पॉलीएमाइड

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एक पॉलीमाइड की सामान्य रासायनिक संरचना

पॉलीमाइड (कभी-कभी संक्षिप्त पीआई) एक बहुलक है जिसमें उच्च प्रदर्शन वाले प्लास्टिक के वर्ग से संबंधित इमाइड समूह होते हैं। अपने उच्च ताप-प्रतिरोध के साथ,पॉलीइमाइड कठोर कार्बनिक पदार्थों की मांग वाली भूमिकाओं में विविध अनुप्रयोगों का आनंद लेते हैं, उदहारण-उच्च तापमान ईंधन सेल, डिस्प्ले और विभिन्न सैन्य भूमिकाएं। एक क्लासिक पॉलीइमाइड केप्टन है, जो पाइरोमेलिटिक डायनहाइड्राइड और 4,4'-ऑक्सीडायनिलाइन | 4,4'-ऑक्सीडायनिलाइन के संघनन द्वारा निर्मित होता है।[1]


इतिहास

1908 में बोगार्ट और रेनशॉ द्वारा पहली पॉलीमाइड की खोज की गई थी।[2] उन्होंने पाया कि 4-एमिनो थैलिक एनहाइड्राइड गर्म होने पर पिघलता नहीं है लेकिन उच्च आणविक भार पॉलीइमाइड के गठन पर पानी परिवर्जित करता है। एडवर्ड और रॉबिन्सन द्वारा डायमाइन्स और टेट्रा एसिड या डायमाइन्स और डायएसिड्स/डाइस्टर के पिघल संलयन द्वारा पहला सेमीलिफैटिक पॉलीइमाइड तैयार किया गया था।[3] हालांकि, महत्वपूर्ण व्यावसायिक महत्व का पहला पॉलीमाइड - केप्टन -1950 के दशक में डुपोंट के श्रमिकों द्वारा अग्रणी था, जिन्होंने घुलनशील बहुलक अग्रदूत से जुड़े उच्च आणविक भार पॉलीमाइड के संश्लेषण के लिए एक सफल मार्ग विकसित किया था। आज तक यह मार्ग अधिकांश पॉलीइमाइड्स के उत्पादन के लिए प्राथमिक मार्ग बना हुआ है। 1955 से पॉलीइमाइड्स बड़े पैमाने पर उत्पादन में हैं।पॉलीइमाइड्स का क्षेत्र विभिन्न व्यापक पुस्तकों [4] [5] [6] और समीक्षा लेखों द्वारा कवर किया गया है। [7] [8]


वर्गीकरण

उनकी मुख्य श्रृंखला की संरचना के अनुसार, पॉलीइमाइड्स हो सकते हैं:

मुख्य जंजीरों के बीच बातचीत के प्रकार के अनुसार, पॉलीइमाइड्स हो सकते हैं:

  • थर्माप्लास्टिक: बहुत बार स्यूडोथर्मोप्लास्टिक कहा जाता है।
  • थर्मोसेटिंग: व्यावसायिक रूप से अनुपचारित रेजिन,पॉलीमाइड समाधान, स्टॉक आकार, पतली चादरें, टुकड़े टुकड़े और मशीनी भागों के रूप में उपलब्ध है।

संश्लेषण

पॉलीइमाइड तैयार करने के कई तरीके संभव हैं, उनमें से:

  • डायएसिड एनहाइड्राइड और डाईअमाईन (सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली विधि) के बीच प्रतिक्रिया।
  • डायोनहाइड्राइड और डायसोसायनेट के बीच प्रतिक्रिया।

एक डायमाइन और डायनहाइड्राइड का पोलीमराइजेशन दो-चरणीय विधि द्वारा किया जा सकता है जिसमें एक पॉली (एमिडोकारबॉक्सिलिक एसिड) पहले या सीधे एक-चरणीय विधि द्वारा तैयार किया जाता है। पॉलीमाइड संश्लेषण के लिए दो-चरणीय विधि सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया है। पहले एक घुलनशील पॉली (एमिडोकारबॉक्सिलिक एसिड) (2) तैयार किया जाता है जिसे पॉलीइमाइड (3) के दूसरे चरण में आगे की प्रक्रिया के बाद चक्रित किया जाता है। एक दो-चरणीय प्रक्रिया आवश्यक है क्योंकि अंतिम पॉलीइमाइड ज्यादातर विषयों में उनकी सुगंधित संरचना के कारण अघुलनशील और अघुलनशील होते हैं।

