பல்பகுதியங்கள்

முழுமையான பார்வை — பல்பகுதியம் என்றால் என்ன?

நாம் அன்றாட வாழ்வில் பயன்படுத்தும் பல பொருள்கள் — பிளாத்திக்குப் பைகள், நீர்க் குழாய்கள், இறப்பர் டயர்கள், நைலோன் கயிறுகள், பொலியெசுத்தர் ஆடைகள் — யாவும் பல்பகுதியங்களால் (polymers) ஆனவையாகும். ஒரு பல்பகுதியம் என்பது மிகப் பெரிய ஒரு மூலக்கூறாகும். சார்பளவில் சிறிய பல மூலக்கூறுகள் ஒன்றுடனொன்று இரசாயன ரீதியில் மீண்டும் மீண்டும் இணைவதன் மூலம் இம்மிகப் பெரிய மூலக்கூறு உருவாக்கப்படுகின்றது.

பல்பகுதியம் உருவாவதற்கு அடிப்படையாக அமையும் சிறிய மூலக்கூறு ஒரு பகுதியம் (monomer) எனப்படுகின்றது. பல ஒரு பகுதிய மூலக்கூறுகள் ஒன்றோடொன்று இணையும்போது, ஒவ்வொரு ஒரு பகுதியத்தின் காபன் சட்டகமும் பல்பகுதிய மூலக்கூற்றினுள் ஒரே விதத்தில் மீண்டும் மீண்டும் தோன்றுகின்றது. இவ்வாறு மீண்டும் மீண்டும் தோன்றும் அலகு மீண்டுவரும் அலகு (repeating unit) எனப்படுகின்றது. ஒரு பல்பகுதிய மூலக்கூற்றினுள் இம்மீண்டுவரும் அலகு எத்தனை தடவை தோன்றுகின்றதோ, அத்தொகை பல்பகுதியமாதல் அளவு (degree of polymerisation) எனப்படுகின்றது. இது வழமையாக n என்னும் ஆங்கில எழுத்தினால் குறிக்கப்படுகின்றது; எனவே ஒரு பல்பகுதியம் –(மீண்டுவரும் அலகு)ₙ– என எழுதப்படுகின்றது.

உதாரணமாக, எத்தீன் (ethene, CH₂=CH₂) என்னும் சிறிய மூலக்கூறு ஒரு பகுதியமாகும். பல்லாயிரக்கணக்கான எத்தீன் மூலக்கூறுகள் இணைந்து பொலித்தீனை (polythene) உருவாக்குகின்றன; பொலித்தீனின் மீண்டுவரும் அலகு –CH₂–CH₂– ஆகும். இப்பாடத்தில், இயற்கை மற்றும் செயற்கைப் பல்பகுதியங்கள், இறப்பரும் பிளாத்திக்கும், இயற்கை இறப்பரின் இயல்புகளும் வற்கனைற்றுப்படுத்தலும், மேலும் கூட்டல் மற்றும் ஒடுக்கல் என்னும் இரு வகைப் பல்பகுதியமாக்கச் செயன்முறைகளும் ஆராயப்படுகின்றன.

1. இறப்பரும் பிளாத்திக்கும் (NIE 1.11.1)

பல்பகுதியங்களை அவற்றின் தோற்றத்தின் அடிப்படையில் இரு பெரும் வகுப்புகளாகப் பிரிக்கலாம். இயற்கையில் தாவரங்களிலும் விலங்குகளிலும் காணப்படும் பல்பகுதியங்கள் இயற்கைப் பல்பகுதியங்கள் (natural polymers) எனப்படுகின்றன. ஸ்ராச்சு (starch), செல்லுலோசு (cellulose), புரதம் (protein), இயற்கை இறப்பர் (natural rubber) ஆகியன இவற்றுக்கு உதாரணங்களாகும். மாறாக, கைத்தொழிற்சாலையில் மனிதனால் தயாரிக்கப்படும் பல்பகுதியங்கள் செயற்கைப் பல்பகுதியங்கள் (synthetic polymers) எனப்படுகின்றன; பொலித்தீன், PVC, பொலித்தைரீன், நைலோன், பொலியெசுத்தர் ஆகியன இவற்றுக்கு உதாரணங்களாகும்.

