పాలిమర్ల ఆవిష్కరణ మరియు వైవిధ్యమైన అనువర్తనాలు లేకపోతే దైనందిన జీవితం సులభంగా మరియు రంగురంగులతో ఉండేదని మీరు అనుకుంటున్నారా? ప్లాస్టిక్ బక్కెట్లు, కప్పులు మరియు సాసర్లు, పిల్లల బొమ్మలు, ప్యాకేజింగ్ బ్యాగ్లు, సింథటిక్ దుస్తుల పదార్థాలు, ఆటోమొబైల్ టైర్లు, గేర్లు మరియు సీల్స్, విద్యుత్ ఇన్సులేటింగ్ పదార్థాలు మరియు యంత్ర భాగాల తయారీలో పాలిమర్ల ఉపయోగం దైనందిన జీవితాన్ని మరియు పారిశ్రామిక దృశ్యాన్ని పూర్తిగా విప్లవాత్మకంగా మార్చింది. నిజానికి, పాలిమర్లు నాలుగు ప్రధాన పరిశ్రమలకు మూలస్తంభాలు, అవి: ప్లాస్టిక్లు, ఎలాస్టోమర్లు, ఫైబర్లు మరియు పెయింట్లు మరియు వార్నిష్లు.

‘పాలిమర్’ అనే పదం రెండు గ్రీకు పదాల నుండి ఉద్భవించింది: పాలీ అంటే చాలా మరియు మెర్ అంటే యూనిట్ లేదా భాగం. పాలిమర్ అనే పదం చాలా ఎక్కువ అణుభారం $\left(10^{3}-10^{7} \mathrm{u}\right)$ కలిగిన చాలా పెద్ద అణువులుగా నిర్వచించబడింది. ఇవి మాక్రోమోలిక్యూల్స్ అని కూడా పిలువబడతాయి, ఇవి పునరావృతమయ్యే నిర్మాణాత్మక యూనిట్లు పెద్ద మొత్తంలో కలిసి ఏర్పడతాయి. పునరావృతమయ్యే నిర్మాణాత్మక యూనిట్లు కొన్ని సరళమైన మరియు చర్యాశీల అణువుల నుండి ఉద్భవించాయి, వీటిని మోనోమర్లు అంటారు మరియు ఇవి ఒకదానితో ఒకటి సమయోజనీయ బంధాల ద్వారా అనుసంధానించబడి ఉంటాయి. సంబంధిత మోనోమర్ల నుండి పాలిమర్లు ఏర్పడే ప్రక్రియను పాలిమరైజేషన్ అంటారు.

15.1 పాలిమర్ల వర్గీకరణ

కొన్ని ప్రత్యేక పరిగణనల ఆధారంగా పాలిమర్ల వర్గీకరణ చేయడానికి అనేక మార్గాలు ఉన్నాయి. పాలిమర్ల సాధారణ వర్గీకరణలలో ఒకటి పాలిమర్ ఉద్భవించిన మూలం ఆధారంగా ఉంటుంది.

ఈ రకమైన వర్గీకరణ కింద, మూడు ఉపవర్గాలు ఉన్నాయి.

1. సహజ పాలిమర్లు

ఈ పాలిమర్లు మొక్కలు మరియు జంతువులలో కనిపిస్తాయి. ఉదాహరణలు ప్రోటీన్లు, సెల్యులోజ్, స్టార్చ్, కొన్ని రెసిన్లు మరియు రబ్బరు.

2. అర్ధ-సింథటిక్ పాలిమర్లు

సెల్యులోజ్ ఎసిటేట్ (రేయాన్) మరియు సెల్యులోజ్ నైట్రేట్ వంటి సెల్యులోజ్ ఉత్పన్నాలు ఈ ఉపవర్గం యొక్క సాధారణ ఉదాహరణలు.

