نایلون‌ها یکی از متداول‌ترین پلیمرهایی هستند که به عنوان الیاف کاربرد دارند. نایلون همیشه در پوشاک یافت می‌شود، ولی در جاهای دیگر هم به شکل یک ماده‌ی گرمانرم دیده می‌شود. اولین موفقیت واقعی نایلون حدوداً در سال ۱۹۴۰ با کاربرد آن در جوراب‌های زنانه به دست آمد. این جوراب‌ها خیلی محبوب شدند، اما پس از مدتی نایاب شدند، چراکه سال بعد ایالات متحده وارد جنگ جهانی دوم شد، و نایلون برای تولید وسایل جنگی مانند چترنجات و طناب، مورد نیاز بود. ولی پیش از جوراب و چتر نجات نخستین محصول واقعی از نایلون، مسواک با برس نایلونی بود.
نایلون را به خاطر گروه‌های آمیدی موجود در زنجیر اصلی، پلیآمید نیز می‌نامند. پروتئین‌هایی مثل ابریشم، که نایلون به عنوان جانشینی برای آن ساخته شد نیز پلیآمید هستند. گروه‌های آمیدی بسیار قطبی هستند و می‌توانند با یکدیگر پیوند هیدروژنی دهند. به همین دلیل، و از آنجایی که زنجیر اصلی نایلون بسیار منظم و متقارن است، نایلون‌ها اغلب بلورین هستند، و الیاف بسیار خوبی به دست می‌دهند.
نایلون ها را می توان از دی اسید‌کلریدها و دیآمین ها به دست آورد. برای مثال، نایلون۶,۶ از واکنش مونومرهای آدیپویل‌کلرید و هگزامتیلن دی آمین تولید می شود.
این یک روش برای تهیه ی نایلون۶,۶ در آزمایشگاه است. ولی در یک واحد صنعتی، نایلون۶,۶ معمولاً از طریق واکنش آدیپیک‌اسید و هگزامتیلن دی آمین تولید می شود.
نایلون۶ ، نوع دیگری از نایلون است. این پلیمر بسیار شبیه نایلون۶,۶ است، با این تفاوت که فقط یک ناحیه‌ی زنجیری کربنی به طول شش کربن دارد.
این نوع نایلون از طریق پلیمریزاسیون حلقه گشا و از مونومر کاپرولاکتام ساخته می‌شود. رفتار نایلون۶ تفاوت زیادی با نایلون۶,۶ ندارد. تنها دلیل تولید هر دو نوع، این است که شرکت دوپونت نایلون۶,۶ را ثبت اختراع کرد، و از این رو سایر شرکت‌ها برای وارد شدن به تجارت نایلون، ناچار به تولید نایلون۶ شدند.
02432464407-9
رزین‌های اپوکسی چسب‌های بسیار خوبی هستند و یکی از معدود چسب‌هایی به شمار می‌روند که می‌توانند روی فلزات به کار روند. با این حال، به عنوان پوشش‌های محافظ، و مواد موجود در وسایلی مثل بُردهای مدار الکترونیک، و نیز برای ترمیم سوراخ‌ها در سنگفرش بتنی نیز به کار می‌روند. اپوکسی‌ها برای ساخت کامپوزیت‌ها هم استفاده می‌شوند. یکی از راه های تولید کامپوزیت استفاده از اپوکسی در فرآیندی مفید به نام SCRIMP است.
02432464407-9
سلولز یکی از انواع مختلف پلیمرهایی است که در طبیعت یافت می‌شود. چوب، کاغذ، و پارچه‌ی نخی همگی حاوی سلولز هستند. سلولز یک لیف بسیار خوب می‌باشد. چوب، پارچه‌ی نخی، و طناب تهیه شده از کنف تماماً از سلولز لیفی ساخته شده‌اند. سلولز از واحدهای تکراری مونومر گلوکز تشکیل شده است. این همان گلوکزی است که برای ادامه‌ی حیات در سوخت و ساز و متابولیسم بدن مصرف می‌شود، ولی شما نمی‌توانید آن را به شکل سلولز هضم کنید. سلولز را یک پلی‌ساکارید نیز می‌نامند، چراکه از مونومر شکر ساخته شده است.
سلولز در داستان پلیمرها جای مهمی دارد، چراکه از آن برای تولید برخی از نخستین پلیمرهای مصنوعی، مثل نیترات‌سلولز، استات سلولز، و رایون استفاده شده است.
موی تمیز
مشتق دیگری از سلولز، هیدروکسی‌اتیل‌سلولز می‌باشد. این ماده با سلولز معمولی از این جهت متفاوت است که برخی یا تمام گروه‌های هیدروکسیل در واحد تکراری گلوکز با گروه‌های هیدروکسی‌اتیل‌اتر جایگزین شده‌اند.
