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.