3. సింథటిక్ పాలిమర్లు

ప్లాస్టిక్ (పాలిథీన్), సింథటిక్ ఫైబర్లు (నైలాన్ 6,6) మరియు సింథటిక్ రబ్బర్లు (బ్యునా - ఎస్) వంటి వివిధ రకాల సింథటిక్ పాలిమర్లు మానవ నిర్మిత పాలిమర్ల ఉదాహరణలు, ఇవి దైనందిన జీవితంలో మరియు పరిశ్రమలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడతాయి.

పాలిమర్లను వాటి నిర్మాణం, అణు శక్తులు లేదా పాలిమరైజేషన్ రీతుల ఆధారంగా కూడా వర్గీకరించవచ్చు.

15.2 పాలిమరైజేషన్ ప్రతిచర్యల రకాలు

పాలిమరైజేషన్ ప్రతిచర్యలకు రెండు విస్తృత రకాలు ఉన్నాయి, అవి: యాడిషన్ లేదా చైన్ గ్రోత్ పాలిమరైజేషన్ మరియు కండెన్సేషన్ లేదా స్టెప్ గ్రోత్ పాలిమరైజేషన్.

15.2.1 యాడిషన్ పాలిమరైజేషన్ లేదా చైన్ గ్రోత్ పాలిమరైజేషన్

ఈ రకమైన పాలిమరైజేషన్లో, ఒకే మోనోమర్ లేదా విభిన్న మోనోమర్ల అణువులు పెద్ద మొత్తంలో కలిసి పాలిమర్ను ఏర్పరుస్తాయి. ఉపయోగించే మోనోమర్లు అసంతృప్త సమ్మేళనాలు, ఉదా., ఆల్కీన్లు, ఆల్కాడైన్లు మరియు వాటి ఉత్పన్నాలు. పాలిమరైజేషన్ యొక్క ఈ రీతి గొలుసు పొడవు పెరగడానికి దారితీస్తుంది మరియు గొలుసు వృద్ధి ఉచిత రాడికల్లు లేదా అయానిక్ జాతుల ఏర్పాటు ద్వారా జరగవచ్చు. అయితే, ఉచిత రాడికల్ ద్వారా నియంత్రించబడే యాడిషన్ లేదా చైన్ గ్రోత్ పాలిమరైజేషన్ అత్యంత సాధారణ రీతి.

15.2.1.1 యాడిషన్ పాలిమరైజేషన్ యొక్క యాంత్రికం

1. ఉచిత రాడికల్ యాంత్రికం

వివిధ రకాల ఆల్కీన్లు లేదా డైన్లు మరియు వాటి ఉత్పన్నాలు బెంజోయిల్ పెరాక్సైడ్, ఎసిటైల్ పెరాక్సైడ్, టర్ట్-బ్యుటైల్ పెరాక్సైడ్ వంటి ఉచిత రాడికల్ ఉత్పాదక ప్రారంభకారి (ఉత్ప్రేరకం) సమక్షంలో పాలిమరైజ్ చేయబడతాయి. ఉదాహరణకు, ఈథీన్ను పాలిథీన్గా పాలిమరైజ్ చేయడంలో ఈథీన్ మరియు చిన్న మొత్తంలో బెంజోయిల్ పెరాక్సైడ్ ప్రారంభకారి మిశ్రమాన్ని వేడి చేయడం లేదా కాంతికి గురి చేయడం ఉంటుంది. ఈ ప్రక్రియ పెరాక్సైడ్ నుండి ఏర్పడిన ఫెనైల్ ఉచిత రాడికల్ ఈథీన్ ద్విబంధంతో జోడించడంతో ప్రారంభమవుతుంది, తద్వారా కొత్త మరియు పెద్ద ఉచిత రాడికల్ ఏర్పడుతుంది. ఈ దశను గొలుసు ప్రారంభ దశ అంటారు. ఈ రాడికల్ మరొక ఈథీన్ అణువుతో చర్య జరిపినప్పుడు, మరొక పెద్ద పరిమాణం గల రాడికల్ ఏర్పడుతుంది. కొత్త మరియు పెద్ద రాడికల్లతో ఈ క్రమం పునరావృతం చర్యను ముందుకు తీసుకువెళుతుంది మరియు ఈ దశను గొలుసు ప్రచార దశగా పిలుస్తారు. చివరికి, ఏదో ఒక దశలో ఈ విధంగా ఏర్పడిన ఉత్పత్తి రాడికల్ మరొక రాడికల్తో చర్య జరిపి పాలిమరైజ్ చేయబడిన ఉత్పత్తిని ఏర్పరుస్తుంది. ఈ దశను గొలుసు ముగింపు దశ అంటారు. పాలిథీన్ ఏర్పడడంలో ఉన్న దశల క్రమం క్రింది విధంగా చూపబడింది:

