പോളിമർ കെമിസ്ട്രി

പോളിമർ, മാക്രോമോളിക്യൂൾ എന്നിവയുടെ രാസ സമന്വയം, ഘടന, രാസികവും ഭൗതികവുമായ സവിശേഷതകൾ എന്നിവ പ്രതിപാദിക്കുന്ന രസതന്ത്രവിഭാഗമാണ് പോളിമർ കെമിസ്ട്രി. പോളിമർ കെമിസ്ട്രിയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന തത്വങ്ങളും രീതികളും ഓർഗാനിക് കെമിസ്ട്രി, അനലിറ്റിക്കൽ കെമിസ്ട്രി, ഫിസിക്കൽ കെമിസ്ട്രി തുടങ്ങിയ മറ്റ് രസതന്ത്ര ഉപവിഭാഗങ്ങൾക്കും ബാധകമാണ്. ലോഹങ്ങൾ, സെറാമിക്സ് മുതൽ ഡിഎൻഎ, മറ്റ് ജൈവ തന്മാത്രകൾ വരെ പല വസ്തുക്കൾക്കും പോളിമെറിക് ഘടനയുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, പോളിമർ രസതന്ത്രം പൊതുവെ ഓർഗാനിക് തന്മാത്രകളുടെ ശൃംഖലകളേയാണ് പരാമർശിക്കുന്നത്. സാധാരണയായി പ്ലാസ്റ്റിക്, റബ്ബർ എന്നിങ്ങനെ വിളിക്കപ്പെടുന്ന സിന്തറ്റിക് പോളിമറുകൾ വാണിജ്യ സാമഗ്രികളിലും നിത്യോപയോഗത്തിലെ ഉൽപ്പന്നങ്ങളിലും സർവ്വവ്യാപിയാണ്. പോളിമർ സയൻസ് അല്ലെങ്കിൽ നാനോ ടെക്നോളജി എന്നിവയുടെ വിശാലമായ മേഖലകളിലും പോളിമർ കെമിസ്ട്രി ഉൾപ്പെടുത്താം, ഇവ രണ്ടും പോളിമർ ഫിസിക്സ്, പോളിമർ എഞ്ചിനീയറിംഗ് എന്നിവ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു.

ചരിത്രം

1777 -ൽ ഹെൻറി ബ്രാക്കോണോട്ടിന്റെ ഗവേഷണവും 1846 -ൽ ക്രിസ്ത്യൻ ഷോൺബീന്റെ ഗവേഷണവും നൈട്രോസെല്ലുലോസിന്റെ കണ്ടുപിടിത്തത്തിലേക്ക് നയിച്ചു, ഇത് കർപ്പൂരവുമായി പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ സെല്ലുലോയ്ഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെട്ടു. ഡൈഈഥൈൽ ഈതർ അല്ലെങ്കിൽ അസിറ്റോണിൽ ലയിക്കുമ്പോൾ, അത് കുഴമ്പു പരുവത്തിലുള്ള കൊളോഡിയൻ ആയിത്തീരുന്നു. മുറിവുകൾ വെച്ചുകെട്ടുന്നതിന് അമേരിക്കൻ സിവിൽ യുദ്ധകാലത്ത് ഇത് ഉപയോഗിച്ചിരുന്നു. 1865 ലാണ് സെല്ലുലോസ് അസറ്റേറ്റ് ആദ്യമായി തയ്യാറാക്കിയത്. 1834-1844 വർഷങ്ങളിൽ റബ്ബറിന്റെ ( പോളിഐസോപ്രീൻ ) ഗുണങ്ങൾ സൾഫർ ചേർത്ത് ചൂടാക്കുന്നതിലൂടെ വളരെയധികം മെച്ചപ്പെടുന്നതായി കണ്ടെത്തി. അങ്ങനെ വൾക്കനൈസേഷൻ പ്രക്രിയ പ്രയോഗത്തിലായി.

