مزایای بیوپلیمر

مزایای بیوپلیمر

 

پلیمر های متداول امروزی از نفت خام ساخته می شوند كه با توجه به محدود بودن منابع نفتی باید به تدریج با بیوپلیمر ها كه از منابع تجدید شونده ساخته می شوند، جانشین شوند.

بیوپلیمر از نظر بیوشیمی دان ها عبارت است از ماكرومولكول های بیولوژی كه از تعداد زیادی زیر واحد كوچك و شبیه به هم كه با اتصال كووالانسی به هم متصل شده اند ویك زنجیره طولانی را ایجاد می كنند، ساخته شده اند.

 در روند طبیعی، بیوپلیمرها و یا همان ماكرومولكول ها، تركیبات داخل سلولی هستند كه قابلیت زنده ماندن را به ارگانیسم در شرایط سخت محیطی می دهند. مواد بیوپلیمری در شكل های گوناگونی توسعه یافته اند؛ بنابراین ظرفیت استفاده در صنایع گوناگون را دارند. توسعه مواد بیوپلیمری به چنددلیل اهمیت دارد. اول این كه این مواد بر خلاف پلیمر های امروزی كه از مواد نفتی به دست می آیند، به محیط زیست برگشت پذیر هستند؛ بنابراین موادآلوده كننده محیط زیست به شمار نمی آیند. در این خصوص مواد بیوپلیمری در ساخت پلاستیك ها به دو صورت استفاده قرار می شوند.

اول استفاده از پلاستیک هایی كه درآنها یک ماده تخریب پذیر (مانند نشاسته) به یک پلاستیک متداول (مانندپلی اتیلن) اضافه می شود، درنتیجه این ماده به افزایش سرعت تخریب پلاستیک کمک می کند. این مواد چند سالی هست که وارد بازار شده اند و با آن که کمک زیادی به کاهش زباله های پلاستیکی کرده اند، اما به دلیل این که در آنها از همان پلاستیک های متداول تخریب ناپذیر استفاده می شود و استفاده از مقدار زیادی مواد تخریب پذیر در پلاستیک ویژگی آن را تضعیف می کند، موقعیت چندان محکمی ندارند.

دوم استفاده از پلاستیک های تخریب پذیر ذاتی است که به دلیل ساختمان شیمیایی خاص به وسیله باکتری ها، آب یا آنزیم ها در طبیعت تخریب می شوند و خیلی سریع تر از نوع اول به محیط زیست بر می گردند، دردرجه دوم اهمیت مواد بیوپلیمری به وسیله موجودات زنده ساخته می شوند و در نتیجه در چرخه ساخت و تجزیه مواد بیولوژیك قرار می گیرند، پس هیچ گاه منابع آن محدود و تمام شدنی نیست، در حالی كه مواد پلیمری و پلاستیكی امروزی از سوخت های فسیلی ساخته می شود كه منابع آن محدود و تمام شدنی است. هر چند این منابع در حال حاضر و به ویژه در كشور ما به وفور یافت می شوند، ولی روزی تمام خواهند شد. سومین مزیت بیوپلیمر ها، اقتصادی بودن این مواد است، زیرا تولید بیوپلیمر نیاز زیادی به كارخانه و صنعت پیشرفته ندارد و با حداقل امكانات می توان به تولید آن مبادرت ورزید. همچنین قیمت بالای نفت خام، كشورها را به سوی استفاده از این مواد سوق داده است.

هر چند امروزه برای کاربردهای بسیار خاص مانند نخ بخیه جراحی (نخ بخیه حل شونده) به کار می روند، ولی دیری نخواهد پایید كه به استفاده گسترده از این پلیمرها توجه خواهد شد. سه گروه از موجودات زنده می توانند بیوپلیمرها را تولید كنند كه عبارتند از: گیاهان، جانوران و میكروارگانیسم ها كه از این میان گیاهان و میكروارگانیسم ها اهمیت بیشتری دارند.

گیاهان تولید كننده

بیشترین تحقیقات بیوپلیمری روی مهندسی ژنتیك گیاهان تولیدكننده فیبر مانند كتان، كنف و ... متمركز شده است. به عبارت دیگر، توسعه واكنشهای مولكولی درون سلولی گیاهان كه به تولید مواد بیوپلیمری منجر می شود، مورد توجه مهندسان ژنتیك و بیوتكنولوژی قرار گرفته است. مواد بیوپلیمری كه در سلول های گیاهی ساخته می شود، بیشتر از جنس پلی هیدروكسی بوتیرات (PHB) است. این ماده از نظر خصوصیات فیزیكی و مكانیكی بسیار شبیه پلی پروپیلن حاصل از مواد نفتی است. امروزه با همسانه سازی كردن ژن تولید كننده پلیمر پلی هیدروكسی بوتیرات در گیاهان معمولی كه قابلیت تولید بیوپلیمر را ندارند، توانسته اند این محصول پلیمری را به طور انبوه تولید كنند. گیاهان، نیشكر، یونجه، درخت خردل و ذرت برای تولید این بیوپلیمر از طریق مهندسی ژنتیك انتخاب شده اند كه ژن تولید كننده این پلیمر به داخل ژنوم این گیاهان وارد می شود و گیاه یادشده را به ساختن بیوپلیمر پلی هیدروكسی بوتیرات قادرمی سازد.