File:Polyimide Formation (schematic) V1.png

इन सामग्रियों के अग्रदूत के रूप में उपयोग किए जाने वाले डायनहाइड्राइड्स में पाइरोमेलिटिक डायनहाइड्राइड, बेंजोक्विनोनेटेट्राकारबॉक्सिलिक डायनहाइड्राइड और नेफ़थलीन टेट्राकारबॉक्सिलिक डायनहाइड्राइड सम्मिलित हैं। सामान्य डायमाइन बिल्डिंग ब्लॉक्स में 4,4'-डायमिनोडिफेनिल ईथर (डीएपीई),मेटा-फेनिलीनडायमाइन (एमडीए), और 3,3-डायमिनोडिफेनिलमीथेन सम्मिलित हैं।[1]इन सामग्रियों के भौतिक और विशेष रूप से प्रसंस्करण गुणों का मिलान करने के लिए सैकड़ों डायमाइन्स और डायनहाइड्राइड्स की जांच की गई है।ये सामग्रियां अघुलनशील होती हैं और उच्च मृदुकरण तापमान रखती हैं, जो तलीय उपइकाइयों के बीच आवेश-हस्तांतरण अंतःक्रियाओं से उत्पन्न होती हैं।[4]


विश्लेषण

अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी के माध्यम से इमिडाइजेशन रिएक्शन का अनुगमन किया जा सकता है। 3400 से 2700 सेमी पर पॉली (एमिक एसिड) के अवशोषण बैंड के अन्तर्धान होने की प्रतिक्रिया के दौरान आईआर स्पेक्ट्रम की विशेषता होती है−1 (OH खिंचाव), ~1720 और 1660 (एमाइड C=O) और ~1535 सेमी-1 (सी-एन खिंचाव)। इसी समय,विशेषता इमाइड बैंड की उपस्थिति ~ 1780 (C=O asymm), ~1720 (C=O symm), ~1360 (CN खिंचाव) और ~1160 और 745 सेमी पर देखी जा सकती है−1 (इमाइड रिंग विरूपण)।[5]⁠पॉलीमाइड का विस्तृत विश्लेषण[6] और कार्बोनेटेड पॉलीमाइड[7] और ग्रेफाइज्ड पॉलीमाइड[8] प्रविस्ट कर दिया हैं।

गुण

थर्मोसेटिंग पॉलीइमाइड को थर्मल स्थिरता, अच्छे रासायनिक प्रतिरोध, उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों और विशेषता नारंगी/पीले रंग के लिए जाना जाता है। कार्बन फाइबर) या फाइबर ग्लास रीइन्फोर्समेंट के साथ मिश्रित पॉलीइमाइड्स में तक की फ्लेक्सुरल ताकत होती है 340 MPa (49,000 psi) और का आनमनी मापांक 21,000 MPa (3,000,000 psi). थर्मोसेट पॉलिमर मैट्रिक्स पॉलीइमाइड्स बहुत कम रेंगना (विरूपण) और उच्च तन्यता ताकत प्रदर्शित करते हैं। 232 डिग्री सेल्सियस (450 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक के तापमान तक और 704 डिग्री सेल्सियस (1,299 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक के छोटे भ्रमण के लिए निरंतर उपयोग के दौरान इन गुणों को बनाए रखा जाता है।[9] ढाला पॉलीमाइड भागों और लैमिनेट्स में बहुत अच्छा गर्मी प्रतिरोध होता है। ऐसे भागों और लेमिनेट्स के लिए सामान्य ऑपरेटिंग तापमान क्रायोजेनिक से लेकर 260 °C (500 °F) से अधिक तक होता है| पॉलीइमाइड भी ज्वाला दहन के लिए स्वाभाविक रूप से प्रतिरोधी होते हैं और प्रायः ज्वाला मंदक के साथ मिश्रित होने की आवश्यकता नहीं होती है। अधिकांश में VTM-0 की प्रमाणन सूची होती है। पॉलीमाइड लेमिनेट्स में 400 घंटे के 249 डिग्री सेल्सियस (480 डिग्री फारेनहाइट) पर फ्लेक्सुरल स्ट्रेंथ हाफ लाइफ होती है।

