کلمات کلیدی
اتصالات عرضی ، انتروپی
الاستومر، کلمهای است که دانشمندان پلیمر برای موادی به کار میبرند که در یک کلام لاستیکی هستد. برخی پلیمرها که الاستومر هستند، شامل پلیایزوپرن یا لاستیک طبیعی، پلیبوتادیاِن، پلیایزوبوتیلن و پلییورتانها میباشند.
چیزی که الاستومرها را ویژه میسازد، این خصوصیت آنهاست که میتوانند بجهند. اما کلمه «جهیدن»، اندکی مبهم است. بیایید دقیقتر شویم. چیزی که الاستومرها را خاص میکند، این است که آنها میتوانند تا چندین برابر طول اصلی کشیده شوند و دوباره به حالت اولیه برگردند، بدون اینکه تغییر شکل دائمی داشته باشند.
اما چرا؟
انتروپی
یکی از مفاهیم انتروپی ، بی نظمی است (البته این مفهوم شاید خیلی هم دقیق نباشد و بسیاری از دانشمندان روی آن بحث دارند). مواد در جهان ما، انتروپی را دوست دارند و به سمت بینظمتر شدن میل میکنند. شاید به همین دلیل است که شلوغ و بی نظم نگه داشتن یک اتاق خیلی از مرتب نگه داشتن آن آسانتر است. این سگ سیاه، انتروپی نام دارد، چرا که مثل یک جوجهی بازیگوش هر جای خانه که صاحبش اجازه دهد، به این طرف و آن طرف میپرد. مولکولهای پلیمر هم همین گونهاند. مولکولهای یک قطعه لاستیک- هر نوع لاستیکی- نظم ندارند آنها فقط در یک مخلوط در هم آمیخته، تاب برداشته و دور هم پیچیدهاند. در این حالت، این مولکولها کاملا راضی و خوشحال به نظر میرسند.
اما اگر یک قطعه لاستیک را بکشید، همه ناراحت میشوند! مولکولها مجبورند که در یک جهت، یعنی در جهتی که لاستیک کشیده شده است، صفآرایی کنند. هنگامی که مولکولها به این صورت آرایش مییابند، نظم بیشتری پیدا میکنند. اگر شما به اندازه کافی قطعه را بکشید زنجیرها آنقدر به صورت مستقیم در کنار هم قرار میگیرند که قادر به تشکیل بلور میشوند. آنها این حالت را دوست ندارند به خاطر داشته باشید که آنها انتروپی را دوست دارند (بی نظم بودن).
حالا اگر هنگامی که در حال کشیدن نمونهی لاستیکی هستید، آن را ول کنید، مولکولها سریع به حالت گرهخورده و بدون نظم اولیهی خود باز خواهند گشت. آنها این عمل را برای برگشتن به حالت انتروپی قبلی انجام میدهند. به خاطر داشته باشید آنها انتروپی را دوست دارند. نمونهها به حالت قبلی خودشان بر میگردند.
شیشه یا لاستیک؟
البته، همه پلیمرهای آمورف، الاستومر نیستند. برخی هم ترموپلاستیک هستند. چرا اینگونه است؟
اینکه یک پلیمر آمورف، الاستومر است یا ترموپلاستیک، بستگی به دمای انتقال شیشهای یا Tg آن دارد. این دما، دمایی است که بالای آن، پلیمر نرم و قابل انعطاف و زیر آن سخت و شیشهای میشود. اگر یک پلیمر آمورف، Tg زیر دمای اتاق داشته باشد، آن پلیمر میتواند الاستومر باشد زیرا در دمای اتاق، نرم و لاستیکی است. اگر یک پلیمر آمورف، Tg بالاتر از دمای اتاق داشته باشد، این پلیمر یک ترموپلاستیک خواهد بود زیرا در دمای اتاق، سخت و شیشهای است. پس با یک حساب سرانگشتی می توان گفت که پلیمرهای آمورف، در زیر Tg ترموپلاستیک و در بالای آن الاستومر محسوب می شوند. (البته این قانون فقط برای پلیمرهای آمورف است، نه برای پلیمرهای بلورین.)
یک مولکول میتواند خیلی کارها بکند.
برای اینکه به الاستومرها کمک کنیم که هر چه بهتر به حالت اولیه خود برگردند، ایجاد اتصالات عرضی بسیار مفید است. ایجاد اتصالات عرضی ، تشکیل پیوندهای کوالانسی بین زنجیرهای پلیمری مختلف است که همه زنجیرها را به هم وصل میکند و یک مولکول شبکهای ایجاد مینماید. در حقیقت اکثر قطعات ساخته شده از لاستیک، فقط شامل یک مولکول هستند. هنگامی که زنجیرهای پلیمر، بدین صورت به هم وصل میشوند، کشیدن آنها از حالت اولیه دشوارتر و بازگشت آنها بعد از قطع کشش، بهتر خواهد بود.
اما این امر، بازیافت الاستومرها را مشکل میکند، تصور کنید چگونه میتوان چنین مولکولی را ذوب کرد؟ برای ساخت الاستومرهای قابل بازیافت نیازمند یافتن راهی هستیم تا بتوانیم مولکولها را در هنگام استفاده از لاستیک، به صورت گرهخورده به هم نگه داریم، اما در عین حال کاری کنیم که در هنگام فرآیند شدن، این زنجیرها از هم جدا شوند. پاسخ این معما، الاستومر گرمانرم نام دارد.