پلیمر طبیعی - فرمول و کاربرد

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

بیشتر مصالح ساختمانی امروزی، داروها، پارچه ها، اقلام خانگی، بسته بندی و مواد مصرفی، پلیمرها هستند. این یک گروه کامل از ترکیبات است که دارای ویژگی های متمایز کننده است. تعداد زیادی از آنها وجود دارد، اما با وجود این، تعداد پلیمرها همچنان در حال رشد است. از این گذشته، شیمیدانان مصنوعی سالانه مواد جدید بیشتری را کشف می کنند. در عین حال، این پلیمر طبیعی بود که در همه زمان ها از اهمیت ویژه ای برخوردار بود. این مولکول های شگفت انگیز چیست؟ چه ویژگی هایی دارند و چه ویژگی هایی دارند؟ ما در طول مقاله به این سوالات پاسخ خواهیم داد.

پلیمرها: مشخصات عمومی

از دیدگاه شیمی، پلیمر را مولکولی می دانند که وزن مولکولی زیادی دارد: از چند هزار تا میلیون واحد. با این حال، علاوه بر این ویژگی، چندین مورد دیگر وجود دارد که توسط آنها می توان مواد را دقیقاً به عنوان پلیمرهای طبیعی و مصنوعی طبقه بندی کرد. این است:

• تکرار مداوم واحدهای مونومری که از طریق فعل و انفعالات مختلف به هم متصل هستند؛
• درجه پلیمراز (یعنی تعداد مونومرها) باید بسیار باشد.بالا، در غیر این صورت ترکیب یک الیگومر در نظر گرفته می شود؛
• جهت فضایی معین یک ماکرومولکول؛
• مجموعه ای از خواص فیزیکی و شیمیایی مهم که منحصر به این گروه است.

به طور کلی، یک ماده با ماهیت پلیمری به راحتی از سایرین تشخیص داده می شود. برای درک آن فقط باید به فرمول او نگاه کرد. یک مثال معمولی پلی اتیلن معروف است که به طور گسترده در زندگی روزمره و صنعت استفاده می شود. این محصول یک واکنش پلیمریزاسیون است که در آن هیدروکربن غیر اشباع اتن یا اتیلن وارد می شود. واکنش به شکل کلی به صورت زیر نوشته می شود:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) ، جایی که n درجه پلیمریزاسیون مولکول ها است که نشان می دهد چند واحد مونومر در ترکیب آن وجود دارد.

همچنین به عنوان مثال می توان به پلیمر طبیعی اشاره کرد که برای همه شناخته شده است، نشاسته است. علاوه بر این آمیلوپکتین، سلولز، پروتئین مرغ و بسیاری از مواد دیگر به این گروه از ترکیبات تعلق دارند.

واکنش هایی که می توانند ماکرومولکول ها را تشکیل دهند دو نوع هستند:

• پلیمریزاسیون؛
• polycondensation.

تفاوت این است که در حالت دوم، محصولات متقابل وزن مولکولی پایینی دارند. ساختار پلیمر می تواند متفاوت باشد، بستگی به اتم هایی دارد که آن را تشکیل می دهند. فرم های خطی اغلب یافت می شوند، اما مش های سه بعدی نیز وجود دارند که بسیار پیچیده هستند.

اگر در مورد نیروها و برهمکنش هایی صحبت کنیم که واحدهای مونومر را با هم نگه می دارند، می توانیم چندین مورد اساسی را شناسایی کنیم:

• فان دروالزقدرت؛
• پیوندهای شیمیایی (کووالانسی، یونی)؛
• برهم کنش الکترواستاتیک.

همه پلیمرها را نمی توان در یک دسته ترکیب کرد، زیرا ماهیت، روش تشکیل و عملکردهای متفاوتی دارند. خواص آنها نیز متفاوت است. بنابراین، یک طبقه بندی وجود دارد که به شما امکان می دهد تمام نمایندگان این گروه از مواد را به دسته های مختلف تقسیم کنید. ممکن است بر اساس چندین نشانه باشد.

