد به وجود آمد. نیترات‌سلولز یک ماده گرمانرم نیز می‌باشد و به سرعت برای ساخت توپ‌ها برای سالن‌های بیلیارد جهان به کار برده شد. تنها مشکلی که هر از چند گاهی اتفاق می‌افتاد این بود که این توپ‌ها هنگام شکستن، منفجر می‌شدند.

همچنین نیترات‌سلولز،‌ برای ساخت اولین مواد کامپوزیتی حاوی پلیمر، یعنی شیشه‌ی ایمنی، به کار رفت. این شیشه، به صورت یک ساندویچ بود که از ورقه‌های نیترات‌سلولز بین دو لایه از شیشه، ساخته شده بود. وقتی شیشه می‌شکست نیترات‌سلولز،‌ آن را به هم پیوسته نگاه می‌داشت. این برای شیشه‌ی جلوی اتومبیل واقعاً عالی بود. در حین تصادف، شیشه باز هم می‌شکست، اما تکه‌های شکسته‌ی آن به جای پرتاب شدن به صورت مسافرین، چسبیده به نیترات‌سلولز باقی می‌ماندند.

استات‌سلولز

اگر واکنش سلولز با نیتریک‌اسید، نیترات‌سلولز بدهد، منطقی است که از واکنش سلولز با استیک‌اسید، استات‌سلولز به دست می‌آوریم. این ماده به عنوان لیف به کار می‌رود. لیف استات‌سلولز برای ساخت البسه به کار می‌رود. به عنوان یک گرمانرم، این ماده برای فیلم عکاسی نیز استفاده می‌شود. قبل از آن، نیترات‌سلولز در همین کاربرد به کار می‌رفت، اما وجود همزمان نیترات‌سلولز آتش‌گیر ولامپ‌های داغ نورافکن سینما در کنار هم، منجر به آتش‌سوزی بسیاری از سالن‌های سینما شد. استات‌سلولز موفق شد تا از سالن‌های سینما در برابر آتش‌سوزی محافظت نموده، و فیلم‌های قدیمی را برای زمان طولانی‌تری نگه دارد. امروزه فیلم‌های پلی‌استری جدید جایگزین فیلم‌های سلولزی قدیمی شده‌اند.

رایون

اجازه بدهید درهمین ابتدا یک چیز را روشن کنیم. نام «رایون» برای بسیاری از پلیمرها استفاده شده است، اما امروزه هنگامی که در مورد رایون صحبت می‌کنیم، معمولاً راجع به زانتات‌سلولز سخن می‌گوییم. این ماده به عنوان لیف برای تهیه‌ی لباس‌های رایونی مثل پیراهن‌های آستین کوتاه طرح دار استفاده می‌شود. در واقع رایون اصلی، همان نیترات‌سلولز بود اما به دلیل آتش‌گیر بودن، خیلی زود توسط استات‌سلولز و زانتات‌سلولز در الیاف جایگزین شد.

حالا ممکن است بپرسید، با توجه به این که خود سلولز، الیاف شگفت‌انگیزی می‌سازد چرا هنگام تهیه‌ی الیاف باید آن را اصلاح نمود؟ رشته‌های سلولزی که الیاف سلولز را تشکیل می‌دهند، کرک و پرز دارند. البته این امر مشکلی ندارد. اما از طرف دیگر، ابریشم، رشته‌های صاف و همواری دارد که سبب می‌شود پارچه‌های ابریشمی براق به نظر برسند. وقتی کشف کردند که الیاف نیترات‌سلولز هم صاف هستند و می‌توانند برای ساخت لباس‌هایی با درخشش ابریشم به کار برده شوند، مشتقات سلولز تبدیل به یک جایگزین ارزان برای ابریشم گران‌قیمت شدند.