یک سؤال در هفته: آشنایی با مبانی پلیمرها: عوامل تأثیرگذار بر توانایی بلورین شدن پلیمرها چه هستند؟
Thread Content
همگی میدانند که در میان انواع بیشمار و گریدهای مختلف مواد پلیمری، توانایی بلورین شدن مواد مختلف متفاوت است؛ برخی از آنها قابلیت بلورین شدن دارند، در حالی که برخی دیگر ندارند； حتی برای یک ماده واحد، توانایی بلورشدن در گریدهای مختلف متفاوت است. سؤال: عواملی که بر توانایی بلورین شدن پلیمرها تأثیر میگذارند، چه هستند؟
۱. میزان نظم ساختاری مولکول: هرچه میزان نظم بیشتر باشد، تبلور آن آسانتر خواهد بود. پلیمرهای خطی نسبت به پلیمرهایی که شاخههای بیشتری دارند، به راحتی تبلور میشوند. ۲. میزان نیروهای بینمولکولی: مولکولهایی که دارای نیروهای بینمولکولی بیشتری هستند، بهراحتیتر از آنهایی با نیروهای کمتر، تبلور میشوند. به عنوان مثال نایلون ۳؛ انعطافپذیری زنجیره مولکولی بالاست، مولکولها به راحتی میچرخند، به راحتی میتوانند در چیدمان منظمی قرار گیرند و به راحتی کریستالیزه میشوند.
۱. تأثیر ساختار زنجیرهای. هرچه تقارن ساختار زنجیره مولکولی بالاتر باشد، تبلور آن آسانتر میشود. هرچه نظم زنجیره مولکولی بهتر باشد، تبلور آن آسانتر خواهد بود، مانند پلیمرهای همتراز یا ناهمتراز. هرچه انعطافپذیری زنجیره مولکولی بیشتر باشد، تبلور آن آسانتر خواهد بود. در مورد شاخهدار شدن یا پیونددهی، به دلیل از بین رفتن نظم زنجیره و محدود شدن حرکت آن، هرچه درجه شاخهدار شدن و پیونددهی کمتر باشد، تبلور آسانتر خواهد بود. هرچه مانع فضایی جایگزینهای زنجیره جانبی کمتر باشد، تبلور آسانتر خواهد بود. ۲. نیروهای بینمولکولی: نیروهای بینمولکولی معمولاً انعطافپذیری زنجیرههای مولکولی را کاهش میدهند و در نتیجه به تبلور کمک نمیکنند ； و به محض تشکیل کریستال، نیروهای بین مولکولها نیز به پایداری ساختار کریستالی کمک میکنند. ۳. وزن مولکولی: برای یک پلیمر خاص، در شرایط بلوریزاسیون یکسان، هرچه وزن مولکولی کمتر باشد، حرکت زنجیرههای مولکولی آسانتر خواهد بود و بلوریزاسیون نیز آسانتر صورت خواهد گرفت. ۴. عوامل محیطی: در دماهای بالاتر، رشد بلورها آسانتر میشود؛ زیرا زنجیرههای مولکولی بهتر حرکت کرده و بلورسازی کاملتر صورت میگیرد. کشیدن پلیمرهای بلورین، به بلورشدن آنها کمک میکند.
عوامل تأثیرگذار بر بلورینگ پلیمرها را میتوان به دو بخش تقسیم کرد: نظم ساختار درونی، و همچنین غلظت، حلال، دما و غیره از عوامل خارجی. هرچه ساختار منظمتر باشد، تبلور آن آسانتر است؛ برعکس، در این صورت تبلور دشوارتر میشود و پلیمر به حالت آمورف درمیآید. عوامل ساختاری مهمترین هستند. برای افزایش جهتگیری بلورین پلیمر، از نظر ساختاری میتوان: تقارن زنجیرههای مولکولی را افزایش داد ； افزایش نظم فضایی زنجیره مولکولی ； افزایش نظم در چیدمان واحدهای تکراری، یعنی کوپلیمرسازی تصادفی ； افزایش پیوندهای هیدروژنی در زنجیره مولکولی ； کاهش درجه شاخهداری یا پیوندزدگی زنجیره مولکولی ； از نظر عوامل خارجی، روشهایی که میتوان در کارخانه اعمال کرد عبارتند از: فرآیند آنیلینگ؛ کاهش تدریجی دما میتواند باعث افزایش درجه بلورینگ شود ； تأثیر استرس را در نظر بگیرید. مانند لاستیک و الیاف، تحت شرایط تنش، فرآیند بلورینهشدن سریعتر میشود. انتخاب حلال. در حلالهای خوب، به سختی تبلور میشود.
