રસાયણવિજ્ઞાન પોલિમર્સ

પોલિમર્સ#

પોલિમર્સ એ મોટા અણુઓ છે જે મોનોમર્સ તરીકે ઓળખાતા પુનરાવર્તિત માળખાકીય એકમો દ્વારા બનેલા છે. તે પ્લાસ્ટિક, તંતુઓ અને રબરના પ્રાથમિક ઘટકો છે. પોલિમર્સ કુદરતી અથવા સંશ્લેષિત હોઈ શકે છે. કુદરતી પોલિમર્સમાં પ્રોટીન, સેલ્યુલોઝ અને સ્ટાર્ચનો સમાવેશ થાય છે. સંશ્લેષિત પોલિમર્સમાં પોલિએથિલીન, પોલિપ્રોપિલીન અને નાયલોનનો સમાવેશ થાય છે.

પોલિમરાઇઝેશન#

પોલિમરાઇઝેશન એ પ્રક્રિયા છે જે દ્વારા મોનોમર્સને એકસાથે જોડીને પોલિમર્સ બનાવવામાં આવે છે. પોલિમરાઇઝેશનના બે મુખ્ય પ્રકાર છે: સંયોજન પોલિમરાઇઝેશન અને સંઘનન પોલિમરાઇઝેશન.

• સંયોજન પોલિમરાઇઝેશન ત્યારે થાય છે જ્યારે ડબલ બોન્ડ ધરાવતા મોનોમર્સને એકસાથે જોડીને પોલિમર બનાવવામાં આવે છે. ડબલ બોન્ડ તૂટી જાય છે અને મોનોમર્સ એક શૃંખલા પ્રક્રિયામાં એકબીજા સાથે જોડાય છે.

• સંઘનન પોલિમરાઇઝેશન ત્યારે થાય છે જ્યારે કાર્યાત્મક સમૂહો ધરાવતા મોનોમર્સ એકબીજા સાથે પ્રક્રિયા કરીને પોલિમર બનાવે છે. કાર્યાત્મક સમૂહો એકબીજા સાથે પ્રક્રિયા કરીને બોન્ડ બનાવે છે, અને પાણી જેવું નાનું અણુ મુક્ત થાય છે.

પોલિમરાઇઝેશનની પરિભાષા#

મોનોમર:

• એક નાનો અણુ જે પોતાની સાથે અથવા અન્ય મોનોમર્સ સાથે પ્રક્રિયા કરીને પોલિમર બનાવી શકે છે.

પોલિમર:

• મોનોમર્સમાંથી લેવાયેલા પુનરાવર્તિત માળખાકીય એકમો દ્વારા બનેલો એક મોટો અણુ.

પોલિમરાઇઝેશન:

• પ્રક્રિયા જે દ્વારા મોનોમર્સને એકસાથે જોડીને પોલિમર્સ બનાવવામાં આવે છે.

સંયોજન પોલિમરાઇઝેશન:

• પોલિમરાઇઝેશનનો એક પ્રકાર જેમાં કોઈ પણ અણુઓની હાનિ વિના મોનોમર્સ એકબીજા સાથે જોડાય છે.

સંઘનન પોલિમરાઇઝેશન:

• પોલિમરાઇઝેશનનો એક પ્રકાર જેમાં મોનોમર્સ પાણી જેવા નાના અણુઓની હાનિ સાથે એકબીજા સાથે પ્રક્રિયા કરે છે.

મુક્ત મૂળ પોલિમરાઇઝેશન:

• સંયોજન પોલિમરાઇઝેશનનો એક પ્રકાર જેમાં પ્રક્રિયા શરૂ કરવા માટે મુક્ત મૂળનો ઉપયોગ થાય છે.

આયનિક પોલિમરાઇઝેશન:

• સંયોજન પોલિમરાઇઝેશનનો એક પ્રકાર જેમાં પ્રક્રિયા શરૂ કરવા માટે આયનોનો ઉપયોગ થાય છે.

ઝીગલર-નાટા પોલિમરાઇઝેશન:

• સંકલન પોલિમરાઇઝેશનનો એક પ્રકાર જેમાં પોલિમરની સ્ટીરિયોકેમિસ્ટ્રી નિયંત્રિત કરવા માટે સંક્રાંતિ ધાતુ ઉદ્દીપકનો ઉપયોગ થાય છે.

