बहुलक सामग्री: प्रौद्योगिकी, प्रकार, उत्पादन और अनुप्रयोग

2024 लेखक: Howard Calhoun | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 10:28

पॉलीमेरिक सामग्री रासायनिक उच्च-आणविक यौगिक होते हैं जिनमें एक ही संरचना के कई छोटे-आणविक मोनोमर्स (इकाइयां) होते हैं। अक्सर, पॉलिमर के निर्माण के लिए निम्नलिखित मोनोमेरिक घटकों का उपयोग किया जाता है: एथिलीन, विनाइल क्लोराइड, विनाइल डेक्लोराइड, विनाइल एसीटेट, प्रोपलीन, मिथाइल मेथैक्रिलेट, टेट्राफ्लोरोएथिलीन, स्टाइरीन, यूरिया, मेलामाइन, फॉर्मलाडेहाइड, फिनोल। इस लेख में, हम विस्तार से विचार करेंगे कि बहुलक सामग्री क्या हैं, उनके रासायनिक और भौतिक गुण, वर्गीकरण और प्रकार क्या हैं।

पॉलिमर के प्रकार

इस सामग्री के अणुओं की एक विशेषता एक बड़ा आणविक भार है, जो निम्न मान से मेल खाती है: М>5103। इस पैरामीटर (एम=500-5000) के निचले स्तर वाले यौगिकों को ओलिगोमर्स कहा जाता है। कम आणविक भार यौगिकों में, द्रव्यमान 500 से कम होता है। निम्न प्रकार की बहुलक सामग्री प्रतिष्ठित हैं: सिंथेटिक और प्राकृतिक। उत्तरार्द्ध में प्राकृतिक रबर, अभ्रक, ऊन, अभ्रक, सेल्यूलोज, आदि शामिल हैं। हालांकि, मुख्य स्थान पर सिंथेटिक पॉलिमर का कब्जा है, जो कम आणविक-भार यौगिकों से रासायनिक संश्लेषण प्रक्रिया के परिणामस्वरूप प्राप्त होते हैं। निर्भर करता हैउच्च-आणविक सामग्री के निर्माण की विधि से, पॉलिमर को प्रतिष्ठित किया जाता है, जो या तो पॉलीकोंडेशन द्वारा या एक अतिरिक्त प्रतिक्रिया द्वारा बनाए जाते हैं।

पोलीमराइजेशन

यह प्रक्रिया लंबी श्रृंखला प्राप्त करने के लिए उच्च आणविक भार में कम आणविक भार घटकों का संयोजन है। पोलीमराइजेशन का स्तर किसी दिए गए रचना के अणुओं में "मेर्स" की संख्या है। बहुधा, बहुलक सामग्री में उनकी एक हजार से दस हजार इकाइयाँ होती हैं। निम्नलिखित आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले यौगिक पोलीमराइज़ेशन द्वारा प्राप्त किए जाते हैं: पॉलीइथाइलीन, पॉलीप्रोपाइलीन, पॉलीविनाइल क्लोराइड, पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन, पॉलीस्टाइनिन, पॉलीब्यूटाडाइन, आदि।

पॉलीकंडेंसेशन

यह प्रक्रिया एक चरणबद्ध प्रतिक्रिया है, जिसमें या तो एक ही प्रकार के बड़ी संख्या में मोनोमर्स, या विभिन्न समूहों (ए और बी) की एक जोड़ी को पॉलीकैपेसिटर (मैक्रोमोलेक्यूल्स) में निम्नलिखित के साथ-साथ गठन के साथ जोड़ा जाता है। उप-उत्पाद: मिथाइल अल्कोहल, कार्बन डाइऑक्साइड, हाइड्रोजन क्लोराइड, अमोनिया, पानी, आदि। पॉलीकंडेंसेशन से सिलिकोन, पॉलीसल्फ़ोन, पॉली कार्बोनेट, अमीनो प्लास्टिक, फेनोलिक प्लास्टिक, पॉलीएस्टर, पॉलियामाइड और अन्य बहुलक सामग्री का उत्पादन होता है।

