پلیمرها خواص فیزیکی و شیمیایی و دمای ذوب آنها
پلیمر چیست؟ انواع پلیمرها، خواص فیزیکی و شیمیایی و کاربردها
پلیمرها یکی از مهم‌ترین مواد شیمیایی در دنیای امروز هستند. از بسته‌بندی مواد غذایی گرفته تا قطعات خودرو، لوازم پزشکی و حتی لباس‌ها، همه و همه به نوعی از پلیمر ساخته شده‌اند. در این مقاله از آگاه صنعت قصد داریم به‌صورت کامل با مفهوم پلیمر، انواع آن، مشخصات فیزیکی و شیمیایی و دمای ذوب هرکدام آشنا شویم.
پلیمر چیست؟
واژه «پلیمر» از دو بخش پُلی (Poly) به معنی «بسیار» و مر (Mer) به معنی «واحد» تشکیل شده است. در واقع پلیمر زنجیره‌ای بلند از مولکول‌های تکرارشونده است که به آنها مونومر گفته می‌شود. ترکیب و چیدمان این زنجیره‌ها باعث به‌وجود آمدن خواص متفاوت در هر نوع پلیمر می‌شود.
انواع پلیمرها
۱. از نظر منشاء
- طبیعی: مانند سلولز، نشاسته، کائوچو طبیعی.
- نیمه‌مصنوعی: مانند نیترات سلولز.
- مصنوعی: مانند پلی‌اتیلن، PVC، پلی‌کربنات و...
۲. از نظر رفتار حرارتی
- ترموپلاستیک‌ها: با حرارت نرم می‌شوند و قابلیت بازیافت دارند (مثل PE، PP، PS).
- ترموست‌ها: پس از پخت، دیگر ذوب نمی‌شوند (مثل رزین اپوکسی، فنولیک).
- الاستومرها: خاصیت کشسانی بالا دارند (مثل لاستیک طبیعی و سیلیکون).
مشخصات فیزیکی و شیمیایی پلیمرها
پلیمرها بر اساس نوع مونومر و ساختار مولکولی، خواص متفاوتی دارند. در جدول زیر مهم‌ترین مشخصات فیزیکی و شیمیایی پلیمرهای صنعتی آورده شده است:
| نام پلیمر | فرمول یا مونومر اصلی | دمای ذوب (°C) | Tg (°C) | ویژگی‌های فیزیکی | مقاومت شیمیایی | کاربردها |
|---|---|---|---|---|---|---|
| پلی‌اتیلن (PE) | C₂H₄ | 105–135 | -125 | سبک، انعطاف‌پذیر، عایق الکتریکی | عالی در برابر اسید و باز | بطری، فیلم پلاستیکی، لوله |
| پلی‌پروپیلن (PP) | C₃H₆ | 160–170 | -10 | سبک، سخت، مقاوم در برابر خمش | عالی | ظروف، قطعات خودرو، لوازم خانگی |
| پلی‌وینیل کلراید (PVC) | C₂H₃Cl | 75–105 | 80 | سخت یا نرم بسته به نرم‌کننده | بسیار مقاوم | لوله، کابل، کف‌پوش |
| پلی‌استایرن (PS) | C₈H₈ | 240 | 100 | شفاف، شکننده | متوسط | بسته‌بندی، عایق حرارتی |
| پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) | C₁₀H₈O₄ | 250–260 | 80 | شفاف، مقاوم در برابر ضربه | مقاوم در برابر اسیدها | بطری نوشیدنی، الیاف |
| نایلون (PA 6,6) | (–NH–(CH₂)₆–NH–CO–(CH₂)₄–CO–) | 260 | 50 | مقاوم، لغزش کم | خوب | قطعات مکانیکی، لباس، یاتاقان |
| پلی‌کربنات (PC) | C₁₆H₁₄O₃ | 230 | 150 | شفاف، مقاوم در برابر ضربه | متوسط | لنز، دیسک نوری، شیلد |
| PTFE (تفلون) | (CF₂–CF₂)n | 327 | 115 | ضدچسب، لغزش بالا | فوق‌العاده مقاوم | پوشش ظروف، قطعات صنعتی |
| ABS | آکریلونیتریل + بوتادین + استایرن | 220 | 105 | سخت و مقاوم به ضربه | خوب | بدنه خودرو، لوازم خانگی |
| پلی‌متاکریلات (PMMA) | C₅O₂H₈ | 160 | 105 | شفاف مانند شیشه | ضعیف | پلکسی گلس، نورگیر |
افزودنی‌های مهم در پلیمرها
- پایدارکننده‌ها: برای جلوگیری از تجزیه در برابر نور و حرارت.
- نرم‌کننده‌ها: برای افزایش انعطاف‌پذیری PVC و دیگر پلیمرها.
- رنگدانه‌ها: برای ایجاد رنگ و ظاهر دلخواه.
- پرکننده‌ها: مانند تالک یا کربنات کلسیم برای افزایش مقاومت.
کاربردهای صنعتی پلیمرها
پلیمرها در صنایع مختلف نقش اساسی دارند:
- بسته‌بندی و فیلم‌های پلاستیکی
- خودروسازی و قطعات تزریقی
- الکترونیک و عایق‌های کابل
- پزشکی و داروسازی
- ساختمان و لوله‌کشی
آینده پلیمرها
جهت‌گیری جدید صنعت پلیمر به سمت تولید مواد زیست‌تجزیه‌پذیر، پلیمرهای رسانا و نانوپلیمرها است که ضمن حفظ استحکام، آسیب کمتری به محیط زیست وارد می‌کنند.