 

ارگانیه های تولیدكننده بیوپلیمر ها

درحدود ۸۰ سال قبل برای نخستین بار بیوپلیمر پلی هیدروكسی بوتیرات از باكتری باسیلوس مگاتریوم جدا سازی شد. ازآن پس دانشمندان بیوپلیمر به دنبال یافتن راه هایی هستند كه تولیدات بیوپلیمری باكتریایی را توسعه دهند و به صورت تجاری درآورند.

بیوپلیمر هایی كه سلول های باكتریایی قادر به تولید آن هستند و از آنها جداسازی شده اند، عبارتند از: پلی هیدروكسی آلكانوات (PHA)، پلی لاكتیك اسید (PLA) و پلی هیدروكسی بوتیرات (PHA). این بیوپلیمر ها از نظر خصوصیات فیزیكی به پلیمر های پلی استیلن و پلی پروپیلن شبیه هستند. بیوپلیمر های میكروبی در طبیعت به عنوان تركیبات داخل سلولی میكروب ها یافت می شوند و بیشتر زمانی كه باكتری ها در شرایط نامساعد محیطی قرار می گیرند، اقدام به تولید این مواد می كنند. این مواد در حالت طبیعی به عنوان یك منبع انرژی راحت و در دسترس عمل می كنند.

همچنین هنگامی كه محیط اطراف باكتری غنی از كربن باشد و از نظر دیگر مواد غذایی مورد استفاده باكتری دچار كمبود باشد، باكتری اقدام به ساخت بیوپلیمر های یادشده می كند. باكتری ها برای ساختن بیوپلیمر های PHA و PHB از واكنش های تخمیری استفاده می كنند كه در این واكنش ها نیز ازمواد خام گوناگونی استفاده می شود. PHB به وسیله یك باكتری به نام استافیلوكوكوس اپیدرمیس ساخته می شود كه روی تفاله های حاصل از واكنش های روغن گیری دانه های كنجد رشد می كند و این بیوپلیمر را می سازد.

PHB در درون سیتوپلاسم باكتری به صورت دانه های ذخیره ای (اینكلوژن بادی) ذخیره می شود كه این مواد را به وسیله سانتریفیوژ و واكنش های شست وشوی چند مرحله ای می توان استخراج و خالص سازی و ازآن استفاده كرد. در یك نتیجه گیری كلی در مورد استفاده از بیوپلیمر ها به جای پلاستیك ها و پلیمر های نفتی می توان گفت كه با توجه به ماهیت و خصوصیات بیوپلیمر ها كه مواد تجدید شونده و قابل برگشت به محیط زیست و یا به عبارتی دوست محیط زیست هستند، استفاده از آنها كاری معقول و اقتصادی خواهد بود. از سوی دیگر، با توجه به قیمت بالای نفت خام و محدود بودن منابع آن، استفاده از آن برای تولید مواد پلاستیكی كه هم آلوده كننده محیط زیست است و هم در جامعه ما ارزش چندانی ندارد، كاری غیر اقتصادی است. پس امید می رود با توجه به سرعت روز افزون علم در زمینه مواد بیوپلیمری در بیشتر كشورها، دركشور ما نیز به این مقوله توجه بیشتری شود و با جانشین كردن مواد بیوپلیمری با پلیمر های نفتی، طلای سیاه را برای آیندگان به میراث بگذاریم.

اطلاعاتی کلی درباره پلیمرها

اطلاعاتی کلی درباره پلیمرها

پلیمرها (بسپارها) یا ماکرومولکولها (درشت مولکولها) ، مولکولهای غول‌پیکری هستند که دست‌کم ، 100 برابر سنگین‌تر از مولکولهای کوچکی مانند آب یا متانول هستند.

ریشه لغوی
واژه پلیمر از دو واژه یونانی Poly و Meros مشتق شده است و به معنی بسپار است.

مقدمه
بشر نخستین ، آموخته بود چگونه الیاف پروتئینی پشم و ابریشم و الیاف سلولزی پنبه و کتان را عمل آورد، رنگرزی کند و ببافد. بومیان جنوبی از لاستیک طبیعی ، برای ساختن اشیاء کشسان و پارچه‌های ضد آب استفاده می‌کردند. پلی کلروپرن ، نخستین لاستیک سنتزی است که در آمریکا تهیه شد و گسترش یافت. پلی بوتادین ، نخستین کائوچوی سنتزی است که آلمانی‌ها به نام بونا- اس به مقدار کافی تهیه کردند. بوتیل کائوچو ، یکی از چهار لاستیک سنتزی است که اکنون به مقدار بیشتری تهیه و مصرف می‌شود.

