پلیمرهای تجمعی

مطالعات انجام شده توسط محققین در انشگاه ویرجینیا (UVA) در مورد پلیمرهای تجمعی حقایق جالبی در مورد این دسته بندی از ماکرومولکول­ها فاش کرده است.

لی‌هنگ چای، استادیار دانشگاه ویرجینیا و عضو هیئت علمی دپارتمان مهندسی شیمی، مهندسی و علوم مواد بیان داشت که یافته‌های جدید در مورد پلیمرهای تجمعی باعث تعریف کاربردهای جدیدی برای این پلیمرها من جمله مهندسی پلاستیک‌های قابل بازیافت تا مهندسی بافت و حتی کنترل قوام رنگ و جلوگیری از شره کردن آن شده است.

در ابتدا بهتر است به اختصار به معرفی پلیمرهای تجمعی پرداخته شود؛ پلیمرهای تجمعی (associative polymers) طبقه خاصی از پلیمرها هستند که در آن‌ها واحدهای تکرار شونده توسط پیوندهای شیمیایی ضعیف یا فیزیکی برگشت پذیر که به آن‌ها گروه‌های چسبنده نیز می‌گویند، به یکدیگر متصل هستند؛ به این معنا که این ساختارها قابل شکسته شدن و بازارایی مجدد هستند.

یافته‌های تیم لی‌هنگ چای در این باره در قالب مقاله‌ای در ژورنال Physical Review Letters چاپ شده است. پلیمرهای تجمعی جدید مورد مطالعه در آزمایشگاه چای در دانشگاه ویرجینیا سنتز شده و توسط دانشجویان ایشان مورد مطالعه قرار گرفت. از جمله این مطالعات می‌توان به مطالعه دینامیک این پلیمرهای تجمعی اشاره کرد.

این فرایند در مقیاس ماکروسکوپیک باعث ایجاد خواصی در این پلیمرها می‌شود که در پلیمرهای عادی وجود ندارد لذا می‌توان آن‌ها را در کاربردهای ویژه و زمینه‌های گسترده‌ای به کار برد. برای مثال از پلیمرهای تجمعی می­توان در اصلاح ویسکوزیته سوخت‌ها استفاده کرد، به کمک آن‌ها ساختارهای خود ترمیم شونده چقرمه تولید کرد و همچنین در زمینه مهندسی بافت داربست‌هایی با خواص فیزیکی مکانیکی مناسب تولید کرد که به بازسازی بافت کمک می‌کنند.

این تیم تحقیقاتی با ابداع انواع جدیدی از پلیمرهای تجمعی و مطالعه آنها، تاثیر برهم کنش‌های بازگشت پذیر را بر دینامیک این پلیمرها مطالعه کردند. دینامیک و رفتار پلیمرها بستگی به دمای انتقال شیشه‌ای آن‌ها، ویسکوزیته و نیز الاستیسیته آن‌ها دارد. با کنترل این عوامل می‌توان پلیمرهایی مناسب برای بازسازی بافت و کاربردهای پزشکی و سایر کاربردها داشت. به مدت 30 سال است که عقیده عموم محققین بر این است که اگر پیوندهای برگشت پذیر دست نخورده باقی مانده و تحت تنش قرار نداشته باشند، به مثابه عامل اتصال عرضی عمل کرده و چنین ماده‌ای رفتاری لاستیکی یا "رابری" خواهد داشت. اما یافته محققین دانشگاه ویرجینیا مطابق این باور نبود. ایشان با همکاری شیوانگ چنگ، استادیار دپارتمان مهندسی شیمی و علوم مواد در دانشگاه میشیگان و متخصص دینامیک جریان، رفتار جریان پلیمرهای تجمعی خود را در گستره وسیعی از مقیاس های زمانی بررسی کردند و دریافتند که باندهای برگشت پذیر موجود در پلیمرهای تجمعی، حرکت آن‌ها را کند کرده و انرژی را مستقل از شبکه رابری تلف می­کنند. در واقع تا کنون باور بر این بود که حضور این باندها بر بازه رابری تاثیر دارند اما در این تحقیق نشان داده شد که این برهم کنش‌های برگشت پذیر بر خواص پلیمر در ناحیه شیشه‌ای آن تاثیر دارند. نکته قابل توجه دیگر این است که تاکنون باور محققین بر این بود که عامل کنترل کننده رفتار پلیمرهای تجمعی استحکام پیوندهای برگشت پذیر است اما در تحقیقات جدید مشخص شد که در واقع تراکم تعداد این پیوندها نقش مهمتری در تعیین رفتار جریان این پلیمرها دارد.

 در نهایت نیز در مسیر این تحقیق چای و همکارانش موفق به ارائه یک تئوری مولکولی جدید شدند که قادر به توضیح رفتار پلیمرهای تمجعی است. در واقع به کمک این مدل مولکولی می­توان این پلیمرها را بهتر مهندسی کرده و خواص ویژه‌ای را همچون سفتی بالا و توانایی خود ترمیم شوندگی سریع در آن‌ها بهبود داد.