پلیمرها، دسته وسیعی از مواد، از بسیاری از مولکول‌های کوچک به نام مونومر تشکیل شده‌اند که برای تشکیل زنجیره‌های بلند به یکدیگر متصل می‌شوند و در طیف وسیعی از محصولات و کالاها استفاده می‌شوند. مردم برای مدت طولانی از پلیمرها در زندگی خود استفاده می‌کردند، اما تا جنگ جهانی دوم به طور کامل آن‌ها را درک نکردند. واژه «پلیمر» ریشه در کلمه یونانی «polus meros» دارد که به معنای بسیاری از قطعات (polus) است. بر این اساس، پلیمرها موادی هستند که توسط زنجیره‌ای مکرر از مولکول‌ها تولید می‌شوند.
پلاستیک‌ها که پلیمرهای تولیدی هستند، اغلب به عنوان پلیمر شناخته می‌شوند. از سوی دیگر، پلیمرهای طبیعی وجود دارند. طبق دایره المعارف بریتانیکا، برای مثال، لاستیک و چوب، پلیمرهای طبیعی هستند که از ایزوپرن، یک هیدروکربن ساده، ساخته شده‌اند. پروتئین‌ها پلیمرهای اسیدهای آمینه هستند، در حالی که اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA) پلیمرهای نوکلئوتیدها هستند که ترکیبات پیچیده‌ای هستند که از بازهای حاوی نیتروژن، قندها و اسید فسفریک و غیره تشکیل شده اند. از پلیمر ها برای تولید انواع پلاستیک ها از جمله پلی پروپیلن و پلی اتیلن استفاده می شود که برای تولید انواع بطری های پلاستیکی و گالن های پلاستیکی و درب ان ها استفاده می شود.

انواع پلیمرها

پلیمرها را می‌توان با توجه به مقدار زیاد و رفتارهای متنوع آن‌ها و اینکه می‌توان آن‌ها را به طور طبیعی یافت یا سنتز کرد، به روش‌های مختلفی طبقه‌بندی کرد.

۱. انواع پلیمر بر اساس منابع در دسترس بودن

پلیمرهای طبیعی، پلیمرهای مصنوعی و پلیمرهای نیمه مصنوعی سه نوع پلیمری هستند که در این دسته قرار می‌گیرند.

پلیمرهای طبیعی

پلیمرها را می توان در طبیعت یافت یا در آزمایشگاه ایجاد کرد. مدت‌ها قبل از اینکه آنها در آزمایشگاه شیمی کشف کنند، پلیمرهای طبیعی برای خواص شیمیایی‌شان استفاده می‌شدند. لباس‌ها از پشم، چرم و الیاف کتان ساخته می‌شد و استخوان حیوان برای تشکیل چسب پخته می‌شد. پلیمرهای طبیعی عبارتند از:

پروتئین هایی مانند مو، ناخن و لاک پشت،

سلولز هم در کاغذ و هم در درختان یافت می شود،

DNA،

زمین،

نشاسته در گیاهان، ۶

پشم،

ابریشم،

لاستیک های طبیعی.

پلیمرهای مصنوعی

پلیمرهای ساخت بشر به عنوان پلیمرهای مصنوعی شناخته می‌شوند. آن‌ها بر اساس کاربردشان به چهار دسته تقسیم می‌شوند:

ترموپلاستیک،

دماسنج،

الاستومرها و

الیاف مصنوعی.

ترموپلاستیک‌ها پلیمرهایی هستند که پس از رسیدن به دمایی خاص، قالب گیری و چکش خوار می‌شوند و پس از سرد شدن سخت می‌شوند. از سوی دیگر، ترموست‌ها سفت می‌شوند و پس از سفت شدن نمی‌توانند تغییر شکل دهند، به همین دلیل است که معمولا در چسب‌ها استفاده می‌شوند.
الاستومر یک پلیمر انعطاف‌پذیر است که به جای لاستیک استفاده می‌شود. الیاف مصنوعی یک دسته پلیمری بزرگ هستند که الیاف طبیعی گیاهی و حیوانی را بهبود می‌بخشد. پلیمرهای کاملا مصنوعی شامل موارد زیر می‌شوند:

باکلیت

نئوپرن

پلی استایرن

نایلون، پلی استر، ابریشم مصنوعی

پلی اتیلن (کیسه های پلاستیکی و ظروف نگهداری)

تفلون

رزین های اپوکسی

سیلیکون

اسلایم

پلیمرهای نیمه مصنوعی

آن‌ها از پلیمرهای طبیعی موجود ساخته شده‌اند که از نظر شیمیایی اصلاح شده‌اند. نمونه‌هایی از پلیمرهای نیمه مصنوعی عبارتند از:

نیترات سلولز،

استات سلولز،

موارد دیگر.

