पॉलिमर रसायन

बहुलक रसायन शास्त्र का एक उप-अनुशासन है जो रसायनों, रासायनिक संश्लेषण और बहुलक और सूक्ष्म अणु के भौतिक गुणों की संरचनाओं पर केंद्रित है। बहुलक रसायन शास्त्र के अंतर्गत उपयोग किए जाने वाले सिद्धांत और विधियां कार्बनिक रसायन शास्त्र, विश्लेषणात्मक रसायन शास्त्र और भौतिक रसायन शास्त्र जैसे अन्य रसायन शास्त्र उप-विषयों की एक विस्तृत श्रृंखला के माध्यम से भी लागू होती हैं। पूर्ण रूप से अकार्बनिक धातुओं और मिट्टी के पात्र से लेकर डीएनए और अन्य जैविक सूक्ष्म अणु तक कई सामग्रियों में बहुलक संरचनाएं होती हैं। हालाँकि, बहुलक रसायन विज्ञान सामान्यतः कृत्रिमता और कार्बनिक यौगिकों से संबंधित है। रासायनिक संश्लेषण बहुलक वाणिज्यिक सामग्रियों और दैनिक उपयोग के उत्पादों, जैसे प्लास्टिक और मानवीकृत रबर में सर्वव्यापी हैं, और समग्र सामग्री के प्रमुख घटक हैं। बहुलक रसायन विज्ञान को बहुलक विज्ञान या यहां तक ​​कि नैनो प्रौद्योगिकी के व्यापक क्षेत्रों में भी सम्मिलित किया जा सकता है, जिनमें से दोनों को बहुलक भौतिकी और बहुलक इंजीनियरिंग को सम्मिलित करने के रूप में वर्णित किया जा सकता है।

इतिहास
1777 में हेनरी ब्रैकोनॉट के प्रयोग और 1846 में क्रिश्चियन शॉनबीन के प्रयोग ने नाइट्रोसेल्यूलोज की खोज की, जिसे कपूर के साथ इलाज करने पर सेलुलॉइड का उत्पादन करता था। दिएथील ईथर या एसीटोन में घुलने पर, यह कॉलोडियन बन जाता है, जिसका उपयोग अमेरिकी नागरिक युद्ध के बाद से घाव की ड्रेसिंग के रूप में किया जाता रहा है। यू.एस. गृहयुद्ध सेलूलोज एसीटेट पहली बार 1865 में तैयार किया गया था। 1834-1844 के वर्षों में रबर (पॉलीसोप्रीन) के गुणों को गंधक के साथ गर्म करके नवीनीकृत अवस्था में लाया गया, इस प्रकार वल्केनाइजेशन प्रक्रिया को स्थापित किया गया।

1884 में हिलैरे डे चारडोनेट ने रेशम के विकल्प के रूप में पुनर्जीवित सेलूलोज़, या विस्कोस रेयॉन पर आधारित पहला कृत्रिम फाइबर संयंत्र प्रारम्भ किया, लेकिन यह बहुत ज्वलनशील था। 1907 में लियो बेकलैंड ने जीवों के उत्पादों से स्वतंत्र बने पहले बहुलक का आविष्कार किया, एक ताप स्थापन फॉर्मोल्डिहाइड रेजिन जिसे एक प्रकार का प्लास्टिक कहा जाता है। उसी समय के आसपास, हरमन ल्यूच ने न्यूक्लियोफिल्स के साथ प्रतिक्रिया पर अमीनो एसिड एन-कार्बोक्सिनहाइड्राइडस और उनके उच्च आणविक भार उत्पादों के संश्लेषण की सूचना दी, लेकिन इन्हें बहुलक के रूप में संदर्भित करने से रोक दिया, संभवतः हरमन एमिल फिशर द्वारा समर्थित मजबूत विचारों के कारण, उनके प्रत्यक्ष पर्यवेक्षक, 6,000 डाल्टन से अधिक किसी भी सहसंयोजक अणु की संभावना से अस्वीकार करते हैं। सिलोफ़न का आविष्कार 1908 में जोक्स ब्रैंडनबर्गर द्वारा किया गया था, जिन्होंने अम्ल के साथ विस्कोस रेयान की चादरों का आविष्कार किया था।

