دانلود تحقیق انواع پلیمر ها

مقدمه تصور جهان پیشرفته کنونی بدون وجود مواد پلیمری مشکل می باشد.

امروزه این مواد جزیی از زندگی ما شده اند و در ساخت اشیای مختلف، از وسایل زندگی و مورد مصرف عمومی تا ابزار دقیق و پیچیده پزشکی و علمی به کار می روند.

کلمه پلیمراز کلمه یونانی (Poly) به معنی چند و (Meros) به معنای واحد با قسمت به وجود آمده است.

در این میان ساختمان پلیمرها با مولکول های بسیار دراز زنجیر گونه با ساختمان فلزات کامل متفاوت است.

این مولکول های بلند از اتصال و به هم پیوستن هزاران واحد کوچک مولکولی مرسوم به منومر تشکیل شده اند.

مواد طبیعی مانند ابریشم، لاک، قیر طبیعی، کشان ها و سلولز ناخن دارای چنین ساختمان مولکولی هستند.

البته تا اوایل قرن نوزدهم میلادی توجه زیادی به مواد پلیمری نشده بود.

بومیان آمریکای مرکزی از برخی درختان شیرابه هایی استخراج می کردند که شیرابه بعدها نام لاتکس به خود گرفت.

در سال 1829، دانشمندان متوجه شدند که در اثر مخلوط کردن لاتکس طبیعی با سولفور و حرارت دادن آن ماده ای قابل ذوب ایجاد می شود که می توان از آن محصولات مختلفی نظیر چرخ ارابه یا توپ تهیه کرد.

در سال 1909 میلادی فنل فرمالدئید موسوم به باکلیت ساخته شد که در تهیه قطعات الکتریکی، کلیدها، پریزها و وسایل مصرف زیادی دارد.

در اثنای جنگ جهانی دوم موادی مثل نایلون پلی اتیلن و اکریلیک موسوم به پرسپکس به دنیا عرضه شد.

نئوپرن را شرکت دوپان در سال 1932 ابداع و به شکل تجارتی ابتدا با نام دوپرن و بعدها نئوپرن عرضه کرد.

شاخه های پلیمر اولین قدم در زمینه صنعت پلاستیک توسط فردی به نام واسپاهیات انجام گرفت وی در تلاش بود ماده ای را به جای عاج فیل تهیه کند.

وی توانست فرآیند تولید نیترات سلولز را زا سلولز ارائه کند.

در دهه 1970 پلیمرهای هادی به بازار عرضه شدند که کاربرد بسیاری در صنعت رایانه دارند زیرا مدارها و IC های رایانه ها از این مواد تهیه می شوند.

و در سال های اخیر مواد هوشمند پلیمری جایگاه تازه ای برای خود سنسورها پیدا کردند.

پلیمرها را می توان از 7 دیدگاه مختلف طبقه بندی نمود.

صنایع، منبع، عبور نور، واکنش حرارتی، واکنش های پلیمریزاسیون، ساختمان مولکولی و ساختمان کریستالی.

از نظر صنایع مادر پلیمرها به چهار گروه صنایع لاستیک، پلاستیک، الیاف، پوششی و چسب تقسیم بندی می شوند.

این ها صنایع مادر در پلیمرها می باشند اما صنایع وابسته به پلیمر هم فراوان هستند.

در صنعت پزشکی در اعضای مصنوعی، دندان مصنوعی، پرکننده ها، اورتوپدی از پلیمرها به وفور استفاده می شود.

پلیمرها از لحاظ منبع به سه گروه اصلی تقسیم بندی می شوند که عبارتند از پلیمرهای طبیعی، طبیعی اصلاح شده و مصنوعی.

رزین یا پلیمرهای طبیعی منابع طبیعی رزین ها، حیوانات، گیاهان و مواد معدنی می باشد.

این پلیمرها به سادگی شکل پذیر بوده لیکن دوام کمی دارند.

رزین های رایج عبارتند از روزین، آسفالت، تار، کمربا، سندروس، لیگنپین، لاک شیشه ای.

رزین های طبیعی اصلاح شده شامل سلولز و پروتئین می باشد.

سلولز قسمت اصلی گیاهان بوده و به عنوان ماده اولیه قابل دسترسی برای تولید پلاستیک ها می باشد.

کازئین ساخته شده از شیر سرشیر گرفته می شود و تنها پلاستیک مشتق شده از پروتئین است که در عرصه تجارت نسبتا موفق است.

پلیمر مصنوعی پلیمرهای مصنوعی را می توان از طریق واکنش های پلیمریزاسیون به دست آورد.