۲. انواع پلیمرها بر اساس ساختار پلیمر

بسته به ساختار، سه نوع پلیمر وجود دارد که در زیر ذکر شده است:

پلیمرهای ساختار خطی: ساختار این پلیمرها شبیه یک زنجیره بلند مستقیم با حلقه‌های مشابه است که آن‌ها را به هم متصل می‌کند. این موارد از مونومرهایی تشکیل شده‌اند که به هم متصل شده‌اند تا یک زنجیره طولانی را تشکیل دهند. دمای ذوب و چگالی این پلیمرها بیشتر از سایر پلیمرها است. PVC یک مثال خوب برای این است (پلی وینیل کلراید). این پلیمر معمولا در ساخت کابل‌ها و لوله‌های برق استفاده می‌شود.

پلیمرهای متقاطع: مونومرها به یکدیگر متصل شده و شبکه سه بعدی را در این نوع پلیمر تشکیل می‌دهند. مونومرها از آنجایی که از مولکول‌های دو عملکردی و سه عاملی تشکیل شده‌اند، پیوندهای کووالانسی قوی دارند. کار با این پلیمرها به دلیل شکننده بودن سخت است.

پلیمرهای شاخه‌ای زنجیره ای: ساختار این پلیمرها شبیه به شاخه‌هایی است که در مکان‌های تصادفی از یک زنجیره خطی منفرد ایجاد می‌شوند. مونومرها با هم متحد می‌شوند تا یک زنجیره بلند مستقیم با زنجیره‌های انشعاب با طول‌های مختلف تشکیل دهند. پلیمرها به دلیل انشعاباتشان به هم نزدیک نیستند. نقطه ذوب پایین و چگالی کمی دارند. پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE) نمونه رایجی است که در کیسه‌های پلاستیکی و ظروف همه منظوره استفاده می‌شود.

از پلی اتیلن برای تولید ظروف تزریقی پلاستیکی  و بادی استفاده می شود.

۳. طبقه بندی پلیمرها بر اساس حالت پلیمریزاسیون

پلیمریزاسیون یک واکنش شیمیایی است که در آن مولکول‌های مونومر با هم ترکیب می‌شوند تا یک زنجیره پلیمری (یا شبکه سه بعدی) تشکیل شود. پلیمرها بر اساس نوع پلیمریزاسیون به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

پلیمرهای تراکمی: این پلیمرها، مونومرها را با هم ترکیب می‌کنند و مولکول‌های ریزی مانند آب و الکل را حذف می‌کنند. در این نوع فرآیندهای تراکم، مونومرها دو کاره یا سه کاره هستند. پلیمریزاسیون هگزا متیلن دی آمین و اسید آدیپیک برای تولید نایلون – ۶۶ یک مثال رایج است که در آن مولکول‌های آب در طول فرآیند حذف می‌شوند.

۴. انواع پلیمرها بر اساس نیروهای مولکولی

پیوندهای کووالانسی قوی اتم‌ها را در مولکول‌های پلیمری در پلیمرها به هم متصل می‌کند. مولکول‌های پلیمر توسط برهمکنش‌های بین مولکولی (نیروهای بین مولکول ها) به هم کشیده می‌شوند. شایان ذکر است که شدت برهمکنش بین مولکول‌ها خواص مواد جامد مانند پلیمرها را تعیین می‌کند. با استفاده از این روش می‌توان پلیمرها را به چهار نوع طبقه‌بندی کرد.

الاستومرها: پلیمرهای جامد لاستیکی مانند با درجه خاصی از کشسانی به عنوان الاستومر شناخته می‌شوند. وقتی می‌گوییم الاستیک، به این واقعیت اشاره می‌کنیم که مقدار کمی نیرو ممکن است به راحتی پلیمر را کشش دهد. کش‌های لاستیکی رایج‌ترین نمونه‌ها (یا نوارهای مو) هستند. با اعمال کمی فشار روی باند آن را بلندتر می‌کند.
ضعیف‌ترین نیروهای بین مولکولی زنجیره‌های پلیمری را در کنار هم نگه می‌دارد و به پلیمر اجازه می‌دهد تا کشیده شود. با این حال، همانطور که می‌بینید، کاهش فشار باعث می‌شود که نوار لاستیکی به شکل طبیعی خود بازگردد. این موضوع زمانی اتفاق می‌افتد که ما بین زنجیره‌های پلیمری پیوندهای عرضی وارد می‌کنیم که به جمع شدن پلیمر و بازگشت به شکل اولیه خود کمک می‌کند. برای ساخت لاستیک‌های ماشین ما از لاستیک ولکانیز شده استفاده می‌شود. این امر زمانی است که گوگرد برای اتصال عرضی زنجیره‌های پلیمری وارد می‌شود.