प्रायः उपयोग किए जाने वाले सॉल्वैंट्स और तेलों से विशिष्ट पॉलीमाइड हिस्से प्रभावित नहीं होते हैं - जिनमें हाइड्रोकार्बन, एस्टर, ईथर, अल्कोहल और फ्रीन्स सम्मिलित हैं। वे क्षीण अम्लों का प्रतिरोध भी करते हैं लेकिन उन वातावरणों में उपयोग के लिए अनुशंसित नहीं होते हैं जिनमें क्षार या अकार्बनिक एसिड होते हैं। CP1 और CORIN XLS जैसे कुछ पॉलीइमाइड, विलायक-घुलनशील हैं और उच्च ऑप्टिकल स्पष्टता प्रदर्शित करते हैं। घुलनशीलता गुण उन्हें स्प्रे और कम तापमान चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए उधार देते हैं।

अनुप्रयोग

File:Kaptonpads.jpg
केप्टन फॉयल से बने थर्मली प्रवाहकीय पैड, मोटाई लगभग। 0.05 मिमी
File:Ruban-capton-adhesif.jpg
केप्टन चिपकने वाला टेप का रोल

इंसुलेशन और पैसिवेशन फिल्में

पॉलीमाइड सामग्री हल्के, लचीले, गर्मी और रसायनों के प्रतिरोधी हैं। इसलिए, उनका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में लचीले केबलों के लिए और चुंबक तार पर एक इन्सुलेट फिल्म के रूप में किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक लैपटॉप कंप्यूटर में, केबल जो मुख्य लॉजिक बोर्ड को डिस्प्ले से जोड़ता है (जो हर बार लैपटॉप के खुलने या बंद होने पर फ्लेक्स होना चाहिए) अक्सर कॉपर कंडक्टर के साथ एक पॉलीमाइड बेस होता है। पॉलीमाइड फिल्मों के उदाहरणों में एपिकल, केप्टन, यूपीआईएलईएक्स, वीटीईसी पीआई, नॉर्टन टीएच और कैप्ट्रेक्स सम्मिलित हैं।

File:Poly-oxydiphenylene-pyromellitimide.svg
पॉली-ऑक्सीडाइफेनिलीन-पाइरोमेलिटिमाइड, केप्टन की संरचना।

पॉलीमाइड का उपयोग चिकित्सा या उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए ऑप्टिकल फाइबर कोटिंग्स को कोट करने के लिए किया जाता है।[10]

एकीकृत परिपथ और MEMS के निर्माण में पॉलीमाइड राल का एक अतिरिक्त उपयोग एक इन्सुलेट और पैसिवेशन(रसायन विज्ञान) [16] परत के रूप में होता है|[11] परतों में अच्छी यांत्रिक लम्बाई और तन्य शक्ति होती है, जो पॉलीमाइड परतों के बीच या पॉलीमाइड परत और जमा धातु परत के बीच आसंजन में भी मदद करती है। गोल्ड फिल्म और पॉलीमाइड फिल्म के बीच न्यूनतम अंतःक्रिया, पॉलीमाइड फिल्म की उच्च तापमान स्थिरता के साथ मिलकर, एक ऐसी प्रणाली का परिणाम देती है जो विभिन्न प्रकार के पर्यावरणीय तनावों के अधीन होने पर विश्वसनीय इन्सुलेशन प्रदान करती है।[12][13] पॉलीमाइड का उपयोग सेलफोन एंटेना के लिए एक सब्सट्रेट के रूप में भी किया जाता है।[14] अंतरिक्ष यान पर प्रयुक्त बहु-परत इन्सुलेशन प्रायः अल्युमीनियम, चांदी, सोना या जर्मेनियम की पतली परतों के साथ लेपित पॉलीमाइड से बना होता है। अंतरिक्ष यान के बाहर अक्सर देखी जाने वाली सोने के रंग की सामग्री वास्तव में एकल एल्युमिनाइज्ड पॉलीमाइड होती है, जिसमें एल्यूमीनियम की एक परत होती है।[15] पीले-भूरे रंग का पॉलीइमाइड सतह को सोने जैसा रंग देता है।

