یکی از مواد مهمی که در دنیای امروز نقش اساسی در زندگی انسان ایفا میکند و بدون آن شرایط زندگی سختتر میشود، مواد پلمیری یا بسپار است. بدون شک نام مواد پلمیری بارها به گوش شما خورده است اما به ماهیت آن توجهی نداشتهاید. در خصوص مواد پلیمری و اهمیت آن در زندگی انسان باید گفت که بسیاری از وسایل پلاستیکی اطراف ما، بدنه پلاستیکی تجهیزات و دستگاههای الکتریکی، ظروف، بسته بندی محصولات غذایی، بستههای دارویی و بسیاری از محصولات دیگر یک نوع پلیمر محسوب میشوند. با توجه به اهمیت پلیمر در زندگی انسان در این مطلب قصد داریم با مواد پلمیری و انواع آن آشنا شده و کاربردهای هر کدام را مورد بررسی قرار دهیم.
پلیمر چیست؟
پلیمر که به نامهای بزرگ مولکول یا بسپار نیز شناخته میشود، به مولکول بزرگی گفته میشود که از اتصال تعداد زیادی پلیمر و تشکیل زنجیرههای بلند ساخته میشود. کلمه Polymer که ریشه یونانی دارد از ترکیب دو واژه Poly به معنای چند و Mer به معنای بخش یا قسمت تشکیل شده است.
مونومر چیست؟
همانطور که گفته شد پلیمر مادهای است که از اتصال تعداد زیادی پلیمر ساخته شده است. در واقع مونومر کوچکترین واحد تکرار شونده در پلیمر است؛ در صورتی که پلیمر را مانند یک تسبیح در نظر بگیرید، دانههای تسبیح که زنجیره را تشکیل میدهند نقش مونومر را ایفا میکنند.
انواع پلیمر
پلیمرها به عنوان یکی از پرکاربردترین موادی که این روزها مورد استفاده قرار میگیرند در انواع مختلفی وجود دارند. انواع پلیمر را میتوان بر اساس معیارهای مختلف دستهبندی کرد. یکی از معیارهای اصلی برای دستهبندی انواع پلیمر منشأ آنها است. از نظر منشأ پلمیرها در دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیمبندی میشوند.
- پلیمرهای طبیعی: به پلیمرهایی گفته میشود که از مواد موجود در طبیعت ساخته میشوند؛ از جمله این نوع پلیمرها میتوان به پشم، ابریشم، لاستیک طبیعی، سلولز، پروتئین، نشاسته و… اشاره کرد.
- پلیمرهای مصنوعی: به پلیمرهایی گفته میشود که از مولکولهایی با وزن مولکولی پایین و در محیط آزمایشگاه ساخته میشوند. از جمله این پلیمرها میتوان به نایلونها، پلی اتیلن، پلی استر، رابرهای مصنوعی، PVC، تفلون و… اشاره کرد.
انواع پلیمر از نظر ساختار
یکی دیگر از معیارهای دستهبندی انواع پلیمر، ساختار آنها است. بر اساس ساختار میتوان انواع پلیمر را در سه دسته خطی، شاخههای و پلیمرهای دارای پیوندهای عرضی و شبکهای تقسیمبندی کرد:
- پلیمر خطی: در این نوع پلیمر، مونومرها با اتصال به یکدیگر زنجیرههای بلندی را تشکیل میدهند؛ به همین دلیل در این نوع پلیمر هیچ شاخه جانبی وجود نداشته و در نتیجه مولکولهای آن به هم نزدیک هستند. این نوع پلیمرها معمولا دانسیته، نقطه ذوب و استحکام کششی بالایی دارند. از مهمترین پلیمرهای خطی میتوان به HDPE و نایلون اشاره کرد.
- پلیمر شاخهای: این نوع پلیمرها مانند پلیمرهای خطی از زنجیره مستقیم و بلند تشکیل شدهاند با ان تفاوت که شاخههای جانبی متفاوتی دارند. در نتیجه مولکولهای این نوع پلیمر به صورت نامنظم قرار گرفته که باعث میشود دانسیته پایینتر و استحکام کششی و نقطه ذوب کمتری داشته باشند.