గొలుసు ప్రారంభ దశలు

గొలుసు ప్రచారం

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

గొలుసు ముగింపు దశ

దీర్ఘ గొలుసును ముగించడానికి, ఈ ఉచిత రాడికల్లు వివిధ మార్గాల్లో కలిసి పాలిథీన్ను ఏర్పరుస్తాయి. గొలుసు ముగింపు యొక్క ఒక రీతి క్రింద చూపబడింది:

ఒకే మోనోమెరిక్ జాతుల పాలిమరైజేషన్ ద్వారా ఏర్పడిన యాడిషన్ పాలిమర్లను హోమోపాలిమర్లు అంటారు, ఉదాహరణకు పైన చర్చించిన పాలిథీన్ ఒక హోమోపాలిమర్.

రెండు విభిన్న మోనోమర్ల నుండి యాడిషన్ పాలిమరైజేషన్ ద్వారా తయారు చేయబడిన పాలిమర్లను కోపాలిమర్లు అంటారు. బ్యుటా–1, 3–డైన్ మరియు స్టైరిన్ పాలిమరైజేషన్ ద్వారా ఏర్పడే బ్యునా-ఎస్, యాడిషన్ పాలిమరైజేషన్ ద్వారా ఏర్పడిన కోపాలిమర్కు ఒక ఉదాహరణ.

15.2.1.2 కొన్ని ముఖ్యమైన యాడిషన్ పాలిమర్లు

(ఎ) పాలిథీన్

పాలిథీన్లు సరళరేఖా లేదా కొంచెం శాఖాయుతమైన దీర్ఘ గొలుసు అణువులు. ఇవి వేడి చేసినప్పుడు పదేపదే మృదువుగా మారడం మరియు చల్లబరిచినప్పుడు గట్టిపడే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి మరియు అందువలన థర్మోప్లాస్టిక్ పాలిమర్లు. క్రింద ఇవ్వబడిన విధంగా రెండు రకాల పాలిథీన్లు ఉన్నాయి:

(i) తక్కువ సాంద్రత పాలిథీన్: ఇది 1000 నుండి 2000 వాతావరణాల అధిక పీడనం వద్ద $350 \mathrm{~K}$ నుండి $570 \mathrm{~K}$ ఉష్ణోగ్రత వద్ద డైఆక్సిజన్ లేదా పెరాక్సైడ్ ప్రారంభకారి (ఉత్ప్రేరకం) సూక్ష్మ మొత్తం సమక్షంలో ఈథీన్ పాలిమరైజేషన్ ద్వారా పొందబడుతుంది. తక్కువ సాంద్రత పాలిథీన్ (LDP) ఉచిత రాడికల్ యాడిషన్ మరియు $\mathrm{H}$-అణు అపహరణ ద్వారా పొందబడుతుంది. ఇది అత్యంత శాఖాయుత నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఈ పాలిమర్లు క్రింద చూపిన విధంగా కొన్ని శాఖలతో సరళరేఖా గొలుసు నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటాయి.