طبقه بندی پلیمرها

اگر ترکیب کیفی مولکول ها را به عنوان پایه در نظر بگیریم، تمام مواد مورد نظر را می توان به سه گروه تقسیم کرد.

1. ارگانیک - آنهایی هستند که شامل اتمهای کربن، هیدروژن، گوگرد، اکسیژن، فسفر، نیتروژن هستند. یعنی آن عناصری که بیوژنیک هستند. نمونه های زیادی وجود دارد: پلی اتیلن، پلی وینیل کلرید، پلی پروپیلن، ویسکوز، نایلون، پلیمر طبیعی - پروتئین، اسیدهای نوکلئیک و غیره.
2. Elementalorganic - آنهایی که شامل برخی عناصر غیرآلی و غیر زیستی خارجی هستند. اغلب سیلیکون، آلومینیوم یا تیتانیوم است. نمونه هایی از این ماکرومولکول ها: شیشه آلی، پلیمرهای شیشه، مواد کامپوزیت.
3. غیر آلی - زنجیره مبتنی بر اتم های سیلیکون است نه کربن. رادیکال ها همچنین می توانند بخشی از شاخه های جانبی باشند. آنها کاملاً اخیراً در اواسط قرن بیستم کشف شدند. مورد استفاده در پزشکی، ساخت و ساز، مهندسی و سایر صنایع. مثال: سیلیکون، سینابار.

اگر پلیمرها را بر اساس مبدا جدا کنید، می توانیدسه تا از گروه های خود را انتخاب کنید.

1. پلیمرهای طبیعی که استفاده از آنها از دوران باستان بسیار رایج بوده است. اینها چنین درشت مولکول هایی هستند که شخص برای ایجاد آنها تلاشی نکرده است. آنها محصول واکنش های خود طبیعت هستند. به عنوان مثال: ابریشم، پشم، پروتئین، اسیدهای نوکلئیک، نشاسته، سلولز، چرم، پنبه، و غیره.
2. مصنوعی. اینها درشت مولکول هایی هستند که توسط انسان ایجاد می شوند، اما بر اساس آنالوگ های طبیعی هستند. یعنی خواص یک پلیمر طبیعی از قبل موجود به سادگی بهبود یافته و تغییر می کند. مثال: لاستیک مصنوعی، لاستیک.
3. Synthetic - اینها پلیمرهایی هستند که فقط یک شخص در ایجاد آنها شرکت می کند. هیچ آنالوگ طبیعی برای آنها وجود ندارد. دانشمندان در حال توسعه روش هایی برای سنتز مواد جدید هستند که ویژگی های فنی را بهبود می بخشد. اینگونه است که ترکیبات پلیمری مصنوعی از انواع مختلف متولد می شوند. به عنوان مثال: پلی اتیلن، پلی پروپیلن، ویسکوز، فیبر استات، و غیره.

یک ویژگی دیگر وجود دارد که زیربنای تقسیم مواد در نظر گرفته شده به گروه ها است. اینها واکنش پذیری و پایداری حرارتی هستند. دو دسته برای این پارامتر وجود دارد:

• ترموپلاستیک؛
• ترموست.

کهن ترین، مهم ترین و به ویژه با ارزش ترین هنوز یک پلیمر طبیعی است. خواص آن منحصر به فرد است. بنابراین، ما این دسته خاص از ماکرومولکول ها را بیشتر در نظر خواهیم گرفت.

کدام ماده یک پلیمر طبیعی است؟

برای پاسخ به این سوال، اجازه دهید ابتدا به اطراف خود نگاه کنیم. چه چیزی ما را احاطه کرده است؟موجودات زنده اطراف ما که تغذیه، تنفس، تولیدمثل، شکوفه دادن و تولید میوه و دانه هستند. و از دیدگاه مولکولی چه چیزی را نشان می دهند؟ اینها اتصالاتی مانند:

هستند

• پروتئین؛
• اسیدهای نوکلئیک؛
• پلی ساکاریدها.