यांत्रिक भागों

पॉलीमाइड पाउडर का उपयोग सिंटरिंग तकनीकों (हॉट कम्प्रेशन मोल्डिंग, डायरेक्ट फॉर्मिंग और आइसोस्टैटिक प्रेसिंग) द्वारा भागों और आकृतियों के उत्पादन के लिए किया जा सकता है। उच्च तापमान पर भी उनकी उच्च यांत्रिक स्थिरता के कारण उन्हें मांग वाले अनुप्रयोगों में झाड़ियों, बीयरिंगों, सॉकेट्स या रचनात्मक भागों के रूप में उपयोग किया जाता है। ट्राइबोलॉजिकल गुणों में सुधार करने के लिए सीसा, पीटीएफई, या मोलिब्डेनम सल्फाइड जैसे ठोस स्नेहक वाले यौगिक सामान्य हैं। पॉलीमाइड भागों और आकृतियों में P84 NT, VTEC PI, मेल्डिन, बर्तन और प्लाविस सम्मिलित हैं।

फिल्टर

कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्रों में, अपशिष्ट भस्मक, या सीमेंट संयंत्रों में, गर्म गैसों को छानने के लिए पॉलीमाइड फाइबर का उपयोग किया जाता है। इस एप्लिकेशन में, एक पॉलीमाइड सुई महसूस किया जाता है जो निकास गैस से धूल और कण पदार्थ को अलग करता है।

पॉलीइमाइड भी पानी की शुद्धि में रिवर्स ऑस्मोटिक फिल्म के लिए उपयोग की जाने वाली सबसे सामान्य सामग्री है, या पानी से पतला सामग्री की एकाग्रता, जैसे मेपल सिरप उत्पादन।[16][17]


अन्य

पॉलीमाइड का उपयोग मेडिकल टयूबिंग के लिए किया जाता है, उदा। संवहनी कैथेटर, लचीलेपन और रासायनिक प्रतिरोध के साथ इसके फट दबाव प्रतिरोध के लिए किया जाता है।

सेमीकंडक्टर उद्योग उच्च तापमान चिपकने वाले के रूप में पॉलीमाइड का उपयोग करता है; इसका उपयोग यांत्रिक तनाव बफर के रूप में भी किया जाता है।

कुछ पॉलीइमाइड को फोटोरेसिस्ट की तरह उपयोग किया जा सकता है; बाजार में सकारात्मक और नकारात्मक दोनों प्रकार के फोटोरेसिस्ट-जैसे पॉलीमाइड मौजूद हैं।