తక్కువ సాంద్రత పాలిథీన్ రసాయనికంగా జడంగా మరియు గట్టిగా ఉంటుంది కానీ సరళంగా మరియు విద్యుత్ యొక్క పేలవమైన వాహకంగా ఉంటుంది. అందువలన, ఇది విద్యుత్ తీసుకువెళ్లే తీగల ఇన్సులేషన్లో మరియు స్క్వీజ్ బాటిళ్లు, బొమ్మలు మరియు సరళమైన పైపుల తయారీలో ఉపయోగించబడుతుంది.

(ii) అధిక సాంద్రత పాలిథీన్: హైడ్రోకార్బన్ ద్రావణిలో ట్రైఎథైలాల్యూమినియం మరియు టైటానియం టెట్రాక్లోరైడ్ (జీగ్లర్-నాట్టా ఉత్ప్రేరకం) వంటి ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో $333 \mathrm{~K}$ నుండి $343 \mathrm{~K}$ ఉష్ణోగ్రత వద్ద మరియు 6-7 వాతావరణాల పీడనం వద్ద ఈథీన్ యాడిషన్ పాలిమరైజేషన్ జరిగినప్పుడు ఇది ఏర్పడుతుంది. ఈ విధంగా ఉత్పత్తి చేయబడిన అధిక సాంద్రత పాలిథీన్ (HDP), క్రింద చూపిన విధంగా సరళరేఖా అణువులను కలిగి ఉంటుంది మరియు దగ్గరగా ప్యాకింగ్ కారణంగా అధిక సాంద్రతను కలిగి ఉంటుంది. అటువంటి పాలిమర్లను సరళరేఖా పాలిమర్లు అని కూడా అంటారు. అధిక సాంద్రత పాలిమర్లు కూడా రసాయనికంగా జడంగా మరియు మరింత గట్టిగా మరియు కఠినంగా ఉంటాయి. ఇది బక్కెట్లు, డస్ట్బిన్లు, బాటిళ్లు, పైపులు మొదలైనవి తయారు చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.

(బి) పాలిటెట్రాఫ్లోరోఈథీన్ (టెఫ్లాన్) టెఫ్లాన్ ఉచిత రాడికల్ లేదా పెర్సల్ఫేట్ ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో అధిక పీడనాల వద్ద టెట్రాఫ్లోరోఈథీన్ను వేడి చేయడం ద్వారా తయారు చేయబడుతుంది. ఇది రసాయనికంగా జడంగా మరియు తినేది కాని కారకాల దాడికి నిరోధకత కలిగి ఉంటుంది. ఇది ఆయిల్ సీల్స్ మరియు గాస్కెట్లు తయారు చేయడంలో మరియు నాన్-స్టిక్ ఉపరితలం పూత పాత్రల కోసం కూడా ఉపయోగించబడుతుంది.

(సి) పాలీఎక్రిలోనైట్రైల్ పెరాక్సైడ్ ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో ఎక్రిలోనైట్రైల్ యాడిషన్ పాలిమరైజేషన్ పాలీఎక్రిలోనైట్రైల్ ఏర్పడడానికి దారితీస్తుంది.

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

పాలీఎక్రిలోనైట్రైల్ వెండ్రుకలకు ప్రత్యామ్నాయంగా వాణిజ్య ఫైబర్లను ఓర్లాన్ లేదా అక్రిలాన్గా తయారు చేయడంలో ఉపయోగించబడుతుంది.

ఉదాహరణ 15.1

$+\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH}\left(\mathrm{C_6} \mathrm{H_5}\right)+_{n}$ ఒక హోమోపాలిమర్ లేదా కోపాలిమర్?

పరిష్కారం

ఇది ఒక హోమోపాలిమర్ మరియు దీని నుండి పొందిన మోనోమర్ స్టైరిన్ $\mathrm{C_6} \mathrm{H_5} \mathrm{CH}=\mathrm{CH_2}$.

