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.
پروتئین‌ها یکی از انواع مختلف پلیمرهای طبیعی می‌باشند، و از تنوع فوق‌العاده‌ای برخوردارند. هر کاری را که بگویید، پروتئین‌ها آن را انجام می‌دهند. اما پروتئین‌ها قادر به انجام چه کارهایی هستند؟ بهتر است بپرسید چه کاری را نمی توانند انجام دهند! آنها می‌توانند کاتالیزور باشند. برخی پروتئین‌ها، که آنزیم نامیده می‌شوند، موجب می‌شوند برخی واکنش‌های شیمیایی در بدن شما تا یک میلیون برابر سریع‌تر از حالت بدون حضور آنها انجام گیرند. پروتئینی به نام هموگلوبین در خون شما وجود دارد که اکسیژن را از شُش‌ها به سلول‌های بدن منتقل می‌کنند. پروتئین دیگری به نام کلاژن ماده ای محکم و با دوام است که پوست و ناخن‌های شما را می‌سازد و به اعضای داخلی بدن شما کمک می‌کند تا در سر جای خود باقی بمانند.
یک پروتئین، پلی‌آمیدی است که در طبیعت یافت می‌شود. پلی آمید، پلیمری است که حاوی گروه آمید در زنجیر اصلی خود می‌باشد.
گروه R که در بین گروه های آمیدی قرار دارد، هر چیزی می تواند باشد؛ ولی در پروتئین ها، R یک تک اتم کربن می باشد که دو گروه جانبی به آن متصل است. همواره یکی از گروه های جانبی، یک اتم هیدروژن است. گروه دیگر چیزهای زیادی می تواند باشد.
بیست نوع آمینو اسید مختلف وجود دارد.
نخ ابریشمی هم پروتئین است. نخ ابریشمی چنان ماده‌ی خوبی است که دانشمندان سعی کردند، نخ ابریشمی مصنوعی تولید کنند. آنها تلاش کردند که پلی‌آمیدهای مصنوعی بسازند، و موفق به انجام این کار هم شدند. پلی‌آمیدهای مصنوعی، نایلون نامیده می‌شوند.
02432464407-9
پلی‌یورتان‌ها بهترین پلیمرهای شناخته شده برای استفاده در ساخت فوم‌ها هستند. اگر شما اکنون روی یک صندلی راحتی نشسته باشید، بالش آن به احتمال زیاد از فوم پلی‌یورتان ساخته شده است. اما پلی‌یورتان‌ها چیزی بیش از یک فوم هستند.
خیلی بیشتر از یک فوم!
پلی‌یورتان‌ها به تنهایی، فراگیرترین خانواده از پلیمرهای موجود هستند. پلی‌یورتان‌ها می‌توانند الاستومر باشند و نیز می‌توانند به عنوان رنگ به کار روند. همچنین این مواد می‌توانند به صورت لیف یا چسب وجود داشته باشند. این خانواده از پلیمرها در همه جا دیده می‌شوند. اِسپاندکس، یک پلی‌یورتان عجیب و شگفت‌آور است.
پلی‌یورتان‌ها در زنجیر اصلی‌شان یک اتصال یورتانی دارند.
پلی یورتان ها از واکنش دی ایزوسیانات ها با دی الکل ها به دست می آیند.
پلی‌یورتان ها می‌توانند پیوندهای هیدروژنی خوبی برقرار کنند، بنابراین قادرند به خوبی بلورینه شوند. به همین دلیل این مواد اغلب برای ساختن کوپلیمرهای قطعه‌ای با پلیمرهای لاستیکی نرم به کار می‌روند. این کوپلیمرهای قطعه‌ای دارای خصوصیات ترموپلاستیک الاستومرها هستند.