تاریخچه
نخستین لاستیک مصنوعی ، سلولوئید است که از نیترو سلولز و کافور توسط "پارکر" در سال 1865 تهیه شد. ولی در سال 1930، عمل پلیمریزاسیون و الکلاسیون کشف شد و در صنعت بکار گرفته شد. در این دوران ، آمونیاک برای تولید مواد منفجره ، تولوئن برای TNT و بوتادین و استیرن برای تولید لاستیک مصنوعی به مقدار زیادی از نفت تولید شد.

سیر تحولی
استات سلولز در سال 1894 توسط "بران دکرس" سنتز شد و در سال 1905 توسط "میلس" کامل شد. در سال 1900، "رم" ، پلیمریزاسیون ترکیبات آکریلیک را آغاز کرد و در سال 1901، "اسمیت" نخستین فتالات گلسیرین (یا فتالات گلسیریل) را تهیه کرد. در اواسط قرن بیستم در آلمان ، "اشتودینگر" ، قانون مهم ساختار مولکولهای بزرگ را وضع کرد. در سال 1934، کارخانه (ICI) موفق به تهیه مولکولهای بزرگ پلی اتیلن شد.

"دوپن" بطور منظم در زمینه تراکم مواد بررسیهایی انجام دارد که در نتیجه ، به تهیه پلی آمیدها یعنی الیاف نایلون نایل شد و الیاف پلی آمید را از کاپرولاکتام تهیه کرد که به الیاف پرلون شهرت یافت.

نقش و تاثیر پلیمرها در زندگی
کاغذ ، چوب ، نایلون ، الیاف پلی استر ، ظروف ملامین ، الیاف پلی اتیلن ، اندود تفلون ظروف آشپزی ، نشاسته ، گوشت ، مو ، پشم ، ابریشم ، لاستیک اتومبیل و... ، ماکرومولکولهایی هستند که روزانه با آنها برخورد می‌کنیم.

مفاهیم مرتبط با شیمی پلیمر
در مورد پلیمرها با مفاهیمی همچون خواص فیزیکی و مکانیکی ، مکانیسم پلیمر شدن ، فرآورش پلیمرها روبرو هستیم.

خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمرها در بر گیرنده مفاهیم زیر است:

مورفولوژی
رئولوژی
انحلال پذیری
وزن مولکولی
روشهای آزمودن
روشهای شناسایی.
مکانیسم پلیمری شدن از سه طریق زیر است:

پلیمرشدن تراکمی
پلیمرشدن افزایشی
کوپلیمرشدن.
فرآورش پلیمرها در برگیرنده مباحث زیر است:

پر کننده‌ها
توان دهنده‌ها
نرم سازها
پایدار کننده‌ها
عمل آورنده‌ها
رنگ‌ها و غیره.

شاخه‌های شیمی مرتبط با شیمی پلیمر شیمی پلیمر با مباحث زیر در ارتباط است:
شیمی آلی 
شیمی آلی فلزی
شیمی دارویی
پتروشیمی
صنایع نفت 

چند کاربرد مهم پلیمرها
پلی آمید (نایلون)برای تهیه الیاف ، طناب ، تسمه ، البسه ، پلاستیک صنعتی ، جایگزین فلز در ساخت غلتک یا تاقان ، بادامک ، دنده ، وسایل الکتریکی بکار می‌رود.

پلی استر بصورت الیاف ، جهت تهیه انواع لباسها ، نخ لاستیک ، بصورت لایه برای تهیه نوار ضبط صوت و فیلم بکار می‌رود.

پلی اتیلن (کم‌چگالی ، شاخه‌دار) بصورت لایه ورقه در صنایع بسته بندی ، کیسه پلاستیکی ، الیاف پارچه بافتنی ، بسته‌بندی غذای منجمد ، پرده ، پوشش پلاستیکی ، عایق ، سیم و کابل ، بطری بکار می‌رود.

پلی استیرل برای تهیه رزینهای تبادل یونی ، انواع کوپلیمرها ، رزینهای ABC ، مواد اسفنجی ، وسایل نوری ، وسایل خانگی ، اسباب بازی ، مبلمان بکار می‌رود.

فرایند پلیمریزاسیون

 

فرایند پلیمریزاسیون
دید کلی
اصولا هر کسی که سر رشته‌ای از شیمی دارد، فرق بین یک جسم ساده اورگانیک مانند بنزن و ... و یک جسم پلیمری را می‌داند. اولین و عمده‌ترین فرقی که بین این دو نوع ماده وجود دارد، جرم مولکولی آنهاست. پلیمرها جرم مولکولی بسیار بالا از 10000 تا چندین میلیون دارند. پس جرم مولکولی ، شاخص تمایز بین جسم ساده اورگانیک و اجسام پلیمری است.