रसायन शास्त्री हरमन स्टुडिंगर ने सबसे पहले प्रस्तावित किया कि बहुलक में सहसंयोजक बंधों द्वारा एक साथ बंधे परमाणुओं की लंबी श्रृंखला होती है, जिसे उन्होंने मैक्रोमोलेक्युलस कहा। उनके प्रयोग ने बहुलक की रासायनिक समझ का विस्तार किया और उसके बाद बहुलक रसायन विज्ञान के क्षेत्र का विस्तार किया, जिसके दौरान नियोप्रिन, नायलॉन और पॉलिएस्टर जैसी बहुलक सामग्री का आविष्कार किया गया। स्टुडिंगर से पहले, बहुलक को छोटे अणुओं (कोलाइडस) के समूहों के रूप में माना जाता था, बिना निश्चित आणविक द्रव्यमान के, एक अज्ञात बल द्वारा एक साथ रखा जाता था। स्टॉडिंगर को 1953 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार मिला। वालेस कैरोथर्स ने 1931 में नियोप्रीन नामक पहला मानवीकृत रबर का आविष्कार किया, पहला पॉलिएस्टर, और 1935 में नायलॉन, एक उच्च रेशम प्रतिस्थापन का आविष्कार किया। पॉल फ्लोरी को रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया। 1974 में 1950 के दशक में विलयन में बहुलक यादृच्छिक कुंडल विन्यास पर उनके प्रयोग के लिए स्टेफ़नी कोवलेक ने 1966 में पेटेंट किए गए केवलर नामक एक धातु या सुगंधित नायलॉन का विकास किया। कार्ल ज़िगलर और जूलियस नट्टा को अल्केन्स के बहुलकीकरण के लिए ज़िग्लर-नट्टा उत्प्रेरक की खोज के लिए नोबेल पुरस्कार मिला। पॉलीसेटिलीन और संबंधित प्रवाहकीय बहुलक के विकास के लिए एलन जे. हीगर, एलन मैकडिआर्मिड और हिदेकी शिराकावा को रसायन विज्ञान में 2000 के नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया। पॉलीएसिटिलीन को व्यावहारिक अनुप्रयोग नहीं मिला, लेकिन ओएलईडी कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड (ओएलईडी) बहुलक के संचालन के एक आवेदन के रूप में उभरा। बहुलक रसायन विज्ञान में शिक्षण और अनुसंधान कार्यक्रम 1940 के दशक में प्रारम्भ किए गए थे। स्टुडिंगर के निर्देशन में 1940 में फ्रीबर्ग, जर्मनी में मैक्रोमोलेक्युलर केमिस्ट्री के लिए एक संस्थान की स्थापना की गई थी। अमेरिका में, एक बहुलक रिसर्च इंस्टीट्यूट (PRI) की स्थापना 1941 में हरमन मार्क द्वारा ब्रुकलिन के पॉलिटेक्निक संस्थान (अब NYU के पॉलिटेक्निक संस्थान) में की गई थी।

बहुलक और उनके गुण
बहुलक एकलक के बहुलकीकरण द्वारा गठित उच्च आणविक द्रव्यमान यौगिक हैं। सरल प्रतिक्रियाशील अणु जिससे एक बहुलक की दोहराई जाने वाली संरचनात्मक इकाइयाँ प्राप्त होती हैं, एक मोनोमर कहलाती हैं। एक बहुलक को कई तरह से वर्णित किया जा सकता है: इसके पोलीमराइजेशन की डिग्री, द्रव्यमान वितरण, चातुर्य, सहबहुलक वितरण, ब्रांचिंग की डिग्री (बहुलक केमिस्ट्री), इसके अंत समूह, पार लिंक, क्रिस्टलीयता और थर्मल गुणों जैसे कि इसका ग्लास संक्रमण तापमान और पिघलने का तापमान विलयन (रसायन विज्ञान) में बहुलक में घुलनशीलता, श्यानता और जमाव के संबंध में विशेष विशेषताएं ब्रांचिंग (बहुलक रसायन) विज्ञान के मात्रात्मक पहलुओं का उदाहरण, $$M_n$$ और $$M_w$$, क्रमश संख्या-औसत और भार-औसत आणविक भार पर विशेष ध्यान दिया जाता है। $$ 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 $$