- پلیمرهای دارای پیوندهای عرضی و شبکهای: در این نوع پلیمرها، مونومرها به هم متصل شده و شبکههای سه بعدی تشکیل میدهند که این شبکهها از طریق پیوندهای عرضی به هم متصل میشوند. این نوع پلیمر به دلیل نوع اتصال و ساختار شبکهای، سخت، سفت و شکننده هستند. ملامین، رزین فرمالدئید، لاستیکهای پخت شده و… در این دسته قرار میگیرند.
لیست پلیمرهای پرکاربرد
همانطور که مشاهده کردید پلیمرها از موادی هستند که در انواع مختلفی وجود دارند؛ با وجود تنوع زیاد پلیمرها، برخی از آنها در مقایسه با انواع دیگر از کاربرد بیشتری برخوردار هستند. به همین دلیل در ادامه با پرکاربردترین انواع پلیمر و ویژگیهای و کاربردهای هر کدام آشنا میشویم.
1- پلی اتیلن
پلی اتیلن یا PE را میتوان یکی از متداولترین و پرکاربردترین انواع پلیمر دانست که بدون شک همه انسانها در طول روز با این ماده سروکار دارند. پلی اتیلن نوعی از پلیمر است که از 2 اتم کربن و 4 اتم هیدروژن تشکیل شده که با توجه به نوع پیکربندی زنجیره مولکولی در اشکال مختلفی در دسترس است. پلی اتیلنها به نام هموپلیمر (Homopolymer) نیز شناخته میشوند که علت آن کنار هم قرار گرفتن مکرر یک نوع مولکول، یعنی مولکول اتیلن است.
در دسترس بودن، هزینه و قیمت کم، امکان استفاده به عنوان عایق الکتریکی، مقاومت بالا در برابر حلالها و اسیدهای رقیق، مقاوم در برابر پارگی و تولید در مدلهایی شفاف از مهمترین مزیتها و ویژگیهای این نوع پلیمر است. با توجه به اینکه پلیمر در اشکال مختلفی وجود دارد، در ساخت و تولید مواد و تجهیزات زیادی به کار گرفته میشود. از مهمترین موارد کاربرد PE میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- ساخت بطری مواد نوشیدنی (آب و نوشابه)
- بستهبندی مواد غذایی
- تولید پلاستیکهای خرید
- تولید لوله و اتصالات
- فیلم استرچ
- فیلم شیرینگ
- ایمپلنتهای پزشکی
- انواع پوشاک
2- پلی پروپیلن
این پلیمر از ترکیب مونومرهای پلی پروپیلن ساخته شده و یک پلمیر افزودنی از ترموپلاستیک به حساب میآید. در کنار پلی اتیلن، پلی پروپیلن نیز یکی از پرکاربردترین انواع پلیمر محسوب میشود که در ساختار بسیاری از تجهیزات و وسایل به کار گرفته میشود. این ماده از 3 اتم کربن و 6 اتم هیدروژن تشکیل شده که باعث شده دارای ویژگیهایی از قبیل انعطافپذیری و مقاومت بالا، عایق الکتریکی، موجود در مدلهای مات و شفاف، مقاومت در برابر پارگی و سوراخ شدن و مقاومت در برابر مواد شیمیای باشد.
یکی از ویژگیهای مهم پلی پروپیلن یا PP مقاومت بالا در برابر خوردگی است که باعث شده در محیطهای مسکونی و صنعتی کاربرد زیادی داشته باشد. از مهمترین موارد کاربرد این پلیمر میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- تولید انواع مواد شوینده
- تولید سفید کنندهها
- تولید محصولات پزشکی مانند سرنگ، ظرف قرص، ظرف نمونهگیری و…
- بستهبندی تجهیزات و مواد غذایی
3- پلیوینیل کلراید
PVC یا پلی وینیل کلراید نیز یکی از متداولترین و پرکاربردترین مواد پلیمر در دنیا است که در ساخت و تولید بسیاری از لوازم و تجهیزات مورد استفاده قرار میگیرد. طول عمر بالا، مقاومت زیاد در برابر سایش و خط و خش و ضربه، تراکم و دانسیته بالا، قیمت اقتصادی و سختی بالا از مهمترین ویژگیهای این ماده پلیمری است. این ویژگیها باعث شده که پی وی سی در بسیاری از مواد و صنایع از جمله موارد زیر مورد استفاده قرار بگیرد:
- صنایع عمرانی و ساخت و ساز
- تجهیزات پزشکی
- صنایع برق و الکترونیک
- صنایع خودروسازی
- لوله و اتصالات
- روکش سیم و کابل
- فیلم بسته بندی
4- پلیاستایرن
نام دیگر آن پلی فنیلتن است که یک ماده پلیمری ایجاد شده از کنار هم قرار گرفتن مونومرهای استایرن است. پلی استایرن یک نوع پلیمر ترموپلاستیک محسوب میشود که میتوان با گرما آن را ذوب کرده و دوباره مورد استفاده قرار داد. از جمله ویژگیهای این ماده پلیمری میتوان به عایق الکتریکی عالی، مقاومت در برابر مواد شیمیایی و اسیدها و بازها اشاره کرد. ABS یکی از پلاستیکهای محبوبی است که در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار میگیرد؛ این پلاستیک در محیط آزمایشگاهی و از فرایند پلیمرسازی همزمان اکریلونیتریل و بوتادین با پلی استایرن به وجود میآید.