મેટાથેસિસ પોલિમરાઇઝેશન:

• પોલિમરાઇઝેશનનો એક પ્રકાર જેમાં બે પોલિમર્સ એકબીજા સાથે મોનોમર્સની અદલાબદલી કરે છે.

રિંગ-ઓપનિંગ પોલિમરાઇઝેશન:

• પોલિમરાઇઝેશનનો એક પ્રકાર જેમાં એક ચક્રીય મોનોમર ખુલે છે અને પોલિમરાઇઝ થાય છે.

ક્રોસ-લિંકિંગ:

• પોલિમર શૃંખલાઓ વચ્ચે સહસંયોજક બંધ બનાવવાની પ્રક્રિયા.

પોલિમરાઇઝેશનની ડિગ્રી:

• પોલિમર શૃંખલામાં મોનોમર્સની સરેરાશ સંખ્યા.

આણ્વિક વજન:

• પોલિમર અણુનું દળ.

ગ્લાસ સંક્રમણ તાપમાન:

• તાપમાન જેના પર પોલિમર કાચ જેવી સ્થિતિમાંથી રબર જેવી સ્થિતિમાં બદલાય છે.

ગલનાંક:

• તાપમાન જેના પર પોલિમર ઓગળે છે અને પ્રવાહી બને છે.

સ્ફટિકતા:

• જે ડિગ્રી સુધી પોલિમર સ્ફટિકીય છે.

અસ્ફટિક:

• એક પોલિમર જે સ્ફટિકીય નથી.

સિન્ડિયોટેક્ટિક:

• એક પોલિમર જેમાં મોનોમર એકમો નિયમિત વૈકલ્પિક હેડ-ટુ-ટેલ ફેશનમાં ગોઠવાયેલા હોય છે.

આઇસોટેક્ટિક:

• એક પોલિમર જેમાં મોનોમર એકમો નિયમિત હેડ-ટુ-હેડ અથવા ટેલ-ટુ-ટેલ ફેશનમાં ગોઠવાયેલા હોય છે.

એટેક્ટિક:

• એક પોલિમર જેમાં મોનોમર એકમો રેન્ડમ ફેશનમાં ગોઠવાયેલા હોય છે.

કોપોલિમર:

• એક પોલિમર જે બે અથવા વધુ વિવિધ પ્રકારના મોનોમર્સથી બનેલો છે.

હોમોપોલિમર:

• એક પોલિમર જે ફક્ત એક જ પ્રકારના મોનોમરથી બનેલો છે.

બ્લોક કોપોલિમર:

• એક કોપોલિમર જેમાં વિવિધ પ્રકારના મોનોમર્સ બ્લોક્સમાં ગોઠવાયેલા હોય છે.

ગ્રાફ્ટ કોપોલિમર:

• એક કોપોલિમર જેમાં વિવિધ પ્રકારના મોનોમર્સ હોમોપોલિમરના બેકબોન પર ગ્રાફ્ટ કરવામાં આવે છે.

રેન્ડમ કોપોલિમર:

• એક કોપોલિમર જેમાં વિવિધ પ્રકારના મોનોમર્સ રેન્ડમ ફેશનમાં ગોઠવાયેલા હોય છે.

આલ્ટરનેટિંગ કોપોલિમર:

• એક કોપોલિમર જેમાં વિવિધ પ્રકારના મોનોમર્સ એકબીજા સાથે વૈકલ્પિક રીતે ગોઠવાયેલા હોય છે.

પોલિમર્સની લાક્ષણિકતાઓ#

પોલિમર્સ એ મોટા અણુઓ છે જે મોનોમર્સ તરીકે ઓળખાતા પુનરાવર્તિત માળખાકીય એકમો દ્વારા બનેલા છે. તેઓ અન્ય સામગ્રીઓથી અલગ પાડતા અનન્ય ગુણધર્મો પ્રદર્શિત કરે છે. અહીં પોલિમર્સની કેટલીક મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ છે:

1. ઉચ્ચ આણ્વિક વજન:#

પોલિમર્સમાં ઉચ્ચ આણ્વિક વજન હોય છે, જે સામાન્ય રીતે હજારો થી લાખો ગ્રામ પ્રતિ મોલની રેન્જમાં હોય છે. આ ઉચ્ચ આણ્વિક વજન તેમની તાકાત અને ટકાઉપણામાં ફાળો આપે છે.

