مونومر چیست

1400-02-11

مونومر چیست

فهرست مطالب

تا قبل از 1920 شیمی‌دان‌ها گمان نمی‌کردند که مولکول‌هایی با وزن مولکولی بزرگتر از هزار وجود داشته باشند تا اینکه یک شیمیدان آلمانی به نام Hermann Staudinger با مطالعه بر روی ترکیبات موادی مثل لاستیک و سلولز این نظریه را به چالش کشید. بر خلاف نظریه‌های معمول، او پیشنهاد کرد که این ترکیبات از ماکرومولکول هایی با 10 هزار اتم یا بیشتر تشکیل شده‌اند. وی یک ساختار پلیمری را برای لاستیک، بر اساس واحد تکرار شده ایزوپرن (که به آن مونومر می‌گویند) فرموله کرد و در سال 1953 جایزه نوبل دریافت کرد.

اصطلاحات پلیمر و مونومر از ریشه‌های یونانی پلی(بسیاری)، مونو(یک) و مر(بخشی) گرفته شده است.

مونومرها در حقیقت اجزای سازنده‌ی مولکول‌های پلیمری هستند. به عبارت ساده تر، یک مونومر به مونومر دیگر افزوده می‌شود تا زنجیره‌ی پلیمری تشکیل شود. این فرایند پلیمریزاسیون نام دارد.

گروه بندی مونومر ها

مونومر ها در صنعت به سه طریق متفاوت استفاده می‌شوند:

خطی در برابر سیکلی
قطبی در برابر غیرقطبی
سنتزی(مصنوعی) در مقابل طبیعی

پلیمرهای خطی از اتصال مونومرها در یک زنجیره خطی بلند حاصل می‌شوند. در مقابل، پلیمرهای سیکلی آنهایی هستند که مونومرها به صورت مولکول‌های گرد به هم متصل می‌شوند و به شکل یک چرخه دیده می‌شوند.

مونومرهای قطبی آنهایی هستند که انتهای مولکولشان آماده اتصال به مولکول‌های آب و انواع دیگر مولکول‌ها برای تشکیل پلیمرهای خاص هستند. در مقابل، مونومرهای غیر قطبی فاقد این تمایل طبیعی برای اتصال به سایر مولکول‌ها هستند.

اما مهمترین گروه بندی از مونومرها دو دسته‌ی طبیعی و مصنوعی(سنتزی) هستند. بسیاری از مونومرهایی که در کارخانجات استفاده می‌شود از نوع سنتزی هستند. مونومرهای سنتزی برای تولید مواد صنعتی خام از جمله نایلون، اپوکسی، پلی اتیلن و سایر ترکیبات مهم مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مقابل بیشتر کاربردهای بیولوژیکی به مونومرهای طبیعی از جمله گلوکز، نوکلئواسید و آمینواسید نیاز دارند. بعضی از پلیمرها نیز وجود دارند که از ترکیب مونومرهای طبیعی و سنتزی تولید می‌شوند.

کاربرد مونومر ها

مونومرها عناصر اساسی برای بسیاری از صنایع هستند و کاربردهای گوناگونی از بسته بندی مواد غذایی گرفته تا پوشش برای وسایل نقلیه و لوازم خانگی دارند. مونومرها، انتخاب پذیری، کیفیت و سازگاری، پخش و امولسیون را برای انواع چسب‌ها، پوشش‌ها، جوهرها، منسوجات بافته شده و غیر بافته شده، پلاستیک‌ها و پلیمرها و محصولات جاذب فوق العاده فراهم می‌کنند.

