ماده اولیه پلیمر و پلاستیک چیست؟
پلیمرها از مولکول های کوچک به نام مونومر تشکیل می شوند. این مونومرها می توانند طبیعی یا مصنوعی باشند. مونومرهای طبیعی شامل سلولز، نشاسته، صمغ، پشم و ابریشم هستند. مونومرهای مصنوعی از نفت خام، گاز طبیعی و زغال سنگ به دست می آیند.
نوع مونومر و همچنین مواد افزودنی که به آن اضافه می شود، خواص نهایی پلیمر را تعیین می کند. پلیمرها کاربردهای بسیار متنوعی در صنایع مختلف مانند بسته بندی، نساجی، ساختمان، خودرو و پزشکی دارند.
پلیمر چیست؟
پلیمرها دسته‌ای از مواد هستند که از مولکول های بسیار بزرگ به نام ماکرومولکول تشکیل شده اند. این ماکرومولکول ها از به هم پیوستن واحدهای کوچکتر تکرارشونده ای به نام مونومر به وجود می آیند. پلیمرها می توانند به صورت طبیعی، مانند پروتئین ها و سلولز، یا مصنوعی، مانند پلاستیک ها باشند.
خواص پلیمرها به نوع مونومر، طول زنجیره و ساختار فضایی آنها بستگی دارد. پلیمرها می توانند جامد، مایع یا گاز باشند و تنوع کاربردی بسیار بالایی دارند. از آنها در صنایع مختلف مانند بسته بندی، نساجی، ساختمان، خودرو، پزشکی و… استفاده می شود.
برخی از مزایای پلیمرها عبارتند از:
- سبک بودن: پلیمرها در مقایسه با فلزات و سرامیک ها، وزن کمتری دارند.
- استحکام: برخی از پلیمرها مانند پلی اتیلن ترفتالات (PET) و پلی کربنات، بسیار مستحکم هستند.
- انعطاف پذیری: پلیمرها می توانند به صورت انعطاف پذیر یا سفت تولید شوند.
- مقاومت شیمیایی: برخی از پلیمرها در برابر مواد شیمیایی خورنده مقاوم هستند.
- قابلیت فرآوری: پلیمرها را می‌توان به راحتی قالب گیری، اکسترود و ریخته گری کرد.
- قیمت مناسب: پلیمرها به طور کلی در مقایسه با مواد دیگر، قیمت مناسب تری دارند.
به دلیل این مزایا، پلیمرها نقش مهمی در زندگی روزمره ما ایفا می‌کنند.
انواع پلیمر
پلیمرها بر اساس معیارهای مختلفی دسته بندی می شوند، که از جمله مهم‌ترین آنها می توان به منبع، ساختار زنجیره و رفتار حرارتی اشاره کرد.
بر اساس منبع: پلیمرها به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند. پلیمرهای طبیعی مانند سلولز، نشاسته و پروتئین از منابع طبیعی مانند گیاهان و حیوانات به دست می آیند. در مقابل، پلیمرهای مصنوعی مانند پلی اتیلن، پلی پروپیلن و پلی وینیل کلرید (PVC) توسط انسان در آزمایشگاه یا کارخانه تولید می شوند.
بر اساس ساختار زنجیره: پلیمرها بر اساس نحوه اتصال مونومرها به یکدیگر، به چهار دسته خطی، شاخه ای، شبکه ای و نردبانی تقسیم می شوند. پلیمرهای خطی ساده ترین نوع پلیمر هستند و در آنها مونومرها به صورت سر به دم به یکدیگر متصل می شوند. در پلیمرهای شاخه ای، زنجیره اصلی با زنجیره های جانبی کوتاه تر پیوند دارد. پلیمرهای شبکه ای از مولکول های به هم پیوسته ای تشکیل شده اند که ساختاری شبیه توری دارند. پلیمرهای نردبانی از دو زنجیره موازی تشکیل شده اند که با پیوندهای عرضی به یکدیگر متصل شده اند.