2. શૃંખલા માળખું:#

પોલિમર્સમાં પુનરાવર્તિત મોનોમર એકમોની લાંબી શૃંખલાઓ હોય છે. આ શૃંખલાઓ રેખીય, શાખાયુક્ત અથવા ક્રોસ-લિંક્ડ હોઈ શકે છે, જે પોલિમરના ગુણધર્મો અને વર્તનને પ્રભાવિત કરે છે.

3. મોનોમર રચના:#

પોલિમરાઇઝેશન પ્રક્રિયામાં ઉપયોગમાં લેવાતા મોનોમરનો પ્રકાર પોલિમરની રચના અને ગુણધર્મો નક્કી કરે છે. પોલિમર્સ હોમોપોલિમર્સ હોઈ શકે છે, જે એક જ પ્રકારના મોનોમરથી બનેલા હોય છે, અથવા કોપોલિમર્સ હોઈ શકે છે, જે બે અથવા વધુ વિવિધ મોનોમર્સથી બનેલા હોય છે.

4. સ્ફટિકતા:#

પોલિમર્સ સ્ફટિકીય અથવા અસ્ફટિક હોઈ શકે છે. સ્ફટિકીય પોલિમર્સમાં તેમની આણ્વિક શૃંખલાઓની નિયમિત, ક્રમબદ્ધ ગોઠવણી હોય છે, જેના પરિણામે ઉચ્ચ તાકાત અને કઠોરતા આવે છે. બીજી બાજુ, અસ્ફટિક પોલિમર્સમાં અવ્યવસ્થિત આણ્વિક માળખું હોય છે, જે તેમને વધુ લવચીક અને પારદર્શક બનાવે છે.

5. ગ્લાસ સંક્રમણ તાપમાન (Tg):#

પોલિમર્સ ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે ગ્લાસ સંક્રમણથી પસાર થાય છે. ગ્લાસ સંક્રમણ તાપમાનથી નીચે, પોલિમર કઠોર, કાચ જેવી સામગ્રીની જેમ વર્તે છે. Tg થી ઉપર, તે નરમ અને વધુ લવચીક બને છે. પોલિમર્સની પ્રક્રિયા અને એપ્લિકેશન શરતો નક્કી કરવામાં આ સંક્રમણ મહત્વપૂર્ણ છે.

6. ગલનાંક (Tm):#

સ્ફટિકીય પોલિમર્સમાં ગલનાંક હોય છે, જે તાપમાન છે જેના પર પોલિમર ઘન અવસ્થામાંથી પ્રવાહી અવસ્થામાં સંક્રમણ કરે છે. અસ્ફટિક પોલિમર્સમાં અલગ ગલનાંક હોતો નથી પરંતુ ગ્લાસ સંક્રમણ તાપમાન હોય છે.

7. તન્ય શક્તિ:#

પોલિમર્સ તન્ય શક્તિની વિવિધ ડિગ્રી પ્રદર્શિત કરે છે, જે તન્ય તણાવ હેઠળ તૂટવાનો પ્રતિકાર છે. પોલિમરની તન્ય શક્તિ તેના આણ્વિક માળખા, સ્ફટિકતા અને ક્રોસ-લિંકિંગ ઘનતા પર આધારિત છે.

8. સ્થિતિસ્થાપકતા:#

પોલિમર્સ સ્થિતિસ્થાપક હોઈ શકે છે, એટલે કે તેઓ વિકૃતિમાંથી પસાર થઈ શકે છે અને તણાવ દૂર થયા પછી તેમની મૂળ આકૃતિ પર પાછા આવી શકે છે. આ ગુણધર્મ રબર બેન્ડ અને સ્થિતિસ્થાપક તંતુઓ જેવી એપ્લિકેશન્સ માટે મહત્વપૂર્ણ છે.

9. વિદ્યુત અને ઉષ્મા વાહકતા:#

પોલિમર્સ સામાન્ય રીતે વીજળી અને ઉષ્માના ખરાબ વાહક હોય છે. જો કે, કેટલાક પોલિમર્સ, જેમ કે વાહક પોલિમર્સ, વધેલી વિદ્યુત વાહકતા પ્રદર્શિત કરવા માટે વિકસિત કરવામાં આવ્યા છે.

10. બાયોડિગ્રેડેબિલિટી:#

કેટલાક પોલિમર્સ બાયોડિગ્રેડેબલ હોય છે, એટલે કે તેમને કુદરતી પ્રક્રિયાઓ દ્વારા સરળ પદાર્થોમાં તોડી શકાય છે. બાયોડિગ્રેડેબલ પોલિમર્સ પર્યાવરણને મૈત્રીપૂર્ણ છે અને પેકેજિંગ અને કૃષિમાં એપ્લિકેશન્સ શોધે છે.