مونومرهای عملکردی در طیف گسترده‌ای از محصولات صنعتی و مصرفی از جمله پلیمرهای امولسیونی، رنگ‌ها و رزین ها، چسب‌ها، پوشش‌ها، منسوجات، سیم و کابل، ترکیبات پلی اتیلن، شیشه‌های چند لایه ایمنی، بسته بندی، مخازن سوخت پلاستیکی خودرو، الیاف اکریلیک، پایه آدامس‌ها، تصفیه آب، نفت و گاز و … مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مونومرهای خاص باعث بهبود خصوصیات شیمیایی و فیزیکی در پلی ال‌های اکریلیک، مونومرهای کاپرولاکتون، صفحات چاپ، چسب‌ها، رنگ‌های حرارتی، درزگیرها، بایندرها، پوشش‌های نهایی وسایل نقلیه و لوازم خانگی، توری‌های الیاف منسوجات، سیستم‌های پلیمری و غیره می‌شوند.

انواع پلیمرها بر اساس مونومر ها

بر اساس نوع ترکیب مونومرها می‌توان پلیمرها را به سه گروه اصلی تقسیم بندی کرد.

گروه اول کوپلیمرها هستند که از ترکیب دو نوع متفاوت از مونومرها تشکیل می‌شوند. در مقابل گروه دوم دسته‌ای هستند که به نام هوموپلیمر شناخته می‌شوند. هوموپلیمرها از ترکیب گروه‌های بزرگی از مونومرهای یکسان تولید می‌شوند و در نهایت دسته‌ی سوم که از ترکیب مونومر با مولکول‌های آب بوجود می‌آیند.

در جدویل زیر تعدادی از پلیمرها را به همراه مونومرهای تشکیل دهنده آنها می‌توانید مشاهده کنید.

کاربرد	خواص	مونومر	فرمول	نام پلیمر
پوشش فیلم، بسته های پلاستیکی	نرم، جامد وکسی	اتیلن CH₂=CH₂	–(CH₂-CH₂)_n–	پلی اتیلن با دانسیته کم (LDPE)
عایق الکتریکی، بطری، اسباب بازی	سخت، جامد نیمه شفاف	اتیلن CH₂=CH₂	–(CH₂-CH₂)_n–	پلی اتیلن با دانسیته بالا (HDPE)
شبیه به LDPE(،موکت، تودوزی	آتاکتیک:نرم، جامد الاستیک ایزو آتاکتیک: سخت، جامد مقاوم	پروپیلن CH₂=CHCH₃	–[CH₂-CH(CH₃)]_n–	پلی پروپیلن
لوله ها، کفپوش	جامد سخت مقاوم	وینیل کلراید CH₂=CHCl	–(CH₂-CHCl)_n–	پلی وینیل کلراید (PVC)
پوشش صندلی ها، فیلم ها	متراکم، جامد با ذوب بالا	وینیلیدن کلراید CH₂=CCl₂	–(CH₂-CCl₂)_n–	پلی وینیلیدن کلراید
اسباب بازی، فوم بسته بندی، کابینت	سخت، محلول در حلال های آلی، جامد	استایرن CH₂=CHC₆H₅	–[CH₂-CH(C₆H₅)]_n–	پلی استایرن (PS)
فرش، پتو، لباس	جامد با ذوب بالا، محلول در حلال های آلی	آکریلونیتریل CH₂=CHCN	–(CH₂-CHCN)_n–	پلی آکریلونیتریل PAN
سطوح غیر چسبناک، عایق الکتریکی	مقاوم، جامد صاف	تترافلوئورو اتیلن CF₂=CF₂	–(CF₂-CF₂)_n–	پُلی تترافلوئورو اتیلن PTFE- تفلون
کاور سبک، پنجره های سقفی	سخت، جامد شفاف	متیل متاکریلات CH₂=C(CH₃)CO₂CH₃	–[CH₂-C(CH₃)CO₂CH₃]_n–	پلی متیل متاکریلات – پلکسی گلاس PMMA
رنگ های لاتکس، چسب ها	نرم، جامد چسبناک	وینیل استات CH₂=CHOCOCH₃	–(CH₂-CHOCOCH₃)_n–	پلی وینیل استات (PVAc)
نیاز به ولکانیزه دازد تا مورد استفاده قرار گیرد	نرم، جامد چسبناک	ایزوپرین CH₂=CH-C(CH₃)=CH₂	–[CH₂-CH=C(CH₃)-CH₂]_n–	سیس- پلی ایزوپرین لاستیک طبیعی
لاستیک سنتزی، مقاوم در برابر روغن	سخت، جامد لاستیکی	کلروپرن CH₂=CH-CCl=CH₂	–[CH₂-CH=CCl-CH₂]_n–	پلی کلروپرن (سیس+ترانس) -نئوپرن