این گروه‌های هیدروکسی اتیل مانع از این می‌شوند که پلیمر بتواند بلورینه شود. پس چون هیدروکسی‌اتیل‌سلولز نمی‌تواند متبلور شود، این ماده در آب محلول است و علاوه بر اینکه یک ملین قوی است و برای غلیظ کردن شامپوها نیز به کار میرود. ضمناً این ماده موجب می‌شود که صابون موجود در شامپو کمتر کف‌آلود باشد، و با تشکیل کلوییدهایی در اطراف ذره‌ی کثیفی، به شامپو کمک می‌کند تا بهتر تمیز کند.
معمولاً ذرات کثیفی در آب نامحلول هستند. ولی یک زنجیری هیدروکسی‌اتیل‌سلولز می‌تواند خودش را حول یک ذره‌ی کثیفی بپیچاند. این توده را می توان به عنوان یک کیک میان وعده فرض کرد که در آن زنجیری پلیمری، خود کیک، و ذره‌ی کثیفی مواد خامه‌ای داخل آن است. این کیک، در آب محلول است. پس وقتی هیدروکسی‌اتیل‌سلولز به این شکل دور ذره کثیفی می‌پیچد و آن را می‌پوشاند و پنهان می‌کند، آب را برای پذیرش ذره‌ی کثیفی فریب می‌دهد. با این روش، کثیفی به جای رسوب مجدد بر روی موی شما، به همراه زنجیر حرکت می کند و شسته می شود.
02432464407-9
الیاف کربن پلیمری است که به نوعی یک گرافیت محسوب می‌شود. گرافیت هم نوعی از کربن خالص است. در گرافیت، اتم‌های کربن در صفحات بزرگی از حلقه‌های آروماتیک شش ضلعی چیده شده‌اند. این صفحات درست شبیه کندوی زنبور عسل هستند.
الیاف کربن نوعی از گرافیت است که در آن صفحات گرافیت، طولانی و باریک هستند. می‌توان این صفحات را به صورت روبان‌هایی از گرافیت تصور نمود. این روبان‌ها دوست دارند به صورت دسته‌ای دور هم جمع شوند و تشکیل الیاف دهند. نام الیاف کربن هم از همین جا آمده است.
این الیاف به تنهایی استفاده نمی‌شوند. در عوض، برای تقویت موادی نظیر رزین‌های اپوکسی و دیگر مواد گرماسخت، کاربرد دارند. از آنجایی که این مواد تقویت شده، بیش از یک جزء دارند، ما آنها را کامپوزیت می‌نامیم.
کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف کربن، نسبت به وزنشان، بسیار محکم می‌باشند. آنها اغلب محکم‌تر از فولاد هستند، و با این وجود بسیار بسیار سبک‌تر هم می‌باشند. به خاطر همین، می‌توان آنها را در بسیاری از مصارف، جایگزین فلزات نمود؛ از قطعات هواپیماها و شاتل فضایی گرفته تا راکت‌های تنیس و وسایل گلف.
لیف کربن از پلیمر دیگری به نام پلی‌آکریلونیتریل و از طریق فرآیند حرارتی پیچیده‌ای تهیه می شود.
02432464407-9
آرامید مخفف آروماتیک‌پلی‌آمید است. آرامیدها خانواده‌ای از نایلون‌ها هستند، که شامل کِولار و نومِکس می‌باشند. کولار در کاربردهایی مثل جلیقه‌های ضد گلوله و تایرهای دوچرخه‌های مقاوم در برابر پنجر شدن استفاده می‌شود.
آلیاژهایی از نومکس و کولار برای تهیه‌ی لباس‌های ضد حریق به کار می‌روند. نومکس، و آلیاژ آن با کولار، همان چیزی است که آتش‌نشانان را به هنگام انجام عملیات نجات از مرگ در اثر سوختگی حفظ می‌کند.
کولار پلی‌آمیدی است که در آن تمام گروه‌های آمیدی به وسیله‌ی گروه‌های پارا-فنیلن از هم جدا شده‌اند، یعنی گروه‌های آمیدی از دو نقطه مقابل یکدیگر در حلقه‌های فنیل، یعنی از کربن های ۱ و ۴، به این حلقه ها متصل شده اند.
در مقابل، نومکس دارای گروه‌های متا- فنیلین است به این صورت که گروه‌های آمید در موقعیت‌های ۱ و ۳ به حلقه‌ی فنیل متصل هستند.