انواع پلیمرها
پلیمرها را به سه گروه عمده تقسیم می‌کنند:

•بیوپلیمرها یا پلیمرهای طبیعی مانند سلولز ، نشاسته ، پروتئینها و ...

•پلیمرهای معدنی مانند الماس ، گرافیت ، اکثر اکسیدهای فلزی و ...

•پلیمرهای سنتزی پلیمرهایی هستند که منشا آنها عموما مونومرهایی از نفت خام و قطران زغال سنگ است و ما با انجام فرآیندهایی ، پلیمرهای بسیار مفید می‌سازیم که امروزه زندگی بدون آنها ممکن نیست. با این فرایندها بطور کلی آشنا می‌شویم.

پلیمریزاسیون افزایشی

در این نوع پلیمریزاسیون ، از ترکیباتی که بند دوگانه (C ═ C) دارند، پلیمر می‌سازند. مثل تولید پلی اتیلن از اتیلن.

پلی اتیلن

C₂H₄ → (─ C₂H₄ ─)_n

در این واکنش ، اتیلن در اثر حرارت به پلی اتیلن تبدیل می‌شود. جرم مولکولی پلی اتیلن بین 1000 تا 20000 می‌تواند متفاوت باشد. یعنی بر حسب شرایط ، درجه پلیمریزاسیون یعنی همان n مولکول پلیمر را می‌توان کم یا زیاد کرد.

آکریلان

n(CH₂ ─ CHCN) → (─ CH₂ ─ CHCN─)_n

این پلیمر نیز از مشتقات اتیلن است. مونومر این پلیمر ، سیانید ونیل (آکریکونیتریل) است.

PVC

CH₂ ═ CHCl → (─ CH₂ ─ CHCl)_n

پلی وینیل کلراید یا PVC نیز از پلیمریزاسیون کلرید وینیل CH₂ ═ CHCl بوجود می‌آید.

کائوچو
کائوچو بر دو نوع است:

•کائوچوی طبیعی:

کائوچوی طبیعی که از شیره درختی به نام Hevea بدست می‌آید، از پلیمریزاسیون هیدروکربنی به نام 2- متیل -3 , 1- بوتادین معروف به ایزوپرن به فرمول CH₂ ═ C (CH₃) ─ CH ─ CH₂ بوجود می‌آید:

CH₂ ═ C (CH₃) ─ CH ─ CH₂ → (─ CH₂ ─ C CH₃ ═ CH ─ CH₃)_n

•کائوچوی مصنوعی:

چون در فرمول ساختمانی کائوچوی طبیعی پیوند دوگانه وجود دارد، به همین دلیل وقتی کائوچو را با گوگرد حرارت دهیم، این مونومرها پیوند پی خود را باز می‌کنند و با ظرفیتهای آزاد شده ، اتم گوگرد را می‌گیرند. در نتیجه کائوچو به لاستیک تبدیل می‌گردد. حرارت دادن کائوچو با گوگرد و تولید لاستیک را اصطلاحا ولکانیزاسیون (Vulcanization) می‌نامند و بهمین دلیل لاستیک حاصل را نیز کائوچوی ولکانیزه گویند.

چند نوع کائوچوی مصنوعی نیز ساخته‌اند که از موادی مانند 1,3- بوتادین و جسمی به نام 2- کلرو 3 , 1- بوتادین معروف به کلروپرن به فرمول CH₂ ═ CHCl ─ CH ═ CH₂ و جسم دیگری به فرمول CH₂ ─ C(CH₃) ─ C(CH₃) ═ CH₂ به نام 3 , 2- دی متیل – 3 , 1- بوتادین به تنهایی یا مخلوط درست شده‌اند.

کلروپرن بسهولت پلیمریزه شده و به نوعی کائوچوی مصنوعی به نام نئوپرن تبدیل می‌شود.

پلیمریزاسیون تراکمی

اگر در یک پلیمریزاسیون ، بر اثر واکنش مونومرها با هم ، مولکولهای کوچکی مثل H₂O و NH₃ و ... خارج شوند، این نوع پلیمریزاسیون را تراکمی می‌نامند. مثل پلمیریزاسیون گلوکز در تولید نشاسته و سلولز که منجر به خارج شدن آب می‌گردد و یا مثل بوجود آمدن نایلون که مانند مواد پروتئینی یک پلی آمید است و پلیمر شدن یک آمین دو ظرفیتی به نام هگزا متیلن دی آمین به فرمول NH₂ ─ (CH₂)₆ ─ NH₂ با یک اسید دو ظرفیتی به نام اسید آدیپیک HOOC ─ (CH₂)₄ ─ COOH بوجود می‌آید. در این عمل ، عامل OH_ اسید از دو طرف با هیدروژن گروه آمین NH₂_ تشکیل آب داده و خارج می‌شوند و باقیمانده‌های مولکولهای آنها با هم ، زنجیر پلیمر را بوجود می‌آورند. به شکل زیر:

... + NH₂ ─ (CH₂)₄ ─ NH₂ ─ HOOC ─ (CH₂ ─ COOH + ...