பல்பகுதியப் பொருள்களின் முக்கியமான ஓர் இயல்பு அவற்றின் மீளியல்பாகும் (elasticity). மீண்டும் மீண்டும் மிக உயர்வான மீளியல்பைக் காட்டும் பல்பகுதியப் பொருள்கள் இறப்பர் (rubber) எனப்படுகின்றன; வரையறுக்கப்பட்ட மீளியல்பைக் கொண்ட பல்பகுதியப் பொருள்கள் பிளாத்திக்கு (plastic) எனப்படுகின்றன. ஒரு பிளாத்திக்குப் பொருளை அதன் வரையறுக்கப்பட்ட மீளியல்பு எல்லையைக் கடந்து இழுத்தால், அது மீளாத்தன்மையுடன் வடிவத்தில் வேறுபடுகின்றது.

பிளாத்திக்குப் பொருள்களை வெப்பத்துக்கு அவை காட்டும் நடத்தையின் அடிப்படையில் மேலும் இரு வகைகளாகப் பிரிக்கலாம். வெப்பமிளக்கும் பிளாத்திக்கு (thermoplastic) வெப்பமேற்றப்படும்போது மென்மையாகி வடிவத்தைப் பெறக்கூடியது; குளிர்விக்கப்படும்போது அவ்வடிவத்தில் உறுதிப்படுகின்றது. இவ்வாறு வெப்பமேற்றலாலும் குளிர்விப்பாலும் இதனை மீண்டும் மீண்டும் வடிவமைக்க முடியும். வெப்பமிளக்கும் பிளாத்திக்கில் ஏகபரிமாண நீட்டல் அல்லது கிளை கொண்ட பல்பகுதிய மூலக்கூறுகள் காணப்படுகின்றன; PVC, பொலித்தீன், பொலித்தைரீன் இவற்றுக்கு உதாரணங்களாகும்.

மாறாக, வெப்பமிறுக்கும் பிளாத்திக்கு (thermosetting plastic) ஒருமுறை வெப்பமேற்றி வடிவமைக்கப்பட்டபின் மீண்டும் வெப்பமேற்றி மென்மையாக்க முடியாது. வெப்பமிறுக்கும் பல்பகுதியங்களில் மூலக்கூறுகள் முப்பரிமாண வலையுருவில் (three-dimensional network) குறுக்குப் பிணைப்புகளால் இறுகப் பிணைக்கப்பட்டுள்ளன; இவ்விறுக்கமான அமைப்பே மீள்வெப்பமேற்றலின்போது மென்மையாகாமல் தடுக்கின்றது. பீனோல்-போமல்டிகைட்டுப் பிசின் (பேக்குலைற்று — Bakelite) இதற்கு உதாரணமாகும்.

2. இயற்கை இறப்பர் (NIE 1.11.2)

இறப்பர் மரத்தின் (Hevea brasiliensis) பட்டையைச் சீராகச் சீவும்போது வெளிப்படும் பாலே இறப்பர் மரப்பால் (latex) எனப்படுகின்றது. இம்மரப்பால் ஓர் அரைக்காட்சிக் கூழ்க் கரைசலாகும் (colloidal suspension); அதில் ஏறத்தாழ 60–65% நீரும், 30–35% இறப்பரும், மேலும் சிறிதளவு வெல்லங்களும் உப்பு வகைகளும் புரதங்களும் கரைந்த நிலையில் காணப்படுகின்றன. மரப்பாலினுள் மிகச் சிறிய இறப்பர் துணிக்கைகள் பரம்பிக் காணப்படுகின்றன; ஒவ்வொரு துணிக்கையையும் சூழ இலிப்பிட்டும் புரதமும் அடங்கிய ஒரு படை அமைந்துள்ளது. இப்படையில் –COO⁻ கூட்டங்கள் உள்ளமையால் துணிக்கைகளின் வெளிமேற்பரப்பு மறை ஏற்றம் கொண்டதாகும். மறை ஏற்றமுடைய துணிக்கைகளுக்கு இடையே நிலைமின் தள்ளுகை விசைகள் தொழிற்படுவதால் அவை ஒன்றுடனொன்று இணையாமல் கரைசல் முழுவதிலும் பரம்பிக் காணப்படுகின்றன.