1884 -ൽ ഹിലെയർ ഡി ചാർഡോണറ്റ് സിൽക്കിന് പകരമായി പുനർനിർമ്മിച്ച സെല്ലുലോസ് അഥവാ വിസ്കോസ് റയോണിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ആദ്യത്തെ കൃത്രിമ ഫൈബർ പ്ലാന്റ് ആരംഭിച്ചു. പക്ഷേ ഉൽപ്പന്നം വളരെയെളുപ്പത്തിൽ കത്തുന്നതായിരുന്നു. ഫിനോളും ഫോർമാൽഡിഹൈഡും തമ്മിലുള്ള രാസപ്രക്രിയയിലൂടെ1907 -ൽ ലിയോ ബെയ്ക്ലാൻഡ് ജൈവനിർമ്മിതമല്ലാത്ത ആദ്യത്തെ പോളിമർ കണ്ടുപിടിച്ചു. ബേക്കലൈറ്റ് എന്നറിയപ്പെട്ട തെർമോസെറ്റിംഗ് റെസിൻ ആയിരുന്നു അത്. 1908 -ൽ വിസ്കോസ് റയോണിന്റെ ഷീറ്റുകൾ ആസിഡുമായി പ്രവർത്തിപ്പിച്ച് ജോക്ക്സ് ബ്രാൻഡൻബെർഗർ സെലോഫെയ്ൻ കണ്ടുപിടിച്ചു .

• പോളിമർ രസതന്ത്രത്തിലെ ശ്രദ്ധേയ വ്യക്തിത്വങ്ങൾ
• 
  ഹെർമൻ സ്റ്റൗഡിംഗർ, പോളിമർ രസതന്ത്രത്തിന്റെ പിതാവ്
• 
  നൈലോണിന്റെ ഉപജ്ഞാതാവ് വാലസ് കരോത്തേഴ്സ്.
• 
  കെവ്ലർ കണ്ടുപിടിച്ച സ്റ്റെഫനി ക്വൊലെക്.

ചില വൈദ്യുതചാലക പോളിമറുകളുടെ ഘടനകൾ: പോളിഅസറ്റിലീൻ ; പോളിഫെനിലീൻ വിനിലീൻ ; പോളിപൈറോൾ (X = NH), പോളിതിയോഫീൻ (X = S); കൂടാതെ പോളിയാനിലൈൻ (X = NH/N), പോളിഫെനിലീൻ സൾഫൈഡ് (X = S).

പോളിഡൈമീഥൈൽസൈലോക്സേൻ ഘടന

പോളിമറുകൾ കോവാലന്റ് ബോണ്ടുകളാൽ കോർത്തിണക്കപ്പെട്ട തന്മാത്രകളുടെ നീണ്ട ശൃംഖലകൾ ആണെന്ന ആശയം ആദ്യം മുന്നോട്ടു വെച്ചത് രസതന്ത്രജ്ഞനായ ഹെർമൻ സ്റ്റൗഡിംഗർ ആയിരുന്നു. അതിനെ അദ്ദേഹം ഭീമൻ തന്മാത്രകൾ എന്നർഥം വരുന്ന മാക്രോമോളിക്യൂളുകൾ എന്ന് വിളിച്ചു. പോളിമറുകളെക്കുറിച്ചുള്ള രാസ ധാരണ വിപുലീകരിക്കാനും പോളിമർ രസതന്ത്രം എന്ന മേഖല വികസിപ്പിച്ചെടുക്കാനും അദ്ദേഹത്തിൻറെ ഗവേഷണങ്ങൾ സഹായകമായി. ഈ സമയത്ത് പോളിമെറിക് വസ്തുക്കൾ നിയോപ്രീൻ, നൈലോൺ, പോളിയെസ്റ്റർ എന്നിവ കണ്ടുപിടിച്ചു. സ്റ്റൗഡിംഗറിന് മുമ്പ്, പോളിമറുകൾ ചെറിയ തന്മാത്രകളുടെ കട്ടകൾ( കൊളോയിഡുകൾ ) ആണെന്നും നിശ്ചിത തന്മാത്രാ ഭാരമില്ലാത്ത ഇവ ഒരു അജ്ഞാത ശക്തിയാൽ കട്ടകൂടുന്നു എന്നുമാണ് കണക്കാക്കപ്പെട്ടിരുന്നത്, . സ്റ്റൗഡിംഗറിന് 1953 ൽ രസതന്ത്രത്തിനുള്ള നോബൽ സമ്മാനം ലഭിച്ചു. വാലസ് കരോതെർസ് 1931 ൽ നിയോപ്രീൻ എന്ന ആദ്യത്തെ മനുഷ്യനിർമിത റബ്ബറും 1935 ൽ പട്ടിനു പകരം വെയ്ക്കാവുന്ന നൈലോണും കണ്ടുപിടിച്ചു. ലായനികളിൽ തന്മാത്രശൃംഖലകളുടെ അവസ്ഥ അടുക്കും ചിട്ടയുമില്ലാത്ത ചങ്ങലകൾ (റാൻഡം കോയിൽ കോൺഫിഗറേഷൻ) എന്ന നിലയിലാണെന്ന് കണ്ടെത്തിയ പോൾ ഫ്ലോറിക്ക് 1974 ൽ രസതന്ത്രത്തിനുള്ള നോബൽ സമ്മാനം ലഭിച്ചു. ആൽക്കീൻ തന്മാത്രകളെ എളുപ്പത്തിൽ കണ്ണിചേർത്ത് നീണ്ട ശൃംഖലകൾ നിർമിക്കാനാവശ്യമായ രാസത്വരകങ്ങൾ( കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ ) കണ്ടെത്തിയതിന് കാൾ സീഗ്ലർ, ജിയൂലിയോ നാട്ട എന്നിവർക്ക് നൊബേൽ സമ്മാനം ലഭിച്ചു. അലൻ ജെ.ഹീഗർ, അലൻ മക്ഡാർമിഡ്, ഹിഡെകി ഷിറാകാവ എന്നിവർക്ക് പോളിഅസറ്റിലീനും, ബന്ധപ്പെട്ട മറ്റു ചാലക പോളിമറുകളും വികസിപ്പിച്ചെടുത്തതിന് രസതന്ത്രത്തിനുള്ള 2000 -ലെ നോബൽ സമ്മാനം ലഭിച്ചു. പോളിഅസറ്റിലീന് പറ്റിയ ഉപയോഗങ്ങൾ കണ്ടെത്തിയിട്ടില്ല, എന്നാൽ മറ്റു ചാലകപോളിമറുകൾ ഓർഗാനിക് ലൈറ്റ് എമിറ്റിംഗ് ഡയോഡുകൾ (OLEDs) നിർമിക്കുന്നതിന് ഉപയോഗപ്രദമായി .