बहु जोड़

इस प्रक्रिया को मोनोमेरिक घटकों के कई जोड़ की प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप पॉलिमर के गठन के रूप में समझा जाता है जिसमें असंतृप्त समूहों (सक्रिय चक्र या डबल बॉन्ड) के मोनोमर्स को सीमित प्रतिक्रिया संयोजन होते हैं। पॉलीकंडेंसेशन के विपरीत, पॉलीएडिशन प्रतिक्रिया बिना किसी उप-उत्पाद के आगे बढ़ती है।इस तकनीक की सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया एपॉक्सी रेजिन का इलाज और पॉलीयुरेथेन का उत्पादन है।

पॉलीमर का वर्गीकरण

सभी बहुलक सामग्री की संरचना अकार्बनिक, कार्बनिक और organoelement में विभाजित हैं। उनमें से पहले (सिलिकेट ग्लास, अभ्रक, अभ्रक, चीनी मिट्टी की चीज़ें, आदि) में परमाणु कार्बन नहीं होता है। वे एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम, सिलिकॉन, आदि के ऑक्साइड पर आधारित हैं। कार्बनिक पॉलिमर सबसे व्यापक वर्ग का गठन करते हैं, उनमें कार्बन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, सल्फर, हलोजन और ऑक्सीजन परमाणु होते हैं। Organoelement बहुलक सामग्री यौगिक हैं जो मुख्य श्रृंखलाओं में सूचीबद्ध हैं, सिलिकॉन, एल्यूमीनियम, टाइटेनियम और अन्य तत्वों के परमाणु जो कार्बनिक रेडिकल के साथ संयोजन कर सकते हैं। ऐसे संयोजन प्रकृति में नहीं होते हैं। ये विशेष रूप से सिंथेटिक पॉलिमर हैं। इस समूह के विशिष्ट प्रतिनिधि ऑर्गोसिलिकॉन-आधारित यौगिक हैं, जिनमें से मुख्य श्रृंखला ऑक्सीजन और सिलिकॉन परमाणुओं से बनी है।

आवश्यक गुणों वाले पॉलिमर प्राप्त करने के लिए, प्रौद्योगिकी अक्सर "शुद्ध" पदार्थों का उपयोग नहीं करती है, बल्कि कार्बनिक या अकार्बनिक घटकों के साथ उनके संयोजन का उपयोग करती है। एक अच्छा उदाहरण बहुलक निर्माण सामग्री है: धातु-प्लास्टिक, प्लास्टिक, फाइबरग्लास, बहुलक कंक्रीट।

पॉलीमर की संरचना

इन सामग्रियों के गुणों की ख़ासियत उनकी संरचना के कारण है, जो बदले में, निम्नलिखित प्रकारों में विभाजित है: रैखिक-शाखित, रैखिक, स्थानिकबड़े आणविक समूहों और बहुत विशिष्ट ज्यामितीय संरचनाओं के साथ-साथ सीढ़ी के साथ। आइए उनमें से प्रत्येक पर संक्षेप में विचार करें।

अणुओं की मुख्य श्रृंखला के अलावा, रैखिक रूप से शाखाओं वाली संरचना वाले बहुलक सामग्री में पार्श्व शाखाएं होती हैं। इन पॉलिमर में पॉलीप्रोपाइलीन और पॉलीसोब्यूटिलीन शामिल हैं।