بنابراین، هر یک از این ترکیبات یک پلیمر طبیعی هستند. بنابراین، معلوم می شود که زندگی در اطراف ما تنها به دلیل وجود این مولکول ها وجود دارد. از قدیم الایام، مردم از خشت، مخلوط‌های ساختمانی و ملات برای استحکام بخشیدن و ایجاد خانه استفاده می‌کردند، از پشم نخ می‌بافند و برای ایجاد لباس از پنبه، ابریشم، پشم و پوست حیوانات استفاده می‌کردند. پلیمرهای آلی طبیعی انسان را در تمام مراحل شکل‌گیری و رشد همراهی می‌کردند و از بسیاری جهات به او کمک کردند تا به نتایجی دست یابد که امروزه داریم.

طبیعت خودش همه چیز داد تا زندگی مردم تا حد امکان راحت باشد. با گذشت زمان، لاستیک کشف شد، خواص قابل توجه آن روشن شد. انسان یاد گرفته است که از نشاسته برای مصارف غذایی و از سلولز برای اهداف فنی استفاده کند. کافور نیز یک پلیمر طبیعی است که از زمان های قدیم نیز شناخته شده است. رزین ها، پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک همگی نمونه هایی از ترکیبات مورد بررسی هستند.

ساختار پلیمرهای طبیعی

همه نمایندگان این دسته از مواد ساختار یکسانی ندارند. بنابراین، پلیمرهای طبیعی و مصنوعی می توانند به طور قابل توجهی متفاوت باشند. جهت گیری مولکول های آنها به گونه ای است که از نقطه نظر انرژی وجود بسیار مفید و راحت است. در عین حال، بسیاری از گونه های طبیعی می توانند متورم شوند و ساختار آنها در این فرآیند تغییر می کند.چندین نوع رایج از ساختار زنجیره ای وجود دارد:

• خطی;
• شاخه؛
• ستاره شکل؛
• مسطح;
• mesh;
• نوار;
• شانه شکل.

نمایندگان مصنوعی و مصنوعی ماکرومولکول ها دارای جرم بسیار زیاد، تعداد زیادی اتم هستند. آنها با ویژگی های خاص مشخص شده ایجاد می شوند. بنابراین، ساختار آنها در ابتدا توسط انسان برنامه ریزی شده بود. پلیمرهای طبیعی اغلب از نظر ساختار خطی یا مشبک هستند.

نمونه هایی از ماکرومولکول های طبیعی

پلیمرهای طبیعی و مصنوعی بسیار نزدیک به هم هستند. از این گذشته ، اولی مبنای ایجاد دومی می شود. نمونه های زیادی از این تحولات وجود دارد. در اینجا تعدادی از آنها وجود دارد.

1. پلاستیک معمولی سفید شیری محصولی است که از پردازش سلولز با اسید نیتریک با افزودن کافور طبیعی به دست می آید. واکنش پلیمریزاسیون باعث می شود پلیمر حاصل جامد شده و به محصول مورد نظر تبدیل شود. و نرم کننده - کافور، باعث می شود وقتی گرم شود نرم شود و شکل آن را تغییر دهد.
2. ابریشم استات، الیاف مس آمونیاک، ویسکوز همگی نمونه هایی از آن رشته ها، الیافی هستند که از سلولز به دست می آیند. پارچه های ساخته شده از پنبه و کتان طبیعی چندان بادوام نیستند، براق نیستند و به راحتی چروک می شوند. اما آنالوگ های مصنوعی آنها خالی از این کاستی ها است که استفاده از آنها را بسیار جذاب می کند.
3. سنگ های مصنوعی، مصالح ساختمانی، مخلوط ها، جایگزین های چرم هستندهمچنین نمونه هایی از پلیمرهای مشتق شده از مواد خام طبیعی را ببینید.

