Polymer engineering
પોલિમર ઇજનેરી સામાન્ય રીતે એક ઇજનેરી ક્ષેત્ર છે જે પોલિમર સામગ્રીની રચના, વિશ્લેષણ અને તેમાં ફેરફાર કરે છે. પોલિમર ઇજનેરીમાં પેટ્રોકેમિકલ ઉદ્યોગના પાસાઓ, પોલિમરાઇઝેશન, પોલિમરનું માળખું અને લાક્ષણિકતા, પોલિમરના ગુણધર્મો, પોલિમરનું સંયોજન અને પ્રક્રિયા અને મુખ્ય પોલિમરનું વર્ણન, માળખાકીય ગુણધર્મ સંબંધો અને ઉપયોગોનો સમાવેશ થાય છે. "પોલિમર" શબ્દ સ્વીડિશ રસાયણશાસ્ત્રી જે. જે. બર્ઝેલિયસ દ્વારા રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો. તેમણે, ઉદાહરણ તરીકે, બેન્ઝિન (C6H6) ને ઇથેન (C2H2) નું પોલિમર માન્યું. પાછળથી, આ વ્યાખ્યામાં સૂક્ષ્મ ફેરફાર કરવામાં આવ્યો. પોલિમરના માનવ ઉપયોગનો ઇતિહાસ 19મી સદીના મધ્યભાગથી લાંબો રહ્યો છે, જ્યારે તેણે કુદરતી પોલિમરના રાસાયણિક ફેરફારમાં પ્રવેશ કર્યો હતો. 1839 માં, ચાર્લ્સ ગુડઇયરને રબર વલ્કેનાઈઝેશનના સંશોધનમાં નિર્ણાયક પ્રગતિ મળી, જેણે કુદરતી રબરને વ્યવહારુ ઇજનેરી સામગ્રીમાં ફેરવી દીધું છે. 1870માં, જે. ડબલ્યુ. હયાત નાઈટ્રોસેલ્યુલોઝ પ્લાસ્ટિકને ઔદ્યોગિક બનાવવા માટે નાઈટ્રોસેલ્યુલોઝને પ્લાસ્ટિકાઇઝ કરવા માટે કપૂરનો ઉપયોગ કરે છે. 1907 એલ. બેકલેન્ડે પ્રથમ થર્મોસેટિંગ ફેનોલિક રેઝિનના સંશ્લેષણની જાણ કરી હતી, જેનું 1920ના દાયકામાં ઔદ્યોગિકરણ કરવામાં આવ્યું હતું, જે પ્રથમ કૃત્રિમ પ્લાસ્ટિક ઉત્પાદન હતું. 1920માં, એચ. સ્ટેન્ડિંગરે પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો કે પોલિમર લાંબા સાંકળવાળા અણુઓ છે જે સામાન્ય સહસંયોજક બંધ દ્વારા માળખાકીય એકમો દ્વારા જોડાયેલા હોય છે. આ નિષ્કર્ષે આધુનિક પોલિમર વિજ્ઞાનની સ્થાપના માટેનો પાયો નાખ્યો. ત્યારબાદ, કેરોથર્સે કૃત્રિમ પોલિમરને બે વ્યાપક વર્ગોમાં વિભાજિત કર્યા, એટલે કે પોલીકોન્ડેન્સેશન પ્રતિક્રિયા દ્વારા મેળવેલ પોલીકોન્ડેન્સેટ અને પોલીએડિશન પ્રતિક્રિયા દ્વારા મેળવેલ એડિશન પોલિમર. 1950 ના દાયકામાં, કે. ઝીગલર અને જી. નટ્ટાએ સંકલન પોલિમરાઇઝેશન ઉત્પ્રેરકની શોધ કરી અને સ્ટીરિયોરેગ્યુલર પોલિમરના સંશ્લેષણના યુગની પહેલ કરી. મેક્રોમોલેક્યુલ્સની વિભાવનાની સ્થાપના પછીના દાયકાઓમાં, ઉચ્ચ પોલિમરના