11. બહુમુખીપણું:#

પોલિમર્સ તેમના ગુણધર્મો અને એપ્લિકેશન્સની દ્રષ્ટિએ અપાર બહુમુખીપણું ઓફર કરે છે. મોનોમર રચના, આણ્વિક વજન અને પ્રક્રિયા શરતોમાં ફેરફાર કરીને ચોક્કસ જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા માટે તેમને ગોઠવી શકાય છે.

સારાંશમાં, પોલિમર્સમાં વિવિધ લાક્ષણિકતાઓની વિશાળ શ્રેણી હોય છે જે તેમને વિવિધ ઉદ્યોગોમાં મૂલ્યવાન સામગ્રી બનાવે છે. તેમનું ઉચ્ચ આણ્વિક વજન, શૃંખલા માળખું અને વિવિધ ગુણધર્મો તેમને પેકેજિંગ અને બાંધકામથી લઈને ટેક્સ્ટાઇલ્સ અને બાયોમેડિકલ ઉપકરણો સુધીની એપ્લિકેશન્સમાં ઉપયોગમાં લેવા માટે સક્ષમ બનાવે છે.

પોલિમર્સનું વર્ગીકરણ#

પોલિમર્સને તેમની રાસાયણિક રચના, ઉષ્મીય ગુણધર્મો અને દ્રાવકોમાં વર્તણૂક જેવા વિવિધ માપદંડોના આધારે વિવિધ શ્રેણીઓમાં વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. અહીં પોલિમર્સના કેટલાક સામાન્ય વર્ગીકરણો છે:

1. રાસાયણિક રચના દ્વારા વર્ગીકરણ:#

1.1 હોમોપોલિમર્સ:#

• સમાન મોનોમરના પુનરાવર્તિત એકમો દ્વારા બનેલા.
• ઉદાહરણો: પોલિએથિલીન (PE), પોલિસ્ટાયરીન (PS), પોલિવિનાઇલ ક્લોરાઇડ (PVC).

1.2 કોપોલિમર્સ:#

• બે અથવા વધુ વિવિધ મોનોમર્સના પોલિમરાઇઝેશન દ્વારા રચાયેલા.
• આગળ વર્ગીકૃત કરી શકાય છે:
  • રેન્ડમ કોપોલિમર્સ: પોલિમર શૃંખલા સાથે રેન્ડમ રીતે ગોઠવાયેલા મોનોમર્સ.
  • આલ્ટરનેટિંગ કોપોલિમર્સ: પોલિમર શૃંખલા સાથે નિયમિત રીતે વૈકલ્પિક રીતે ગોઠવાયેલા મોનોમર્સ.
  • બ્લોક કોપોલિમર્સ: વિવિધ મોનોમર્સના સતત સેગમેન્ટ્સ.
  • ગ્રાફ્ટ કોપોલિમર્સ: એક મોનોમર પ્રકારની શાખાઓ બીજા મોનોમર પ્રકારના બેકબોન પર ગ્રાફ્ટ કરવામાં આવે છે.

1.3 ટેરપોલિમર્સ:#

• ત્રણ વિવિધ મોનોમર એકમો દ્વારા બનેલા.

2. ઉષ્મીય ગુણધર્મો દ્વારા વર્ગીકરણ:#

2.1 થર્મોપ્લાસ્ટિક્સ:#

• ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે નરમ થાય છે અને ઢાળવા યોગ્ય બને છે, અને ઠંડા પડવા પર ઘન થાય છે.
• નોંધપાત્ર અધોગતિ વિના વારંવાર નરમ અને ઘન કરી શકાય છે.
• ઉદાહરણો: પોલિએથિલીન (PE), પોલિપ્રોપિલીન (PP), પોલિસ્ટાયરીન (PS).

2.2 થર્મોસેટ્સ:#

• ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે અપરિવર્તનીય રાસાયણિક ફેરફારો થાય છે, જે કઠોર, ક્રોસ-લિંક્ડ નેટવર્ક માળખું બનાવે છે.
• એકવાર સારવાર થઈ જાય પછી ઓગાળી અથવા ફરીથી આકાર આપી શકાતો નથી.
• ઉદાહરણો: એપોક્સી રેઝિન, ફિનોલિક રેઝિન, સિલિકોન રબર.