इकारोस सौर नौकायन अंतरिक्ष यान रॉकेट इंजन के बिना संचालित करने के लिए पॉलीमाइड राल पाल का उपयोग करता है।[18]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Wright, Walter W. and Hallden-Abberton, Michael (2002) "Polyimides" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a21_253
  2. ↑ Bogert, Marston Taylor; Renshaw, Roemer Rex (1 July 1908). "4-एमिनो-0-फ्थैलिक एसिड और इसके कुछ डेरिवेटिव।1". Journal of the American Chemical Society. 30 (7): 1135–1144. doi:10.1021/ja01949a012. hdl:2027/mdp.39015067267875. ISSN 0002-7863.
  3. ↑ US 2710853, Edwards, W. M.; Robinson, I. M., "पाइरोमेलिटिक एसिड के पॉलीइमाइड्स" 
  4. ↑ Liaw, Der-Jang; Wang, Kung-Li; Huang, Ying-Chi; Lee, Kueir-Rarn; Lai, Juin-Yih; Ha, Chang-Sik (2012). "उन्नत पॉलीमाइड सामग्री: संश्लेषण, भौतिक गुण और अनुप्रयोग". Progress in Polymer Science. 37 (7): 907–974. doi:10.1016/j.progpolymsci.2012.02.005.
  5. ↑ K. Faghihi, J. Appl. Polym. Sci., 2006, 102, 5062–5071. Y. Kung and S. Hsiao, J. Mater. Chem., 2011, 1746–1754. L. Burakowski, M. Leali and M. Angelo, Mater. Res., 2010, 13, 245–252.
  6. ↑ Kato, Tomofumi; Yamada, Yasuhiro; Nishikawa, Yasushi; Ishikawa, Hiroki; Sato, Satoshi (30 June 2021). "पॉलीमाइड का कार्बोनाइजेशन तंत्र: नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, पेंटागन और हेप्टागन के साथ कार्बन सामग्री का विश्लेषण करने की पद्धति". Carbon (in English). 178: 58–80. doi:10.1016/j.carbon.2021.02.090. ISSN 0008-6223. S2CID 233539984.
  7. ↑ Kato, Tomofumi; Yamada, Yasuhiro; Nishikawa, Yasushi; Ishikawa, Hiroki; Sato, Satoshi (30 June 2021). "पॉलीमाइड का कार्बोनाइजेशन तंत्र: नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, पेंटागन और हेप्टागन के साथ कार्बन सामग्री का विश्लेषण करने की पद्धति". Carbon (in English). 178: 58–80. doi:10.1016/j.carbon.2021.02.090. ISSN 0008-6223. S2CID 233539984.
  8. ↑ Kato, Tomofumi; Yamada, Yasuhiro; Nishikawa, Yasushi; Otomo, Toshiya; Sato, Hayato; Sato, Satoshi (1 October 2021). "कार्बन सामग्री के N1s एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रा में ग्रेफाइटिक और पाइरोलिक नाइट्रोजन की चोटियों की उत्पत्ति: चतुर्धातुक नाइट्रोजन, तृतीयक अमाइन, या द्वितीयक अमाइन?". Journal of Materials Science (in English). 56 (28): 15798–15811. Bibcode:2021JMatS..5615798K. doi:10.1007/s10853-021-06283-5. ISSN 1573-4803. S2CID 235793266.
  9. ↑ P2SI 900HT Tech Sheet. proofresearchacd.com
  10. ↑ Huang, Lei; Dyer, Robert S.; Lago, Ralph J.; Stolov, Andrei A.; Li, Jie (2016). "Mechanical properties of polyimide coated optical fibers at elevated temperatures". In Gannot, Israel (ed.). चिकित्सा निदान और उपचार अनुप्रयोगों के लिए ऑप्टिकल फाइबर और सेंसर XVI. चिकित्सा निदान और उपचार अनुप्रयोगों के लिए ऑप्टिकल फाइबर और सेंसर XVI. Vol. 9702. pp. 97020Y. doi:10.1117/12.2210957. S2CID 123400822.
  11. ↑ Jiang, Jiann-Shan; Chiou, Bi-Shiou (2001). "Cu मल्टीलेयर इंटरकनेक्शन के इलेक्ट्रोमाइग्रेशन पर पॉलीमाइड पैसिवेशन का प्रभाव". Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 12 (11): 655–659. doi:10.1023/A:1012802117916. S2CID 136747058.
  12. ↑ Krakauer, David (December 2006) Digital Isolation Offers Compact, Low-Cost Solutions to Challenging Design Problems. analog.com
  13. ↑ Chen, Baoxing. iCoupler Products with isoPower Technology: Signal and Power Transfer Across Isolation Barrier Using Microtransformers. analog.com
  14. ↑ "ऐप्पल 2018 में प्रमुख उत्पाद लाइनों में तेजी से एलसीपी सर्किट बोर्ड तकनीक अपनाएगा".
  15. ↑ "थर्मल नियंत्रण अवलोकन" (PDF). Sheldahl Multi Layer Insulation. Retrieved 28 December 2015.
  16. ↑ What is a reverse osmosis water softener? wisegeek.net
  17. ↑ Shuey, Harry F. and Wan, Wankei (22 December 1983) U.S. Patent 4,532,041 Asymmetric polyimide reverse osmosis membrane, method for preparation of same and use thereof for organic liquid separations.
  18. ↑ Courtland, Rachel (10 May 2010). "पहली सच्ची अंतरिक्ष यात्रा के लिए पहली यात्रा". The New Scientist. Retrieved 11 June 2010.


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