انواع مونومر ها

مونومرها انواع مختلفی دارند که در کاربردهای گوناگون مورد استفاده هستند و ما در این مقاله به تعدادی از پرکاربردترین آنها خواهیم پرداخت.

مونومرهای آمینو اسید

از طریق فرآیند پلیمریزاسیون، مونومرهای اسید آمینه به پپتیدها، پلی پپتیدها و از همه مهمتر پروتئین ها پیوند می‌خورند. صنعت آرایشی و بهداشتی به ویژه از زنجیره های مونومر اسید آمینه طولانی برای تولید کلاژن که یک پروتئین اصلی در نبرد با چین و چروک و پیری می‌باشد، استفاده کرده است.

مونومرهای نوکلوئیک اسید

مونومرهای پپتید نوکلئیک اسید (PNA) که در برنامه‌های پیشرفته و در حال توسعه مانند سلول درمانی و توالی DNA استفاده می شوند، به شکل گیری برخی از امیدوار کننده‌ترین ترکیبات مورد استفاده در مراقبت‌های بهداشتی و تحقیقات امروزی کمک می کنند.

همانطور که اشاره شد دو دسته‌ی بالا بیشتر در کاربردهای پزشکی و بیولوژیکی استفاده می‌شوند.

مونومرهای وینیل

برای چسب‌ها، پوشش‌ها و جوهرهای قابل پخت با تابش رادیکال‌های آزاد، مونومرهای وینیل یکی از پرکاربردترین مونومرهای موجود در بازار امروز هستند.

مونومرهای اکریلات و اکریلیک

اکریلیک‌ها و اکریلات‌ها پرکاربردترین خانواده مونومرها هستند که به صورت تجاری نیز توسعه یافته اند. می‌توان از آنها برای تهیه‌ی پلیمرهایی با خواص سخت، انعطاف پذیر، یونی، غیر یونی، آبگریز یا آب دوست استفاده کرد.

در اینجا تعدادی از مونومرهای مشتق شده از اکریلیک و یا اکریلات را مورد بررسی قرار می‌دهیم:

بوتیل اکریلات (Butyl acrylate)

بوتیل اكریلات یك مونومر آكریلات با فرمول مولكولی CH₂ =CHCOO(CH₂) ₃CH₃ است. بوتیل اكریلات یک مایع شفاف و نسبتا فرار است که در آب کمی محلول است و در الکل‌ها، اترها و تقریباً در تمام حلال‌های آلی کاملاً محلول است. مایعی نسبتا قابل اشتعال و دارای بوی تندی است. با سایر حلال‌های آلی قابل مخلوط شدن است و به راحتی با مولکول‌های مونومر پلیمری می‌شود و زنجیره‌های پلیمری ایجاد می‌کند.

بوتیل اکریلات در درجه‌ی اول در تولید هوموپلیمرها و پلیمرهای مشترک برای استفاده به عنوان مونومر رنگ در رنگ‌های پایه آب و حلال از جمله رنگ‌های صنعتی و معماری استفاده می‌شود. این ماده همچنین می‌تواند در تولید اکریلیک های پایه حلال و پایه آبی، مواد آنتی اکسیدانی، میناکاری، چسب، پارچه، بتونه و … مورد استفاده قرار گیرد. بازارهای اصلی مصرف کننده‌ی نهایی بوتیل اکریلات می‌تواند صنایع آب، پلاستیک، چرم، رنگ، چسب و منسوجات باشد.