توانایی بلورشدن پلیمرها به طور نزدیکی با ساختار مولکولی (ساختار شیمیایی، نیروهای بینمولکولی، انعطافپذیری زنجیرههای مولکولی) مرتبط است؛ مولکولهایی که دارای ساختار متقارن و منظم هستند و نیروهای بینمولکولی قویتری دارند، به راحتی بلور میشوند. یعنی هرچه ساختار زنجیره مولکولی سادهتر، تقارن بیشتر، مانع فضایی کمتر و نظم بهتر باشد، سرعت بلوریزاسیون نیز بیشتر خواهد بود.
طبقه سوم واقعاً فوقالعاده است؛ آنقدر بالا تنظیم شده که اصلاً نمیشود یاد گرفت. بهتر است ۱۰۰ ستاره بدهیم
عوامل مؤثر بر بلورینگ پلیمرها، در نهایت، شامل سه جنبه هستند: ساختار نزدیک، ساختار دوردست و ساختار حالت فشرده. بنابراین، عوامل مؤثر بر بلورینگ پلیمرها را به دو دسته تقسیم میکنم: یعنی عوامل در سطح اتمی و عوامل در سطح مولکولی. برای برخی از پلیمرهای سنتزی، فرآیند سنتز عامل اصلی تعیین روند رشد آنها است؛ بنابراین، یک عامل مؤثر ذاتی در فرآیند بلورسازی محسوب میشود. این پایه و اساس تمام عوامل دیگر است. فقط با انجام صحیح این مرحله، میتوان به شرایط دیگر فکر کرد. البته، برای پلیمرهای طبیعی، عاملی که بر بلورینگ در مقیاس نزدیک تأثیر میگذارد، محیط رشد آنهاست.
عوامل داخلی: تقارن و نظم زنجیره مولکولی، عوامل خارجی: زمان و دما.
گزینه سوم را انتخاب کنید: ۱. تأثیر ساختار زنجیرهای. هرچه تقارن ساختار زنجیره مولکولی بالاتر باشد، تبلور آن آسانتر میشود. هرچه نظم زنجیره مولکولی بهتر باشد، تبلور آن آسانتر خواهد بود، مانند پلیمرهای همتراز یا ناهمتراز. هرچه انعطافپذیری زنجیره مولکولی بیشتر باشد، تبلور آن آسانتر خواهد بود. در مورد شاخهدار شدن یا پیونددهی، به دلیل از بین رفتن نظم زنجیره و محدود شدن حرکت آن، هرچه درجه شاخهدار شدن و پیونددهی کمتر باشد، تبلور آسانتر خواهد بود. هرچه مانع فضایی جایگزینهای زنجیره جانبی کمتر باشد، تبلور آسانتر خواهد بود. ۲. نیروهای بینمولکولی: نیروهای بینمولکولی معمولاً انعطافپذیری زنجیرههای مولکولی را کاهش میدهند و در نتیجه به تبلور کمک نمیکنند ； و به محض تشکیل کریستال، نیروهای بین مولکولها نیز به پایداری ساختار کریستالی کمک میکنند. ۳. وزن مولکولی: برای یک پلیمر خاص، در شرایط بلوریزاسیون یکسان، هرچه وزن مولکولی کمتر باشد، حرکت زنجیرههای مولکولی آسانتر خواهد بود و بلوریزاسیون نیز آسانتر صورت خواهد گرفت. ۴. عوامل محیطی: در دماهای بالاتر، رشد بلورها آسانتر میشود؛ زیرا زنجیرههای مولکولی بهتر حرکت کرده و بلورسازی کاملتر صورت میگیرد. کشیدن پلیمرهای بلورین، به بلورشدن آنها کمک میکند.