بشر با تلاش براي دستيابي به مواد جديد و با استفاده از مواد آلي (عمدتا هيدروكربنها) موجود در طبيعت
به توليد مواد مصنوعي نايل شد. اين مواد عمدتاً شامل عناصر كربن ، هيدروژن، اكسيژن، نيتروژن و گوگرد بوده ، به مواد پليمري معروف هستند. مواد پليمري يا مصنوعي، كاربردهاي وسيعي دارند ؛ از آن جمله است : ساخت وسايل خانگي ، اسباب بازيها، بسته بنديها ، كيف و چمدان ، كفش ، ميز و صندلي ، شلنگها و لولههاي انتقال آب ، مواد پوششي به عنوان رنگها براي حفاظت از خوردگي ، لاستيكهاي اتومبيل و بالاخره به عنوان پليمرهاي مهندسي با استحكام بالا حتي در دماهاي نسبتا بالا در ساخت اجزايي از ماشين آلات.
پليمرها خواص فيزيكي و مكانيكي نسبتاً خوب و مفيدي دارند . آنها داراي
وزن مخصوص پايين و پايداري خوب در مقابل مواد شيميايي هستند. بعضي از آنها
شفاف بوده ، می توانند جانشین شيشه شوند. اغلب پليمرها عايق الكتريكي
هستند؛ اما پليمرهاي خاصي نيز وجود دارد كه تا حدودي قابليت هدايت
الكتريكي دارند . عايق بودن پليمرها به پيوند كووالانسي موجود بين اتمها
در زنجيرهاي مولكولي ارتباط دارد. اما تحقيقات انجام شده در سالهاي اخير
نشان داد كه امكان ايجاد خاصيت هدايت الكتريكي در امتداد محور مولكولها
وجود دارد. اين نوع پليمرها اساساً از پلي استيلن تشكيل شدهاند. با نفوذ
دادن عناصري مانند فلزات قليايي يا هالوژنها (فرايند Dopping) به
زنجيرهاي مولكولي پلي استيلن به ترتيب نيمه هاديهاي پليمري از نوع N و P
به دست مي آيند.افزودن عناصر يا دوپينگ سبب مي شود كه الكترونها در
امتداد اتمهاي كربن در زنجير حركت كنند. تفلون از مواد پليمري است كه به
سبب ضريب اصطكاك پايين به منزله پوششی براي جلوگيري از چسبيدن مواد غذايي
در وسايل پخت و پز استفاده ميشود.
ساختار پليمرها
اغلب
پليمرهاي متداول از پليمريزاسيون مولكولهاي ساده آلي به نام
منومر(Monomer) به دست ميآيند. براي مثال پلي اتيلن (PE) پليمري است كه
از پليمريزاسيون با افزايش (تركيب) چندين مولكول اتيلن به دست ميآيد. هر
مولكول اتيلن يك منومر ناميده میشود. با تركيب مناسبي از حرارت، فشار و
كاتاليزور ، پيوند دوگانه بين اتمهاي كربن شكسته شده، یک پيوند ساده
كووالانسي جايگزين آن مي شود. اكنون دو انتهاي آزاد اين منومر به
راديكالهاي آزاد تبديل مي شود، طوري كه هر اتم كربن يك تك الكترون دارد
كه ميتواند به را ديكالهاي آزاد ديگر افزوده شود. از اين رو در اتيلن دو
محل ( مربوط به اتم كربن) وجود دارد كه مولكولهاي ديگر ميتوانند در آنجا
به آن ضميمه شوند . اين مولكول با قابليت انجام واكنش ، زير بناي پليمرها
بوده ، به (مر) يا واحد تكراري موسوم است. واحد تكراري در طول زنجير
مولكول پليمر به دفعات زيادي تكرارمي شود. طول متوسط پليمر به درجه
پليمریزاسيون يا تعداد واحدهاي تكراري در زنجير مولكول پليمر بستگي دارد.
بنابراين، نسبت جرم مولكولي پليمر به جرم مولكولي واحد تكراري به عنوان
(درجه پليمريزاسيون) تعريف شده است . با بزرگتر شدن زنجير مولكولي ( در
صورتي كه فقط نيروهاي بين مولكولي سبب اتصال مولكولها به يكديگر شود)
مقاومت حرارتي و استحكام كششي مواد پليمري هر دو افزايش مييابند.
به
طور كلي فرايند پليمريزاسيون مي تواند به صورتهاي مختلفي از جمله:
افزايشي و مرحله اي انجام گيرد.در پليمريزاسيون افزايشي ، تعدادي از
واحدهاي تكراري به يكديگر اضافه میشوند و مولكول بزرگتري به نام پليمر
را توليد ميكنند. در اين نوع پليمريزاسيون ابتدا در مرحله اول راديكال
آزاد، با دادن انرژي (حرارتي ، نوري) به مولكولهاي اتيلين با پيوند
دوگانه و شكست پيوند دوگانه ، به وجود مي آيد. سپس راديكالهاي آزاد با
اضافه شدن به واحدهاي تكراري مراكز فعالي با نام آغازگر شكل ميگيرند ؛ هر
يك از اين مراكز به واحدهاي تكراري ديگر اضافه میشوند و رشد پليمر ادامه
مي يابد .
از نظر تئوري درجه پليمريزاسيون افزايشي ميتواند
نامحدود باشد، كه در اين صورت مولكول زنجيره اي بسيار طويلي از اتصال
تعداد زيادي واحدهاي تكراري به يكديگر شكل ميگيرد. اما عملا رشد زنجير به
صورت نامحدود صورت نميگيرد.هر چه تعداد مراكز فعال يا آغازگرهاي شكل
گرفته بيشتر باشد ، تعداد زنجيرها زيادتر و در نتیجه طول زنجيرها كوچكتر
مي شود . بهاين علت است كه خواص پليمرها تغيير ميكند. البته سرعت رشد
نيز در اندازه طول زنجيرها موثر است . هنگامي كه واحدهاي تكراري تمام و
زنجيرها به يكديگر متصل شوند، رشد خاتمه مييابد.
از ديگر روشهاي
پليمريزاسيون، پليمريزاسيون مرحله اي است كه در آن منومرها با يكديگر
واكنش شيميايي داده ، پليمرهاي خطي را به وجود ميآورند. در بسياري از
واكنشهاي پليمريزاسيون مرحله اي مولكول كوچكي به عنوان محصول فرعي شكل
ميگيرد . اين نوع واكنشها گاهي پليمريزاسيون كندنزاسيوني(Condensation)
.نيز ناميده ميشوند
شیمی