പോളിമറുകളും അവയുടെ ഗുണങ്ങളും

പോളിമർ സൊല്യൂഷനുകളുടെ വിസ്കോസിറ്റി ഒരു മൂല്യമുള്ള പാരാമീറ്ററാണ്. ഇതുപോലുള്ള വിസ്കോമീറ്ററുകൾ അത്തരം അളവുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

സരളമോ സങ്കീർണമോ ആയ തന്മാത്രകളെ കണ്ണിചേർത്താണ് ഏറെ നീളമുള്ള തന്മാത്രാ ശൃംഖലകൾ രൂപപ്പെടുന്നത്. മോണോമർ എന്ന പദം കൊണ്ട് അർഥമാക്കുന്നത് ഒരു കണ്ണിയെയാണ്. ഒരു ശൃംഖലയിലെ കണ്ണികൾ(monomers) പലവിധത്തിൽ ആകാം. ഒരേ തരം തന്മാത്രകൾ ഉപയോഗിച്ചോ (ഹോമോപോളിമർ)ഒന്നിലധികം തരത്തിലുള്ള തന്മാത്രകൾ ഇടകലർത്തിയോ (കോപോളിമർ) ശൃംഖലകൾ രൂപപ്പെടുത്താം. മാത്രമല്ല അവയുടെ ഘടനയിലും വ്യാത്യാസം വരുത്താനാകും - നീണ്ട ശൃംഖലകൾ,( ലിനിയർ ചെയിൻസ്) ക്രമബദ്ധമോ അല്ലാത്തതോ ആയ ശാഖകളുള്ള ശൃംഖലകൾ ( ബ്രാഞ്ച്ഡ് ചെയിൻസ്) , പരസ്പരം കൂട്ടിക്കെട്ടിയ, കുരുക്കുകൾ ഉള്ള ശൃംഖലകൾ(ക്രോസ് ലിങ്ക്ഡ് ചെയിൻസ്) എന്നിങ്ങനെ പലവിധത്തിലാകാം.