शुटजेन्स-फ्लेयर थ्योरी, फ्लोरी-हगिंस सॉल्यूशन थ्योरी, कोसी-अर्लमैन मैकेनिज्म, पॉलिमर फील्ड थ्योरी, हॉफमैन न्यूक्लिएशन थ्योरी, फ्लोरी-स्टॉकमेयर थ्योरी, और कई अन्य सहित कई सिद्धांतों द्वारा बहुलक के गठन और गुणों को युक्तिसंगत बनाया गया है।

बहुलक ऊष्मप्रवैगिकी का अध्ययन विभिन्न बहुलक-आधारित सामग्रियों जैसे पॉलीस्टाइरीन (स्टायरोफोम) और पॉली पॉलीकार्बोनेट के भौतिक गुणों को बेहतर बनाने में मदद करता है। सामान्य सुधारों में सख्त करना, प्रभाव प्रतिरोध में सुधार करना, जैव निम्ननियता में सुधार करना और सामग्री की घुलनशीलता में बदलाव करना सम्मिलित है।

श्यानता
जैसे-जैसे बहुलक लंबे होते जाते हैं परिणामतः उनका आणविक भार बढ़ता जाता है, उनकी श्यानता बढ़ती जाती है। इस प्रकार, बहुलक की मापी गई श्यानता बहुलक की औसत लंबाई, प्रतिक्रियाओं की प्रगति और बहुलक शाखाओं के तरीकों के बारे में बहुमूल्य जानकारी प्रदान कर सकती है।

वर्गीकरण
बहुलक को कई तरह से वर्गीकृत किया जा सकता है। बहुलक में जटिल अभ्यावेदन, सबसे ठोस पदार्थ सम्मिलित हैं: खनिज (अर्थात पृथ्वी की पपड़ी का अधिकांश हिस्सा) बड़े पैमाने पर बहुलक हैं, धातुएं 3-डी बहुलक हैं, जीव, जीवित और मृत, बड़े पैमाने पर बहुलक और पानी से बने होते हैं। प्रायः बहुलक को उनकी उत्पत्ति के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है:
 * जैव बहुलक
 * मानवीकृत बहुलक
 * अकार्बनिक बहुलक

बायोपॉलिमर्स संरचनात्मक और कार्यात्मक सामग्रियां हैं जिनमें जीवों में अधिकांश कार्बनिक पदार्थ सम्मिलित हैं। जैव बहुलक का एक प्रमुख वर्ग प्रोटीन है, जो एमिनो एसिड से प्राप्त होता है। बहुशर्करा, जैसे सेल्युलोज, काइटिन और स्टार्च, शर्करा से प्राप्त जैव बहुलक हैं। पॉली न्यूक्लिक अम्ल डीएनए और आरएनए फास्फोराइलेटेड शर्करा से लटके हुए न्यूक्लियोटाइड से प्राप्त होते हैं जो आनुवंशिक जानकारी रखते हैं।

मानवीकृत बहुलक प्लास्टिक, मानवीकृत फाइबर, निर्माण सामग्री, फर्नीचर, यांत्रिक भागों और चिपकने वाले पदार्थों में प्रकट होने वाली संरचनात्मक सामग्री हैं। मानवीकृत बहुलक को थर्माप्लास्टिक बहुलक और थर्मोसेट प्लास्टिक में विभाजित किया जा सकता है। थर्माप्लास्टिक बहुलक में पॉलिएथिलीन, टेफ्लान, पॉलीस्टीरिन, पॉलीप्रोपाइलीन, पॉलिएस्टर, पॉलियूरिथेन, पॉली (पॉलिमिथाइल मेथाक्रायलेट), पॉलीविनाइल क्लोराइड, नाइलॉन और रेयॉन सम्मिलित हैं। थर्मोसेट प्लास्टिक में वल्केनाइजेशन रबड़, बैकेलाइट, केवलर और एपॉक्साइड सम्मिलित हैं। लगभग सभी मानवीकृत बहुलक पेट्रोकेमिकल्स से प्राप्त होते हैं।

यह भी देखें

 * बहुलक
 * बहुलक विज्ञान
 * बहुलक भौतिकी
 * रसायन विज्ञान
 * परिपथ टोपोलॉजी