کولار پلیمری بسیار بلورین است. زمان زیادی طول کشید تا دانشمندان فهمیدند که چگونه کولار را فرآیند کنند. زیرا در هیچ چیز حل نمی‌شود. بنابراین، فرآیند این ماده به صورت محلول ممکن نبود. کولار در زیر دمای C °۵۰۰ ذوب نمی‌شود، بنابراین روش ذوب کردن نیز حذف می‌شود. در نهایت یکی از دانشمندان شرکت دوپونت، به نام استفانی کولک ( Stephanie Kwolek )، برای این مشکل یک راهکار عالی ارائه نمود. در کولار، بین زنجیرهای پلیمری پیوندهای هیدروژنی قوی وجود دارد و همین امر سبب می شود تا نتوان آن را ذوب و یا حل نمود. کولک توانست کولار را در N- متیل پیرولینیدون که یک حلال قطبی و غیر پروتونی می باشد، با کمک کلرید کلسیم، حل نماید. نقش کلرید کلسیم این است که جذب اکسیژن گروه های کربنیل شده، در نتیجه زنجیرهای آرامید قادر به تشکیل پیوندهای هیدروژنی نبوده و از هم جدا می شوند.
آرامیدها به شکل الیاف استفاده می‌شوند. آنها حتی بهتر از پلی‌آمیدهای غیرآروماتیک مثل نایلون ۶،۶ به شکل لیف در می‌آیند.
چرا ؟
این موضوع با یک ویژگی عجیب آمیدها ارتباط دارد. آمیدها این توانایی را دارند که به دو شکل یا صورتبندی (کانفورماسیون) متفاوت درآیند. می‌توانید این مسئله را در تصویر یک آمید با وزن مولکولی کم ببینید. هر دو شکل، یک ترکیب هستند در دو صورتبندی متفاوت. شکل سمت چپ، صورتبندی ترانس نامیده می‌شود و شکل سمت راست، صورتبندی سیس.
در لاتین ترانس یعنی «در طرف دیگر». بنابراین وقتی گروه‌های هیدروکربن آمید در دو طرف پیوند آمید بین اکسیژن کربونیل و نیتروژن آمید قرار می‌گیرند، در این حالت یک ترانس-آمید خواهیم داشت. به همین ترتیب سیس درلاتین به معنای «در یک طرف» می‌باشد، و وقتی گروه‌های هیدروکربن در یک طرف پیوند آمیدی قرار دارند ما آن را سیس-آمید می‌نامیم.
یک مولکول آمید می‌تواند با دادن مقدار کمی انرژی بین صورتبندی سیس و ترانس نوسان کند.
هر دو صورتبندی سیس و ترانس در پلی‌آمیدها وجود دارند. وقتی همه‌ی گروه‌های آمید در یک پلیآمید، به عنوان مثال نایلون ۶،۶، در صورتبندی ترانس قرار دارند، پلیمر کاملاً به صورت یک خط راست کشیده شده است. این دقیقاً چیزی است که ما برای الیاف می‌خواهیم. زیرا زنجیرهای بلند و مستقیم و کاملاً کشیده شده در حالت بلوری، بسیار خوب در کنار یکدیگر قرار گرفته و لیف تشکیل می‌دهند. ولی متأسفانه همیشه حداقل تعدادی از اتصالات آمید در صورتبندی سیس قرار دارند. بنابراین زنجیرهای نایلون ۶،۶ هیچ وقت به صورت کاملاً کشیده قرار نمی‌گیرند.
ولی کولار فرق می‌کند. وقتی زنجیرهای کولار می‌خواهند بچرخند تا به شکل صورتبندی سیس درآیند، هیدروژن‌های روی گروه‌های بزرگ آروماتیک مانع می‌شوند. صورتبندی سیس هیدروژن‌ها را کمی بیشتر از آنچه که تمایل دارند، نزدیک یکدیگر قرار می‌دهد. بنابراین کولار تقریباً به طور کامل در صورتبندی ترانس باقی می‌ماند. به همین دلیل کولار می‌تواند به طور کامل کشیده شود و الیافی عالی تشکیل دهد.
شاید نگاه کردن به تصویر فوق از نمای نزدیک‌تر بهتر باشد. به تصویر پایین نگاه کنید. می‌توانید ببینید که وقتی کولار تلاش می‌کند صورتبندی سیس ایجاد کند، فضای کافی برای هیدروژن‌های فنیل وجود ندارد. بنابراین تنها صورتبندی ترانس وجود خواهد داشت.
ولی پلیمر دیگری وجود دارد که حتی بهتر کشیده می‌شود و نام آن پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا می‌باشد. این پلیمر حتی می‌تواند جایگزین کولار برای تهیه‌ی جلیقه‌ی ضد گلوله باشد.
ولی برگردیم به کولار …
همچنین حلقه‌های فنیل زنجیرهای مجاور به راحتی و خیلی مرتب روی یکدیگر انباشته می‌شوند و پلیمر با بلورینگی بیشتر و الیافی قوی‌تر می‌سازند.
02432464407-9