શું તમને લાગે છે કે પોલિમરના શોધ અને વિવિધ ઉપયોગો વિના દૈનિક જીવન સરળ અને રંગીન હોત? પ્લાસ્ટિકની બાલટી, કપ અને તબકકા, બાળકોના રમકડાં, પેકેજિંગ બેગ, સિન્થેટિક કપડાની સામગ્રી, ઑટોમોબાઇલના ટાયર, ગિયર અને સીલ, વિદ્યુત ઇન્સ્યુલેટિંગ સામગ્રી અને મશીનના ભાગોના ઉત્પાદનમાં પોલિમરના ઉપયોગે દૈનિક જીવન તેમજ ઔદ્યોગિક પરિસ્થિતિને સંપૂર્ણપણે ક્રાંતિકારી બનાવી દીધી છે. ખરેખર, પોલિમર ચાર મુખ્ય ઉદ્યોગોનો આધારસ્તંભ છે, એટલે કે પ્લાસ્ટિક, ઇલાસ્ટોમર, તંતુઓ અને પેઇન્ટ અને વાર્નિશ.

‘પોલિમર’ શબ્દ બે ગ્રીક શબ્દોમાંથી બનેલો છે: પોલીનો અર્થ ઘણા અને મેરનો અર્થ એકમ અથવા ભાગ. પોલિમર શબ્દની વ્યાખ્યા ખૂબ જ મોટા અણુઓ તરીકે કરવામાં આવે છે જેનું આણ્વિક દળ $\left(10^{3}-10^{7} \mathrm{u}\right)$ હોય છે. તેને મેક્રોમોલિક્યુલ્સ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જે મોટા પાયે પુનરાવર્તિત માળખાકીય એકમોના જોડાણથી બને છે. પુનરાવર્તિત માળખાકીય એકમો કેટલાક સરળ અને પ્રતિક્રિયાશીલ અણુઓમાંથી મેળવવામાં આવે છે જેને મોનોમર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે અને તે એકબીજા સાથે સહસંયોજક બંધથી જોડાયેલા હોય છે. સંબંધિત મોનોમરમાંથી પોલિમરની રચનાની પ્રક્રિયાને પોલિમરાઇઝેશન કહેવામાં આવે છે.

15.1 પોલિમરનું વર્ગીકરણ

કેટલાક વિશેષ વિચારણાઓના આધારે પોલિમરના વર્ગીકરણની અનેક રીતો છે. પોલિમરના સામાન્ય વર્ગીકરણમાંની એક રીત એ છે કે જે સ્રોતમાંથી પોલિમર મેળવવામાં આવે છે તેના આધારે.

આ પ્રકારના વર્ગીકરણ હેઠળ, ત્રણ ઉપશ્રેણીઓ છે.

1. કુદરતી પોલિમર

આ પોલિમર છોડ અને પ્રાણીઓમાં જોવા મળે છે. ઉદાહરણો છે પ્રોટીન, સેલ્યુલોઝ, સ્ટાર્ચ, કેટલાક રેઝિન અને રબર.

2. અર્ધ-સિન્થેટિક પોલિમર

સેલ્યુલોઝ એસિટેટ (રેયોન) અને સેલ્યુલોઝ નાઇટ્રેટ જેવા સેલ્યુલોઝ ડેરિવેટિવ આ ઉપશ્રેણીના સામાન્ય ઉદાહરણો છે.

3. સિન્થેટિક પોલિમર

પ્લાસ્ટિક (પોલિથીન), સિન્થેટિક તંતુઓ (નાયલોન 6,6) અને સિન્થેટિક રબર (બુના - એસ) જેવા વિવિધ સિન્થેટિક પોલિમર માનવ-નિર્મિત પોલિમરના ઉદાહરણો છે જેનો દૈનિક જીવન તેમજ ઉદ્યોગમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.

પોલિમરનું તેમની રચના, આણ્વિક દળ અથવા પોલિમરાઇઝેશનના પ્રકારના આધારે પણ વર્ગીકરણ કરી શકાય છે.

15.2 પોલિમરાઇઝેશન પ્રતિક્રિયાઓના પ્રકારો

પોલિમરાઇઝેશન પ્રતિક્રિયાઓના બે વ્યાપક પ્રકારો છે, એટલે કે, એડિશન અથવા ચેઈન ગ્રોથ પોલિમરાઇઝેશન અને કન્ડેન્સેશન અથવા સ્ટેપ ગ્રોથ પોલિમરાઇઝેશન.

