پلیمر، واکنش پلیمری شدن، پلیمریزاسیون (polymerization) یا بسپارش، فرآیندی است در شیمی که در آن مولکول مونومر یا ترکیبی از آن ها یکدیگر قرار می گیرند، و پلیمر را تشکیل می دهند. در حقیقت پلیمریزاسیون یک نوع واکنش شیمیایی به شمار می آید، که در آن مولکول های کوچک در یک فرآیند شیمیایی با یکدیگر پیوند شیمیایی می دهند. که در نهایت زنجیره های پلیمری و یا شبکه های سه بعدی تشکیل می شوند.
صرفا در این مطلب به بررسی واکنش های پلیمری شدن پرداخته شده است. تا انتهای این مطلب همراه ما، ایران مول بمانید.
پلیمریزاسیون چیست؟
پلیمریزاسیون فرآیندی است که از طریق آن تعداد زیادی مولکول مونومر با هم واکنش می دهند و پلیمر را تشکیل می دهند. ماکرومولکول های تولید شده از پلیمر یزاسیون ممکن است ساختاری خطی یا شاخه ای داشته باشند. آنها همچنین می توانند شکل یک شبکه پیچیده و سه بعدی را به خود بگیرند. چندین دسته مختلف از واکنش های polymerization وجود دارد که قابل توجه ترین آنها پلیمریزاسیون مرحله ای، پلیمریزاسیون با رشد زنجیره ای (که هر دو در دسته پلیمریزاسیون افزودنی قرار می گیرند) و پلیمریزاسیون تراکمی است.
پلیمر ماده ای است که از مولکول های بسیار بزرگی تشکیل شده است(به نوبه خود از واحدهای تکرار شونده زیادی به نام مونومر تشکیل شده است.). پلیمریزاسیون فرآیندی است که از طریق آن این مونومرها با هم ترکیب می شوند و درشت مولکول هایی را تشکیل می دهند، که در نهایت پلیمرها را می سازند. تصویری که جزئیات پلیمریزاسیون مونومر استایرن را به پلیمر معروف به پلی استایرن نشان می دهد در زیر ارائه شده است.
واکنش پلیمریزاسیون
بسته به گروه های عاملی موجود در مونومرهای واکنش دهنده، پیچیدگی مکانیسم واکنش پلیمریزاسیون ممکن است متفاوت باشد. ساده ترین واکنش های پلیمریزا سیون شامل تشکیل پلیمرها از آلکن ها از طریق واکنش رادیکال آزاد است. پلی اتیلن، که یکی از مهم ترین پلیمرهای تجاری است، از طریق چنین فرآیند پلیمریزاسیون (مونومر واکنش دهنده مورد استفاده در اینجا اتیلن است) تهیه می شود.
می‌توان اشاره کرد که پلیمر یزاسیون‌هایی که فقط یک نوع مونومر را شامل می‌شوند، هموپلیمریزاسیون نامیده می‌شوند، در حالی که پلیمریزاسیون‌هایی که بیش از یک نوع مونومر را شامل می‌شوند، فرآیندهای کوپلیمریزاسیون نامیده می‌شوند.
پلیمریزاسیون در ساده ترین شکل را می توان به عنوان یک فرآیند شیمیایی توصیف کرد که منجر به تشکیل پلیمرها می شود. به عبارت ساده، اساساً می توان پلیمریزاسیون را به عنوان فرآیند ایجاد پلیمرها توصیف کرد. هنگامی که پلیمریزاسیون اتفاق می افتد، مولکول های کوچکتر که از طریق واکنش شیمیایی به عنوان مونومر شناخته می شوند، ترکیب می شوند تا مولکول های بزرگتری را تشکیل دهند. مجموعه ای از این مولکول های بزرگ یک پلیمر را تشکیل می دهند. اصطلاح پلیمر به طور کلی به معنای “مولکول های بزرگ” با جرم مولکولی بالاتر است. به آنها ماکرومولکول نیز می گویند.
پلیمرها با افزودن شبکه ای از واحدهای ساختاری یا مونومرهایی که در بالا ذکر شد به وجود می آیند. بخش جالب این است که اینها مولکولهای واکنشی هستند و معمولاً توسط پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل می شوند. این مونومرها با هم جمع می شوند و یک زنجیره بلند را تشکیل می دهند. محصولی با خواص خاص را تولید می کنند. کل این فرآیند تشکیل پلیمرها polymerization است. پلی اتیلن و نایلون ۶۶ نمونه هایی از پلیمرها هستند.
مکانیسم پلیمریزاسیون
به طور کلی، polymerization شامل سه مرحله است که شامل شروع، انتشار و خاتمه است. در مورد مکانیسم واکنش، فرآیند polymerization عمدتاً شامل دو روش مختلف است. اینها شامل مکانیسم رشد پله ای و مکانیسم رشد زنجیره ای است.