સંશ્લેષણનો ઝડપી વિકાસ થયો છે, અને ઘણા મહત્વપૂર્ણ પોલિમરનું એક પછી એક ઔદ્યોગિકરણ કરવામાં આવ્યું છે. વર્ગીકરણ થર્મોપ્લાસ્ટિક્સ, ઇલાસ્ટોમર્સ અને થર્મોસેટ્સમાં પોલિમરનું મૂળભૂત વિભાજન તેમના ઉપયોગના ક્ષેત્રોને વ્યાખ્યાયિત કરવામાં મદદ કરે છે. થર્મોપ્લાસ્ટિક થર્મોપ્લાસ્ટિક એ પ્લાસ્ટિકનો ઉલ્લેખ કરે છે જે ગરમીને નરમ કરવા અને ઠંડક સખ્તાઇ ગુણધર્મો ધરાવે છે. આપણા રોજિંદા જીવનમાં આપણે જે પ્લાસ્ટિકનો ઉપયોગ કરીએ છીએ તે મોટાભાગે આ શ્રેણીમાં આવે છે. તે નરમ બને છે અને ગરમ થાય ત્યારે વહે છે, અને ઠંડક સખત બને છે. આ પ્રક્રિયા ઉલટાવી શકાય તેવી છે અને તેનું પુનરાવર્તન કરી શકાય છે. થર્મોપ્લાસ્ટિકમાં પ્રમાણમાં ઓછી તાણ મોડ્યુલી હોય છે, પરંતુ તેમાં ઓછી ઘનતા અને પારદર્શિતા જેવા ગુણધર્મો પણ હોય છે જે તેમને ગ્રાહક ઉત્પાદનો અને તબીબી ઉત્પાદનો માટે આદર્શ બનાવે છે. તેમાં પોલિઇથિલિન, પોલીપ્રોપીલિન, નાયલોન, એસિટલ રેઝિન, પોલીકાર્બોનેટ અને પીઇટીનો સમાવેશ થાય છે, જે તમામ વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી સામગ્રી છે. ઇલાસ્ટોમર્સ એક ઇલાસ્ટોમર્સ સામાન્ય રીતે એવી સામગ્રીનો ઉલ્લેખ કરે છે જે બાહ્ય બળને દૂર કર્યા પછી તેની મૂળ સ્થિતિમાં પુનઃસ્થાપિત કરી શકાય છે, જ્યારે સ્થિતિસ્થાપકતા ધરાવતી સામગ્રી જરૂરી નથી કે તે ઇલાસ્ટોમર્સ હોય. ઇલાસ્ટોમર માત્ર નબળા તણાવ હેઠળ વિકૃત થાય છે, અને તણાવને ઝડપથી મૂળ સ્થિતિ અને કદની નજીક પોલિમર સામગ્રીમાં પુનઃસ્થાપિત કરી શકાય છે. ઇલાસ્ટોમર્સ એ પોલિમર છે જે ખૂબ જ ઓછી મોડ્યુલી ધરાવે છે અને જ્યારે તાણ આવે ત્યારે ઉલટાવી શકાય તેવું વિસ્તરણ દર્શાવે છે, જે કંપન શોષણ અને ભીનાશ માટે મૂલ્યવાન ગુણધર્મ છે. તેઓ કાં તો થર્મોપ્લાસ્ટિક હોઈ શકે છે (આ કિસ્સામાં તેઓ થર્મોપ્લાસ્ટિક ઇલાસ્ટોમર્સ તરીકે ઓળખાય છે) અથવા ક્રોસ-લિંક્ડ હોઈ શકે છે, જેમ કે ટાયર જેવા મોટાભાગના પરંપરાગત રબર ઉત્પાદનોમાં. પરંપરાગત રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા લાક્ષણિક રબરમાં કુદરતી રબર, નાઇટ્રાઇલ રબર, પોલીક્લોરોપ્રીન, પોલીબ્યુટાડાઈન, સ્ટાયરીન-બ્યુટાડાઈન અને ફ્લોરિનયુક્ત રબરનો સમાવેશ થાય છે. થર્મોસેટ થર્મોસેટિંગ રેઝિનનો ઉપયોગ મુખ્ય ઘટક તરીકે થાય છે, અને પ્લાસ્ટિક જે ઉત્પાદન બનાવે છે તે વિવિધ જરૂરી ઉમેરણો સાથે સંયોજનમાં ક્રોસ-લિંકિંગ ક્યુરિંગ પ્રક્રિયા દ્વારા રચાય છે. તે ઉત્પાદન અથવા મોલ્ડિંગ પ્રક્રિયાના પ્રારંભિક તબક્કામાં પ્રવાહી હોય છે, અને તે ઉપચાર પછી અદ્રાવ્ય અને અદ્રાવ્ય હોય છે, અને તેને ફરીથી ઓગાળી શકાતું નથી અથવા નરમ કરી શકાતું નથી. સામાન્ય થર્મોસેટિંગ પ્લાસ્ટિકમાં ફેનોલિક પ્લાસ્ટિક, ઇપોક્સી પ્લાસ્ટિક, એમિનોપ્લાસ્ટ, અસંતૃપ્ત પોલિએસ્ટર, આલ્કાઇડ પ્લાસ્ટિક અને તેના જેવા છે. થર્મોસેટ પ્લાસ્ટિક અને થર્મોપ્લાસ્ટિક એકસાથે કૃત્રિમ પ્લાસ્ટિકના બે મુખ્ય ઘટકો બનાવે છે. થર્મોસેટિંગ પ્લાસ્ટિકને બે પ્રકારમાં વહેંચવામાં આવે છેઃ ફોર્મેલ્ડિહાઇડ ક્રોસ-લિંકિંગ પ્રકાર અને અન્ય ક્રોસ-લિંકિંગ પ્રકાર. થર્મોસેટ્સમાં ફિનોલિક રેઝિન, પોલિએસ્ટર અને ઇપોક્રીસ રેઝિનનો સમાવેશ થાય છે, જે તમામ ફાઇબરગ્લાસ અને અરામિડ્સ જેવા સખત તંતુઓ સાથે મજબૂત કરવામાં આવે ત્યારે સંયુક્ત સામગ્રીમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. ક્રોસ-લિંકિંગ આ સામગ્રીના થર્મોસેટ પોલિમર મેટ્રિક્સને સ્થિર કરે છે, તેથી તેઓ સ્ટીલ જેવી પરંપરાગત ઇજનેરી સામગ્રી જેવા ભૌતિક ગુણધર્મો ધરાવે છે. જો કે, ધાતુઓની સરખામણીમાં તેમની ખૂબ ઓછી ઘનતા તેમને હળવા વજનના માળખા માટે આદર્શ બનાવે છે. વધુમાં, તેઓ થાકથી ઓછા પીડાય છે, તેથી સલામતી-નિર્ણાયક ભાગો માટે આદર્શ છે જે સેવામાં નિયમિતપણે ભાર મૂકે છે. સામગ્રી પ્લાસ્ટિક પ્લાસ્ટિક એક પોલિમર સંયોજન છે જે પોલીએડિશન પોલિમરાઇઝેશન અને પોલીકોન્ડેન્સેશન દ્વારા પોલિમરાઇઝ થાય છે. તે રચના અને આકાર બદલવા માટે મુક્ત છે. તે કૃત્રિમ રેઝિન અને ફિલર્સ, પ્લાસ્ટિસાઇઝર્સ, સ્ટેબિલાઇઝર્સ, લ્યુબ્રિકન્ટ્સ, કલરન્ટ્સ અને અન્ય એડિટિવ્સથી બનેલું છે. પ્લાસ્ટિકનો મુખ્ય ઘટક રેઝિન છે. રેઝિનનો અર્થ એ છે કે પોલિમર સંયોજનને વિવિધ ઉમેરણો સાથે ઉમેરવામાં આવ્યું નથી. રેઝિન શબ્દ મૂળરૂપે રોસિન અને શેલેક જેવા છોડ અને પ્રાણીઓમાંથી તેલના સ્ત્રાવ માટે નામ આપવામાં આવ્યું હતું. પ્લાસ્ટિકના કુલ વજનમાં રેઝિનનો હિસ્સો આશરે 40%-100% છે. પ્લાસ્ટિકના મૂળભૂત ગુણધર્મો