15.2.1 એડિશન પોલિમરાઇઝેશન અથવા ચેઈન ગ્રોથ પોલિમરાઇઝેશન

આ પ્રકારની પોલિમરાઇઝેશનમાં, સમાન મોનોમર અથવા વિવિધ મોનોમરના અણુઓ મોટા પાયે એકસાથે જોડાઈને પોલિમર બનાવે છે. ઉપયોગમાં લેવાતા મોનોમર અસંતૃપ્ત સંયોજનો છે, ઉદા.ત., એલ્કીન, એલ્કાડાઇન અને તેમના ડેરિવેટિવ. પોલિમરાઇઝેશનની આ પદ્ધતિ શૃંખલાની લંબાઈમાં વધારો તરફ દોરી જાય છે અને શૃંખલાની વૃદ્ધિ મુક્ત મૂળ અથવા આયનિક પ્રજાતિઓની રચના દ્વારા થઈ શકે છે. જો કે, મુક્ત મૂળ દ્વારા શાસિત એડિશન અથવા શૃંખલા વૃદ્ધિ પોલિમરાઇઝેશન સૌથી સામાન્ય પદ્ધતિ છે.

15.2.1.1 એડિશન પોલિમરાઇઝેશનની ક્રિયાવિધિ

1. મુક્ત મૂળ ક્રિયાવિધિ

એલ્કીન અથવા ડાઇન અને તેમના ડેરિવેટિવની વિવિધતા બેન્ઝોઇલ પેરોક્સાઇડ, એસિટાઇલ પેરોક્સાઇડ, ટર્ટ-બ્યુટાઇલ પેરોક્સાઇડ વગેરે જેવા મુક્ત મૂળ ઉત્પન્ન કરનાર પ્રારંભક (ઉદ્દીપક)ની હાજરીમાં પોલિમરાઇઝ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઇથીનનું પોલિથીનમાં પોલિમરાઇઝેશનમાં થોડી માત્રામાં બેન્ઝોઇલ પેરોક્સાઇડ પ્રારંભક સાથે ઇથીનના મિશ્રણને ગરમ કરવું અથવા પ્રકાશના સંપર્કમાં લાવવાનો સમાવેશ થાય છે. પ્રક્રિયા પેરોક્સાઇડ દ્વારા રચાયેલા ફિનાઇલ મુક્ત મૂળને ઇથીનના ડબલ બોન્ડમાં ઉમેરવાથી શરૂ થાય છે જે નવું અને મોટું મુક્ત મૂળ ઉત્પન્ન કરે છે. આ પગલાને શૃંખલા પ્રારંભિક પગલું કહેવામાં આવે છે. જ્યારે આ મૂળ ઇથીનના બીજા અણુ સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે, ત્યારે બીજું વધુ મોટું મૂળ રચાય છે. નવા અને મોટા મૂળ સાથે આ ક્રમનું પુનરાવર્તન પ્રતિક્રિયાને આગળ લઈ જાય છે અને આ પગલાને શૃંખલા પ્રસારણ પગલું કહેવામાં આવે છે. અંતે, કોઈ તબક્કે આ રીતે રચાયેલું ઉત્પાદન મૂળ બીજા મૂળ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને પોલિમરાઇઝ્ડ ઉત્પાદન બનાવે છે. આ પગલાને શૃંખલા સમાપ્તિ પગલું કહેવામાં આવે છે. પોલિથીનની રચનામાં સામેલ પગલાંનો ક્રમ નીચે પ્રમાણે દર્શાવવામાં આવ્યો છે:

શૃંખલા પ્રારંભિક પગલાં

શૃંખલા પ્રસારણ

$$ \begin{aligned} \mathrm{C_6} \mathrm{H_5}-\mathrm{CH_2}-\dot{\mathrm{C}} \mathrm{H_2}+\mathrm{CH_2}=\mathrm{CH_2} \longrightarrow & \mathrm{C_6} \mathrm{H_5}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\dot{\mathrm{C}} \mathrm{H_2} \\ & \\ & \mathrm{C_6} \mathrm{H_5}+\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}+{ _\mathrm{n}} \mathrm{CH_2}-\dot{\mathrm{C}} \mathrm{H_2} \end{aligned} $$

શૃંખલા સમાપ્તિ પગલું

લાંબી શૃંખલાની સમાપ્તિ માટે, આ મુક્ત મૂળ પોલિથીન બનાવવા માટે વિવિધ રીતે જોડાઈ શકે છે. શૃંખલાની સમાપ્તિની એક પદ્ધતિ નીચે પ્રમાણે દર્શાવવામાં આવી છે:

એક જ મોનોમરિક પ્રજાતિના પોલિમરાઇઝેશન દ્વારા રચાયેલા એડિશન પોલિમરને હોમોપોલિમર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે ઉપર ચર્ચા કરેલ પોલિથીન એ હોમોપોલિમર છે.