نایلون:

nH₂O + (─ NH ─ (CH₂)₆ ─ N(H) ─ CO ─ (CH₂)₄ ─ CO ─)_n

پلیمریزاسیون اشتراکی (کوپلیمریزاسیون)

اگر در عمل پلیمریزاسیون ، 2 مونومر مختلف با هم بطور مشترک پلیمر شوند و یک پلیمر را بوجود آورند، آن را کوپلیمر می‌نامند. مثلا یک نوع لاستیک وجود دارد، به نام بونا _ S که از پلیمریزاسیون دو جسم مختلف یکی به نام 3 , 1- بوتا دی‌ان CH₂ ═ CH ─ CH ═ CH₂ و دیگری به نام وینیل بنزن (استیرن) C₆H₅ CH ═ CH₂ بوجود می‌آید که قسمتی از فرمول ساختمانی آن به شکل زیر است:

--CH₂ ─ CH ═ CH ─ CH₂ ─ CH(C₆H₅) ─ CH₂--

طبقه بندی پلیمرها

 

 

دسته بندی پلیمرها

پلیمرها به طور كلی به سه گروه اصلی گرمانرم ها یا تروموپلاستیك ها - گرما سخت ها یا ترموست ها - الاستومرها دسته بندی می‌شوند.
ترموپلاستیك ها با افزایش دما نرم شده و با خنك شدن به سختی اولیه اشان برمی گردند و بیشتر قابل ذوب هستند، به عنوان مثال، نایلون، پلاستیك های گرما سخت (ترموست ها) وقتی گرم می شوند، سخت شده و هنگام سرد شدن به سختی اولیه برمی گردند. این مواد توسط كاتالیزورها یا گرم شدن تحت فشار به یك شكل دائمی تبدیل می شوند. الاستومرها نظیر رابرها می توانند بدون پاره شدن و گسستن در برابر تغییر شكل مقاومت كنند.
در مطلب حاضر، انواع محدودی از پلیمرهای هر گروه و كاربرد و خواص آنها مورد بررسی قرار می گیرد.

ادامه نوشته

دنیای پلیمر

 

تصور جهان پیشرفته کنونی بدون وجود مواد پلیمری مشکل می‌باشد. امروزه این مواد جزیی از زندگی ما شده‌اند و در ساخت اشیای مختلف ، از وسایل زندگی و مورد مصرف عمومی تا ابزار دقیق و پیچیده پزشکی و علمی بکار می‌روند. کلمه پلیمراز کلمه یونانی (Poly) به معنی چند و (Meros) به معنای واحد با قسمت بوجود آمده است. در این میان ساختمان پلیمرها با مولکولهای بسیار دراز زنجیر گونه با ساختمان فلزات کامل متفاوت است. این مولکولهای بلند از اتصال و بهم پیوستن هزاران واحد کوچک مولکولی مرسوم به منومر تشکیل شده‌اند. مواد طبیعی مانند ابریشم ، لاک ، قیر طبیعی ، کشانها و سلولز ناخن دارای چنین ساختمان مولکولی هستند.

البته تا اوایل قرن نوزدهم میلادی توجه زیادی به مواد پلیمری نشده بود بومیان آمریکای مرکزی از برخی درختان شیرابه‌هایی استخراج می‌کردند که شیرابه بعدها نام لاتکس به خود گرفت. در سال 1829 ، دانشمندان متوجه شدند که در اثر مخلوط کردن لاتکس طبیعی با سولفور و حرارت دادن آن ماده‌ای قابل ذوب ایجاد می‌شود که می‌توان از آن محصولات مختلفی نظیر چرخ ارابه یا توپ تهیه کرد. در سال 1909 میلادی فنل فرمالدئید موسوم به باکلیت ساخته شد که در تهیه قطعات الکتریکی ، کلیدها ، پریزها و وسایل مصرف زیادی دارد.

در اثنای جنگ جهانی دوم موادی مثل نایلون پلی اتیلن ، اکریلیک موسوم به پرسپکس به دنیا عرضه شد. نئوپرن را شرکت دوپان در سال 1932 ابداع و به شکل تجارتی ابتدا با نام دوپرن و بعدها نئوپرن عرضه کرد.

