در دسته‌بندی موادی مثل چوب، فلز، پلاستیک، شیشه و…که به‌صورت روزانه از آن‌ها استفاده می‌شود، سهم زیادی به دسته پلیمرها و پلاستیک‌ها تعلق می‌گیرد. پلیمرها همه جا هستند و در تمام مواد مورد استفاده در زندگی روزمره یافت می‌شوند. این مواد از مهم‌ترین نوآوری‌های ساخته بشر محسوب می‌شود که با کارایی بالا توانست جایگزین دیگر مواد سنتی شود و محبوبیت زیادی کسب کند. اهمیت پلیمرها به دلیل کاربردهای آن‌ها در حوزه‌های مختلف علوم، فناوری و صنایع، از کاربردهای اساسی تا پلیمرهای زیستی و درمانی رفته رفته برجسته‌تر شده است.
پلیمر چیست و چه تفاوتی با پلاستیک دارد؟
پلیمر و پلاستیک علی‌رغم تفاوت‌هایشان در برخی مواقع باهم اشتباه گرفته می‌شوند. در این‌جا ضمن ارائه تعریفی دقیق از این دو کلمه به بیان تفاوت‌های آن‌ها نیز پرداخته می‌شود.
در ابتدا باید به سراغ کلمه پلیمر رفت و آن را اینگونه شرح داد: پلیمرها گروه وسیعی از مواد طبیعی و مصنوعی هستند که از ماکرومولکول‌ها ساخته شده‌اند. این ماکرومولکول‌ها معمولاً زنجیره‌ای از ملکول‌های کوچک‌تر هستند به نام مونومرها. این مواد با پیوند شیمیایی به شکل زنجیره‌های طبیعی و مصنوعی گرده هم آمده‌اند. ترکیب شیمیایی و اندازه تک تک مونومرها نحوه تعامل پلیمر با خود و محیط اطرافش را تعیین می کند. پلیمرهای طبیعی شامل پروتئین، نشاسته، سلولز، DNA و بیشتر ساختارهای بافت زنده می‌شود و از زمان‌های دور توسط انسان برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گرفته، از طرفی پلیمر مصنوعی با طیف وسیعی از خواص فیزیکی به‌عنوان یکی از موفق‌ترین مواد شناخته می‌شود.
در این‌جا باید اصطلاح پلاستیک را به میان آورد تا در کنار پلیمر به تفاوت‌های قابل توجه آن‌ها اشاره کرد. پلاستیک‌ها مواد پلیمری مبتنی بر هیدروکربن هستند که از نفت خام و گاز طبیعی به‌دست می‌آیند، در واقع پلاستیک‌ها مواد پلیمری مصنوعی هستند که از نفت به‌دست می‌آیند. پس تفاوت این دو را با یک جمله می‌توان بیان کرد؛ همه پلاستیک‌ها پلیمر هستند، اما همه پلیمرها پلاستیک نیستند. در واقع پلاستیک‌ها زیرمجموعه‌ای از مواد پلیمری ساخته دست بشر هستند.
از پلیمر و پلاستیک در چه صنایعی استفاده می شود؟
پلیمرها که طبیعتاً شامل پلاستیک‌ها هم می‌شوند، به دلیل تطبیق‌پذیری بالا و طیف گسترده‌ای از ویژگی‌های مطلوب کاربردهای بی‌شماری در صنایع مختلف دارد. با در نظر گرفتن این موضوع، ما نمونه‌های مختلفی از پلیمرها را در زندگی روزمره می‌بینیم، مانند:
- کاربردهای آب‌بندی مثل حلقه و واشر
- پوشاک، لباس ورزشی و لوازم جانبی
- بسته‌بندی و ظروف
- عایق برق و حرارت
- صنعت ساختمان‌سازی
- برق و الکترونیک
- رنگ و چسب
- قطعات خودرو مثل لاستیک، سپر و داشبورد
- وسایل آشپزخانه
- اسباب‌بازی
- پزشکی، بهداشت و درمان
- صنایع هواپیماسازی و هوافضا
- تولید انرژی
- مبلمان
- صنایع دریایی
- صنایع نظامی
مزایا و معایب پلیمر شامل چه مواردی می شود؟
با این وجود که پلیمرها موادی پرکاربرد هستند، مثل هر ماده دیگری دارای مجموعه‌ای از معایب و مزایاست. از ویژگی‌های مهم و اصلی پلیمرها باید از این موارد نام برد:
- وزن سبک پلیمرها آن‌ها را به موادی ایده‌آل برای ساخت محصولات و البته حمل‌ونقل و جابه‌جایی راحت این وسایل تبدیل کرده است.