બે વિવિધ મોનોમરમાંથી એડિશન પોલિમરાઇઝેશન દ્વારા બનાવવામાં આવેલા પોલિમરને કોપોલિમર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. બુના-એસ, જે બ્યુટા-1, 3-ડાઇન અને સ્ટાયરીનના પોલિમરાઇઝેશનથી બને છે, તે એડિશન પોલિમરાઇઝેશન દ્વારા રચાયેલા કોપોલિમરનું ઉદાહરણ છે.

15.2.1.2 કેટલાક મહત્વપૂર્ણ એડિશન પોલિમર

(a) પોલિથીન

પોલિથીન રેખીય અથવા થોડી શાખાઓવાળા લાંબી શૃંખલાના અણુઓ છે. તે ગરમ કરવા પર વારંવાર મૃદુ થવા અને ઠંડુ કરવા પર સખત થવાની ક્ષમતા ધરાવે છે અને આમ થર્મોપ્લાસ્ટિક પોલિમર છે. નીચે આપેલા પ્રમાણે બે પ્રકારના પોલિથીન છે:

(i) ઓછી ઘનતાવાળું પોલિથીન: તે $350 \mathrm{~K}$ થી $570 \mathrm{~K}$ તાપમાને 1000 થી 2000 વાતાવરણના ઊંચા દબાણ હેઠળ ડાયઑક્સિજન અથવા પેરોક્સાઇડ પ્રારંભક (ઉદ્દીપક)ના અલ્પ પ્રમાણની હાજરીમાં ઇથીનના પોલિમરાઇઝેશનથી મેળવવામાં આવે છે. ઓછી ઘનતાવાળું પોલિથીન (LDP) મુક્ત મૂળ એડિશન અને $\mathrm{H}$-અણુ અપહરણ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. તેમાં ખૂબ શાખાઓવાળી રચના હોય છે. આ પોલિમરમાં નીચે બતાવ્યા પ્રમાણે કેટલીક શાખાઓ સાથે સીધી શૃંખલાની રચના હોય છે.

ઓછી ઘનતાવાળું પોલિથીન રાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય અને સખત પરંતુ લવચીક અને વીજળીનું ખરાબ વાહક છે. તેથી, તેનો ઉપયોગ વીજળી વહન કરતા તારોના ઇન્સ્યુલેશન અને સ્ક્વીઝ બોટલ, રમકડાં અને લવચીક પાઇપના ઉત્પાદનમાં થાય છે.

(ii) ઊંચી ઘનતાવાળું પોલિથીન: તે ત્યારે રચાય છે જ્યારે ઇથીનનું એડિશન પોલિમરાઇઝેશન હાઇડ્રોકાર્બન દ્રાવકમાં $333 \mathrm{~K}$ થી $343 \mathrm{~K}$ તાપમાને અને 6-7 વાતાવરણના દબાણ હેઠળ ટ્રાઇઇથાઇલએલ્યુમિનિયમ અને ટાઇટેનિયમ ટેટ્રાક્લોરાઇડ (ઝીગલર-નાટા ઉદ્દીપક) જેવા ઉદ્દીપકની હાજરીમાં થાય છે. આ રીતે ઉત્પાદિત ઊંચી ઘનતાવાળું પોલિથીન (HDP) નીચે બતાવ્યા પ્રમાણે રેખીય અણુઓ ધરાવે છે અને નજીકની પેકિંગને કારણે ઊંચી ઘનતા ધરાવે છે. આવા પોલિમરને રેખીય પોલિમર પણ કહેવામાં આવે છે. ઊંચી ઘનતાવાળા પોલિમર પણ રાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય અને વધુ સખત અને કઠોર હોય છે. તેનો ઉપયોગ બાલટી, કચરાપેટી, બોટલ, પાઇપ વગેરેના ઉત્પાદન માટે થાય છે.

(b) પોલિટેટ્રાફ્લોરોઇથીન (ટેફ્લોન) ટેફ્લોન ટેટ્રાફ્લોરોઇથીનને ઊંચા દબાણે મુક્ત મૂળ અથવા પરસલ્ફેટ ઉદ્દીપક સાથે ગરમ કરીને ઉત્પાદિત કરવામાં આવે છે. તે રાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય છે અને કાટ લાગતા પ્રતિક્રિયકોના હુમલા માટે પ્રતિરોધક છે. તેનો ઉપયોગ તેલના સીલ અને ગેસ્કેટ બનાવવા માટે અને નોન-સ્ટિક સપાટી લેપિત વાસણો માટે પણ થાય છે.