از مواد پلیمری می توان در تهیه پلاستیک ها، چسب ها، رنگ ها، ظروف عایق و مواد پزشکی بهره جست.

پلاستیک ها به تولید طرح های جدید در اتومبیل ها، کامیون ها، اتوبوس ها، وسایل نقلیه سریع، هاورکرافت، قایق ها، ترن ها، آلات موسیقی، وسایل خانه، یراق آلات ساختمانی و سایر کاربردها کمک نموده اند.

در ادمه به بررسی کاربرد چندین پلیمر می پردازیم: پلیمرهای بلوری مایع (LCP) این پلیمرها به تازگی در بین مواد پلاستیکی ظهور کرده است.

این مواد از استحکام ابعادی بسیار خوب، مقاومت بالا، مقاومت در مقابل مواد شیمیایی توام با خاصیت سهولت شکل پذیری برخوردار هستند.

از این پلیمرها می توان به پلی اتیلن با چگالی کم قابل مصرف در ساخت عایق الکتریکی، وسایل خانگی، لوله و بطری های یک بار مصرف، پلی اتیلن با چگالی بالا قابل مصرف در ظروف زباله ها بطری، انواع مخازن و لوله برای نگهداری و انتقال سیالات، پلی اتیلن شبکه ای، پلی پروپیلن قابل مصرف در ساخت صندوق، قطعات کوچک خودرو، اجزای سواری، اسکلت صندلی، اتاقک تلویزیون و...

اشاره نمود.

پلیمر های زیست تخریب پذیر (تجزیه پذیر) این پلیمرها در طی سه دهه اخیر در تحقیقات بنیادی و صنایع شیمیایی و دارویی بسیار مورد توجه قرار گرفته اند.

زیست تخریب پذیری به معنای تجزیه شدن پلیمر در دمای بالا طی دوره مشخص می باشد که بیشتر پلی استرهای آلیفاتیک استفاده می شود.

از این پلیمرها در سیستم های آزاد سازی دارویی با رهایش کنترل شده یا در اتصالات، مانند نخ های جراحی و ترمیم شکستگی استخوان ها و کپسول های کاشتی استفاده می شود.

پلی استایرن این پلیمر به صورت گسترده ای در ساخت پلاتیک ها و رزین هایی مانند عایق ها و قایق های فایبر گلاس در تولید لاستیک، مواد حد واسط رزین های تعویض یونی و در تولید کوپلیمرهایی مانند ABS و SBR کاربرد دارد.

محصولات تولیدی از استایرن در بسته بندی، عایق الکتریکی - حرارتی، لوله ها، قطعات اتومبیل، فنجان و دیگر موادی که در ارتباط با مواد غذایی می باشند، استفاده می شود.

لاستیک های سیلیکون مخلوط بسیار کانی- آلی هستند که از پلیمریزاسیون انواع سیلاب ها و سیلوکسان ها به دست می آیند.

با اینکه گرانند ولی مقاومت قابل توجه در برابر گرما به استفاده منحصر از این لاستیک ها در مصارف بالا منجر شده است.

این ترکیبات اشتغال پذیری نسبتا پایین، گران روی کم در درصد بالای رزین، عدم سمیت، خواص بالای دی الکتریک، حل ناپذیری در آب و الکل ها و...

دارند به دلیل همین خواص ترکیبات سیلیکون به عنوان سیال هیدرولیک و انتقال گرما، روان کننده و گریس، دزدگیر برای مصارف برقی، رزین های لایه کاری و پوشش و لعاب مقاوم در دمای بالا و الکل ها و مواد صیقل کاری قابل استفاده اند.

بیشترین مصرف این ها در صنایع هوا فضاست.

لاستیک اورتان این پلیمرها از واکنش برخی پلی گلیکول ها با دی ایزوسیانات های آلی بدست می آیند.

مصرف اصلی این نوع پلیمرها تولید اسفنج انعطاف پذیر و الیاف کشسان است.

در ساخت مبلمان، تشک، عایق - نوسان گیر و...

به کار می روند.

ظهور نخ کشسان اسپندکس از جنس پلی یوره تان به دلیل توان بالای نگهداری این نوع نخ زمینه پوشاک ساپورت را دگرگون کرده است.

تحولات آینده صنعت پلیمر و تأثیرات بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی بر آن دوره­های تکامل علم و تکنولوژی اگر دوره­های تکامل تولید علم و تکنولوژی را مورد بررسی قرار دهیم، زمانی در عصر کشاورزی قرار داشتیم؛ سپس عصر صنعت شکل گرفت و بعد از آن نیز عصر اطلاعات که در عصر اطلاعات، دانش (Knowledge) به عنوان نیروی هدایت­گر عمل می­کردند.