મુખ્યત્વે રેઝિનની પ્રકૃતિ દ્વારા નક્કી થાય છે, પરંતુ ઉમેરણો પણ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. કેટલાક પ્લાસ્ટિક મૂળભૂત રીતે કૃત્રિમ રેઝિનમાંથી બનાવવામાં આવે છે, જેમ કે પ્લેક્સિગ્લાસ, પોલિસ્ટરીન વગેરે જેવા ઉમેરણો સાથે અથવા વગર. ફાઇબર ફાઇબર એ એક પદાર્થના સતત અથવા અસંગત તંતુને દર્શાવે છે. પ્રાણીઓ અને છોડના તંતુઓ પેશીઓની જાળવણીમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. રેસાનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે અને તેને સારા દોરા, દોરા અને શણના દોરડાઓમાં વણી શકાય છે. કાગળ અથવા ફીલિંગ બનાવતી વખતે તેમને તંતુમય સ્તરોમાં પણ વણાવી શકાય છે. તેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે મિશ્રણ બનાવવા માટે અન્ય સામગ્રી સાથે અન્ય સામગ્રી બનાવવા માટે પણ થાય છે. તેથી, પછી ભલે તે કુદરતી હોય કે કૃત્રિમ ફાઇબર ફિલામેન્ટસ સામગ્રી હોય. આધુનિક જીવનમાં, ફાઇબરનો ઉપયોગ સર્વવ્યાપક છે, અને ઘણા ઉચ્ચ-તકનીકી ઉત્પાદનો છે. રબર રબર એ અત્યંત સ્થિતિસ્થાપક પોલિમર સામગ્રી અને ઉલટાવી શકાય તેવા આકારોનો સંદર્ભ આપે છે. તે ઓરડાના તાપમાને સ્થિતિસ્થાપક હોય છે અને નાના બાહ્ય બળથી વિકૃત થઈ શકે છે. બાહ્ય બળને દૂર કર્યા પછી, તે મૂળ સ્થિતિમાં પાછા આવી શકે છે. રબર એ સંપૂર્ણપણે આકારહીન પોલિમર છે જેનું કાચનું સંક્રમણ તાપમાન ઓછું હોય છે અને મોટા પ્રમાણમાં મોલેક્યુલર વજન હોય છે, જે ઘણીવાર સેંકડો હજાર કરતાં વધારે હોય છે. અત્યંત સ્થિતિસ્થાપક પોલિમર સંયોજનોને કુદરતી રબર અને કૃત્રિમ રબરમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે. કુદરતી રબર પ્રક્રિયા છોડમાંથી ગમ રબર અને ઘાસ રબર કાઢે છે; કૃત્રિમ રબરને વિવિધ મોનોમર્સ દ્વારા પોલિમરાઇઝ કરવામાં આવે છે. રબરનો ઉપયોગ સ્થિતિસ્થાપક, અવાહક, પાણી-અભેદ્ય હવા-પ્રતિરોધક સામગ્રી તરીકે થઈ શકે છે. સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા પોલિઇથિલિનને ઓછી ઘનતા ધરાવતા પોલિઇથિલિન (LDPE), ઉચ્ચ ઘનતા ધરાવતા પોલિઇથિલિન (HDPE) અને રેખીય ઓછી ઘનતા ધરાવતા પોલિઇથિલિન (LLDPE) માં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે. તેમાંથી, એચ. ડી. પી. ઈ. માં