(c) પોલિએક્રાઇલોનાઇટ્રાઇલ પેરોક્સાઇડ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં એક્રાઇલોનાઇટ્રાઇલનું એડિશન પોલિમરાઇઝેશન પોલિએક્રાઇલોનાઇટ્રાઇલની રચના તરફ દોરી જાય છે.

$$ \underset{\text { Tetrafluoroethene }}{\mathrm{nCC_{2 }}=\mathrm{CF_2}} \xrightarrow[\text { High pressure }]{\text { Catalyst }} \underset{\text { Teflon }}{\left[\mathrm{CF_2}-\mathrm{CF_2}\right]_{\mathrm{n}}} $$

પોલિએક્રાઇલોનાઇટ્રાઇનનો ઉપયોગ ઓરલોન અથવા એક્રિલાન તરીકે વ્યાપારી તંતુઓ બનાવવા માટે ઊનના વિકલ્પ તરીકે થાય છે.

ઉદાહરણ 15.1

શું $+\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH}\left(\mathrm{C_6} \mathrm{H_5}\right)+_{n}$ હોમોપોલિમર છે અથવા કોપોલિમર છે?

ઉકેલ

તે હોમોપોલિમર છે અને જે મોનોમરમાંથી તે મેળવવામાં આવે છે તે સ્ટાયરીન $\mathrm{C_6} \mathrm{H_5} \mathrm{CH}=\mathrm{CH_2}$ છે.

15.2.2 કન્ડેન્સેશન પોલિમરાઇઝેશન અથવા સ્ટેપ ગ્રોથ પોલિમરાઇઝેશન

આ પ્રકારની પોલિમરાઇઝેશન સામાન્ય રીતે બે દ્વિ-કાર્યાત્મક અથવા ત્રિ-કાર્યાત્મક મોનોમરિક એકમો વચ્ચેની પુનરાવર્તિત કન્ડેન્સેશન પ્રતિક્રિયાનો સમાવેશ કરે છે. આ પોલિકન્ડેન્સેશન પ્રતિક્રિયાઓ પાણી, આલ્કોહોલ, હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ વગેરે જેવા કેટલાક સરળ અણુઓની હાનિ પરિણમી શકે છે અને ઊંચા આણ્વિક દળવાળા કન્ડેન્સેશન પોલિમરની રચના તરફ દોરી જાય છે.

આ પ્રતિક્રિયાઓમાં, દરેક પગલાનું ઉત્પાદન ફરીથી દ્વિ-કાર્યાત્મક પ્રજાતિ છે અને કન્ડેન્સેશનનો ક્રમ ચાલુ રહે છે. કારણ કે, દરેક પગલું એક અલગ કાર્યાત્મક પ્રજાતિ ઉત્પન્ન કરે છે અને એકબીજાથી સ્વતંત્ર હોય છે, આ પ્રક્રિયાને સ્ટેપ ગ્રોથ પોલિમરાઇઝેશન તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે.

ઇથિલીન ગ્લાયકોલ અને ટેરેફ્થેલિક એસિડની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા ટેરિલીન અથવા ડેક્રોનની રચના આ પ્રકારની પોલિમરાઇઝેશનનું ઉદાહરણ છે.

15.2.2.1 કેટલાક મહત્વપૂર્ણ કન્ડેન્સેશન પોલિમર

(a) પોલિએમાઇડ

એમાઇડ કડીઓ ધરાવતા આ પોલિમર સિન્થેટિક તંતુઓના મહત્વપૂર્ણ ઉદાહરણો છે અને તેને નાયલોન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. તૈયારીની સામાન્ય પદ્ધતિમાં ડાઇએમાઇનનું ડાઇકાર્બોક્સિલિક એસિડ સાથે કન્ડેન્સેશન પોલિમરાઇઝેશન અથવા એમિનો એસિડ અથવા તેમના લેક્ટમનું કન્ડેન્સેશનનો સમાવેશ થાય છે.

નાયલોન

(i) નાયલોન 6,6: તે ઊંચા દબાણ અને ઊંચા તાપમાને હેક્ઝામિથાઇલીનડાઇએમાઇન અને એડિપિક એસિડના કન્ડેન્સેશન પોલિમરાઇઝેશન દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવે છે.