അതുകൊണ്ടുതന്നെ പോളിമറുകളെ പല തരത്തിൽ വിശേഷിപ്പിക്കുകയും തരംതരിക്കുകയുംചെയ്യാം: തന്മാത്രകളുടെ രാസഘടനയനുസരിച്ച്; തന്മാത്രകൾ കണ്ണിചേർക്കുന്ന( പോളിമറൈസേഷൻ) രീതിയനുസരിച്ച്; ശൃംഖലകളുടെ ശരാശരി തന്മാത്രാഭാരമനുസരിച്ച് ; കോപോളിമർ വിതരണം; ശാഖകളുടെ എണ്ണമനുസരിച്ച്; ശൃംഖലയുടെ അറ്റത്തുള്ള ഗ്രൂപ്പുകൾ അനുസരിച്ച്; ശൃംഖലകളിൽ എത്രമാത്രം കുരുക്കുകൾ (ക്രോസ്‍ലിങ്കുകൾ) ഉണ്ടെന്നതനുസരിച്ച്; ശൃംഖലകളുടെഘടന എത്രമാത്രം ക്രമബദ്ധമാണെന്നതനുസരിച്ച് (ക്രിസ്റ്റലിനിറ്റി) ; ഏതു താപനിലയിൽ മൃദുവാകുന്നു( ഗ്ലാസ് ട്രാൻസീഷൻ ടെപറേച്ചർ ,) എന്നതനുസരിച്ച്, ഏതു താപനിലയിൽ ഉരുകുന്നു (മെൽറ്റിംഗ് ടെംപറേച്ചർ) എന്നതനുസരിച്ച് അങ്ങനെ പലവിധത്തിൽ.

ഒരു ശൃംഖലയിലെ ഓരോ തന്മാത്രയുടേയും പിണ്ഡത്തിൻറെ ആകെത്തുകയാണ് ശൃംഖലയുടെ തന്മാത്രാ പിണ്ഡം. എന്നാൽ ശൃംഖലകൾക്കെല്ലാം ഒരേ നീളം ( chain length) ആയിരിക്കണമെന്നില്ല. ആയതിനാൽ ശരാശരി പിണ്ഡമാണ് (Average Molecular Weight) കണക്കാക്കപ്പെടുന്നത്. ശരാശരി തന്മാത്രാഭാരം രണ്ടു വിധത്തിലാകാം ശൃംഖലകളുടെ എണ്ണത്തിനോ പിണ്ഡത്തിനോ പ്രാധാന്യം നൽകാം.

$M_{n}={\frac {\sum M_{i}N_{i}}{\sum N_{i}}},\quad M_{w}={\frac {\sum M_{i}^{2}N_{i}}{\sum M_{i}N_{i}}},\quad$

സ്ക്യൂട്ട്ജെൻസ്-ഫ്ലിയർ സിദ്ധാന്തം, ഫ്ലോറി-ഹഗ്ഗിൻസ് സൊല്യൂഷൻ തിയറി, കോസി-ആൾമാൻ മെക്കാനിസം, പോളിമർ ഫീൽഡ് തിയറി, ഹോഫ്മാൻ ന്യൂക്ലിയേഷൻ തിയറി, ഫ്ലോറി-സ്റ്റോക്ക്മേയർ തിയറി, തുടങ്ങി നിരവധി സിദ്ധാന്തങ്ങൾ പോളിമറുകളുടെ രൂപവത്കരണവും സവിശേഷതകളും യുക്തിയുക്തം വിശദീകരിക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു.

പോളിപ്രൊഫൈലിൻ ഭാഗങ്ങൾ, ഐസോടാക്റ്റിക് (മുകളിൽ), സിൻഡിയോടാക്റ്റിക് (താഴെ) പോളിമറുകളുടെ അല്പം വ്യത്യസ്ത ഘടനകൾ കാണിക്കുന്നു.

വർഗ്ഗീകരണം

ഉത്ഭവം

പോളിമറുകളെ അവയുടെ ഉത്ഭവമനുസരിച്ച് ബയോപോളിമറുകളായും സിന്തറ്റിക് പോളിമറുകളായും വിഭജിക്കാം. ഓരോ വിഭാഗത്തിലുമുള്ളവയെ അവയുടെ ഉപയോഗവും സവിശേഷതകളും അനുസരിച്ച് ഉപവിഭാഗങ്ങളായും തിരിക്കാം

ചെയിനുകൾക്കുള്ളിലും ഇടയിലും ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകൾ (ഡാഷഡ്) കാണിക്കുന്ന സെല്ലുലോസിന്റെ ഒരു ഭാഗം.

