پلیمرهای آمورف در مقابل کریستالین

پلیمرها به دلیل وزن مولکولی بالا، بر خلاف سایر انواع مواد هستند. وزن مولکولی مقداری است که برای بیان اندازه یک مولکول استفاده می شود. برای مثال آب دارای وزن مولکولی 18 واحد جرم اتمی است. پلیمرها بسیار بزرگتر هستند و وزن مولکولی آنها از ده ها هزار تا چندین میلیون واحد جرم اتمی متغیر است. اندازه بسیار زیاد پلیمرها تأثیر زیادی بر خواص منحصر به فرد آنها دارد.

یکی از مفاهیم مهم اندازه پلیمر این است که چگونه اتم ها در حالت های فاز مختلف رفتار می کنند. ترکیبات مولکولی کوچکتر دارای سه حالت ماده هستند – جامدات، مایعات و گازها. ذرات یک جامد نزدیک به هم بسته شده اند و حرکت بسیار کمی دارند. در مقایسه، ذرات یک مایع شل تر بسته می شوند و راحت تر از کنار یکدیگر می لغزند. و ذرات یک گاز بسیار شل بسته شده اند و با انرژی زیادی حرکت می کنند.

مولکول‌های بزرگ، مانند پلیمرها، رفتار متفاوتی دارند زیرا اتم‌های بسیار بیشتری برای تعامل با یکدیگر وجود دارند. به عنوان مثال، پلیمرها صرفاً به عنوان جامد در نظر گرفته نمی شوند – آنها بیشتر به دو نوع طبقه بندی می شوند: آمورف و کریستالی. علاوه بر این، برخی از جامدات پلیمری می توانند همزمان هم آمورف و هم کریستالی باشند. این ایده شگفت انگیز به ویژه برای مطالعه پلیمرها مهم است. در این مقاله، تفاوت بین پلیمرهای آمورف و کریستالی را توضیح می دهیم و چند نمونه رایج از هر کدام را ارائه می دهیم.

مورفولوژی پلیمر

در شیمی پلیمر، مورفولوژی یک عامل کلیدی در توصیف تمایز بین جامدات آمورف و کریستالی است. پلیمرهای با مورفولوژی آمورف، اتم‌هایشان در یک ساختار شل در کنار هم نگه داشته می‌شوند، اما این ساختار هرگز منظم یا قابل پیش‌بینی نیست، به همین دلیل است که شیمیدانان خواهند گفت که جامدات بی‌شکل نظم دوربردی ندارند.

برای درک بهتر این موضوع، زنجیره پلیمری را به عنوان یک تکه اسپاگتی در نظر بگیرید. یک تکه اسپاگتی نپخته یک زنجیره مستقیم درست می کند، اما اگر آن را در آب جوش بپزید، زنجیره نرم می شود و قابلیت تا شدن پیچیده پیدا می کند. یک جعبه کامل اسپاگتی را بپزید و نودل ها را در یک صافی قرار دهید و در نهایت با یک توده تصادفی وحشیانه از «پلیمرهای» در هم تنیده مواجه می شوید.

شیمیدانان این زنجیره را درهم تنیدگی می نامند، و در این پیکربندی، نظم دوربردی وجود ندارد – زنجیره ها به طور تصادفی در سراسر ماده قرار گرفته اند و موقعیت های اتمی را شبه تصادفی می کنند. این توضیح می دهد که چگونه پلیمرهای آمورف رفتار می کنند و آنها خواص هر جامد بی شکل یا شیشه مانند دیگری را نشان می دهند.