- تطبیق‌پذیری و تنوع پلیمرها باعث شده تا بتوان از این مواد را اندازه و اشکال مختلف قالب‌بندی و برای تولید محصولات متنوعی استفاده کرد.
- دوام پلیمرها، مقاوت آن‌ها را در برابر سایش و پارگی بالا برده است و برای تولید وسایلی که نیاز به ماندگاری طولانی‌مدت دارند گزینه‌ای مناسب محسوب می‌شود.
- مقرون به‌صرفه بودن از ویژگی‌هایی‌ست که سبب شده بتوان از پلیمرها، محصولاتی در تعداد بالا با هزینه کم ساخت.
و اما در رابطه با معایب پلیمرها باید به چنین موارد اشاره کرد:
- اثرات زیست‌محیطی از بزرگ‌ترین معایب پلیمرهاست، چراکه اکثر آن‌ها زیست‌تخریب‌پذیر نیستند و ممکن است تجزیه آن‌ها صدها سال طول بکشد.
- قابلیت اشتعال به معناست که پلیمرها می‌توانند به‌راحتی آتش بگیرند و شعله‌ها به سرعت پخش شود. این نقطه ضعف می‌تواند در ساختمان یا هواپیما خطرات بزرگی به همراه داشته باشد.
- نقطه ذوب پایین باعث می‌شود برخی پلیمرها در معرض دمای بالا ذوب شوند یا تغییر شکل دهند.
- استحکام محدود در پلیمرها سبب شده که به اندازه سایر مواد مثل فلزات قوی نباشند، هرچند که به‌صورت عمومی دوام بالایی داشته باشند.
خواص شیمیایی پلیمرها
خواص پلیمرها بر اساس ترکیب شیمیایی آن‌ها متفاوت است و امکان دارد هر پلیمر ویژگی‌های منحصر به فرد خود را داشته باشد. با این حال چند ویژگی در همه پلیمرها مشترک است و خواص یکسانی دارند:
- عایق برق و حرارت خوبی هستند. به همین دلیل به‌عنوان لایه‌های محافظ روی کابل‌ها یا برای سوکت‌های برق استفاده می‌شوند و همچنین مقاومت حرارتی آن‌ها در مواردی مثل تولید لوازم آشپزخانه کاربرد دارد.
- پردازش آسانی دارند و می‌توان آن‌ها را به‌راحتی به هر شکلی درآورد.
- با طول زنجیره بلندتر و پیوندهای عرضی بیشتر، تمایل به استحکام کششی بالاتری دارند.
- با زنجیره‌های طولانی‌تر و نیروی بین ملکولی بالاتر، نقطه ذوب و جوش بالاتری دارند.
- به دلیل واکنش‌پذیری کم در برابر مواد شیمیایی مقاوم هستند.
- توسط پیوندهای هیدروژنی و یونی تشکیل می‌شوند.
- ساختار کریستالی آن‌ها معمولاً نیمه بلوری یا بی‌شکل است.
ساختار پلیمرها به چه شکل است؟
پلیمرها با سه ساختار وجود دارند شامل: ساختار خطی، ساختار شاخه‌ای و ساختار شبکه‌ای.
پلیمرهای خطی از زنجیره‌ای از مونومرها تشکیل شده‌اند که در پلیمرهای شاخه‌دار و متقاطع، ستون فقرات نامیده می‌شوند. اگر به این ستون‌های فقرات که ملکول‌های طولانی اتم کربن هستند، عناصر یا ترکیبات دیگری مانند هیدروژن، فلوراید، کلر، ید یا… به‌عنوان پیوندهای اضافی متصل باشد، ساختار پلیمر شاخه‌ای است. در حالت سوم که ساختار شبکه‌ای نامیده می‌شود، پیوندهای اضافی بسته به ظرفیت و تعداد الکترون‌ها به زنجیره‌های موازی دیگر ملکول‌ها یا به یکدیگر متصل می‌شوند. در ساختار این مواد، اتصالات عرضی کوتاه‌تر باعث تقویت پلیمر می‌شود و اتصالات عرضی طولانی‌تر می‌تواند پلیمر را انعطاف‌پذیرتر کند.