रैखिक संरचना वाली सामग्रियों में लंबी ज़िगज़ैग या सर्पिल श्रृंखलाएं होती हैं। उनके मैक्रोमोलेक्यूल्स मुख्य रूप से श्रृंखला के एक लिंक या रासायनिक इकाई के एक संरचनात्मक समूह में साइटों की पुनरावृत्ति की विशेषता है। एक रैखिक संरचना वाले पॉलिमर श्रृंखला के साथ और उनके बीच बांड की प्रकृति में महत्वपूर्ण अंतर के साथ बहुत लंबे मैक्रोमोलेक्यूल्स की उपस्थिति से प्रतिष्ठित होते हैं। यह अंतर-आणविक और रासायनिक बंधनों को संदर्भित करता है। ऐसी सामग्री के मैक्रोमोलेक्यूल्स बहुत लचीले होते हैं। और यह संपत्ति बहुलक श्रृंखलाओं का आधार है, जो गुणात्मक रूप से नई विशेषताओं की ओर ले जाती है: उच्च लोच, साथ ही ठीक अवस्था में भंगुरता की अनुपस्थिति।

और अब आइए जानें कि स्थानिक संरचना वाले बहुलक पदार्थ क्या हैं। ये पदार्थ तब बनते हैं, जब मैक्रोमोलेक्यूल्स एक दूसरे के साथ जुड़ते हैं, अनुप्रस्थ दिशा में मजबूत रासायनिक बंधन। नतीजतन, एक जाल संरचना प्राप्त होती है, जिसमें जाल का एक गैर-समान या स्थानिक आधार होता है। इस प्रकार के पॉलिमर में रैखिक की तुलना में अधिक गर्मी प्रतिरोध और कठोरता होती है। ये सामग्रियां कई संरचनात्मक अधातु पदार्थों का आधार हैं।

सीढ़ी संरचना के साथ बहुलक सामग्री के अणुओं में एक रासायनिक बंधन से जुड़े जंजीरों की एक जोड़ी होती है। इसमे शामिल हैऑर्गोसिलिकॉन पॉलिमर, जो बढ़ी हुई कठोरता, गर्मी प्रतिरोध की विशेषता है, इसके अलावा, वे कार्बनिक सॉल्वैंट्स के साथ बातचीत नहीं करते हैं।

पॉलीमर की चरण संरचना

ये सामग्रियां ऐसी प्रणालियां हैं जिनमें अनाकार और क्रिस्टलीय क्षेत्र होते हैं। उनमें से पहला कठोरता को कम करने में मदद करता है, बहुलक को लोचदार बनाता है, जो कि बड़े प्रतिवर्ती विकृतियों में सक्षम है। क्रिस्टलीय चरण पदार्थ के आणविक लचीलेपन को कम करते हुए, उनकी ताकत, कठोरता, लोचदार मापांक और अन्य मापदंडों को बढ़ाने में मदद करता है। ऐसे सभी क्षेत्रों के आयतन और कुल आयतन के अनुपात को क्रिस्टलीकरण की डिग्री कहा जाता है, जहाँ अधिकतम स्तर (80% तक) में पॉलीप्रोपाइलीन, फ्लोरोप्लास्ट, उच्च घनत्व वाले पॉलीइथाइलीन होते हैं। पॉलीविनाइल क्लोराइड, कम घनत्व वाले पॉलीइथाइलीन में क्रिस्टलीकरण की डिग्री कम होती है।

गर्म होने पर बहुलक सामग्री कैसे व्यवहार करती है, इस पर निर्भर करते हुए, उन्हें आमतौर पर थर्मोसेटिंग और थर्मोप्लास्टिक में विभाजित किया जाता है।

थर्मोसेट पॉलिमर

इन सामग्रियों में मुख्य रूप से एक रैखिक संरचना होती है। गर्म होने पर, वे नरम हो जाते हैं, लेकिन उनमें होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, संरचना एक स्थानिक में बदल जाती है, और पदार्थ एक ठोस में बदल जाता है। भविष्य में, यह गुणवत्ता बनी रहती है। इस सिद्धांत पर पॉलिमर मिश्रित सामग्री का निर्माण किया जाता है। उनका बाद का ताप पदार्थ को नरम नहीं करता है, बल्कि केवल इसके अपघटन की ओर जाता है। तैयार थर्मोसेट मिश्रण भंग या पिघलता नहीं है, इसलिएइसे रीसायकल करने की अनुमति नहीं है। इस प्रकार की सामग्री में एपॉक्सी सिलिकॉन, फिनोल-फॉर्मेल्डिहाइड और अन्य रेजिन शामिल हैं।