15.2.2 కండెన్సేషన్ పాలిమరైజేషన్ లేదా స్టెప్ గ్రోత్ పాలిమరైజేషన్

ఈ రకమైన పాలిమరైజేషన్ సాధారణంగా రెండు ద్వి-క్రియాత్మక లేదా త్రి-క్రియాత్మక మోనోమెరిక్ యూనిట్ల మధ్య పునరావృతమయ్యే కండెన్సేషన్ ప్రతిచర్యను కలిగి ఉంటుంది. ఈ పాలికండెన్సేషన్ ప్రతిచర్యలు నీరు, ఆల్కహాల్, హైడ్రోజన్ క్లోరైడ్ మొదలైన కొన్ని సరళమైన అణువుల నష్టానికి దారితీయవచ్చు మరియు అధిక అణుభారం కలిగిన కండెన్సేషన్ పాలిమర్ల ఏర్పాటుకు దారితీస్తాయి.

ఈ ప్రతిచర్యలలో, ప్రతి దశ యొక్క ఉత్పత్తి మళ్లీ ఒక ద్వి-క్రియాత్మక జాతి మరియు కండెన్సేషన్ క్రమం కొనసాగుతుంది. ప్రతి దశ ఒక ప్రత్యేకమైన క్రియాత్మక జాతిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది మరియు ఒకదానికొకటి స్వతంత్రంగా ఉంటాయి కాబట్టి, ఈ ప్రక్రియను స్టెప్ గ్రోత్ పాలిమరైజేషన్ అని కూడా అంటారు.

ఇథిలీన్ గ్లైకాల్ మరియు టెరెఫ్తాలిక్ ఆమ్లం పరస్పర చర్య ద్వారా టెరిలిన్ లేదా డేక్రాన్ ఏర్పడడం ఈ రకమైన పాలిమరైజేషన్కు ఒక ఉదాహరణ.

15.2.2.1 కొన్ని ముఖ్యమైన కండెన్సేషన్ పాలిమర్లు

(ఎ) పాలీఎమైడ్లు

ఎమైడ్ లింకేజ్లను కలిగి ఉన్న ఈ పాలిమర్లు సింథటిక్ ఫైబర్ల యొక్క ముఖ్యమైన ఉదాహరణలు మరియు నైలాన్లు అని పిలువబడతాయి. సాధారణ తయారీ పద్ధతి డైఅమైన్లను డైకార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లాలతో కండెన్సేషన్ పాలిమరైజేషన్ లేదా అమైనో ఆమ్లాలు లేదా వాటి లాక్టమ్ల కండెన్సేషన్ను కలిగి ఉంటుంది.

నైలాన్లు

(i) నైలాన్ 6,6: ఇది అధిక పీడనం మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద హెక్సామెథిలీన్డైఅమైన్ను అడిపిక్ ఆమ్లంతో కండెన్సేషన్ పాలిమరైజేషన్ ద్వారా తయారు చేయబడుతుంది.

నైలాన్ 6, 6 ఫైబర్ ఏర్పరిచే ఘనపదార్థం. ఇది అధిక తన్యత బలాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఈ లక్షణాన్ని హైడ్రోజన్ బంధం వంటి బలమైన అంతర అణు శక్తులకు ఆపాదించవచ్చు. ఈ బలమైన శక్తులు గొలుసుల దగ్గర ప్యాకింగ్కు కూడా దారితీస్తాయి మరియు అందువలన స్ఫటిక స్వభావాన్ని ఇస్తాయి.

నైలాన్ 6, 6 షీట్లు, బ్రష్ల కోసం బ్రిస్టిల్స్ మరియు టెక్స్టైల్ పరిశ్రమలో తయారీలో ఉపయోగించబడుతుంది.

(ii) నైలాన్ 6: ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద క్యాప్రోలాక్టమ్ను నీటితో వేడి చేయడం ద్వారా పొందబడుతుంది. నైలాన్ 6 టైర్ కార్డ్లు, వస్త్రాలు మరియు తాళ్ల తయారీకి ఉపయోగించబడుతుంది.

