اختصاصی بسپار/ دانش پلیمر برای کسانی که با پلاستیک کار میکنند: چرا گوریدگیها – و نه فقط وزن مولکولی – کارکرد پلاستیک را هدایت میکنند؟
چرا گوریدگیها – و نه فقط وزن مولکولی - کارکرد پلاستیک را هدایت میکنند
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر آیا تا به حال سعی کردهاید انگشتان خود را از میان موهای در هم گوریده ی بگذرانید؟ بله این کار چندان خوشایند نیست، اما این دقیقا همان چیزی است که در سطح مولکولی هنگام رسیدن زنجیرهای بسپاری به طول مناسب رخ میدهد. آنها به دور یکدیگر میپیچند، در اطراف هم تنیده میشوند و گیر میکنند. این گوریدگیها (entanglements) دلیل واقعی کارکرد پلاستیکها به شکلی است که میبینیم.
این مقاله سومین بخش از مجموعه مطالب در زمینه کاربرد دانش بسپار در مواد پلاستیکی است (مطالب مربوط به واحدهای تکرارشونده و وزن مولکولی را مطالعه کنید.). در بخش قبل به بررسی وزن مولکولی پرداختیم: اینکه وزن مولکولی چیست، چگونه محاسبه میشود و چرا اهمیت دارد. این مفهوم در مقام نظریه ساده به نظر میرسد: فقط کافی است جرم اتمهای موجود در یک زنجیر بسپار را جمع کنید تا وزن مولکولی آن به دست آید.
اگرچه در واقعیت این عدد در مقایسه با استانداردهای روزمره بسیار ناچیز به نظر میرسد، اما در مقیاس مولکولی بسیار بزرگ محسوب میشود. بالاخره بسپار ها «مولکولهای غولآسا» هستند. ضمنا بسپارها به صورت زنجیرهای مجزا و منفرد وجود ندارند، بلکه به صورت توزیعی از زنجیرها ساخته میشوند، برخی کوتاه، برخی بلند و بیشترشان در میانه این طیف قرار دارند.
برای درک واقعی تغییراتی که با افزایش وزن مولکولی رخ میدهد، لازم است یک گام فراتر از درک وزن مولکولی به تنهایی برویم و اینجاست که ایدهی گوریدگی (Entanglements) مطرح میشود.
با افزایش وزن مولکولی چه اتفاقی رخ میدهد؟
بیایید یک گام به عقب برگردیم و این موضوع را در نظر بگیریم: افزایش وزن مولکولی، طول زنجیر بسپاری را میافزاید و این افزایش طول زنجیر و نه فقط افزایش وزن است که باعث تغییر اساسی در خواص بسپار میشود.
وقتی زنجیرهای بسپاری به اندازهی کافی بلند میشوند، اتفاق مهمی رخ میدهد، آنها شروع به در هم پیچیدن(گوریدن) میکنند. این پدیده که به گوریدگی معروف است، به درهمپیچیدن فیزیکی زنجیرهای بلند با یکدیگر اشاره دارد، دقیقا مشابه گوریدن نخ ماهیگیری یا موهای بلند. این گوریدگیها پیوند شیمیایی نیستند، بلکه برهمکنشهای فیزیکی هستند که بهطور قابل توجهی حرکت زنجیر را محدود میکنند. پس از گوریدگی، جدا کردن زنجیرها از یکدیگر دشوار میشود و ماده در هر دو حالت مذاب و جامد، دستخوش تغییراتی چشمگیر میگردد. این گوریدگی عامل افزایش استحکام، کشسانی و گرانروی است؛ همان ویژگیهای کلیدی کارکردی که توسط این محدودیتها در سطح مولکولی به وجود میآیند.
نمایی از گوریدگی زنجیرهای بسپاری.
کوتاهی مو و زنجیرهای گوریده
بیایید یک گام به عقب برداریم و مفهوم موهای گوریده را در نظر بگیریم. تفاوت بین موهای بسیار کوتاه و موهای بلند را تصور کنید. یک فرد با موهای بسیار کوتاه نگران گوریدن موهایش نیست، اما کسی که موهای بلندی دارد، مثلا تا وسط کمر، قطعا این نگرانی را دارد. هر چه مو بلندتر باشد، بیشتر مستعد گوریدگی است. افراد دارای موی بلند زمانی را صرف شانه زدن و استفاده از نرمکننده میکنند تا از ایجاد گرههای دردناک و آسیبرسان جلوگیری کنند.
ایده این است که وقتی بسپارها کوتاه هستند (وزن مولکولی کم)، گوریدگی در کار نیست. اما با افزایش طول زنجیر، طول خاصی فرا میرسد که گوریدگی در آن اجتنابناپذیر میشود. این نقطه ای است که دانشمندان بسپار آن را وزن مولکولی بحرانی گوریدگی (Mc) مینامند. بسپارها در این نقطه مانند تبدیل کرم ابریشم به پروانه، دستخوش نوعی دگردیسی میشوند. پیش از گوریدگی، بسپار بهراحتی جریان مییابد و فراورش آن سادهتر است. پس از گوریدگی، وضعیت بهطور چشمگیری متفاوت شده، بسپار مستحکمتر و سفتتر شده و ذوب، جریانیابی و تغییر شکل آن دشوارتر میگردد. یک روش خوب برای تجسم این موضوع، رسم نمودار گرانروی در مقابل افزایش وزن مولکولی است. همانطور که در شکل ۲ مشاهده میشود، توجه کنید که چگونه منحنی در یک وزن مولکولی خاص، شیب تندی پیدا میکند، این نقطه همان وزن مولکولی بحرانی گوریدگی است.
برگردان: مهندس زهرا اشرف
z.ashraf1998@gmail.com
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 281 ماهنامه بسپار که در نیمه اسفند ماه 1404 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