بر اساس رفتار حرارتی: پلیمرها به دو دسته ترموست و ترموپلاستیک تقسیم می شوند. پلیمرهای ترموست در برابر گرما شکل خود را حفظ می کنند و نمی توان آنها را ذوب کرد. در مقابل، پلیمرهای ترموپلاستیک در اثر گرما نرم شده و می توان آنها را ذوب و قالب گیری کرد.
ماده اولیه پلیمر
ماده اولیه پلیمرها مولکول های کوچکی به نام مونومر هستند. این مونومرها می توانند از منابع مختلفی به دست آیند:
منابع طبیعی: سلولز و نشاسته (از گیاهان)، صمغ (از درختان)، پشم و ابریشم (از حیوانات)
منابع مصنوعی: نفت خام، گاز طبیعی، زغال سنگ
نوع مونومر و همچنین فرآیندی که روی آن انجام می شود، نوع پلیمر و خواص نهایی آن را تعیین می کند.
برای مثال، از پلیمریزاسیون اتیلن (مونومری که از نفت خام به دست می آید) پلی اتیلن (PE) تولید می شود که در کیسه های پلاستیکی، لوله ها و اسباب بازی ها کاربرد دارد.
پلیمرها به دلیل تنوع مواد اولیه و خواصشان، کاربردهای بسیار گسترده ای در صنایع مختلف مانند بسته بندی، نساجی، ساختمان، خودرو، پزشکی و… دارند.
در حال حاضر تلاش های زیادی برای تولید پلیمرهای زیستی از منابع تجدیدپذیر مانند گیاهان و ضایعات کشاورزی در حال انجام است. این پلیمرها می توانند جایگزینی مناسب برای پلیمرهای پایه فسیلی باشند و به حفظ محیط زیست کمک کنند.
ماده اولیه پلیمر با منبع طبیعی
برخی از پلیمرها از منابع طبیعی مانند گیاهان، حیوانات و میکروب ها به دست می آیند. این پلیمرها به عنوان پلیمرهای طبیعی یا زیستی شناخته می شوند.
برخی از مهم ترین مواد اولیه پلیمر با منبع طبیعی عبارتند از:
سلولز: فراوان ترین پلیمر طبیعی است که از دیواره سلولی گیاهان به دست می آید. سلولز برای تولید الیاف نساجی مانند پنبه و ریون، فیلم های پلاستیکی زیست تخریب پذیر و همچنین در صنایع غذایی و دارویی استفاده می شود.
نشاسته: از دانه گیاهان مانند گندم، ذرت و سیب زمینی به دست می آید. نشاسته برای تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر، فیلم ها و کیسه های بسته بندی و همچنین در صنایع غذایی و دارویی استفاده می شود.
صمغ: از درختان ترشح می شود و برای تولید رزین ها، چسب ها و پوشش ها استفاده می شود.
پشم و ابریشم: از حیوانات به دست می آیند و برای تولید الیاف نساجی، فرش و سایر منسوجات استفاده می شوند.
کیتین: از پوسته سخت سخت پوستان مانند میگو و خرچنگ به دست می آید و برای تولید فیلم های قابل جذب، نخ بخیه و همچنین در صنایع دارویی و آرایشی استفاده می شود.
مزایای استفاده از مواد اولیه پلیمر با منبع طبیعی عبارتند از:
تجدیدپذیری: این مواد از منابع طبیعی مانند گیاهان و حیوانات به دست می آیند که می‌توانند دوباره رشد کنند و جایگزین شوند.
زیست تخریب پذیری: برخی از پلیمرهای طبیعی مانند سلولز و نشاسته در محیط زیست به طور طبیعی تجزیه می شوند و به این ترتیب به کاهش آلودگی محیط زیست کمک می کنند.