جمع‌بندی
پلیمرها جزء جدانشدنی زندگی مدرن هستند. شناخت انواع آنها، خواص و کاربردهایشان به ما کمک می‌کند مواد مناسب‌تری برای تولید و طراحی انتخاب کنیم. برای مطالعه مقالات بیشتر درباره صنعت پلاستیک و قالب‌سازی، می‌توانید به بخش مقالات آگاه صنعت مراجعه کنید.
پلیمرهای مهندسی و پیشرفته
علاوه بر پلیمرهای عمومی، گروهی از پلیمرها به‌عنوان پلیمرهای مهندسی شناخته می‌شوند که مقاومت حرارتی، مکانیکی و شیمیایی بسیار بالاتری دارند. این مواد در صنایع هوافضا، خودرو، الکترونیک و پزشکی کاربرد گسترده‌ای دارند.
| نام پلیمر | فرمول یا ساختار کلی | دمای ذوب (°C) | Tg (°C) | ویژگی‌های فیزیکی | مقاومت شیمیایی | کاربردهای اصلی |
|---|---|---|---|---|---|---|
| EVA (اتیلن وینیل استات) | (C₂H₄)x(C₄H₆O₂)y | 85–100 | -35 | انعطاف‌پذیر، شفاف، مقاوم در برابر ترک | خوب | کفش، چسب گرم، فیلم بسته‌بندی |
| TPU (پلی‌یورتان ترموپلاستیک) | متغیر | 170–200 | -40 | کشسان، مقاوم به سایش و روغن | بسیار عالی | کفش، شلنگ، کابل صنعتی |
| POM (پلی‌اکسی‌متیلن) | (CH₂O)n | 175 | -60 | صلب، مقاوم در برابر سایش | عالی | چرخ‌دنده، اتصالات دقیق |
| PEEK (پلی‌اتر اتر کتون) | (C₁₉H₁₂O₃)n | 343 | 143 | استحکام بالا، مقاوم تا 250°C | فوق‌العاده | هوافضا، پزشکی، قطعات موتور |
| PPS (پلی‌فنیلن سولفید) | (C₆H₄S)n | 280 | 90 | مقاوم حرارتی، سخت و پایدار | عالی | الکترونیک، خودرو، پمپ و شیر |
| PSU (پلی‌سولفون) | (C₁₅H₁₄O₂S)n | 190–230 | 185 | شفاف، مقاوم در برابر حرارت | خوب | صافی‌ها، تجهیزات پزشکی |
| PES (پلی‌اتر سولفون) | (C₁₂H₈O₃S)n | 225–250 | 220 | مقاوم به حرارت و بخار | عالی | غشاهای تصفیه، فیلترها |
| PEI (پلی‌اتر ایمید) | (C₃₇H₂₄O₆N₂)n | 217–230 | 215 | سخت، مقاوم تا 200°C | عالی | هوافضا، تجهیزات پزشکی |
| PVDF (پلی‌وینیلیدن فلوراید) | (CH₂–CF₂)n | 172 | -35 | مقاوم در برابر UV و مواد شیمیایی | فوق‌العاده | غشا، کابل، تجهیزات شیمیایی |
| PBT (پلی‌بوتیلن ترفتالات) | (C₁₂H₁₂O₄)n | 225 | 45 | پایدار ابعادی، مقاوم به سایش | خوب | قطعات خودرو، اتصالات الکتریکی |
| PETG (پلی‌اتیلن ترفتالات گلیکول) | اصلاح‌شده از PET | 210 | 75 | شفاف، مقاوم در برابر ضربه | خوب | بطری، چاپ سه‌بعدی، بسته‌بندی |
| PTT (پلی‌تری‌متیلن ترفتالات) | (C₁₄H₁₄O₄)n | 228 | 45 | انعطاف‌پذیر، براق، مقاوم | خوب | الیاف نساجی، فرش |
| PFA (پرفلوئوروآلکسی) | (C₂F₄)n | 305 | 80 | پایداری حرارتی بالا | فوق‌العاده | شیمیایی، الکترونیک |
| FEP (فلوئورو اتیلن پروپیلن) | CF₂=CF–CF₂CF₃ | 260 | 80 | ضدچسب، عایق عالی | فوق‌العاده | سیم و کابل، لوله شیمیایی |
| PVC فوم‌شده | C₂H₃Cl | 70–80 | 75 | سبک، مقاوم در برابر رطوبت | بسیار خوب | تابلو، کابینت، عایق |
| SAN (استایرن-آکریلونیتریل) | کوپلیمر | 115–130 | 105 | شفاف، مقاوم‌تر از PS | خوب | لوازم آشپزخانه، بسته‌بندی |
| PC/ABS (آلیاژ مهندسی) | ترکیب PC و ABS | 220–240 | 120 | استحکام بالا، مقاوم به ضربه | خوب | بدنه لپ‌تاپ، خودرو |
| PA12 (نایلون ۱۲) | (CH₂)₁₁CONH | 178 | 45 | سبک، جذب رطوبت کم | عالی | چاپ سه‌بعدی، لوله‌های صنعتی |
| PCL (پلی‌کاپرولاکتون) | (C₆H₁₀O₂)n | 60 | -60 | زیست‌تجزیه‌پذیر، انعطاف‌پذیر | خوب | پزشکی، چاپ سه‌بعدی |
| PLA (پلی‌لاکتیک اسید) | (C₃H₄O₂)n | 160–180 | 55 | زیست‌تخریب‌پذیر، شفاف | متوسط | بسته‌بندی، پزشکی، چاپ سه‌بعدی |