شاخه‌های پلیمر
اولین قدم در زمینه صنعت پلاستیک توسط فردی به نام واسپاهیات انجام گرفت وی در تلاش بود ماده‌ای را به جای عاج فیل تهیه کند. وی توانست فرآیند تولید نیترات سلولز را زا سلولز ارائه کند. در دهه 1970 پلیمرهای‌هادی به بازار عرضه شدند که کاربرد بسیاری در صنعت رایانه دارند زیرا مدارها و ICهای رایانه‌ها از این مواد تهیه می‌شوند. و در سالهای اخیر مواد هوشمند پلیمری جایگاه تازه‌ای برای خود سنسورها پیدا کردند. پلیمرها را می‌توان از 7 دیدگاه مختلف طبقه بندی نمود. صنایع ، منبع ، عبور نور ، واکنش حرارتی ، واکنش‌های پلیمریزاسیون ، ساختمان مولکولی و ساختمان کریستالی.

از نظر صنایع مادر پلیمرها به چهار گروه صنایع لاستیک ، پلاستیک ، الیاف ، پوششی و چسب تقسیم بندی می‌شوند. اینها صنایع مادر در پلیمرها می‌باشند اما صنایع وابسته به پلیمر هم فراوان هستند مانند صنعت پزشکی در اعضای مصنوعی ، دندان مصنوعی ، پرکننده‌ها ، اورتوپدی از پلیمرها به وفور استفاده می‌شود. پلیمرها از لحاظ منبع به سه گروه اصلی تقسیم بندی می‌شوند که عبارتند از پلیمرهای طبیعی ، طبیعی اصلاح شده و مصنوعی.

رزین
منابع طبیعی رزینها ، حیوانات ، گیاهان و مواد معدنی می‌باشد. این پلیمرها به سادگی شکل پذیر بوده لیکن دوام کمی دارند. رایج عبارتند از روزین ، آسفالت ، تار ، کمربا ، سندروس ، لیگنپین ، لاک شیشه‌ای می‌باشند. رزین‌های طبیعی اصلاح شده شامل سلولز و پروتئین می‌باشد سلولز قسمت اصلی گیاهان بوده و به عنوان ماده اولیه قابل دسترسی برای تولید پلاستیکها می‌باشد کازئین ساخته شده از شیر سرشیر گرفته ، تنها پلاستیک مشتق شده از پروتئین است که در عرصه تجارت نسبتا موفق است.

پلیمر مصنوعی
پلیمرهای مصنوعی را می‌توان از طریق واکنشهای پلیمریزاسیون بدست آورد. از مواد پلیمری می‌توان در تهیه پلاستیکها ، چسبها ، رنگها ، ظروف عایق ، مواد پزشکی بهره جست. پلاستیکها به تولید طرحهای جدید در اتومبیلها ، کامیونها ، اتوبوسها ، وسایل نقلیه سریع ، هاورکرافت ، قایقها ، ترنها ، آلات موسیقی ، وسایل خانه ، یراق آلات ساختمانی و سایر کاربردها کمک نموده‌اند در ادمه به بررسی کاربرد چندین پلیمر می‌پردازیم:

پلیمرهای بلوری مایع (LCP)
این پلیمرها بتازگی در بین مواد پلاستیکی ظهور کرده است. این مواد از استحکام ابعادی بسیار خوب ، مقاومت بالا ، مقاومت در مقابل مواد شیمیایی توام با خاصیت سهولت شکل پذیری برخوردار هستند. از این پلیمرها می‌توان به پلی اتیلن با چگالی کم قابل مصرف در ساخت عایق الکتریکی ، وسایل خانگی ، لوله و بطریهای یکبار مصرف ، پلی اتیلن با چگالی بالا قابل مصرف در ظروف زباله‌ها بطری ، انواع مخازن و لوله برای نگهداری و انتقال سیالات ، پلی اتیلن شبکهای ، پلی پروپیلن قابل مصرف در ساخت صندوق ، قطعات کوچک خودرو ، اجزای سواری ، اسکلت صندلی ، اتاقک تلویزیون و... اشاره نمود.

پلیمرهای زیست تخریب پذیر
این پلیمرها در طی سه دهه اخیر در تحقیقات بنیادی و صنایع شیمیایی و دارویی بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. زیست تخریب پذیری به معنای تجزیه شدن پلیمر در دمای بالا طی دوره مشخص می‌باشد که بیشتر پلی استرهای آلیفاتیک استفاده می‌شود. از این پلیمرها در سیستم‌های آزاد سازی دارویی با رهایش کنترل شده یا در اتصالات ، مانند نخ‌های جراحی و ترمیم شکستگی استخوانها و کپسولهای کاشتی استفاده می‌شود.

پلی استایرن
این پلیمر به صورت گسترده‌ای در ساخت پلاتیکها و رزینهایی مانند عایقها و قایقهای فایبر گلاس در تولید لاستیک ، مواد حد واسط رزینهای تعویض یونی و در تولید کوپلیمرهایی مانند ABS و SBR کاربرد دارد. محصولات تولیدی از استایرن در بسته بندی ، عایق الکتریکی - حرارتی ، لوله‌ها ، قطعات اتومبیل ، فنجان و دیگر موادی که در ارتباط با مواد غذایی می‌باشند ، استفاده می‌شود.