थर्माप्लास्टिक पॉलिमर

ये पदार्थ गर्म होने पर पहले नरम होते हैं और फिर पिघल जाते हैं और फिर ठंडा होने पर सख्त हो जाते हैं। इस उपचार के दौरान थर्मोप्लास्टिक पॉलिमर में रासायनिक परिवर्तन नहीं होते हैं। यह प्रक्रिया को पूरी तरह से प्रतिवर्ती बनाता है। इस प्रकार के पदार्थों में मैक्रोमोलेक्यूल्स की एक रैखिक-शाखित या रैखिक संरचना होती है, जिसके बीच छोटे बल कार्य करते हैं और बिल्कुल कोई रासायनिक बंधन नहीं होते हैं। इनमें पॉलीइथाइलीन, पॉलियामाइड्स, पॉलीस्टाइनिन आदि शामिल हैं। थर्मोप्लास्टिक-प्रकार की पॉलिमरिक सामग्री की तकनीक वाटर-कूल्ड मोल्ड्स में इंजेक्शन मोल्डिंग, प्रेसिंग, एक्सट्रूज़न, ब्लोइंग और अन्य तरीकों से उनके उत्पादन के लिए प्रदान करती है।

रासायनिक गुण

पॉलिमर निम्नलिखित अवस्थाओं में हो सकते हैं: ठोस, तरल, अनाकार, क्रिस्टलीय चरण, साथ ही अत्यधिक लोचदार, चिपचिपा और कांच का विरूपण। बहुलक सामग्री का व्यापक उपयोग विभिन्न आक्रामक मीडिया, जैसे कि केंद्रित एसिड और क्षार के लिए उनके उच्च प्रतिरोध के कारण है। वे विद्युत रासायनिक जंग के अधीन नहीं हैं। इसके अलावा, उनके आणविक भार में वृद्धि के साथ, कार्बनिक सॉल्वैंट्स में सामग्री की घुलनशीलता कम हो जाती है। और पॉलिमर, जिनकी त्रि-आयामी संरचना होती है, आमतौर पर उल्लिखित तरल पदार्थों से प्रभावित नहीं होते हैं।

भौतिक गुण

अधिकांश पॉलिमर इंसुलेटर हैं, इसके अलावा, वे गैर-चुंबकीय सामग्री हैं। उपयोग की जाने वाली सभी संरचनात्मक सामग्रियों में से, केवल उनके पास सबसे कम तापीय चालकता और उच्चतम ताप क्षमता होती है, साथ ही साथ थर्मल संकोचन (धातु की तुलना में लगभग बीस गुना अधिक) होता है। कम तापमान की स्थिति में विभिन्न सीलिंग असेंबलियों की जकड़न के नुकसान का कारण रबर का तथाकथित कांच संक्रमण है, साथ ही विट्रिफाइड अवस्था में धातुओं और रबर के विस्तार के गुणांक के बीच तेज अंतर है।

यांत्रिक गुण

पॉलीमेरिक सामग्री में यांत्रिक विशेषताओं की एक विस्तृत श्रृंखला होती है, जो उनकी संरचना पर अत्यधिक निर्भर होती है। इस पैरामीटर के अलावा, विभिन्न बाहरी कारक किसी पदार्थ के यांत्रिक गुणों पर बहुत प्रभाव डाल सकते हैं। इनमें शामिल हैं: तापमान, आवृत्ति, अवधि या लोडिंग की दर, तनाव की स्थिति का प्रकार, दबाव, पर्यावरण की प्रकृति, गर्मी उपचार, आदि। बहुलक सामग्री के यांत्रिक गुणों की एक विशेषता बहुत कम कठोरता पर उनकी अपेक्षाकृत उच्च शक्ति है (तुलना में) धातुओं के लिए)।