این ماده که یک پلیمر طبیعی است به شکل واقعی خود نیز قابل استفاده است. مثال های زیادی نیز وجود دارد:

• Rosin;
• کهربا;
• نشاسته;
• amylopectin;
• سلولز;
• خز;
• پشم;
• پنبه;
• ابریشم;
• سیمان;
• رس؛
• آهک;
• پروتئین؛
• اسیدهای نوکلئیک و غیره.

بدیهی است که کلاس ترکیباتی که ما در نظر می گیریم بسیار زیاد، عملاً مهم و برای افراد قابل توجه است. اکنون بیایید نگاهی دقیق‌تر به چندین نماینده پلیمرهای طبیعی بیندازیم که در حال حاضر تقاضای زیادی دارند.

ابریشم و پشم

فرمول پلیمر ابریشم طبیعی پیچیده است، زیرا ترکیب شیمیایی آن با اجزای زیر بیان می شود:

• فیبروئین؛
• سریسین;
• واکس;
• چربی.

خود پروتئین اصلی، فیبروئین، حاوی چندین نوع اسید آمینه است. اگر زنجیره پلی پپتیدی آن را تصور کنید، چیزی شبیه به این خواهد شد: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. و این تنها بخشی از آن است. اگر تصور کنیم که یک مولکول پروتئینی به همان اندازه پیچیده به کمک نیروهای واندروالس به این ساختار متصل می شود و با هم ترکیب می شوند و با موم و چربی ها ترکیب می شوند، پس واضح است که چرا به تصویر کشیدن فرمول دشوار است. از ابریشم طبیعی.

برای امروزامروزه بیشتر این محصول توسط چین عرضه می شود، زیرا در فضاهای باز آن زیستگاه طبیعی برای تولید کننده اصلی - کرم ابریشم وجود دارد. پیش از این، از زمان های بسیار قدیم، ابریشم طبیعی ارزش زیادی داشت. فقط افراد نجیب و ثروتمند می توانستند از آن لباس بخرند. امروزه بسیاری از ویژگی های این پارچه جای تامل دارد. به عنوان مثال، به شدت مغناطیسی و چروکیده می شود، علاوه بر این، درخشش خود را از دست می دهد و در برابر نور خورشید محو می شود. بنابراین، مشتقات مصنوعی مبتنی بر آن بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

پشم نیز یک پلیمر طبیعی است، زیرا محصول زائد پوست و غدد چربی حیوانات است. بر اساس این محصول پروتئینی، لباس بافتنی ساخته می شود که مانند ابریشم، ماده ارزشمندی است.

نشاسته

نشاسته پلیمری طبیعی محصول زائد گیاهان است. آنها آن را در نتیجه فرآیند فتوسنتز تولید می کنند و در قسمت های مختلف بدن تجمع می یابند. ترکیب شیمیایی آن:

• amylopectin;
• آمیلوز;
• آلفاگلوکز.

ساختار فضایی نشاسته بسیار منشعب و نامنظم است. به لطف آمیلوپکتین موجود در ترکیب، می تواند در آب متورم شود و به اصطلاح به خمیر تبدیل شود. این محلول کلوئیدی در مهندسی و صنعت استفاده می شود. پزشکی، صنایع غذایی، ساخت چسب های کاغذ دیواری نیز از موارد استفاده این ماده هستند.

در میان گیاهان حاوی حداکثر مقدار نشاسته، می توان موارد زیر را تشخیص داد:

• ذرت;
• سیب زمینی؛
• برنج;
• گندم;
• کاساوا؛
• جو دوسر;
• گندم سیاه؛
• موز;
• سورگوم.

بر اساس این بیوپلیمر، نان پخته می شود، پاستا درست می شود، بوسه، غلات و سایر محصولات غذایی پخته می شود.