در پلیمرهای کریستالی، زنجیره ها رفتار متفاوتی دارند. آنها هنوز هم چین‌ها را تشکیل می‌دهند، اما به جای اینکه به طور ناامیدکننده‌ای در هم بپیچند، پشته‌های منظمی از زنجیره‌های تا شده را تشکیل می‌دهند که به عنوان لاملا شناخته می‌شوند. لاملاها نظم دوربردی را به پلیمرها می آورند که بیشتر شبیه آرایش منظم اتم ها در بلورهای معمولی است. جالب اینجاست که برخی از لاملاها در پلیمرهای خاص دارای تعداد کمی زنجیر هستند که از پشته‌های منظم بیرون می‌آیند، دقیقاً مانند چند تار موی وحشی که از یک مدل موی به‌خوبی مرتب شده‌اند. این باعث ایجاد نواحی آمورف در یک پلیمر کریستالی می شود. در بخش بعدی به پیامدهای این موضوع خواهیم پرداخت.

درجه بلورینگی

بیشتر پلیمرهای کریستالی دارای نواحی آمورف هستند، به این معنی که پلیمرهای کریستالی هرگز کاملاً کریستالی نیستند. دانشمندان اغلب به درجه بلورینگی یک پلیمر اشاره می کنند تا جایی که در امتداد این طیف قرار دارد را توصیف کنند. بلورینگی می تواند از 0 درصد (کاملاً بی شکل) تا 100 درصد (کاملاً کریستالی) باشد، اما بیشتر پلیمرها در جایی بین این افراط ها قرار می گیرند. انعطاف‌پذیری زنجیره – هم در طول کل زنجیره خم می‌شود و هم در پیوندهای بین اتم‌ها – نقش بزرگی در تشکیل بلورهای پلیمری دارد. با خم شدن و خم شدن زنجیرها در برابر یکدیگر، نیروهای جذاب و دافعه مختلف بر نحوه چیدمان زنجیره های پلیمری، چه منظم تر و چه کمتر، تأثیر می گذارد.

درجه بلورینگی مستقیماً به ذوب شدن یک پلیمر مانند یک جامد معمولی یا انتقال بین حالت های شیشه ای و لاستیکی بستگی دارد. پلیمرهای بسیار کریستالی نقطه ذوب سنتی تری دارند، بنابراین هنگامی که حرارت داده می شوند، به دمای خاصی می رسند که در آن آرایش منظم ساختار زنجیره بلند آنها به آرایش تصادفی و نامرتب تبدیل می شود. این مقدار معمولاً یک عدد خاص است که به عنوان نقطه ذوب یا Tm تعیین می _شود .

جامدات آمورف وقتی گرم می شوند ناگهان ذوب نمی شوند. در عوض، آنها به محدوده ای از دماها می رسند که در آن مواد کمتر شیشه ای و بیشتر شبیه لاستیک می شوند یا برعکس. در نتیجه، پلیمرهای آمورف نقطه ذوب ندارند – آنها دمای انتقال شیشه ای یا Tg _دارند . دمای انتقال شیشه ای یک پلیمر خاص ممکن است به عنوان یک درجه حرارت ذکر شود، اما این عدد یک مقدار معرف طیفی از دماها است.

برای توضیح دمای انتقال شیشه ای بر حسب حرکت مولکولی، می گوییم که در دماهای کمتر از Tg _، زنجیره های پلیمری آمورف نمی توانند بچرخند یا در فضا حرکت کنند (اسپاگتی پخته شده یخ زده است و نمی تواند حرکت کند). این حالت شیشه ای را ایجاد می کند که سخت، سفت و شکننده است. هنگامی که دما از Tg بالاتر می رود _، زنجیره های درهم می توانند حرکت کنند (بخش های کوچکی از رشته های اسپاگتی می توانند به اطراف حرکت کنند). هنگامی که یک پلیمر آمورف نرم و انعطاف پذیر باشد، این حالت لاستیکی ایجاد می کند.

با پکیج پلی الکترولیت آشنا شوید…

حال بیایید به چند نمونه از پلیمرهای کریستالی و آمورف نگاه کنیم تا خواص مواد دنیای واقعی را بررسی کنیم.