عصر حاضر، عصر ارتباطات است که در این عصر ایده­ها و در واقع بصیرت و دوراندیشی است که به عنوان نیروی محرک در همه زمینه­های تحقیقاتی عمل می­کند.

چرخه عمر تکنولوژی­ها همانطور که ملاحظه می­شود در دوره­ای که از سال 1990 شروع و تا 2050 ادامه دارد نانو­تکنولوژی به عنوان یک عامل تعیین­کننده در همه تحقیقات اعم از صنعتی و غیرصنعتی ایفای نقش می­کند.

در تعریف نانو­تکنولوژی می­توان گفت زمینه­ای است که در آن دانشمندان سعی در دستکاری مواد در سطح فرامولکولی (Supera molecular) دارند که این فرایند منجر به ساخت مواد کاملاً جدید با خواص و عملکرد کاملاً جدید خواهد شد.

نظیر موادی که در عین سبکی، فوق­العاده محکم، مقاوم و هوشمند هستند.

البته می­توان گفت که در این تکنولوژی جدید، علم شیمی هم نقش ایفا می­کند.

در واقع شیمی و مواد شیمیایی در تعامل با علوم مولکولی هستند و به عبارتی دیگر شیمی در سطح نانوشیمی در این تکنولوژی جدید ایفای نقش می­کند.

البته میتوان گفت که در این تکنولوژی جدید، علم شیمی هم نقش ایفا میکند.

در واقع شیمی و مواد شیمیایی در تعامل با علوم مولکولی هستند و به عبارتی دیگر شیمی در سطح نانوشیمی در این تکنولوژی جدید ایفای نقش میکند.

البته نانوتکنولوژی به دو صورت در زمینه تحقیقات شیمیایی در آینده تأثیرگذار است: یکی سودآور کردن فرایندهای شیمیایی و دیگری نوآوری در صنایع شیمیایی.

آینده صنایع پلیمری و مواد پلیمری یکی از روندهای مؤثر بر صنایع پلیمری آن است که شرکتها از کسب و کار (Business) مواد به سوی کسب و کار علوم زندگی((Life sciences در حال سوق یافتن هستند.روند دیگر حرکت به سمت تولید قطعات و محصولات پلیمری به طور انبوه است؛ در واقع صرف مواد پلیمری تولید نمیشوند بلکه محصولات پلیمری به صورت قطعات ساخته شده ارائه میشوند.

در این میان تولید پلیمرهای با کارایی بالا (High performance) و پلیمرهای عاملدار (Functional) که نقش تعیینکنندهای در صنایع شیمیایی دارند، همچنان مورد توجه زیاد شرکتها هستند ولی روندی که در مورد این دسته از پلیمرها مشاهده میشود نیز آن است که توسعه آنها توسط صنایعی که این مواد را به کار خواهند گرفت نظیر صنایع الکترونیک، صنایع پزشکی و غیره صورت میپذیرد.

بنابراین در جمعبندی مطالب بالا میتوان گفت که در آینده سود حاصل از کسب و کار پلیمرها، از قطعات ساخته شده از آنها حاصل میشود و نه لزوماً از خود مواد پلیمری.

نقش R&Dها در سودآورکردن صنایع شیمیایی مرکز تحقیق و توسعه (R&Dها) با افزایش بازدهی از طریق بهبود فرآیند و تکرار پذیرکردن از طریق به حداقل رساندن خطا، استفاده از منابع تجدیدپذیر و مصرف کمتر انرژی، صنایع شیمیایی را حمایت میکنند.

ابزار رسیدن به این هدف به وسیله بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی ایجاد خواهد شد.

به طور کلی فرض ما در ارائه یک دورنما برای صنایع پلیمری و تجارت مواد پلیمری بر این است که: - اگرچه باریکبینی در فعالیتها ممکن است در کوتاهمدت به علت افزایش ارزش سهام مفیدتر باشد، ولی در درازمدت ممکن است به دلیل جلوگیری از نوآوری زیانبار باشد.

- در آینده شرکتهای هیبرید (Hybrid) توسعه پیدا خواهند کرد و به خاطر وجود امکانات متنوع و بهکارگیری مهارتهای غیر معمول، نوآورترین شرکتهای تحقیقات پلیمری خواهند بود.

- علوم مواد (Material sciences) و علوم زندگی (Life sciences) در آینده فرصتهای زیادی را جهت نوآوری ایجاد میکنند که در این راستا لازم است یک تعامل و تعادل صحیح بین این علوم به وجود آید.