નાયલોન 6, 6 તંતુ-નિર્માણ ઘન પદાર્થ છે. તે ઊંચી તન્ય શક્તિ ધરાવે છે. આ લાક્ષણિકતા હાઇડ્રોજન બંધ જેવા મજબૂત આંતરઅણુક બળોને આભારી થઈ શકે છે. આ મજબૂત બળો શૃંખલાઓની નજીકની પેકિંગ તરફ પણ દોરી જાય છે અને આમ સ્ફટિકીય સ્વભાવ આપે છે.

નાયલોન 6, 6નો ઉપયોગ શીટ, બ્રશ માટેના બ્રિસલ અને ટેક્સટાઇલ ઉદ્યોગમાં થાય છે.

(ii) નાયલોન 6: તે કેપ્રોલેક્ટમને પાણી સાથે ઊંચા તાપમાને ગરમ કરીને મેળવવામાં આવે છે. નાયલોન 6નો ઉપયોગ ટાયર કોર્ડ, ફેબ્રિક અને દોરડાંના ઉત્પાદન માટે થાય છે.

(b) પોલિએસ્ટર

આ ડાઇકાર્બોક્સિલિક એસિડ અને ડાઇઓલના પોલિકન્ડેન્સેશન ઉત્પાદનો છે. ડેક્રોન અથવા ટેરિલીન પોલિએસ્ટરનું સૌથી સારું ઉદાહરણ છે. તે પહેલા આપેલી પ્રતિક્રિયા મુજબ ઝિંક એસિટેટ-ઍન્ટિમની ટ્રાયોક્સાઇડ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં 420 થી $460 \mathrm{~K}$ તાપમાને ઇથિલીન ગ્લાયકોલ અને ટેરેફ્થેલિક એસિડના મિશ્રણને ગરમ કરીને ઉત્પાદિત કરવામાં આવે છે. ડેક્રોન તંતુ (ટેરિલીન) ક્રીઝ પ્રતિરોધક છે અને તેનો ઉપયોગ કપાસ અને ઊનના તંતુઓ સાથે મિશ્રણમાં અને સલામતી હેલ્મેટ વગેરેમાં કાચના મજબૂતીકરણ સામગ્રી તરીકે પણ થાય છે.

(c) ફિનોલ - ફોર્માલ્ડિહાઇડ પોલિમર (બેકેલાઇટ અને સંબંધિત પોલિમર)

ફિનોલ - ફોર્માલ્ડિહાઇડ પોલિમર સૌથી જૂનાં સિન્થેટિક પોલિમર છે. તે એસિડ અથવા બેઇઝ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં ફિનોલ અને ફોર્માલ્ડિહાઇડની કન્ડેન્સેશન પ્રતિક્રિયા દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. પ્રતિક્રિયા $o$- અને/અથવા $p$-હાઇડ્રોક્સિમિથાઇલફિનોલ ડેરિવેટિવની પ્રારંભિક રચનાથી શરૂ થાય છે, જે વધુમાં ફિનોલ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને એવા સંયોજનો બનાવે છે જેમાં વલય એકબીજા સાથે -$\mathrm{CH_2}$ સમૂહો દ્વારા જોડાયેલા હોય છે. પ્રારંભિક ઉત્પાદન રેખીય ઉત્પાદન હોઈ શકે છે - નોવોલેક જેનો ઉપયોગ પેઇન્ટમાં થાય છે.

ફોર્માલ્ડિહાઇડ સાથે ગરમ કરવા પર નોવોલેક ક્રોસ લિંકિંગથી પસાર થઈને બેકેલાઇટ નામનો અદ્રવ્ય ઘન દળ બનાવે છે. તે થર્મોસેટિંગ પોલિમર છે જેનો ફરીથી ઉપયોગ અથવા ફરીથી ઢાળવામાં નથી આવી શકતો. આમ, બેકેલાઇટ પોલિમર નોવોલેકની રેખીય શૃંખલાઓના ક્રોસ લિંકિંગ દ્વારા રચાય છે. બેકેલાઇટનો ઉપયોગ કાંસકા, ફોનોગ્રાફ રેકોર્ડ, ઇલેક્ટ્રિકલ સ્વીચ અને વિવિધ વાસણોના હેન્ડલ બનાવવા માટે થાય છે.

(d) મેલામાઇન — ફોર્માલ્ડિહાઇડ પોલિમર

મેલામાઇન ફોર્માલ્ડિહાઇડ પોલિમર મેલામાઇન અને ફોર્માલ્ડિહાઇડના કન્ડેન્સેશન