پلیمریزاسیون چیست؟ انواع پلیمریزاسیون
پلیمریزاسیون نام اشنایی است که بچه های مهندسی پلیمر آن را از ترم های اول کارشناسی خود میشنوند اما به دلیل گستردگی این حیطه ممکن است هنوز خیلی از آن ها فرق انواع روش های پلیمریزاسیون و محیط های پلیمریزاسیون و یا پلیمرهایی که با نوع خاصی از مکانیسم به دست می ایند را ندانند. جدا از بحث آزمایشگاهی یا صنعتی، پلیمریزاسیون از جمله دروس اصلی مقطع کارشناسی و ارشد مهندسی پلیمر است که در کنکور ارشد و دکتری پلیمر از آن سوال می آید. با ما همراه باشید تا در این مقاله به انواع پلیمریزاسیون بپردازیم و در مقاله های بعد محیط ها را بررسی نماییم.
پلیمریزاسیون چه فرایندی است؟
پلیمرها زنجیره های طویلی میباشند که از اتصال تعداد واحد های تکراری بسیاری که مونومر نامیده میشوند تحت شرایط خاص و انواع محیط های خاص به دست می ایند پلیمریزاسیون نامیده میشود به قولی فرایند تشکیل پلیمر را پلیمریزاسیون مینامند. البته در این فرایند همیشه محصول تولیدی پلیمر نیست میتوان گفت در یک زنجیره پلیمر هزاران و حتی تعداد زیادتری از مونومرها را می توان یافت که با نیروهای قوی به یکدیگر متصل اند که حداقل وزن مولکولی انهل ۲۵۰۰۰ میباشد و شامل گره خوردگی های فراوان(entanglement) هستند و حتی ممکن است وزن مولکولی پلیمر ها به میلیون نیز رسانده شود.
انواع پلیمریزاسیون از نظر مکانیزم تشکیل
پلیمریزاسیون تراکمی یا مرحله ای
در این نوع پلیمریزاسیون مونومرهایی را میتوان به کار گرفت که دارای عامل فعال در دو مونومر خود باشد که به تدریج و مرحله به مرحله به یکدیگر اضافه شده و مونومر در لحظات اولیه از بین میرود و کل سیستم باهم به وزن مولکولی بالاتر میرسند و قائدتا زمان زیادی را میبرد تا کل سیستمی که با کاهش چشمگیر انتروپی مواجه شده به وزن مولکولی بالا برسد. این واکنش معمولا با حذف مولکول های آب همراه هستند. از انواع پلیمر هایی که از این روش به دست می آیند میتوان به پلی آمیدها اشاره کرد که از به هم پیوستن مونومر دی آمین و دی اسید با حذف مولکول آب حاصل میشود. یکی از پلیمرهای این گروه ترکیب هگزامتیل دی آمین و آدپیک اسید میباشد که ان را تحت عنوان نایلون6و6 یا پلی (هگزامتیلن آدیپامید) میشناسیم.
از محبوب ترین و مهمترین مواد پلیمری که با این روش تولید و عرضه میشوند گروه نایلون ها میباشد. به طور کل، میتوان انها را پلی آمید گفت اگرچه گروهی از پروتئینها نیز در گروه پلی آمیدها قرار گرفته اند. برای همین میتوان واژه نایلون را متمایزکننده پلی آمیدهای مصنوعی از سایر گروه های پلی آمیدها دانست .
نوع دیگری از پلیمریزاسیون تراکمی وجود دارد که در طول فرایند حلقه ی برخی از واحد های تکراری حلقوی دارای قابلیتی هستند که میتوانند باز شوند و متصل به مونومر های موجود در واکنش شوند و نهایتا تولید زنجیره های پلیمری بکنند. به بیانی دیگر، می توانیم با فرایند پلیمریزاسیون حلقه گشا که کمی جلوتر درباره آن میخوانیم، از یک مونومر حلقوی به یک پلیمر سنگین خطی برسیم. این نوع پلیمریزاسیون ها از نوع تراکمی دسته بندی شده درحالیکه هیچ مولکول کوچکی جذب نشده و انتقال هیدروژن نیز انجام نمیشود.
پلیمریزاسیون افزایشی یا زنجیره ای
در این نوع پلیمریزاسیون یک مرکز فعالی برای شروع واکنش نیاز است که این مراکز فعال شامل رادیکالها انیون و کاتیون میباشد. به همین خاطر در این نوع پلیمریزاسیون حضور شروع کننده بدرای اغار واکنش ضروری میباشد. پس از اغاز فرایند در چشم به هنم زدنی مراکز فعال باهم زنجیری متولد میکنند و میمیرند و به همین شکل ادامه میابد تا به وزن مولکولی های بسیار بالا برسیم. سرعت این پلیمریزاسیون بسیار بالاست و عمدتا پلیمرهای ترموپلاستیک از این روش به دست می آیند. مراکز فعالی که در این نوع پلیمریزاسیون شرکت میکنند می توانند رادیکالهای آزاد، کاتیون، آنیون و حتی مراکز یونی ویژه (کاتالیزورهای کوردینانسیونی (مانند زیگلر – ناتا)) قرار گیرند. برخلاف پلیمریزاسیون مرحله ای، که به دو یا سه دسته (مانند پلیمریزاسیونهای خطی و یا حلقه ای) تقسیم بندی شده اند، پلیمریزاسیونهای زنجیره ای به چند گروه عمده تقسیم بندی گشته اند.
در جدول زیر مقایسه ویژگیهای هر دو نوع پلیمریزاسین را بایکدیگر مقایسه میکنیم.
پلیمریزاسیون زنجیره ای حلقه گشا ring opening
در این نوع پلیمریزاسیون که طیف کمتری از پلیمر ها را در بر میگیرد در طی بسیاری از پلیمریزاسیون های آنیونی نیز، حلقه های برخی از مونومر های دارای گروه های حلقوی قابلیت باز شدن و برهمکنش با مونومر های موجود در واکنش و تولید زنجیره های پلیمری را دارند. جالب است بداینید که اغلب این پلیمرها عموماً تراکمی میباشند و اگرچه هیچ مولکول کوچکی را جذب نمیکنند انتقال هیدروژن نیز صورت نمی پذیرد، با این حال اغلب پلیمریزاسیونهای حلقه گشا با موادی که مونومرهای وینیلی را پلیمریزه می کند، وارد واکنش میشوند.البته باید بدانید که برخی از پلیمر ها میتواند با چند روش پلیمریزه شود به عنوان مثال برای این گروه میتوان از روشهای کاتیونی یا آنیونی پیروی کنند. برای این گروه از مونومر ها فقط چند نمونه شروع رادیکال آزاد مشاهده شده است. نکته مهم و قابل توجه در این نوع پلیمریزاسیون ارتباطی است که بین اندازه حلقه و قابلیت پلیمریزاسیون وجود دارد. مثلا مونومر کاپرولاکتام شامل یک حلقه هفت عضوی میباشد.این مونومر در دماهای بالا، به با شروع کننده های آنیونی، به راحتی قابلیت پلیمر شدن را دارد. به عنوان مثالی دیگر حلقه پنج عضوی بوتیرولاکتام و حلقه شش عضوی والرولاکتام همچنین از روش آنیونی قابلیت پلیمرشدن را دارد . همچنین باید بدانیم که نوع پلیمریزاسیون بر خواص پلیمر و مقادیر ویسکوزیته موثر است،برای مثالی که گفته شد پلیمریزاسیون آنیونی سریع مونومر کاپرولاکتام به نایلون 6 که با سرعت زیاد و در دماهای بالا صورت میپذیرد به تشکیل پلیمری با ویسکوزیته پایینتری کاهش یافته است.همانگونه که گفتیم تاثیر نوع پلیمریزاسیون بر خواص انکار ناپذیر است مثلا تغییر در توزیع وزن مولکولی (PDI) ، محتمل ترین حالتی بوده است که اخیراً گزارش شده است.
نتیجه
مهندسان پلیمر با دانستن و آگاه بودن از انواع روش های پلیمریزاسیون راهای کنترل خواص و به دست اوردن پلیمری که خواص مد نظرشان را داشته باشد میتوانند بسیار در پیشرفت تحصیلی شغلی و توسعه علم در این زمینه موثر باشند. دوره اموزشی شیمی پلیمر (شیمی سینتیک) و اصول مهندسی پلیمریزاسیون که از طریق سایت عرضه میشود میتواند بسیار در درک و به کار گیری مباحث علمی در حیطه صنعتی و حتی در پروژه های اکادمیک به شما کمک کند همچنین دریافت علوم مربوط به پلیمریزاسیون در گرفتن نتیجه مطلوب با حداقل هدر رفت مواد بسیار تاثیر گذار میباشد.
دیدگاهتان را بنویسید