پالپ

از دیدگاه شیمی، این ماده پلیمری است که ترکیب آن با فرمول (C₆H_{5 بیان می شود. O} 5_{) . حلقه مونومر در زنجیره بتا گلوکز است. محل اصلی محتوای سلولز دیواره سلولی گیاهان است. به همین دلیل است که چوب منبع ارزشمند این ترکیب است.}

سلولز یک پلیمر طبیعی است که ساختار فضایی خطی دارد. برای تولید انواع محصولات زیر استفاده می شود:

• محصولات خمیر و کاغذ؛
• خز مصنوعی;
• انواع مختلف الیاف مصنوعی؛
• پنبه;
• پلاستیک؛
• پودر بدون دود؛
• نوار فیلم و غیره.

بدیهی است که اهمیت صنعتی آن بسیار زیاد است. برای اینکه یک ترکیب معین در تولید استفاده شود، ابتدا باید از گیاهان استخراج شود. این کار با پخت طولانی مدت چوب در دستگاه های مخصوص انجام می شود. پردازش بیشتر، و همچنین معرف های مورد استفاده برای هضم، متفاوت است. چندین راه وجود دارد:

• سولفیت;
• نیترات;
• سدیم؛
• سولفات.

پس از این درمان، محصول همچنان حاویناخالصی ها این بر اساس لیگنین و همی سلولز است. برای خلاص شدن از شر آنها، توده را با کلر یا قلیایی درمان می کنند.

در بدن انسان چنین کاتالیزور بیولوژیکی وجود ندارد که بتواند این بیوپلیمر پیچیده را تجزیه کند. با این حال، برخی از حیوانات (گیاهخواران) با این سازگار شده اند. آنها باکتری های خاصی در معده خود دارند که این کار را برای آنها انجام می دهد. در مقابل، میکروارگانیسم ها انرژی برای زندگی و زیستگاه دریافت می کنند. این شکل از همزیستی برای هر دو طرف بسیار مفید است.

لاستیک

این یک پلیمر طبیعی با اهمیت اقتصادی است. اولین بار توسط رابرت کوک توصیف شد که در یکی از سفرهای خود آن را کشف کرد. اینجوری شد پس از فرود آمدن در جزیره ای که بومیان ناشناخته در آن زندگی می کردند، مورد استقبال آنها قرار گرفت. توجه او توسط بچه های محلی که در حال بازی با یک شی غیرعادی بودند، جلب شد. این بدنه کروی از زمین پرید و به بالا پرید، سپس برگشت.

پس از پرسیدن از مردم محلی در مورد اینکه این اسباب بازی از چه چیزی ساخته شده است، کوک متوجه شد که آب یکی از درختان به نام hevea به این ترتیب سفت می شود. خیلی بعد معلوم شد که این بیوپلیمر لاستیکی است.

ماهیت شیمیایی این ترکیب مشخص است - ایزوپرن است که تحت پلیمریزاسیون طبیعی قرار گرفته است. فرمول لاستیکی (С₅Н₈) است. خواص آن که آن را بسیار مورد توجه قرار می دهد به شرح زیر است:

• کشسانی;
• مقاوم در برابر سایش؛
• عایق الکتریکی؛
• مقاوم در برابر آب.

با این حال، معایبی نیز دارد. در سرما شکننده و شکننده می شود و در گرما چسبناک و چسبناک می شود. به همین دلیل است که سنتز آنالوگ های یک پایه مصنوعی یا مصنوعی ضروری شد. امروزه از لاستیک ها برای مصارف فنی و صنعتی به طور گسترده استفاده می شود. مهمترین محصولات بر اساس آنها:

• لاستیک;
• abonites.

کهربا

این یک پلیمر طبیعی است، زیرا در ساختارش رزین است، شکل فسیلی آن. ساختار فضایی یک پلیمر آمورف قاب است. بسیار قابل اشتعال است و با شعله کبریت مشتعل می شود. خاصیت لومینسانس دارد. این یک کیفیت بسیار مهم و ارزشمند است که در جواهرات استفاده می شود. جواهرات بر پایه کهربا بسیار زیبا و پر تقاضا هستند.

علاوه بر این، این بیوپلیمر برای اهداف پزشکی نیز استفاده می شود. همچنین برای ساخت کاغذ سنباده، پوشش لاک برای سطوح مختلف استفاده می شود.