از مهمترین کاربردهای پلی استایرن در صنایع مختلف میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- ساخت تجهیزات پزشکی
- استفاده به عنوان عایق
- بستهبندی مواد غذایی
- ساخت ظروف پلاستیکی آشپزخانه
- صنایع خودروسازی
5- پلیتترافلوئورواتیلن
PTFE که با نام تجاری تفلون شناخته میشود، مظهر نچسب بودن در دنیای امروز است. این ماده به دلیل مقاومت شیمیایی بالا، اصطکاک پایین، نچسب بودن، مقاومت در برابر اشعه UV، عدم حساسیت به رطوبت، مقاومت در برابر ضره و مقاومت دی الکتریک بالا در صنایع مختلف و به منظور ساخت انواع وسایل و تجهیزات به کار گرفته میشود. از مهمترین کاربردهای این ماده پلیمری میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- ساخت ظروف آشپزخانه نچسب (قابلمه، ماهیتابه و…)
- مقاوم کردن فرش و پارچه در برابر پس دادن رنگ
- ساخت تجهیزات پزشکی
- ساخت اعضای مصنوعی بدن
6- پلیاتیلن ترفتالات
یکی دیگر از پلیمرهای پرکاربرد در زندگی انسان است که با نام ماده PET یا PETE شناخته میشود. یکی از ویژگیهای مهم این ماده دمای ذوب 260 درجه سانتیگراد است که باعث شده بتوان از آن در محیطهایی با دمای بالا به راحتی استفاده کرد. از دیگر ویژگیها و مزایای این ماده پلیمر میتوان به وزن سبک، استحکام و سختی بالا، عایق الکتریکی، نفوذپذیری کم در برابر گازها و مقاومت در برابر پارگی اشاره کرد. این ویژگیها باعث شده که از ماده PET به صورت گسترده در بستهبندی مواد غذایی استفاده شود. دیگر موارد کاربرد این ماده پلیمری به شرح زیر است:
- تولید انواع شیشه پلاستیکی سس
- تولید ظروف انواع روغن
- تولید ظروف مواد شوینده مانند شامپو، مایع دستشویی، انواع پاک کننده و سفید کننده
7- پلی آمید
پلی آمید که به نام نایلون نیز شناخته میشود یکی دیگر از پرکاربردترین مواد پلیمری در جهان است؛ این ماده پلیمری دارای پیوندهای هیدروژنی زیادی است و به همین دلیل توانایی متوسط در جذب رطوبت و توانایی نسبتا پایین در حفظ گرما دارد. وجود پیوندهای هیدروژنی در ساختار این پلیمر باعث میشود که خاصیت بلوری، مقاومت شیمیایی و مقاومت گرمایی این ماده افزایش پیدا کند. از جمله کاربردهای این ماده پلیمری میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- صنایع تولید پارچه و نساجی
- تولید فرشهای ابریشمی، پشمی و…
- تولید و ساخت ظروف آشپزخانه
- تولید لباسهای ورزشی
- تولید لباسها و جلیقههای ضد گلوله
- صنایع خودروسازی
8- پلی کربنات
این دسته از پلیمرها دارای گروههای کربناته در ساختار خود بوده و به همین دلیل به نام پلی کربنات شناخته میشود. این مواد به دلیل انعطاف بالایی که دارند میتوانند در دمای محیط بدون ایجاد شکستگی در ساختار مولکولی، ایجاد یا اصلاح شوند. با توجه به پایداری مناسب پلی کربنات، امکان استفاده از آن در تجهیزات و دستگاههای پزشکی وجود دارد. برخورداری از مقاومت و سختی بسیار بالا، امکان تولید در دو نوع مات و شفاف، قابلیت استفاده و قالبگیری آسان و انعطافپذیری بالا از دیگر ویژگیهای پلی کربنات است. از مهمترین کاربردهای این ماده در زندگی روزمره انسان میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- ساخت انواع عینک طبی و آفتابی
- ساخت تجهیزات و دستگاههای پزشکی
- تولید تجهیزات ایمنی مانند کلاه ایمنی
- تولید دستگاههای اتوماتیک
- تجهیزات روشنایی و نورپردازی
افزودنیهای پلیمری چیست؟
موادی که به پلیمرها اضافه میشوند تا بتوانند برخی از ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی یا فرایندی آنها را بهبود دهند، به نام افزودنیهای پلیمری شناخته میشوند. در واقع این مواد به پلیمرها کمک میکنند تا بتوانند به نیازهای خاص در کاربردهای مختلف پاسخ بهترین بدهند.