انواع پلاستیک
پلاستیک‌ها به اشکال گوناگونی ساخته می‌شوند و تولیدکنندگان برای ساخت محصولات متفاوت از ترکیبات متنوع پلاستیکی استفاده می‌کنند که هر کدام خواص منحصربه‌فرد خود را دارند. اما محبوب‌ترین و پرکاربردترین پلاستیک‌ها شامل ۷ مورد می‌شوند:
اکریلیک یا پلی متیل متاکریلات
به دلیل استفاده در دستگاه‌های روشنایی شناخته می‌شود، یک ترموپلاستیک شفاف است که به‌عنوان جایگزینی سبک‌وزن و مقاوم در برابر شکستگی استفاده می‌شود. این نوع پلاستیک به شکل ورق است و با ویژگی‌هایی همچون مقاومت بالا، خاصیت ضدالکتریسیته، مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش، گلوله و سایش و… در ساخت وسایل زیادی کاربرد دارد.
پلی کربنات
یک پلاستیک بسیار قوی، پایدار و شفاف است که انعطاف‌پذیری بالایی در طراحی دارد و در ساخت طیف گسترده‌ای از محصولات مثل گلخانه، دی‌وی‌دی، عینک آفتابی، تجهیزات ضدشورش پلیس و… استفاده می‌شود.
پلی اتیلن
رایج‌ترین پلاستیک روی زمین است که در چگالی‌های مختلف تولید می‌شود. هر چگالی متفاوت پلی اتیلن به پلاستیک نهایی خواص فیزیکی منحصر به فردی می‌دهد، در نتیجه این پلاستیک برای ساخت طیف گسترده و متنوعی از محصولات کارایی دارد، مثل کیسه‌های پلاستیکی، ظروف شفاف مواد غذایی، لوله گاز، بطری‌های پلاستیکی، صندلی تاشو، ایمپلنت لگن، زانو و ستون فقرات و…
پلی پروپیلن
دومین پلاستیک مصنوعی تولیدشده در جهان است و به‌عنوان یکی از انعطاف‌پذیرترین ترموپلاستیک‌های روی کره زمین شناخته می‌شود. ورق‌های پلی پروپیلن بادوام، انعطاف‌پذیر، مقاوم در برابر حرارت و ارزان‌قیمت برای ساخت تجهیزات آزمایشگاهی، قطعات خودرو، تجهیزات پزشکی و ظروف غذا استفاده می‌شود.
پلی اتیلن ترفتالات
رایج‌ترین رزین ترموپلاستیک از خانواده پلی استر، چهارمین پلاستیک مصنوعی تولیدشده است. این ماده مقاومت شیمیایی عالی در برابر مواد آلی و آب دارد، به‌راحتی قابل بازیافت است و نسبت استحکام به وزن بالایی دارد. از مواردی که پلی اتیلن ترفتالات استفاده می‌شود در الیاف لباس، ضروف مواد غذایی، الیاف شیشه برای رزین‌های مهندسی، نانولوله‌های کربنی و… است.
پلی وینیل کلراید
سومین پلیمر پلاستیک مصنوعی تولیدشده است که می‌تواند سفت یا انعطاف‌پذیر باشد. چنین خاصیتی به دلیل توانایی در ترکیب با مواد دیگر است و انواع آن در مصالح ساختمانی، درها، پنجره‌ها، بطری‌ها، بسته‌بندی مواد غذایی و… مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اکریلونیتریل-بوتادین-استایرن
ماده‌ای قوی، انعطاف‌پذیر، براق، مقاوم در برابر ضربه و با قابلیت پردازش بالاست که در صنایع خودروسازی و تبرید و همین‌طوری چمدان، اسباب‌بازی کودک، جعبه و… استفاده می‌شود.
پلیمرها چگونه تولید می شوند؟
تولید پلیمرها به دو روش پلیمریزاسیون و پلی تراکم انجام می‌شود.
در روش اول طی یک واکنش زنجیره‌ای، مونومرها به یکدیگر متصل می‌شوند. برای انجام پلیمریزاسیون، به یک آغازگر نیاز است یعنی ماده‌ای که واکنش را آغاز می‌کند و در آن مصرف می‌شود. مونومرهای پیونده‌دهنده در این روش ممکن است ابتدا در فاز جامد، مایع یا گاز باشند. موادی که حاصل این روش هستند عبارتند از: پلی اتیلن، پلی وینیل کلراید، پلی پروپیلن و پلی استایرن.