مرحله رشد
پلیمریزاسیون تراکمی
- پلی آمیدها
- نایلون ۶۶ : این پلیمر در شرایط فشار و دمای بالا با پلیمر یزاسیون متراکم هگزامتیلن دی آمین با اسید آدیپیک تهیه می شود.
- نایلون ۶ : با حرارت دادن کاپرولاکتام با آب در دمای بالا تهیه می شود. در مصارفی مانند سیم لاستیک، پارچه و طناب استفاده می شود.
پلی استرها
پلیمر فنل فرمالدئید
ملامین – پلیمر فرمالدئید
پلیمریزاسیون رشد زنجیره ای
مکانیسم رادیکال آزاد
واکنش شیمیایی پلیمریزاسیون
تهیه پلیمرها
پلی اتیلن
پلی تترا فلوئورواتیلن
پلی اکریلونیتریل
پلیمریزاسیون آنیونی
طبقه بندی پلیمریزاسیون
بر اساس منبع
- پلیمرهای طبیعی : به طور طبیعی در گیاهان و جانوران یافت می شوند. رزین ها، نشاسته و لاستیک نمونه هایی از این موارد هستند.
- پلیمرهای نیمه مصنوعی : این یک نسخه اصلاح شده از لاستیک طبیعی است. این بدان معناست که لاستیک های طبیعی با مواد شیمیایی تصفیه می شوند تا نیمه مصنوعی شوند. به عنوان مثال : استات سلولز و نیترات سلولز
- پلیمرهای مصنوعی : پلیمرهایی که کاملاً ساخته دست بشر هستند، پلیمرهای مصنوعی نامیده می شوند. پلی اتیلن، نایلون ۶۶، لاستیک مصنوعی پلیمرهای مصنوعی پرکاربرد هستند.
بر اساس ساختار پلیمرها
سه نوع مختلف وجود دارد.
- پلیمرهای خطی : از یک زنجیره بلند و مستقیم از مونومرها تشکیل شده است. PVC یک پلیمر خطی است
- پلیمرهای شاخه دار : یک نوع پلیمر خطی است که دارای چندین شاخه است. به عنوان مثال : پلی اتیلن با چگالی کم
- پلیمر شبکه ای یا شبکه ای : به پلیمرهایی که دارای پیوندهای متقاطع با یکدیگر هستند، پلیمرهای شبکه ای یا شبکه ای می گویند. به طور کلی، آنها از مونومرهای دو کاره یا سه کاره تشکیل می شوند. باکلیت و ملامین نمونه هایی از این نوع پلیمرها هستند.
بر اساس حالت پلیمریزاسیون
- پلیمرهای افزودنی : پلیمرهایی که از افزودن مکرر مونومرها با داشتن پیوندهای دو یا سه گانه تشکیل می شوند. اگر افزودن از یک گونه باشد به آنها همپلیمر و اگر افزودن مونومرهای مختلف باشد به آنها کوپلیمر می گویند. به عنوان مثال : به ترتیب پلی اتیلن و Buna-s
- پلیمرهای تراکمی : این پلیمرها از تراکم مکرر واحدهای مونومر سه یا دو عاملی تشکیل می شوند. در این واکنش حذف برخی از مولکول های کوچک مانند آب و کلرید هیدروژن و غیره صورت می گیرد. تریلن و نایلون ۶،۶ نمونه هایی از آن هستند.
بر اساس نیروهای بین مولکول ها
- الاستومرها : دسته ای از پلیمرها که جامدات لاستیک مانند هستند و خاصیت ارتجاعی دارند. پیوندهای پلیمری توسط نیروهای بین مولکولی ضعیف در کنار هم قرار می گیرند. این امر موجب کشش، پلیمرها می شود. پیوندهای متقاطع موجود در پلیمر بین زنجیر به بازیابی موقعیت اولیه پس از حذف نیروی اعمال شده کمک می کند. به عنوان مثال Buna-s و Buna-s
- الیاف : پلیمرهایی هستند که نیروهای بین مولکولی قوی مانند پیوند هیدروژنی دارند. این عامل، باعث نزدیک شدن مولکول ها به یکدیگر می شود. و به مولکول ها ماهیت کریستالی می دهد. به عنوان مثال : پلی آمید و پلی استرها
- پلیمرهای ترموپلاستیک : این پلیمرها لایه‌ای هستند یا کمی به پلیمرهای شاخه‌دار تغییر یافته‌اند که می‌توانند با گرمایش مداوم و سخت شدن در هنگام سرد شدن نرم شوند. نیروی بین مولکولی آنها بین الیاف و الاستومرها قرار دارد. پلی وینیل ها و پلی استایرن نمونه ای از این پلیمر هستند.
- پلیمرهای ترموست : پلیمرها در دسته پلیمرهای به شدت منشعب یا متقاطع قرار می گیرند که در اثر حرارت می توانند قالب گیری کنند و نمی توانند شکل اولیه را به دست آورند. بنابراین اینها قابل استفاده مجدد نیستند. باکلیت یک نمونه از آن است.