(బి) పాలీఎస్టర్లు

ఇవి డైకార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లాలు మరియు డైఆల్స్ యొక్క పాలికండెన్సేషన్ ఉత్పత్తులు. డేక్రాన్ లేదా టెరిలిన్ పాలీఎస్టర్ల యొక్క అత్యుత్తమ ఉదాహరణ. ఇది జింక్ ఎసిటేట్-ఆంటిమనీ ట్రైఆక్సైడ్ ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో 420 నుండి $460 \mathrm{~K}$ వరకు ఇథిలీన్ గ్లైకాల్ మరియు టెరెఫ్తాలిక్ ఆమ్లం మిశ్రమాన్ని వేడి చేయడం ద్వారా మునుపు ఇచ్చిన ప్రతిచర్య ప్రకారం తయారు చేయబడుతుంది. డేక్రాన్ ఫైబర్ (టెరిలిన్) క్రీజ్ నిరోధకం మరియు పత్తి మరియు ఉన్ని ఫైబర్లతో మిశ్రమంగా మరియు సేఫ్టీ హెల్మెట్లలో గ్లాస్ రీఇన్ఫోర్సింగ్ పదార్థంగా కూడా ఉపయోగించబడుతుంది.

(సి) ఫినాల్ - ఫార్మాల్డిహైడ్ పాలిమర్ (బేకలైట్ మరియు సంబంధిత పాలిమర్లు)

ఫినాల్ - ఫార్మాల్డిహైడ్ పాలిమర్లు పురాతన సింథటిక్ పాలిమర్లు. ఇవి ఆమ్లం లేదా క్షారం ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో ఫినాల్ మరియు ఫార్మాల్డిహైడ్ కండెన్సేషన్ ప్రతిచర్య ద్వారా పొందబడతాయి. ప్రతిచర్య $o$-మరియు/లేదా $p$-హైడ్రాక్సిమెథైల్ఫినాల్ ఉత్పన్నాల ప్రారంభ ఏర్పాటుతో ప్రారంభమవుతుంది, ఇవి మరింత ఫినాల్తో చర్య జరిపి - $\mathrm{CH_2}$ సమూహాల ద్వారా ఒకదానితో ఒకటి అనుసంధానించబడిన వలయాలను కలిగి ఉన్న సమ్మేళనాలను ఏర్పరుస్తాయి. ప్రారంభ ఉత్పత్తి ఒక సరళరేఖా ఉత్పత్తి - నోవోలాక్ కావచ్చు, ఇది పెయింట్లలో ఉపయోగించబడుతుంది.

నోవోలాక్ ఫార్మాల్డిహైడ్తో వేడి చేయడం ద్వారా క్రాస్ లింకింగ్ చెంది బేకలైట్ అని పిలువబడే కరగని ఘన ద్రవ్యరాశిని ఏర్పరుస్తుంది. ఇది థర్మోసెట్టింగ్ పాలిమర్, దీనిని తిరిగి ఉపయోగించలేరు లేదా తిరిగి అచ్చు వేయలేరు. అందువలన, బేకలైట్ పాలిమర్ నోవోలాక్ యొక్క సరళరేఖా గొలుసుల క్రాస్ లింకింగ్ ద్వారా ఏర్పడుతుంది. బేకలైట్ దువ్వెనలు, ఫోనోగ్రాఫ్ రికార్డులు, విద్యుత్ స్విచ్లు మరియు వివిధ పాత్రల హ్యాండిల్స్ తయారీకి ఉపయోగించబడుతుంది.

(డి) మెలమైన్ — ఫార్మాల్డిహైడ్ పాలిమర్

మెలమైన్ ఫార్మాల్డిహైడ్ పాలిమర్ మెలమైన్ మరియు ఫార్మాల్డిహైడ్ కండెన్సేషన్ పాలిమరైజేషన్ ద్వారా ఏర్పడుతుంది.

15.2.3 కోపాలిమరైజేషన్

కోపాలిమరైజేషన్ ఒక పాలిమర