لاستیکهای سیلیکون
مخلوط بسیار کانی- آلی هستند که از پلیمریزاسیون انواع سیلابها و سیلوکسانها بدست می‌آیند. با اینکه گرانند ولی مقاومت قابل توجه در برابر گرما به استفاده منحصر از این لاستیکها در مصارف بالا منجر شده است. این ترکیبات اشتغال پذیری نسبتا پایین ، گرانروی کم در درصد بالای رزین ، عدم سمیت ، خواص بالای دی الکتریک ، حل ناپذیری در آب و الکلها و ... دارند به دلیل همین خواص ترکیبات سیلیکون به عنوان سیال هیدرولیک و انتقال گرما ، روان کننده و گریس ، دزدگیر برای مصارف برقی ، رزینهای لایه کاری و پوشش و لعاب مقاوم در دمای بالا و الکلها و مواد صیقل کاری قابل استفاده‌اند. بیشترین مصرف اینها در صنایع هوا فضاست.

لاستیک اورتان
این پلیمرها از واکنش برخی پلی گلیکولها با دی ایزوسیاناتهای آلی بدست می‌آیند. مصرف اصلی این نوع پلیمرها تولید اسفنج انعطاف پذیر و الیاف کشسان است. در ساخت مبلمان ، تشک ، عایق - نوسانگیر و ... بکار می‌روند. ظهور نخ کشسان اسپندکس از جنش پلی یوره تان به دلیل توان بالای نگهداری این نوع نخ زمینه پوشاک ساپورت را دگرگون کرده است.

پلیمر

           

بَسپار یا پلیمر ‏ ماده‌ای شامل  مولکول های بزرگی است که از به هم پیوستن واحدهای کوچک تکرار شونده که تکپار یا مونومر نامیده می‌شود، ساخته شده است.

این گرایش تا سال ۱۳۶۲ یکی از گرایش‌های  مهندسی شیمی بود اما در حال حاضر به عنوان یک رشته مستقل با دو گرایش صنایع پلیمر و تکنولوژی و علوم رنگ در دانشگاهها ومراکز اموزش عالی ارایه میشود، البته هنوز در تعداد محدودی از دانشگاههای کشور مهندسی پلیمر یکی از گرایش های مهندسی شیمی است. واژهٔ بسپار فارسی است و از دو بخش بس (بسیار) و پار (پاره، قطعه) تشکیل شده‌است.واژه «پلیمر» از دو بخش  یونانی«پُلی» به معنای بسیار و «مر» به معنی قسمت، پاره یا قطعه گرفته شده است.

انواع بسپار :

تعداد واحدهای تکرارشونده(unit cell )در یک مولکول بزرگ  درجه بسپارش یا درجه پلیمریزاسیون نامیده می‌شود. بسپارهایی که فقط از یک نوع واحد تکرار شونده تشکیل شده‌اند، جوربسپار (Homopolymer) و آنهایی که از چند نوع واحد تکرارشونده تشکیل شده‌اند، همبسپار(copolymer) نامیده می‌شوند. گاهی لفظ ترپلیمر (Terpolymer) نیز برای محصولات حاصل از بسپارش سه تک‌پار (مونومر) به کار می‌رود. در عین حال، در مورد محصولاتی که با بیش از سه تک‌پار بسپارش شده‌اند، لفظ ناجوربسپار (Heteropolymer) رایج است.

بیشتر مواد اساسی همچون پروتئین، چوب، کتین، لاستیک خام (کائوچو) و رزین ها بسپار هستند. بسیاری از مواد مصنوعی همچون پلاستیک ها، الیاف مصنوعی (نایلون، ریون و… )، چسب ها، شیشه هاو چینی مواد پلیمری هستند.

 دسته بندی بسپارها :

بسپارها به دو دسته بسپارهای طبیعی و بسپارهای مصنوعی تقسیم می‌شوند. البته بسپارها را به روشهای مختلف دیگری نیز دسته بندی نیز می‌کنند. دسته بندی زیر بر اساس ساختار بسپار انجام شده است.

بسپارها از نظر اثر پذیری در برابر حرارت به دو دسته گرمانرم ها ( ترموپلاستیک ها)  گرماسخت ها(ترموست ها) تقسیم می‌شوند. گرمانرم ها، پلیمرهایی هستند که در اثر گرم کردن ذوب می‌شوند در حالی که گرماسخت ها، بسپارهایی هستند که در اثر گرما ذوب نمی‌شوند بلکه در دماهای بسیار بالا به صورت برگشت ناپذیری تجزیه می‌شوند. بسپارها دارای خواص ویسکو الاستیک است ومنشا این پدیده گره خوردگی زنجیره‌ها در هم است.