اِسپاندِکس
یک الاستومر ترموپلاستیک منحصر به فرد از خانواده پلی‌یورتان اسپاندکس است، که شرکت دوپونت آن را تحت نام تجاری لیکرا به فروش می‌رساند. این ماده در زنجیر اصلی دارای هر دو اتصال اوره و یورتان است. خصوصیات ویژه اِسپاندِکس به دلیل وجود قسمت‌های سخت و نرم در واحدهای تکراری آن است. زنجیر پلیمری کوتاه پلی‌گلایکول که معمولاً حدود بیش از چهل واحد تکراری دارد، نرم و لاستیکی است. بقیه‌ی واحدهای تکراری، همانطور که می‌دانید، با وجود اتصالات یورتان، اتصالات اوره، و گروه‌های آروماتیک، شدیداً صلب و سخت هستند. این بخش آن قدر سفت است که بخش های سخت دیگر زنجیرهای مختلف با هم جمع شده و برای تشکیل لیف آرایش می‌یابند. قطعاً این الیاف معمولی نیستند، زیرا نواحی لیفی که توسط قطعه‌های سفت شکل یافته‌اند، به کمک قسمت‌های لاستیکی به هم وصل شده‌اند. حاصل کار، لیفی است که مانند الاستومر عمل می‌کند. این ویژگی به ما اجازه می‌دهد که برای لباس‌های ورزشی و نظیر آن، پارچه هایی بسازیم که کش می‌آیند.
02432464407-9
پلی تترافلوئورواتیلن بیشتر با نام تجاری تفلون شناخته می شود و از آن برای ساختن تابه های نچسب و هرچیز دیگری که لازم است لغزنده و نچسب باشد، استفاده می شود. PTFE برای مقاوم کردن فرش و پارچه در برابر رنگ پس دادن نیز استفاده می شود. به علاوه این پلیمر در کابردهای پزشکی نیز بسیار مفید است. از آنجا که بدن انسان به ندرت آن را دفع می کند، می توانیم آن را در ساخت اعضای مصنوعی بدن مورد استفاده قرار دهیم.
پلی تترافلوئورواتیلن یا PTFE از زنجیر اصلی کربن تشکیل شده که به هر کربن آن، دو اتم فلوئور متصل است.
PTFE یک پلیمر وینیلی است و ساختار آن، برخلاف رفتارش، شبیه پلی اتیلن است. پلی تترافلوئورواتیلن از مونومر تترافلوئورواتیلن و از طریق پلیمریزاسیون وینیلی رادیکال آزاد ساخته می شود.
فلوئور یک عنصر بسیار عجیب است. وقتی که بخشی از یک مولکول باشد، دوست ندارد اطراف مولکول های دیگر هم نوع و یا حتی اتم های فلوئور مولکول های دیگر باشد. انواع دیگر مولکول ها را حتی از این هم کمتر دوست دارد. بنابراین یک مولکول ، که پر از اتم های فلوئور است، دوست دارد تا آنجا که ممکن است از مولکول های دیگر دور باشد. به همین دلیل مولکول های سطح یک قطعه از مولکول های هر چیزی را که سعی کند به آنها نزدیک شود، دفع می کنند. در نتیجه هیچ چیز به نمی چسبد.
و به دلیل نچسب بودن این ماده شما می‌توانید غذا را بدون روغن یا کره سرخ کنید و این یعنی چربی و کلسترول کمتر، برای داشتن یک قلب سالم‌تر.
02432464407-9
پلی‌استایرن یک پلاستیک سخت و ارزان قیمت است، و احتمالاً در زندگی روزمره فقط پلی‌اتیلن است که پرمصرف‌تر از آن است. بدنه‌ی بیرونی رایانه‌ای که با آن کار می‌کنید، احتمالاً از جنس پلی‌استایرن است. هواپیماها و اتومبیل‌های اسباب بازی، از پلی‌استایرن ساخته می‌شوند. شکل دیگر کاربرد پلی‌استایرن، در عایقکاری و بسته بندی با فوم است (عنوان تجاری استایروفوم یکی از انواع فوم‌های پلی استایرن است). لیوان‌های پلاستیکی شفاف از پلی‌استایرن ساخته می‌شوند. در اتومبیل نیز قطعات بسیاری وجود دارند که از این پلیمر ساخته شده‌اند، مانند دکمه‌های رادیو. پلی‌استایرن همچنین در اسباب بازی‌ها و بدنه‌ی لوازمی مانند سشوارها، رایانه‌ها، و وسایل آشپزخانه به کار می‌رود.
پلی‌استایرن یک پلیمر وینیلی است. از نظر ساختاری، این پلیمر از یک زنجیری هیدروکربنی بلند تشکیل شده است که گروه‌های فنیل به صورت یک در میان، به اتم‌های کربن آن متصل شده‌اند. پلی‌استایرن از طریق پلیمریزاسیون وینیلی رادیکال آزاد ، از مونومر استایرن تهیه می‌شود.