انواع افزودنیهای پلیمری
افزودنیهای پلیمری انواع مختلفی دارند که هر کدام از آنها دارای کاربرد متفاوتی بوده و میتوانند یک یا چند ویژگی مختلف را در مواد پلیمری بهبود دهند. از مهمترین افزودنیهای پلیمری میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- نرمکنندهها (Plasticizers): هدف از اضافه کردن نرمکنندهها به مواد پلیمری افزایش انعطافپذیری، نرمی و کشسانی آنها است. این مواد نیروی بین زنجیرهها پلیمری را کاهش داده و باعث افزایش انعطافپذیری پلیمرها در دماهای پایینتر میشوند. از دی اکتیل فتالات (نرمکننده PVC برای تولید محصولاتی مانند کفپوش، شیلنگ و چرم مصنوعی) و تری متیل سیترات (نرمکننده زیست تخریبپذیر برای تولید فیلمها و بسته بندی مواد پزشکی) میتوان به عنوان رایجترین نوع نرمکننده پلمیر نام برد.
- آنتیاکسیدانها (Antioxidants): مواد افزودنی هستند که با اضافه شدن به پلیمر، از تخریب آنها در اثر اکسیداسیون توسط نور، حرارت یا هوا جلوگیری میکنند. آنتی اکسیدانها میتوانند طول عمر مواد پلیمری را افزایش دهند.
- پایدارکنندهها (Stabilizers): موادی هستند که در صورت اضافه شدن به پلیمر از تخریب آن در اثر تابش اشعه UV جلوگیری میکنند. به همین دلیل از این مواد بیشتر در محصولاتی مانند پنجرهها، لولهها و فیلمهای کشاورزی که در معرض نور خورشید قرار دارند، استفاده میشود.
- روانکنندهها (Lubricants): هدف از اضافه کردن این مواد پلیمرها، آسانتر کردن فرایندهای تولید مانند اکستروژن و قالبگیری است. این مواد اصطکاک بین پلیمر و تجهیزات تولید را کاهش داده و باعث میشوند که ماده در قالبها جریان بهتری داشته و میزان چسبندگی آن کاهش پیدا کند. روانکنندهها میتوانند به صورت داخلی (تأثیر در داخل ساختار پلیمر) یا خارجی (روان کردن سطح پلیمر) عمل نمایند. از استئارات کلسیم (روانکننده داخلی) و مومهای پلی اتیلنی (روانکننده خارجی) میتوان به عنوان دو نمونه روانکننده پرکاربرد نام برد.
- پرکنندهها (Fillers): برخی مواد مانند کربنات کلسیم یا تالک به پلیمرها اضافه میشوند که به نام مواد پرکننده مشهور هستند. هدف اصلی از اضافه کردن این مواد، افزایش سختی، استحکام و مقاومت مواد پلیمری و کاهش هزینههای تولید است.
- افزودنیهای رنگدهنده (Colorants): این مواد رنگ یا پیگمنتهایی به پلیمر اضافه میکنند تا محصول به رنگ دلخواه درآید.
- افزودنیهای مقاومکننده به شعله (Flame Retardants): همانطور که از نام این مواد افزودنی میتوان حدس زد، باعث افزیش مقاومت ماده پلیمر در برابر آتشسوزی شده و از انتشار شعله جلوگیری میکنند. به همین دلیل در تولید قطعات الکتریکی و الکترونیکی، مصالح ساختمانی و پارچه از این مواد استفاده میشود.