نمونه هایی از پلیمرهای آمورف و کریستالی

اگرچه 100 درصد و 0 درصد بلورینگی نادر است، برخی از پلیمرها نزدیک به هر دو حد هستند. آنهایی که به سمت بلورینگی بالا تمایل دارند، صلب هستند، نقطه ذوب بالایی دارند و کمتر تحت تأثیر نفوذ حلال قرار می گیرند. آنهایی که تمایل به آمورف زیاد دارند نرمتر هستند، دمای انتقال شیشه ای دارند و حلالها بیشتر از همتایان کریستالی آنها نفوذ می کنند. در اینجا چند نمونه به همراه ویژگی های کلیدی آنها آورده شده است:

پلیمرهای کریستالی
	نایلون	پلی پروپیلن (ایزوتاکتیک*)	پلی اتیلن	پلی استایرن (Syndiotactic*)
مونومر(ها):	اسید آدیپیک و هگزامتیلن دی آمین	پروپیلن	اتیلن	استایرن
تی ام :	260 درجه سانتیگراد (500 درجه فارنهایت)	174 درجه سانتی گراد (345 درجه فارنهایت)	137 درجه سانتی گراد (279 درجه فارنهایت)	270 درجه سانتی گراد (518 درجه فارنهایت)
موارد استفاده:	ترموپلاستیک ، الیاف	ترموپلاستیک ، الیاف	ترموپلاستیک ، الیاف	ترموپلاستیک ها
بسپارش:	پلیمریزاسیون متراکم کاتالیز شده با اسید	پلیمریزاسیون Zieglar-Natta	پلیمریزاسیون زنجیره ای رادیکال آزاد	پلیمریزاسیون کاتالیزور متالوسن

پلیمرهای آمورف
	پلی پروپیلن (Atactic*)	پلی (متیل متاکریلات)	پلی بوتادین	پلی استایرن (Atactic*)
مونومر(ها):	پروپیلن	متیل متاکریلات	بوتادین	استایرن
T g :	-17 درجه سانتیگراد (1.4 درجه فارنهایت)	120 درجه سانتیگراد (248 درجه فارنهایت)	-106 ° C (-159 درجه فارنهایت)	100 درجه سانتی گراد (212 درجه فارنهایت)
موارد استفاده:	الاستومرها	ترموپلاستیک ها	لاستیک، تسمه، شیلنگ، واشر، و مهر و موم	ترموپلاستیک ها
بسپارش:	پلیمریزاسیون کاتالیزور متالوسن	پلیمریزاسیون وینیل رادیکال آزاد	پلیمریزاسیون زیگلر-ناتا، پلیمریزاسیون رادیکال آزاد	پلیمریزاسیون وینیل رادیکال آزاد

*توجه داشته باشید که پلیمرهای خاصی در هر دو دسته کریستالی و آمورف ظاهر می شوند. برای درک دلیل، درک این موضوع که پلیمرها می توانند چندین پیکربندی داشته باشند کمک می کند. یک پلیمر دارای یک ستون فقرات اصلی با خوشه های کوچکی از اتم ها به نام گروه های آویز است که از زنجیره جدا می شوند. اگر همه گروه های آویز در یک سمت زنجیره باشند، پلیمر ایزوتاکتیک است. اگر گروه‌های آویز در طرف‌های متناوب زنجیره قرار گیرند، گفته می‌شود که پلیمر سندیوتاکتیک است. اگر گروه های آویز در هر دو طرف باشند، اما بدون ترتیب خاصی، پلیمر آتاکتیک است. این تفاوت‌های ساختاری می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر خواص پلیمر داشته باشد.

متخصصان آمورف پلیمر

بسیاری از کاربردهای پلیمرها و پوشش های پلیمری نیاز به انعطاف پذیری در دمای پایین تا محیط دارند. اینجاست که پلیمرهای آمورف انتخاب مناسبی هستند. برعکس، زمانی که سختی و سفتی مورد نیاز است، پلیمری با کریستالینیت بیشتر ممکن است ترجیح داده شود. مالارد کریک پلیمر در طراحی و ساخت پلیمرهای آمورف تخصص دارد. ما با مشتریان کار می کنیم تا نیازهای آنها را درک کنیم و پلیمرهای امولسیونی را توسعه دهیم که این نیازها را برطرف کند. برای اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.