در واقع میتوان گفت که برآیند تحقیقات حاصل در زمینه بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی، تعیینکننده آینده تحقیقات پلیمری خواهد بود.

طبیعت و دستاوردهای مصنوعی طبیعت نقش مؤثری در هدایت ما ایفا میکند.

با دقیق شدن در طبیعت مثلاً در مورد گیاهان، در چگونگی و نحوه قرارگرفتن استخوانهای جانوران و انسانها، در ساختار ماهیچهها و غیره، در همه اینها عمل بهینهسازی (Optimise) به خوبی مشاهده میشود.

مقایسه مواد طبیعی و سنتزی در مواد سنتزی انتخاب اجزا بر اساس قیمت است ولی در مواد طبیعی انتخاب اجزا بر اساس بازیافت کامل آنها و کمترین انرژی مورد نیاز برای ایجادشان است.

مواد طبیعی دارای خواص ساختاری بسیار مناسبی هستند و کنترل دقیقی در سطوح مولکولی آنها انجام میگیرد؛ بهینهترین طراحی ماکروسکوپیک در آنها صورت گرفته است.

در حالیکه در مواد سنتزی تمرکز روی بهینه کردن یک جنبه خاص صورت میگیرد.

در مواد سنتزی ممکن است که ما مواد را ساده و سریع مثلاً با یک قالبگیری تزریقی ایجاد کنیم ولی با نظم فرامولکولی سازگاری ندارند.

در نهایت موارد زیر را میتوان از طبیعت آموخت: بازیافت کامل مواد کنترل در سطح مولکولی نظم بخشیدن در سطح نانو پلیمرهای عاملدار با فرایند پذیری وخواص ساختاری خوب همافزایی بین علوم مواد و علوم زندگی همافزایی بین علوم مواد و علوم زندگی باعث میشود که: الف) ما از جعبهابزار علوم زندگی (بیوتکنولوژی، Fermentation، Enzymology ) استفاده میکنیم: - برای تولید منومرها یا پلیمرها - برای اصلاح و عاملدار سازی پلیمرها ب) از جعبه ابزار علوم مواد برای کاربردهای علوم زندگی استفاده میکنیم: - بستهبندیهای هوشمند - برای تولید پلیمرهای زیستسازگار و قابل بازیافت در طبیعت به سوی نانوتکنولوژی مولکولی بررسیها نشان میدهند که تحقیقات ما زمانی در سطح ماکرو و بعد میکرو بود و اکنون در سطح نانو است.

در واقع جهتگیری ما از سال 1950 تا 2050 بهسمت نانوتکنولوژی است و علوم آینده در این راستا قرار میگیرند.

باید به جهتگیری خود توجه کنیم و وضعیت آینده را در نظر بگیریم.

مثلاً در کارخانجات فعلی، هر بار محصول متفاوتی با فرآیند متفاوت تولید میکنیم، به مصرف انرژی و مواد اولیه زیادی نیاز داریم و ضایعات فراوان است.

ولی در صنایع آینده سیستم عوض میشود و گیاهان به عنوان کارخانجات تولید کننده عمل خواهند کرد.

سیستمها از طریق آنزیمها کنترل میشوند و توجه ما به حرکت تکتک مولکولها در طی یک فرآیند معطوف خواهد شد.

نتیجهگیری کلی درست پرداختن به پدیدهها در پلیمرها، طراحی و سنتز پلیمرهایی که در آنها مجموعهای از باندهای هیدروژنی وجود دارد و ساخت سیستمهای ایدهآل باعث میشود که محدودیتهای ژنتیکی برداشته شود.

سنتز پلیمرها به سمت آنهایی که حلال (Media) آنها آب است گرایش پیدا خواهند کرد و کاربرد پلیمرها، در ساخت ابزارهای پلاستیکی الکترونی که حجم بالایی از مواد نیمههادی را ایجاد میکنند، افزایش پیدا خواهد کرد.

شرکتهای هیبرید ایجاد شده، توسعه مییابند و این شرکتها برای ایجاد تعادل و تعامل صحیح بین تمرکزگرایی و تنوعگرایی نقش بسیار مهمی را ایفا میکنند.

تصور ما بر اینست که همراهی علوم مواد و علوم زندگی میتوانند فرصتهای بیشماری را در آینده برای تحقیقات فراهم آورند و بیشترین فرصتها و رقابتها در جهش به سمت پیچیدگی بیشتر مواد سنتزی ایجاد خواهد شد و نهایتاً فرامولکولهای پلیمری بر پایه پیوندهای هیدروژنی، در آینده بیشترین زمینه تحقیقات و پیشرفت را فراهم خواهند نمود.