વધુ સારા થર્મલ, ઇલેક્ટ્રિકલ અને મિકેનિકલ ગુણધર્મો છે, જ્યારે એલ. ડી. પી. ઈ. અને એલ. એલ. ડી. પી. ઈ. માં વધુ સારી લવચીકતા, અસરના ગુણધર્મો અને ફિલ્મ બનાવવાના ગુણધર્મો છે. એલ. ડી. પી. ઈ. અને એલ. એલ. ડી. પી. ઈ. નો ઉપયોગ મુખ્યત્વે પ્લાસ્ટિકની થેલીઓ, પ્લાસ્ટિકના આવરણ, બોટલ, પાઇપ અને કન્ટેનર માટે થાય છે; એચ. ડી. પી. ઈ. નો ઉપયોગ ફિલ્મ, પાઈપલાઈન અને રોજિંદી જરૂરિયાતો જેવા વિવિધ ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે થાય છે કારણ કે તે ઘણાં વિવિધ દ્રાવકો સામે પ્રતિકાર કરે છે. પોલિપ્રોપિલિન પોલિપ્રોપિલિન તેના સારા રાસાયણિક પ્રતિકાર અને વેલ્ડેબિલિટીને કારણે વિવિધ ઉપયોગોમાં વ્યાપકપણે વપરાય છે. કોમોડિટી પ્લાસ્ટિકમાં તેની ઘનતા સૌથી ઓછી છે. તેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે પેકેજિંગ કાર્યક્રમો, ગ્રાહક ચીજવસ્તુઓ, સ્વચાલિત કાર્યક્રમો અને તબીબી કાર્યક્રમોમાં થાય છે. પોલિપ્રોપિલિન શીટ્સનો ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રમાં એસિડ અને રાસાયણિક ટાંકીઓ, શીટ્સ, પાઈપો, રીટર્નબલ ટ્રાન્સપોર્ટ પેકેજિંગ (આરટીપી) વગેરેના ઉત્પાદન માટે વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. ઉચ્ચ તાણ શક્તિ, ઉચ્ચ તાપમાન સામે પ્રતિકાર અને કાટ પ્રતિકાર જેવા તેના ગુણધર્મોને કારણે. કમ્પોઝિટ્સ એરોસ્પેસ અને ઓટોમોબાઇલ્સ માટે મોનોકોક માળખાં, તેમજ માછીમારીના સળિયા અને સાયકલ જેવા વધુ ભૌતિક ઉત્પાદનો કમ્પોઝિટ્સના લાક્ષણિક ઉપયોગો છે. સ્ટીલ્થ બોમ્બર પ્રથમ સંપૂર્ણ સંયુક્ત વિમાન હતું, પરંતુ એરબસ અને બોઇંગ 787 જેવા ઘણા પેસેન્જર વિમાનો તેમના ફ્યૂઝલેજમાં સંયોજનોના વધતા પ્રમાણનો ઉપયોગ કરે છે, જેમ કે હાઇડ્રોફોબિક મેલામાઇન ફીણ. કમ્પોઝિટ્સના તદ્દન અલગ ભૌતિક ગુણધર્મો ડિઝાઇનરોને ભાગોને આકાર આપવામાં વધુ સ્વતંત્રતા આપે છે, તેથી જ સંયુક્ત ઉત્પાદનો ઘણીવાર પરંપરાગત ઉત્પાદનોથી અલગ દેખાય છે. બીજી બાજુ, ડ્રાઇવ શાફ્ટ, હેલિકોપ્ટર રોટર બ્લેડ અને પ્રોપેલર્સ જેવા કેટલાક ઉત્પાદનો આવા ઘટકોની મૂળભૂત કાર્યાત્મક જરૂરિયાતોને કારણે ધાતુના અગ્રદૂત જેવા જ દેખાય છે. બાયોમેડિકલ એપ્લિકેશન્સ બાયોડિગ્રેડેબલ પોલિમર એ ઘણા બાયોમેડિકલ અને ફાર્માસ્યુટિકલ એપ્લિકેશન્સ માટે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી સામગ્રી છે. આ પોલિમરોને નિયંત્રિત દવા વિતરણ ઉપકરણો માટે ખૂબ જ આશાસ્પદ માનવામાં આવે છે. બાયોડિગ્રેડેબલ પોલિમર ઘા વ્યવસ્થાપન, ઓર્થોપેડિક ઉપકરણો, ડેન્ટલ એપ્લિકેશન્સ અને ટીશ્યુ એન્જિનિયરિંગ માટે પણ મોટી સંભાવના પ્રદાન કરે છે. બિન-બાયોડિગ્રેડેબલ પોલિમરની જેમ નહીં, તેમને શરીરમાંથી દૂર કરવાના બીજા પગલાની જરૂર નહીં પડે. બાયોડિગ્રેડેબલ પોલિમર તૂટી જશે અને તેમનો હેતુ પૂરો થયા પછી શરીર દ્વારા શોષાઈ જશે. 1960 થી, ગ્લાયકોલિક એસિડ અને લેક્ટિક એસિડથી તૈયાર પોલિમરનો તબીબી ઉદ્યોગમાં ઘણા ઉપયોગો જોવા મળ્યા છે. પોલિલેક્ટેટ્સ (પી. એલ. એ.) તેમના ઝડપી અને એડજસ્ટેબલ ડિગ્રેડેશન દરને કારણે દવા વિતરણ પ્રણાલી માટે લોકપ્રિય છે. મેમ્બ્રેન તકનીકો મેમ્બ્રેન તકનીકોનો ઉપયોગ વર્ષો સુધી પ્રવાહી અને ગેસ પ્રણાલીઓમાં અલગ થવામાં સફળતાપૂર્વક થાય છે, અને પોલિમરીક પટલનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે થાય છે કારણ કે તેમની ઉત્પાદન કિંમત ઓછી હોય છે અને તેમની સપાટીમાં ફેરફાર કરવો સરળ હોય છે, જે તેમને વિવિધ અલગ પ્રક્રિયાઓમાં યોગ્ય બનાવે છે. પોલિમર જૈવિક સક્રિય સંયોજનોને અલગ કરવા માટેના ઉપયોગ, બળતણ કોષો માટે પ્રોટોન વિનિમય પટલ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ કેપ્ચર પ્રક્રિયા માટે પટલ ઠેકેદારો સહિત ઘણા ક્ષેત્રોમાં મદદ કરે છે. સંબંધિત મુખ્ય પેટ્રોલિયમ/રાસાયણિક/ખનિજ/ભૂસ્તરશાસ્ત્ર કાચી સામગ્રી અને નવી ઊર્જાની પ્રક્રિયા ઓટોમોબાઇલ્સ અને સ્પેરપાર્ટ્સ અન્ય ઉદ્યોગો ઇલેક્ટ્રોનિક ટેકનોલોજી/સેમિકન્ડક્ટર/ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ મશીનરી/ઇક્વિપમેન્ટ/હેવી ઇન્ડસ્ટ્રી તબીબી ઉપકરણો/સાધનો પણ જુઓ પ્લાસ્ટિક એન્જિનિયરિંગ પોલિમર સાયન્સ પોલિમર મેડિકલ ગ્રેડ સિલિકોનઃ વર્ગઃ પોલિમર વૈજ્ઞાનિકો અને ઇજનેરો સંદર્ભો ગ્રંથસૂચિ લેવિસ, પીટર રીસ અને ગાગ, સી, ફોરેન્સિક પોલિમર એન્જિનિયરિંગઃ પોલિમર ઉત્પાદનો સેવામાં કેમ નિષ્ફળ જાય છે, વુડહેડ/સી. આર. સી. પ્રેસ (2010). પોલિમર ઇજનેરી શાખાઓ