همچنین پلی‌استایرن جزیی از نوعی لاستیک سخت به نام پلی(استایرن-بوتادی‌ان-استایرن)، یا لاستیک SBS است. لاستیک SBS یک ترموپلاستیک الاستومر است.
پلی‌استایرن در آینده
نوع جدیدی از پلی استایرن وجود دارد که پلی‌استایرن سیندیوتاکتیک نامیده می‌شود. تفاوت آن در این است که گروه‌های فنیل به صورت یک در میان در طرفین زنجیر اصلی پلیمر قرار گرفته‌اند. درحالی که در پلی‌استایرن اتاکتیک یا معمولی این گروه‌ها هیچ نظم خاصی ندارد.
در عین حال، این پلیمر بسیار گران‌تر است.
پلی‌استایرن سیندیوتاکتیک به روش پلیمریزاسیون کاتالیزوری متالوسن تولید می‌شود.
آن را بردارید، و محکم به آن ضربه بزنید!
اما هنوز با همان پلی‌استایرن اتاکتیک کارهای جالب توجهی می‌توان انجام داد.
چه اتفاقی می‌افتد اگر به مقداری مونومر استایرن که می‌خواهیم آن را به صورت رادیکال آزاد پلیمریزه کنیم، مقداری لاستیک پلی‌بوتادی‌ان بیافزاییم؟ با نگاهی به پلی‌بوتادی‌ان متوجه می‌شوید که این پلیمر پیوندهای دوگانه‌ای دارد که می‌تواند پلیمریزه گردد. بنابراین آنچه که رخ می‌دهد، کوپلیمریزاسیون پلی‌بوتادی‌ان با پلی‌استایرن است، تا به نوعی از کوپلیمر، به نام کوپلیمر پیوندی دست یابیم. در این کوپلیمر، یک سری زنجیرهای پلیمری متفاوت با زنجیر اصلی داریم که به سمت بیرون زنجیر اصلی رشد کرده‌اند. در نمونه‌ی مورد نظر ما، پلیمر، زنجیرهای پلی‌استایرنی است که زنجیرهایی از پلی‌بوتادی‌ان از آن خارج شده‌اند.
این زنجیرهای لاستیکی که از زنجیر اصلی آویزان شده اند، کارهای خوبی برای پلی استایرن انجام می دهند. هموپلیمرهای پلی استایرن و پلی بوتادی ان با هم مخلوط نمی شوند؛ بنابراین شاخه های پلی بوتادی ان سعی می‌کنند تا حد امکان، جدایی فازی ایجاد کنند و قطره های کوچکی به وجود آورند، مانند آنچه در شکل زیر می بینید. اما این قطره های کوچک در هر صورت به فاز پلی استایرن گره خورده اند. از این رو بر روی این فاز تأثیر می گذارند. هنگامی که با چیزی به پلیمر ضربه ای وارد می‌شود، کرات پلی بوتادی ان انرژی را جذب می کنند و به پلیمر، نوعی جهندگی می دهند که پلی استایرن عادی فاقد آن است. این امر، سبب می شود تا این پلیمر از پلی استایرن عادی قوی تر و محکم تر شود و توانایی تحمل ضربات سخت تر را، بدون آنکه بشکند، به آن می بخشد. این ماده پلی استایرن ضربه پذیر، یا به اختصار HIPS نامیده می شود.
همه ی زنجیرها در HIPS به این صورت شاخه دار نیستند. زنجیرهای بسیاری از پلی استایرن عادی و پلی بوتادی ان معمولی نیز موجودند که در مخلوط حضور دارند. این امر، HIPS را تبدیل به ماده ای می‌کند که ما آن را یک مخلوط امتزاج ناپذیر پلی استایرن و پلی بوتادی ان می نامیم. اما این مولکول های پیوند خورده ی پلی استایرن- پلی بوتادی ان هستند که از طریق پیوند دادن دو فاز (یعنی فاز پلی استایرن و فاز پلی بوتادی ان) باعث کارکرد کل سیستم می شوند.
HIPS را می توان با پلیمری به نام پلی(فنیلن اکساید)، یا PPO آلیاژ نمود. این آلیاژ HIPS و PPO توسط شرکت جنرال الکتریک ساخته می شود و با نام تجاری نوریل، به فروش می رسد.
02432464407-9