در پلی تراکم، زنجیره پلیمری به‌صورت مرحله‌ای رشد می‌کند. از محبوب‌ترین مواد تولیدشده توسط این روش می‌توان به مواردی همچون پلی آمیدها، پلی استرهای خاص، رزین‌های اپوکسی، رزین‌های فنل آلدهیدی و… اشاره کرد.
در مراحل بعدی تولید پلیمرها انواع مختلفی از افزودنی‌ها معمولاً ضروری است، زیرا به‌واسطه همین تثبیت‌کننده‌ها یا اصلاح‌کننده‌ها می‌توان موادی خاص تولید کرد.
خواص پلاستیک ها
پلاستیک‌ها در دو نوع وجود دارند، شامل ترموپلاستیک و ترموست. ویژگی‌های پلاستیک‌ها در این دو نوع تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند، اما به‌صورت کلی می‌توان از چند ویژگی مشترک نام برد و به مزیت اصلی هر گروه اشاره کرد :
- پلاستیک‌ها از نظر شیمیایی پایدار هستند.
- پلاستیک‌ها نسبت استحکام به وزن بالایی دارند.
- پلاستیک‌ها رسانایی الکتریکی و حرارتی بسیار کمی دارند.
- ترموست‌ها پلاستیک‌هایی هستند که پس از پخت هم جامد می‌مانند و حتی در دماهای بالا هم ذوب نمی‌شوند.
- ترموپلاستیک‌ها در گرمادهی فراتر از نقطه ذوب، کاملاً ذوب می‌شوند و می‌توانند چندین بار سرد و گرم شوند.
ساختار پلاستیک ها به چه شکل است؟
همان‌طور که گفته شد، پلاستیک‌ها پلیمر هستند و طبیعتاً ساختار آن‌ها هم همان ساختار پلیمر را نشان می‌دهد. پلاستیک‌ها می‌توانند پلیمرهای خطی، پلیمرهای شاخه‌دار یا پلیمرهای متقاطع باشند. در این بین ترکیب شیمیایی مونومرهایی که پلاستیک را تشکیل داده‌اند، ساختار و نوع آن را مشخص می‌کند.
آیا گلوکز یک پلیمر است؟
گلوکز که یک منبع حیاتی انرژی برای بسیاری از موجودات زنده است، به‌عنوان یک واحد، رایج‌ترین مونومر طبیعی شناخته می‌شود. از نظر ساختاری زمانی‌که تعداد زیادی ملکول گلوکز توسط پیوندهای گلیکوزیدی به یکدیگر متصل می‌شوند، می‌توانند پلیمرهای نشاسته، سلولز و گلیکوژن را تشکیل دهند.
پلیمر در رشته های دانشگاهی
علم پلیمر به مطالعه، تولید و فناوری پلیمرهای طبیعی و مصنوعی می‌پردازد و شامل جنبه‌های شیمیایی، فیزیکی، مهندسی، پردازش و بخش‌های نظری می‌شود. این رشته به دلیل وجود مخازن بزرگ نفت و گاز در ایران، نیاز صنعتی و همین‌طور گستردگی کاربرد پلیمر، جزو رشته‌هایی طبقه‌بندی می‌شود که برای آن زمینه فعالیت مناسبی فراهم شده.
محصولات پلیمری وطن زرین
گروه وطن‌زرین که سال‌هاست بنا بر نیاز‌های متنوع مخاطبان، محصولاتی در دسته‌های مختلف ارائه می‌دهد، در صنعت پلیمر و پلاستیک هم محصولات متفاوتی برای پاسخ به نیاز بازارهای داخلی و خارجی تولید می‌کند.
منابع:
https://www.products.pcc.eu/en/blog/properties-and-applications-of-polymers-where-are-plastics-used/
https://www.xometry.com/resources/materials/polymer-vs-plastic/
https://www.digicomply.com/dietary-supplements-database/glucose-polymer
https://www.stahl.com/blog/what-is-the-difference-between-polymers-and-plastics
https://www.snexplores.org/article/explainer-what-are-polymers
https://polyexcel.com.br/en/industry/what-are-the-uses-of-polymers-check-out-the-main-applications/
https://www.acplasticsinc.com/informationcenter/r/7-different-types-of-plastic-and-how-they-are-used