ജീവജാലങ്ങളിലെ മിക്ക ജൈവവസ്തുക്കളും ഉൾപ്പെടുന്ന ഘടനാപരവും പ്രവർത്തനപരവുമായ വസ്തുക്കളാണ് ബയോപൊളിമറുകൾ. അമിനോ ആസിഡുകൾ ഇണക്കി കണ്ണി ചേർത്തുണ്ടാവുന്ന പ്രോട്ടീനുകളാണ് ബയോപൊളിമറുകളുടെ ഒരു പ്രധാന വിഭാഗം. പോളിസാക്രറൈഡുകൾ, സെല്ലുലോസ്, കൈറ്റിൻ, അന്നജം എന്നിവയുടെ അടിസ്ഥാന ഘടകം പഞ്ചസാര തന്മാത്രകളാണ്. ജനിതക വിവരങ്ങൾ വഹിക്കുന്ന പോളി ന്യൂക്ലിക് ആസിഡുകളായ ഡിഎൻഎയും ആർഎൻഎയും പെൻഡന്റ് ന്യൂക്ലിയോടൈഡുകളുള്ള ഫോസ്ഫോറിലേറ്റഡ് റൈബോസ് ചെയിനുകളാണ്.

പ്ലാസ്റ്റിക്, സിന്തറ്റിക് നാരുകൾ, പെയിന്റുകൾ, നിർമ്മാണ സാമഗ്രികൾ, ഫർണിച്ചറുകൾ, പശകൾ എന്നിവയുടെ ഘടനാപരമായ വസ്തുക്കളാണ് സിന്തറ്റിക് പോളിമറുകൾ. സിന്തറ്റിക് പോളിമറുകളെ തെർമോപ്ലാസ്റ്റിക് പോളിമറുകളായും തെർമോസെറ്റ് പ്ലാസ്റ്റിക്കുകളായും വിഭജിക്കാം. തെർമോപ്ലാസ്റ്റിക് പോളിമറുകളിൽ പോളിയെത്തിലീൻ, ടെഫ്ലോൺ, പോളിസ്റ്റൈറീൻ, പോളിപ്രൊഫൈലിൻ, പോളിസ്റ്റർ, പോളിയുറീൻ, പോളി (മീഥൈൽ മെത്തക്രിലേറ്റ്), പോളി വിനൈൽ ക്ലോറൈഡ്, നൈലോൺ, റയോൺ എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു . തെർമോസെറ്റ് പ്ലാസ്റ്റിക്കുകളിൽ വൾക്കനൈസ്ഡ് റബ്ബർ, ബേക്കലൈറ്റ്, കെവ്ലർ, പോളിഎപോക്സൈഡ് എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. മിക്കവാറും എല്ലാ സിന്തറ്റിക് പോളിമറുകളും പെട്രോകെമിക്കലുകളിൽ നിന്നാണ് നിർമ്മിക്കുന്നത്.

വിസ്കോസിറ്റി

പോളിമറുകൾക്ക് നീളം കൂടുകയും അവയുടെ തന്മാത്രാ ഭാരം വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, അവയുടെ വിസ്കോസിറ്റി വർദ്ധിക്കുന്നു.

പോളിമെറിക് മെറ്റീരിയലുകൾ സംയോജിപ്പിച്ച് വ്യക്തിഗത ഘടകങ്ങളുടെ ആകെത്തുകയിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായ ഗുണങ്ങളുള്ള ഒരു മൊത്തത്തിലുള്ള ഘടന ഉണ്ടാക്കുന്നതിലൂടെയാണ് മിശ്രിതങ്ങൾ രൂപപ്പെടുന്നത്.

സമന്വയ മാർഗ്ഗങ്ങൾ

പോളിമറുകൾ സമന്വയിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള വൈവിധ്യമാർന്ന മാർഗ്ഗങ്ങളുണ്ട്.

പൊതു വിദ്യകളുടെ പട്ടിക

അജൈവ പോളിമർ സിന്തസിസ്

• ഫ്രീ റാഡിക്കൽ പോളിമറൈസേഷൻ
• അയോണിക് പോളിമറൈസേഷൻ
• പോളികണ്ടൻസേഷൻ
• പോളിഅഡിഷൻ
• കോർഡിനേഷൻ പോളിമറൈസേഷൻ

ബയോപൊളിമർ സിന്തസിസ്

• പ്രോട്ടീൻ ബയോസിന്തസിസ്
• സെൽ ഫ്രീ പ്രോട്ടീൻ സിന്തസിസ്
• ഡിഎൻഎ സിന്തസിസ്