- افزودنیهای ضد الکتریسیته ساکن (Antistatic Agents): این مواد در صورت اضافه شدن به پلیمر میتوانند تجمع الکتریسیته ساکن را روی سطح پلاستیکها کاهش دهند.
- افزودنیهای مقاومکننده به ضربه (Impact Modifiers): در صورت اضافه شدن به مواد پلیمری مقاومت آنها را در برابر عوامل فیزیکی مانند ضربه، خراش و سایش افزایش میدهند.
کاربردهای پلیمر چیست؟
همانطور که اشاره شد پلیمرها جزو موادی هستند که کاربرد گستردهای در صنایع مختلف دارند و به دلیل ویژگیهای منحصر به فرد خود در ساخت بسیاری از تجهیزات و محصولاتی که انسان در طول روز با آنها سروکار دارد، بکار گرفته میشوند. از اصلیترین کاربردهای پلیمر میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- تولید قطعات داخلی و خارجی در صنایع خودروسازی مانند پنلها، داشبورد، بامپرها، سیستمهای ایزولاسیون صدا و حرارت به دلیل کاهش وزن خودرو و افزایش کارایی سوخت
- ساخت و تولید انواع قطعات الکترونیکی مانند کیسههای IC، پنلهای کنترل، قطعات داخلی گوشیهای هوشمند و تجهیزات مخابراتی به دلیل خواص الکتریکی و حرارتی مناسب
- صنایع ساختمانی و در ساخت انواع لولهها و اتصالات مقاوم در برابر خوردگی، سیستمهای سرمایش و گرمایش، پوششهای عایق حررارتی و صوتی
- صنایع نساجی و تولید انواع فیبرهای مصنوعی مانند پلی استر، نایلون، پلی پروپیلن و… به منظور تولید انواع لباس، فرش، مبلمان و پارچههای صنعتی
- تولید انوع لوازم پزشکی مانند سرنگ، کاتتر، بسترهای بیمارستانی و دستگاههای سنجش طبی
- تولید انواع اسباببازی، لوازم دکوری و تزئینی، وسایل و لوازم خانگی، لوازم بهداشتی و…
پلیمر در صنعت بسته بندی (کاربرد پلیمر در بسته بندی پزشکی، غذایی و دارویی)
یکی از اصلیترین موارد کاربرد مواد پلیمری، مربوط به صنایع بستهبندی است. در واقع پلیمر ماده اصلی برای تولید فیلمهای بستهبندی، کیسههای پلاستیکی، بطریهای PET و به طور کلی محافظ برای بستهبندی مواد خوراکی و غذایی محسوب میشوند؛ زیرا این مواد در برابر نفوذ گاز و رطوبت مقاومت بالایی دارند و میتوانند از محصولات و مواد غذایی برای مدت زمان طولانیتری نگهداری کنند. از پلیمرها برای بستهبندی تجهیزات پزشکی و انواع دارو نیز استفاده میشود؛ زیرا میتوانند به خوبی از ورود و نفوذ مواد آلاینده به داخل بستهبندی جلوگیری کنند. کارخانه پلاستیک ماشین الوان به عنوان تولیدکننده انواع لفاف بستهبندی از پلیمرهای متفاوتی برای تولید محصولات بستهبندی استفاده میکند.
سوالات متداول
آیا پلیمر قابل بازیافت است؟
بله؛ مواد پلیمری جزو موادی هستند که قابلیت بازیافت داشته و میتوان آنها را بازیافت کرده و از مواد بدست آمده برای ساخت و تولید محصولات جدید استفاده کرد.
بهترین پلیمر کدام است؟
مقاومت مکانیکی، مقاومت در برابر حرارت، انعطافپذیری، مقاومت در برابر مواد شیمیایی، قابلیت بازیافت، دوستدار محیط زیست و وزن سبک از ویژگیهای بهترین پلیمر است.
محصولات پلیمری چیست؟
محصولاتی هستند که از مواد پلیمری تشکیل شدهاند و در طیف وسیعی از صنایع مختلف به منظور ساخت و تولید محصولات مختلف مورد استفاده قرار میگیرند. از پرکاربردترین محصولات پلیمری میتوان به گرانول، کامپاند و مستربچ اشاره کرد.