اتیل هگزیل اکریلات (Ethylhexyl acrylate)

از دیگر نمونه‌های مونومر رنگ می‌توان به اتیل هگزیل اکریلات اشاره کرد. اتیل هگزیل اکریلات یک مونومر نوع اکریلات با فرمول مولکولی CH₂=CHCOOC₈H₁₇است که از واکنش استری شدن بین آکریلیک اسید و ۲-اتیل هگزانول به دست می‌آید.

اتیل هگزیل اکریلات مایعی شفاف است که به طور کامل در الکل‌ها و اترها محلول و در آب نامحلول است. قابلیت اشتعال بالایی نداشته و بوی مشخصی دارد. قابل اختلاط با حلال‌های آلی است و به راحتی با مونومرها پلیمره می‌شود تا زنجیره‌های پلیمری ایجاد کند. اتیل هگزیل اکریلات در کنار بوتیل اکریلات، از اصلی ترین مونومرها برای تولید چسب‌های اکریلیکی و اکریلیک‌های پایه حلال به حساب می‌آیند.

از این ماده همچنین در تولید چسب‌های حساس به فشار، رنگ، رزین و روکش نیز استفاده می شود. اتیل هگزیل اکریلات می‌تواند مقاومت محصول نهایی در برابر تغییرات آب و هوا و اشعه‌ی خورشید را بهبود بخشد. این ماده به عنوان افزودنی و اصلاح کننده برای انواع مواد پلاستیکی نیز به کار می‌رود.

اکریلیک اسید (Acrylic acid)

اکریلیک اسید که از یک گروه وینیلی متصل به کربوکسیلیک اسید ساخته شده و با عناوینی از جمله اسید 2-پروپنوئیک، اسید وینیل فرمیک و اسید پروپن نیز شناخته می‌شود. اکریلیک اسید با فرمول شیمیایی C₃H₄O₂به صورت مایعی شفاف، بدون رنگ، خورنده و قابل اشتعال است که بوی تندی دارد.در آب، الکل، اتر، بنزن، کلروفرم و استون قابل اختلاط است. از اکریلیک اسید در تصفیه آب و تولید منسوجات نیز استفاده‌های زیادی می‌شود.

دو کاربرد اصلی برای اکریلیک اسید وجود دارد. اولی استفاده به عنوان حد واسط شیمیایی در تولید استرها و رزین‌های اکریلیک پایه حلال است. این مواد پلیمره شده و سپس به عنوان ماده اولیه در فرمولاسیون رنگ‌ها، پوشش‌ها، پارچه‌ها، چسب‌ها، پولیش‌ها و پلاستیک‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دومین کاربرد مهم اکریلیک اسید در تولید پلیمرهای پلی اکریلیک اسید است. این پلیمرها پلی اکریلات با اتصالات عرضی و فوق جاذب است که توانایی جذب و حفظ وزن‌های بیش از صد برابر از وزن خود را دارند و در محصولات آرایشی و بهداشتی کاربرد دارند.

متا اکریلیک اسید (Methacrylic acid)

متاکریلیک اسید با فرمول شیمیایی C₄H₆O₂ یک ترکیب آلی به صورت مایعی غلیظ، بی رنگ با بوی ناخوشایند است که در اکثر حلال های آلی اختلاط دارد. متاکریلیک اسید به طور صنعتی از استرهایشان مانند متیل متاکریلات و پلی متیل متاکریلات به دست می‌آیند.

متا اکریلیک اسید عمدتا در تولید اکریلیک‌های پایه حلال، رنگ‌ها، چسب‌ها، مواد چرمی و به عنوان ماده خام در ساخت رزین‌های تبادل یونی مورد استفاده قرار می‌گیرد، همچنین از کاربردهای این ماده می‌توان به تولید پلیمر تجاری پلکسی گلاس اشاره کرد.

گردآوری و ترجمه: واحد تولید محتوای گروه صنعتی مکرر

منابع:

مونومر چیست