पॉलीमर को आमतौर पर ठोस में विभाजित किया जाता है, जिसका लोचदार मापांक E=1–10 GPa (फाइबर, फिल्म, प्लास्टिक) और नरम अत्यधिक लोचदार पदार्थों से मेल खाता है, जिसका लोचदार मापांक E=1– 10 एमपीए (रबर)। दोनों के विनाश के पैटर्न और तंत्र अलग-अलग हैं।

पॉलीमेरिक सामग्री को गुणों के एक स्पष्ट अनिसोट्रॉपी के साथ-साथ ताकत में कमी, लंबी अवधि के लोडिंग के तहत रेंगने के विकास की विशेषता है। इसके साथ वेअपेक्षाकृत उच्च थकान प्रतिरोध है। धातुओं की तुलना में, वे तापमान पर यांत्रिक गुणों की तीव्र निर्भरता में भिन्न होते हैं। बहुलक सामग्री की मुख्य विशेषताओं में से एक विकृति (लचीलापन) है। इस पैरामीटर के अनुसार, एक विस्तृत तापमान सीमा में, यह उनके मुख्य परिचालन और तकनीकी गुणों का मूल्यांकन करने के लिए प्रथागत है।

पॉलिमर फर्श सामग्री

अब इन सामग्रियों की पूरी श्रृंखला का खुलासा करते हुए, पॉलिमर के व्यावहारिक अनुप्रयोग के विकल्पों में से एक पर विचार करें। इन पदार्थों का व्यापक रूप से निर्माण और मरम्मत और परिष्करण कार्यों में उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से फर्श में। विशाल लोकप्रियता को प्रश्न में पदार्थों की विशेषताओं द्वारा समझाया गया है: वे घर्षण के प्रतिरोधी हैं, कम तापीय चालकता है, थोड़ा पानी अवशोषण है, काफी मजबूत और कठोर हैं, और उच्च पेंट और वार्निश गुण हैं। बहुलक सामग्री के उत्पादन को सशर्त रूप से तीन समूहों में विभाजित किया जा सकता है: लिनोलियम (लुढ़का हुआ), टाइल उत्पाद और निर्बाध फर्श की स्थापना के लिए मिश्रण। आइए अब प्रत्येक पर एक त्वरित नज़र डालें।

लिनोलियम विभिन्न प्रकार के फिलर्स और पॉलिमर के आधार पर बनाए जाते हैं। इनमें प्लास्टिसाइज़र, प्रोसेसिंग एड्स और पिगमेंट भी शामिल हो सकते हैं। बहुलक सामग्री के प्रकार के आधार पर, पॉलिएस्टर (ग्लाइफथेलिक), पॉलीविनाइल क्लोराइड, रबर, कोलोक्सिलिन और अन्य कोटिंग्स को प्रतिष्ठित किया जाता है। इसके अलावा, संरचना के अनुसार, उन्हें आधारहीन और एक ध्वनि और गर्मी इन्सुलेटिंग बेस, सिंगल-लेयर और मल्टी-लेयर के साथ, एक चिकनी, फ्लीसी के साथ विभाजित किया जाता हैऔर नालीदार सतह, साथ ही एकल और बहु-रंग।

बहुलक घटकों के आधार पर बनी टाइल वाली सामग्री में बहुत कम घर्षण, रासायनिक प्रतिरोध और स्थायित्व होता है। कच्चे माल के प्रकार के आधार पर, इस प्रकार के बहुलक उत्पादों को क्यूमारोन-पॉलीविनाइल क्लोराइड, कूमारोन, पॉलीविनाइल क्लोराइड, रबर, फेनोलाइट, बिटुमिनस टाइल, साथ ही चिपबोर्ड और फाइबरबोर्ड में विभाजित किया जाता है।

निर्बाध फर्श के लिए सामग्री उपयोग करने के लिए सबसे सुविधाजनक और स्वच्छ हैं, उनमें उच्च शक्ति है। इन मिश्रणों को आमतौर पर पॉलिमर सीमेंट, पॉलीमर कंक्रीट और पॉलीविनाइल एसीटेट में विभाजित किया जाता है।