کاهش وابستگی به منابع فسیلی: استفاده از مواد اولیه پلیمر با منبع طبیعی می تواند به کاهش وابستگی به نفت خام و سایر منابع فسیلی که منابع تجدیدناپذیر هستند، کمک کند.
با توجه به مزایای ذکر شده، استفاده از مواد اولیه پلیمر با منبع طبیعی در حال افزایش است و تحقیقات زیادی برای توسعه پلیمرهای جدید با عملکرد بالا از این مواد در حال انجام است.
ماده اولیه پلیمر با منبع مصنوعی
اکثر پلیمرهای مورد استفاده در حال حاضر از منابع مصنوعی مانند نفت خام، گاز طبیعی و زغال سنگ به دست می آیند. این مواد اولیه به عنوان مونومر در فرآیندی به نام پلیمریزاسیون به یکدیگر متصل می شوند و پلیمر را تشکیل می دهند.
برخی از مهم ترین مواد اولیه پلیمر با منبع مصنوعی عبارتند از:
نفت خام: مهم ترین ماده اولیه برای تولید پلیمرهایی مانند پلی اتیلن (PE)پلی پروپیلن (PP)، پلی وینیل کلرید (PVC) و پلی استایرن (PS) است.
گاز طبیعی: برای تولید پلی اتیلن (PE) و پلی پروپیلن (PP) استفاده می شود.
زغال سنگ: برای تولید پلی اتیلن (PE) و پلی وینیل کلرید (PVC) استفاده می شود.
مزایای استفاده از مواد اولیه پلیمر با منبع مصنوعی عبارتند از:
قیمت مناسب: این مواد به طور کلی در مقایسه با مواد اولیه طبیعی، قیمت مناسب تری دارند.
دسترسی آسان: نفت خام، گاز طبیعی و زغال سنگ منابع نسبتا در دسترس و فراوانی هستند.
تنوع: از این مواد اولیه می توان طیف گسترده ای از پلیمرها با خواص مختلف تولید کرد.
با این حال، استفاده از مواد اولیه پلیمر با منبع مصنوعی معایبی نیز دارد:
غیرقابل تجدید: نفت خام، گاز طبیعی و زغال سنگ منابع تجدیدناپذیر هستند و در نهایت تمام خواهند شد.
آلودگی محیط زیست: استخراج و فرآوری این مواد می تواند منجر به آلودگی هوا و آب شود.
تغییرات آب و هوایی: استفاده از سوخت های فسیلی مانند نفت خام و گاز طبیعی برای تولید این مواد، به انتشار گازهای گلخانه ای و گرم شدن کره زمین کمک می کند.
به دلیل معایب ذکر شده، تلاش های زیادی برای توسعه پلیمرهای جدید از منابع تجدیدپذیر مانند گیاهان و ضایعات کشاورزی در حال انجام است. این پلیمرها می توانند جایگزینی مناسب برای پلیمرهای پایه فسیلی باشند و به حفظ محیط زیست کمک کنند.
مونومر ماده اولیه پلیمر چیست؟
مونومر مولکول کوچکی است که به عنوان واحد پایه در ساختار پلیمر عمل می کند. این مولکول ها می توانند از منابع طبیعی مانند سلولز، نشاسته و پشم و یا از منابع مصنوعی مانند نفت خام، گاز طبیعی و زغال سنگ به دست آیند.
فرآیند تبدیل مونومرها به پلیمر را پلیمریزاسیون می نامند. در این فرآیند، مونومرها با یکدیگر واکنش داده و زنجیره های بلند مولکولی را تشکیل می دهند. نوع مونومر، شرایط پلیمریزاسیون و وزن مولکولی پلیمر، خواص نهایی پلیمر را تعیین می کند.
پلیمرها به دلیل تنوع مونومرها و خواصشان، کاربردهای بسیار گسترده ای در صنایع مختلف مانند بسته بندی، نساجی، ساختمان، خودرو، پزشکی و… دارند.