ترموستینگ: پلاستیک‌های ترموست پلیمرهای نیمه سیال با وزن مولکولی کم هستند. هنگامی که گرم می‌شوند، باعث ایجاد پیوند متقاطع بین زنجیره‌های پلیمری می‌شوند و آن‌ها را سفت و غیر قابل تزریق می‌کنند. آن‌ها با اعمال گرما ساختاری سه بعدی را تشکیل می‌دهند. این واکنش در طبیعت غیرقابل برگشت است. محبوب‌ترین پلیمر ترموست باکلیت است که برای تولید عایق الکتریکی استفاده می‌شود.

ترموپلاستیک: پلیمرهای ترموپلاستیک پلیمرهایی با زنجیره بلند هستند که توسط فعل و انفعالات بین مولکولی به هم متصل می‌شوند. این پلیمرها وقتی حرارت می‌بینند، نرم می‌شوند (مانند یک سیال غلیظ) و وقتی اجازه می‌دهند سرد شوند، سفت می‌شوند و توده‌ای سفت را تشکیل می‌دهند. آن‌ها هیچ گونه پیوند متقابل ندارند و ممکن است با استفاده از گرما و قالب قالب گیری شوند. پلی استایرن که به عنوان پی وی سی نیز شناخته می‌شود، یک نمونه محبوب است (در ساخت لوله استفاده می‌شود).

الیاف: طبق طبقه‌بندی پلیمرها، اینها انواع پلیمری هستند که شبیه یک نخ طبیعی هستند و به راحتی می‌توان آن‌ها را بافته کرد. آن‌ها به دلیل کشش بین مولکولی قوی بین زنجیره ها، کشش کم و استحکام کششی بالایی دارند. پیوندهای هیدروژنی یا برهمکنش‌های دوقطبی-دوقطبی می‌توانند نیروهای بین مولکولی باشند. نقطه ذوب الیاف هم بالا و هم حاد است. نایلون-۶۶ که به طور گسترده در فرش و لباس استفاده می‌شود، یک نمونه عالی است.

خواص پلیمرها

پلیمرها ذوب نمی شوند بلکه از کریستالی به نیمه کریستالی تبدیل می شوند.

استحکام کششی حالت پلیمر با افزایش طول زنجیره و اتصال عرضی بهبود می یابد.

این پلیمر با پیوند هیدروژنی و پیوند یونی فعال است و استحکام اتصال عرضی را در مقایسه با مولکول‌های معمولی با مولکول‌های جانبی متمایز بهبود می‌بخشد.

زنجیره های جانبی پیوند دوقطبی-دوقطبی

به پلیمر انعطاف پذیری زیادی بدهید. آنها در لیزرها برای کاربردهای طیف سنجی و تحلیلی به دلیل ظرفیت آنها در تغییر ضریب شکست خود با دما استفاده می شوند.

موارد استفاده از پلیمرها

کاربرد پلیمرها چند بعدی است. برخی از کاربردهای رایج پلیمرها در زیر ذکر شده است:

پلی استایرن یک پلاستیک محبوب است که به طور گسترده در بخش بسته‌بندی استفاده می‌شود. پلی استایرن در اقلام روزمره مانند بطری ها، اسباب بازی ها، ظروف، سینی ها، لیوان‌ها و بشقاب‌های یکبار مصرف، کابینت‌های تلویزیون و درب‌ها استفاده می‌شود. همچنین یک عایق عالی است.

رایج‌ترین کاربرد پلی وینیل کلراید تولید لوله‌های فاضلاب است. همچنین در سیم‌های برق به عنوان عایق استفاده می‌شود.

نساجی، بسته بندی، لوازم التحریر، پلاستیک، هواپیما، ساخت و ساز، طناب و اسباب بازی از صنایعی هستند که از پلی پروپن استفاده می‌کنند.

پلی وینیل کلراید در تولید پوشاک و مبلمان استفاده می‌شود و اخیرا در ساخت در و پنجره محبوبیت پیدا کرده است. همچنین جزئی از کفپوش وینیل است.

چسب‌ها، قالب‌ها، ورق‌های چند لایه، ظروف نشکن و سایر محصولات با رزین‌های اوره فرمالدئید ساخته می‌شوند.

رنگ ها، پوشش ها و لاک ها با گلیپتال ساخته می شوند.

باکلیت برای تولید کلیدهای برق، اقلام غذایی، اسباب بازی، جواهرات، تفنگ، عایق ها و دیسک های کامپیوتری و غیره استفاده می شود.

از پلی اتیلن عمدتا برای تولید ظروف بادی به ویژه گالن های پلاستیکی استفاده می شود.