क्या आपको लगता है कि पॉलिमर्स की खोज और विविध अनुप्रयोगों के बिना दैनिक जीवन आसान और रंगीन हो गया होगा? पॉलिमर्स का उपयोग प्लास्टिक के बाउल, कप और चम्मच, बच्चों के खिलौनों, पैकेजिंग बैग, सिंथेटिक कपड़ा सामग्री, ऑटोमोबाइल टायर, जीयर और सील, बिजली इनसुलेटिंग सामग्री और मशीन घटकों के निर्माण में दैनिक जीवन को बदल देने वाले हैं और उद्योग परिदृश्य को भी पूरी तरह से बदल देते हैं। निश्चित रूप से, पॉलिमर्स चार प्रमुख उद्योगों के माध्यम से गुदा हैं, अर्थात् प्लास्टिक, एलस्टोमर, रेशे और पेंट्स और वर्निश।

‘पॉलिमर’ शब्द दो ग्रीक शब्दों से बना है: ‘पॉली’ का अर्थ है ‘बहुत सारे’ और ‘मेर’ का अर्थ है ‘इकाई या भाग’। पॉलिमर को ऐसे बहुत बड़े आणविक अवयव (यूनिट्स) के जिनका उच्च आणविक द्रव्यमान $\left(10^{3}-10^{7} \mathrm{u}\right)$ होता है, के रूप में परिभाषित किया जाता है। इन्हें आधुनिक आणविक अवयवों (मॉनोमर्स) से जुड़े बहुत बड़े आणविक अवयवों के रूप में भी जाना जाता है, जो एक दूसरे के साथ एक बड़े पैमाने पर जुड़कर बनते हैं। इन आणविक अवयवों को एक दूसरे से कोवलेंट बंधन के माध्यम से जोड़ने की प्रक्रिया पॉलिमराइज़ेशन कहलाती है।

15.1 पॉलिमर्स का वर्गीकरण

पॉलिमर्स को कई तरीकों से वर्गीकृत किया जा सकता है, जिसमें कुछ विशेष विचार शामिल हैं। पॉलिमर्स का एक सामान्य वर्गीकरण उस स्रोत के आधार पर किया जाता है, जिससे पॉलिमर प्राप्त होता है।

इस प्रकार के वर्गीकरण के तहत, तीन उप-श्रेणियाँ हैं।

1. प्राकृतिक पॉलिमर्स

ये पॉलिमर्स पौधों और जानवरों में पाए जाते हैं। उदाहरण हैं प्रोटीन, सेल्युलोज, ज्वार, कुछ रेशे और रबड़।

2. अर्ध-सिंथेटिक पॉलिमर्स

सेल्युलोज विलुपन जैसे सेल्युलोज एसिटेट (रेयान) और सेल्युलोज नाइट्रेट इस उप-श्रेणी के सामान्य उदाहरण हैं।

3. सिंथेटिक पॉलिमर्स

प्लास्टिक (पॉलीथीन), सिंथेटिक रेशे (नायलॉन 6,6) और सिंथेटिक रबड़ (बुना-एस) जैसे विभिन्न सिंथेटिक पॉलिमर्स मानव निर्मित पॉलिमर्स के उदाहरण हैं, जो दैनिक जीवन और उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

पॉलिमर्स को उनकी संरचना, आणविक बल या पॉलिमराइज़ेशन के तरीकों के आधार पर भी वर्गीकृत किया जा सकता है।

15.2 पॉलिमराइज़ेशन प्रतिक्रियाओं के प्रकार

पॉलिमराइज़ेशन प्रतिक्रियाओं के दो मुख्य प्रकार हैं, अर्थात् एडिशन या चेन ग्रोथ पॉलिमराइज़ेशन और कंडेंसेशन या स्टेप ग्रोथ पॉलिमराइज़ेशन।

15.2.1 एडिशन पॉलिमराइज़ेशन या चेन ग्रोथ पॉलिमराइज़ेशन

इस प्रकार के पॉलिमराइज़ेशन में, एक ही मॉनोमर या अलग-अलग मॉनोमर्स के अवयवों को एक बड़े पैमाने पर जोड़कर पॉलिमर बनाते हैं। इस प्रकार के पॉलिमराइज़ेशन में असंतुलित अवयवों, जैसे एलीन, एल्कैडियन और उनके विलुपनों का उपयोग किया जाता है। इस प्रकार के पॉलिमराइज़ेशन में चेन लंबाई में वृद्धि होती है और चेन ग्रोथ या आणविक प्रकार के आणविक अवयवों के निर्माण के माध्यम से हो सकता है। हालाँकि, आणविक अवयवों द्वारा नियंत्रित एडिशन या चेन ग्रोथ पॉलिमराइज़ेशन सबसे सामान्य प्रकार है।

15.2.1.1 एडिशन पॉलिमराइज़ेशन की तंत्र

1. आणविक अवयव तंत्र

विभिन्न एलीन या डायएन और उनके विलुपनों को आणविक अवयव उत्पादन उत्प्रेरक (धातु) जैसे बेनजोयल पराक्साइड, एसीटिल पराक्साइड, टर्ट-बुटील पराक्साइड आदि के साथ पॉलिमराइज़ किया जाता है। उदाहरण के लिए, एथीन के पॉलिमराइज़ेशन के माध्यम से पॉलीथीन का निर्माण एथीन के थोड़े मात्रा में बेनजोयल पराक्साइड उत्प्रेरक के साथ एथीन के मिश्रण को गरम करने या प्रकाश के साथ छोड़ने से होता है। प्रक्रिया पराक्साइड द्वारा निर्मित फेनिल आणविक अवयव के एथीन डबल बंध में जोड़ने के साथ शुरू होती है, जिससे एक नया और बड़ा आणविक अवयव प्राप्त होता है। यह चरण चेन इनिशिएटिंग स्टेप कहलाता है। जैसे ही यह आणविक अवयव एथीन के एक और अवयव के साथ प्रतिक्रिया करता है, एक और बड़े आकार का आणविक अवयव प्राप्त होता है। इस अनुक्रम की पुनरावृत्ति नए और बड़े आणविक अवयवों के साथ प्रतिक्रिया को आगे बढ़ाती है और यह चरण चेन प्रोपेगेशन स्टेप कहलाता है। अंततः, किसी अवयव पर जहाँ उत्पादन आणविक अवयव द्वारा निर्मित होता है, यह आणविक अवयव द्वारा पॉलिमराइज़ेड उत्पाद का निर्माण करता है। यह चरण चेन टर्मिनेशन स्टेप कहलाता है। पॉलीथीन के निर्माण में शामिल चरणों की श्रृंखला निम्नलिखित रूप में दर्शाई गई है:

चेन इनिशिएटिंग स्टेप्स

चेन प्रोपेगेशन

$$ \begin{aligned} \mathrm{C_6} \mathrm{H_5}-\mathrm{CH_2}-\dot{\mathrm{C}} \mathrm{H_2}+\mathrm{CH_2}=\mathrm{CH_2} \longrightarrow & \mathrm{C_6} \mathrm{H_5}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\dot{\mathrm{C}} \mathrm{H_2} \\ & \\ & \mathrm{C_6} \mathrm{H_5}+\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}+{ _\mathrm{n}} \mathrm{CH_2}-\dot{\mathrm{C}} \mathrm{H_2} \end{aligned} $$

चेन टर्मिनेशन स्टेप

दीर्घ चेन को समाप्त करने के लिए, ये आणविक अवयव एक दूसरे के साथ विभिन्न तरीकों से जुड़ सकते हैं और पॉलीथीन का निर्माण कर सकते हैं। चेन के समापन का एक तरीका निम्नलिखित रूप में दर्शाया गया है:

एकल मॉनोमर प्रजाति के पॉलिमराइज़ेशन द्वारा निर्मित एडिशन पॉलिमर्स को होमोपॉलिमर्स कहा जाता है, उदाहरण के लिए उपरोक्त परिचित पॉलीथीन एक होमोपॉलिमर है।

दो अलग-अलग मॉनोमर्स के पॉलिमराइज़ेशन द्वारा निर्मित पॉलिमर्स को कोपॉलिमर्स कहा जाता है। बुना-एस, जो बुटा-1, 3-डायएन और स्टायरीन के पॉलिमराइज़ेशन द्वारा निर्मित होता है, एडिशन पॉलिमराइज़ेशन द्वारा निर्मित कोपॉलिमर का एक उदाहरण है।

15.2.1.2 कुछ महत्वपूर्ण एडिशन पॉलिमर्स

(ए) पॉलीथीन

पॉलीथीन रैखिक या हल्के से शाखाओं वाले दीर्घ चेन अवयव हैं। ये गरम होने पर बार-बार नरम हो सकते हैं और ठंडे होने पर मजबूत हो सकते हैं और इसलिए ये थर्मोप्लास्टिक पॉलिमर्स हैं। पॉलीथीन के दो प्रकार निम्नलिखित हैं:

(अ) कम घनत्व पॉलीथीन: यह एथीन के पॉलिमराइज़ेशन द्वारा प्राप्त होता है, जो 1000 से 2000 एट्मोस्फ़ीयर के उच्च दबाव में $350 \mathrm{~K}$ से $570 \mathrm{~K}$ के तापमान पर डायओक्सीज़ के कुछ निशान या पराक्साइड उत्प्रेरक (धातु) के साथ होता है। कम घनत्व पॉलीथीन (LDP) आणविक अवयव एडिशन और $\mathrm{H}$-अटॉम अब्सर्प्शन के माध्यम से प्राप्त होता है। यह एक बहुत अधिक शाखाओं वाली संरचना रखता है। इन पॉलिमर्स की सीधी चेन संरचना होती है जिसमें कुछ शाखाएं होती हैं, जैसा नीचे दिखाया गया है।

कम घनत्व पॉलीथीन रासायनिक रूप से निर्बाध है लेकिन मजबूत लेकिन लचीला है और बिजली के प्रवाह को बहुत कम बाधित करता है। इसलिए, यह बिजली आपूर्ति के तारों की इनसुलेशन और स्क्वीज़ बाउल, खिलौने और लचीले पाइप के निर्माण में उपयोग किया जाता है।

(ब) उच्च घनत्व पॉलीथीन: यह एथीन के एडिशन पॉलिमराइज़ेशन द्वारा निर्मित होता है, जब यह हाइड्रोकार्बन शॉल्टर में होता है और ट्राय-एथिलअल्युमीनियम और टाइटानियम टेट्राक्लोराइड (ज़ीगलर-नाता धातु) जैसे धातु के साथ $333 \mathrm{~K}$ से $343 \mathrm{~K}$ के तापमान पर और 6-7 एट्मोस्फ़ीयर के दबाव में होता है। उच्च घनत्व पॉलीथीन (HDP) जो इस प्रकार निर्मित होता है, सीधे अवयवों से बना होता है जैसा नीचे दिखाया गया है और अभिग्रही पैकिंग के कारण उच्च घनत्व रखता है। ऐसे पॉलिमर्स को भी रैखिक पॉलिमर्स कहा जाता है। उच्च घनत्व पॉलिमर्स रासायनिक रूप से निर्बाध हैं और अधिक मजबूत और मजबूत हैं। यह बाउल, धूल की डालियाँ, बोतलें, पाइप आदि के निर्माण के लिए उपयोग किया जाता है।

(ब) पॉलीटेट्रफ्लूओरएथीन (टेफलॉन) टेफलॉन टेट्राफ्लूओरएथीन के साथ उच्च दबाव में आणविक अवयव या पर्सल्फेट धातु के साथ गरम करके निर्मित किया जाता है। यह रासायनिक रूप से निर्बाध है और क्षतिग्रस्त प्रतिक्रिया के द्वारा हमले के प्रति प्रतिरोधी है। यह तेल सील और गैस्ट के निर्माण में और भी उपयोग किया जाता है और गैर-चिपकने वाली सतह पर कोट किए गए उपकरणों के लिए भी उपयोग किया जाता है।

(ज) पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल एक्रिलोनाइट्राइल के एडिशन पॉलिमराइज़ेशन आणविक अवयव के साथ पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल के निर्माण का कारण बनता है।

$$ \underset{\text { Tetrafluoroethene }}{\mathrm{nCC_{2 }}=\mathrm{CF_2}} \xrightarrow[\text { High pressure }]{\text { Catalyst }} \underset{\text { Teflon }}{\left[\mathrm{CF_2}-\mathrm{CF_2}\right]_{\mathrm{n}}} $$

पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल को ऊर्जा के लिए एक प्रतिस्थापन के रूप में उपयोग किया जाता है, जैसे ऑर्लॉन या एक्रिलैन जैसे वाणिज्यिक रेशे के निर्माण में।

उदाहरण 15.1

$+\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH}\left(\mathrm{C_6} \mathrm{H_5}\right)+_{n}$ होमोपॉलिमर या कोपॉलिमर है?

समाधान

यह एक होमोपॉलिमर है और जिस मॉनोमर से यह प्राप्त किया जाता है, वह स्टायरीन $\mathrm{C_6} \mathrm{H_5} \mathrm{CH}=\mathrm{CH_2}$ है।

15.2.2 कंडेंसेशन पॉलिमराइज़ेशन या स्टेप ग्रोथ पॉलिमराइज़ेशन

इस प्रकार के पॉलिमराइज़ेशन में आमतौर पर दो बाइ-फंक्शनल या ट्राय-फंक्शनल मॉनोमर यूनि