آلیاژسازی بسپار ها :

آمیختن بسپارها، یکی از روش‌های متداول و پر بازده برای دستیابی به مواد جدید با ویژگی‌های مناسب است. این روش، معمولاً اقتصادی‌تر از توسعه بسپارهای جدید است. توماس هانکوک (Thomas Hancock) اولین فردی بود که به فکر دست‌یابی به خواص بهتر با استفاده از روش آلیاژسازی افتاد. او با اختلاط لاستیک طبیعی با یک نوع صمغ طبیعی به نام "گوتا پرچا" (Gutta Percha) ماده‌ای به دست آورد که از آن برای ساخت لباس‌های ضد آب استفاده شد. اولین آمیزهٔ تجاری گرمانرم، آلیاژ PVC/NBR بود که درسال ۱۹۴۲ به بازار جهانی عرضه شد. مهم‌ترین دلایل اقتصادی آلیاژسازی بسپارها، عبارتند از: ۱) استفادهٔ بهتر و بیشتر از بسپارهای مهندسی، به وسیلهٔ اختلاط آنها با گونه‌های ارزان قیمت. ۲) تهیه مواد با خواص مورد نظر. 3) دست یابی به آلیاژهایی با کارآیی بالا با استفاده از بسپارهایی که اثرات هم‌افزایی (Synergistic) دارند. ۴) تنظیم ترکیب درصد اجزاﺀ آلیاژ با مشخصات مورد نیاز مصرف کننده. ۵) بازیافت ضایعات پلاستیک‌های مصرفی و وارد کردن آنها در آلیاژسازی .

نکتهٔ مهمی که وجود دارد این است که انتخاب اجزاﺀ آمیزه باید طوری باشد که مزایای پلیمر اول پوشانندهٔ معایب پلیمر دوم باشد .

افزودنی های پلیمر :

افزودنی‌های پلیمر یک نوع از افزودنی‌های شیمیایی بتن می‌باشند، این مواد برای تصحیح خواص فرآورده‌های پلیمری به کار می‌رود.این مواد عبارتند از:

• نرم کننده‌ها: نرم‌کننده‌ها ‏  افزودنی هایی هستند که انعطاف پذیری ماده‌ای را که به آن افزوده می‌شود را افزایش می‌دهد. این مواد علاوه بر صنعت  پلیمر در بتون و سیمان نیز کاربرد دارد. نرم کننده‌های پلاستیک‌ها معمولاً از دستهٔ فتالات‌ها هستند که انعطاف پذیری و دوام پلاستیک را افزایش می‌دهند. عملکرد این مواد به این صورت است که با قرار گرفتن بین مولکولهای مواد پلیمری فضاهای خالی را افزایش داده وموجب پایین آمدن دمای ذوب کریستالی و در نتیجه نرم تر شدن پلیمر می‌شود.
• پایدار کننده‌ها
• رنگدانه‌ها: رنگدانه‌ها  موادی هستند که برای رنگ کردن و دادن خاصیت رنگی به پلیمر استفاده می‌شود و شامل رنگدانه‌های آلی و معدنی می‌شود.
  • رنگدانه‌های معدنی ‏: رنگدانه‌های غیرآلی، نمک‌های فلزی و اکسیدها هستند. این عوامل رنگ زا می‌توانند یک لایه از یک جسم پلاستیکی را با رفتار قابل پیش بینی رنگی کنند. اکثر این عوامل رنگ زا دارای ذراتی با ابعاد میانگین بین ۰/۲ تا ۱/۰ میکرون هستند. تولید کنندگان، رنگ‌های مرغوب را با زدودن ذرات بالاتر از ۵ میکرون، تولید می‌کنند. رنگدانه‌های غیرآلی به جز چند استثناء، مواد خام ارزان قیمت هستند که. به خاطر دوام نسبتاً پایین این رنگ‌ها، این رنگدانه‌ها همیشه بهترین کیفیت را ندارند.
  • رنگدانه‌های آلی ‏ : رنگدانه‌های آلی، گسترهٔ وسیعی از لحاظ پیچیدگی ساختاری دارند. که ساختار این مواد می‌تواند به سادگی  کربن سیاه و یا به پیچیدگی ساختار چهارتایی رنگدانه‌های فتالوسیانین‏ باشد. استفاده از رنگدانه‌های آلی در آلیاژها و آمیخته‌های پلیمری به سرعت در حال افزایش است که این افزایش نتیجه‌ای از دیدگاه کاهش مصرف فلزات سنگین است.به طورنمونه، دوام رنگدانه‌های آلی ۱۰ - ۲۰ بار بیشتر از رنگ‌های غیرآلی مورد مقایسه‌است و این به خاطر این است که رنگ‌های آلی ذرات کوچکتری نسبت به رنگ‌های غیرآلی دارند.
• پر کننده‌ها
• عوامل ضد سکون
• عوامل ضد اکسایش