2.3 ઇલાસ્ટોમર્સ:#

• ઉચ્ચ સ્થિતિસ્થાપકતા પ્રદર્શિત કરે છે અને તૂટ્યા વિના મોટા વિકૃતિમાંથી પસાર થઈ શકે છે.
• તણાવ મુક્ત થયા પછી તેમની મૂળ આકૃતિ પાછી મેળવે છે.
• ઉદાહરણો: કુદરતી રબર, સ્ટાયરીન-બ્યુટાડાઇન રબર (SBR), પોલિયુરેથેન (PU).

3. દ્રાવકોમાં વર્તણૂક દ્વારા વર્ગીકરણ:#

3.1 અસ્ફટિક પોલિમર્સ:#

• અણુઓ અથવા અણુઓની નિયમિત, પુનરાવર્તિત ગોઠવણી નથી.
• સામાન્ય રીતે પારદર્શક અથવા અર્ધપારદર્શક.
• ઉદાહરણો: પોલિસ્ટાયરીન (PS), પોલિમિથાઇલ મેથાક્રાઇલેટ (PMMA).

3.2 સ્ફટિકીય પોલિમર્સ:#

• અણુઓ અથવા અણુઓની નિયમિત, પુનરાવર્તિત ગોઠવણી હોય છે, જે સ્ફટિકીય પ્રદેશો બનાવે છે.
• સામાન્ય રીતે અપારદર્શક અથવા અર્ધપારદર્શક.
• ઉદાહરણો: પોલિએથિલીન (PE), પોલિપ્રોપિલીન (PP), નાયલોન.

4. અન્ય વર્ગીકરણો:#

4.1 બાયોડિગ્રેડેબલ પોલિમર્સ:#

• સૂક્ષ્મજીવો દ્વારા કુદરતી પ્રક્રિયાઓ દ્વારા તોડી શકાય તેવી ક્ષમતા.
• ઉદાહરણો: પોલિલેક્ટિક એસિડ (PLA), પોલિહાઇડ્રોક્સિઆલ્કેનોએટ્સ (PHAs).

4.2 વાહક પોલિમર્સ:#

• સંયુગ્મિત ડબલ બોન્ડ અથવા અન્ય વાહક સમૂહોની હાજરીને કારણે વિદ્યુત વાહકતા પ્રદર્શિત કરે છે.
• ઉદાહરણો: પોલિએસિટિલીન, પોલિએનિલીન, પોલિપાયરોલ.

4.3 કાર્યાત્મક પોલિમર્સ:#

• ચોક્કસ કાર્યાત્મક સમૂહો અથવા ગુણધર્મો ધરાવે છે જે તેમને વિશિષ્ટ કાર્યો કરવા માટે સક્ષમ બનાવે છે.
• ઉદાહરણો: આયન-એક્સચેન્જ રેઝિન, હાઇડ્રોજેલ્સ, અગ્નિ-રિટાર્ડન્ટ પોલિમર્સ.

એ નોંધવું અગત્યનું છે કે આ વર્ગીકરણો પરસ્પર વિશિષ્ટ નથી, અને કેટલાક પોલિમર્સ બહુવિધ શ્રેણીઓમાં આવી શકે છે. પોલિમરના ચોક્કસ ગુણધર્મો અને એપ્લિકેશન્સ તેની રાસાયણિક રચના, આણ્વિક વજન અને પ્રક્રિયા શરતો પર આધારિત છે.

થર્મોસેટિંગ અને થર્મોપ્લાસ્ટિક પોલિમર્સ વચ્ચેનો તફાવત#

પોલિમર્સ એ મોટા અણુઓ છે જે મોનોમર્સ તરીકે ઓળખાતા પુનરાવર્તિત એકમો દ્વારા બનેલા છે. ઉષ્મા પ્રત્યેની તેમની પ્રતિક્રિયાના આધારે તેમને બે મુખ્ય પ્રકારોમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે: થર્મોસેટિંગ અને થર્મોપ્લાસ્ટિક પોલિમર્સ.

થર્મોસેટિંગ પોલિમર્સ#

થર્મોસેટિંગ પોલિમર્સ, જેને ક્રોસ-લિંક્ડ પોલિમર્સ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જ્યારે ગરમ કરવામાં આવે છે ત્યારે રાસાયણિક ફેરફારથી પસાર થાય છે, જે કઠોર, ત્રિ-પરિમાણીય નેટવર્ક માળખું બનાવે છે. આ પ્રક્રિયા, જેને સારવાર તર