இறப்பர் மரப்பாலினுள் உள்ள இறப்பர் ஒரு பல்பகுதியமாகும். அதன் ஒரு பகுதியம் ஐசோபிறீன் (isoprene, 2-மெத்தில்புட்டா-1,3-டையீன்) ஆகும்; எனவே இயற்கை இறப்பர் பொலி(ஐசோபிறீன்) [poly(isoprene)] எனப்படுகின்றது. ஒவ்வொரு மீண்டுவரும் அலகிலும் ஓர் இரட்டைப் பிணைப்பு (C=C) உள்ளது. இவ்விரட்டைப் பிணைப்பைச் சார்ந்து ஒரே பக்கத்தில் –CH₂– கூட்டங்கள் அமைந்துள்ள அமைப்பு சிஸ்-1,4-பொலி(ஐசோபிறீன்) (cis-1,4-poly(isoprene)) எனப்படுகின்றது. இயற்கை இறப்பரின் சங்கிலிகள் சிஸ் (cis) அமைப்பைக் கொண்டுள்ளன; இதுவே இறப்பருக்கு அதன் இயற்கையான இழுபடும் மீளியல்பை வழங்குகின்றது. (திரான்ஸ்-1,4-பொலி(ஐசோபிறீன்) மீளியல்பைக் காட்டுவதில்லை; அது குற்றா-பேர்ச்சா எனப்படும் கடினப் பொருளாகும்.)

செயற்முறையில் பயன்படுத்தப்படாத பச்சை இயற்கை இறப்பருக்குச் சில முக்கியமான மட்டுப்பாடுகள் (limitations) உள்ளன. இது மென்மையானதும் வலிமை குறைந்ததுமாகும். வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது இது மென்மையாகி ஒட்டுந்தன்மையுடையதாகின்றது; வெப்பநிலை குறையும்போது இது கடினமாகி நொறுங்கக்கூடியதாகின்றது. இந்நடத்தைக்குக் காரணம், பல்பகுதியச் சங்கிலிகள் ஒன்றுடனொன்று நிரந்தரமாகப் பிணைக்கப்படாமல், விசை செலுத்தப்படும்போது ஒன்றின்மீது ஒன்று நழுவிச் செல்வதேயாகும். எனவே பச்சை இறப்பர் ஒரு குறுகிய வெப்பநிலை வீச்சினுள் மட்டுமே பயனுடையதாக இருக்கின்றது. இம்மட்டுப்பாடுகளை நீக்குவதற்கே வற்கனைற்றுப்படுத்தல் என்னும் செயன்முறை பயன்படுத்தப்படுகின்றது.

3. இயற்கை இறப்பரை வற்கனைற்றுப்படுத்தல் (NIE 1.11.3)

இயற்கை இறப்பரின் மீளியல்பைக் கைத்தொழில் ரீதியில் மேம்படுத்தி அதனை வலிமைப்படுத்துவதற்காக, இறப்பருடன் கந்தகம் (sulphur) சேர்த்து வெப்பமேற்றப்படுகின்றது. இச்செயன்முறையே வற்கனைற்றுப்படுத்தல் (vulcanisation) எனப்படுகின்றது. இதன்போது சேர்க்கப்படும் கந்தகத்தின் அளவு நிறைப்படி ஏறத்தாழ 1%–3% ஆகும்.

வற்கனைற்றுப்படுத்தலின்போது நிகழும் இரசாயன மாற்றத்தை இவ்வாறு விளக்கலாம். பொலி(ஐசோபிறீன்) சங்கிலிகளில் C=C இரட்டைப் பிணைப்புகள் தாக்கமுறுந்தன்மையுடைய இடங்களாக அமைகின்றன. இவ்விரட்டைப் பிணைப்புகள் சார்ந்து கந்தக அணுக்கள் தாக்கமடைந்து, அண்டை இறப்பர்ச் சங்கிலிகளுக்கு இடையே கந்தகக் குறுக்குப் பிணைப்புகளை (sulphur cross-links) அமைக்கின்றன. இவ்வாறு சங்கிலிகள் ஒன்றுடனொன்று கந்தகப் பாலங்களால் இணைக்கப்படுகின்றன. இனி விசை செலுத்தப்படும்போது சங்கிலிகள் ஒன்றின்மீது ஒன்று சுதந்திரமாக நழுவ முடியாது; விசை அகற்றப்பட்டபின் அவை மீண்டும் தமது ஆரம்ப நிலைக்குத் திரும்புகின்றன.

வற்கனைற்றுப்படுத்தப்பட்ட இறப்பர், பச்சை இறப்பரைவிடக் கடினமானதும், வலிமை மிக்கதும், அதிக மீளியல்புடையதுமாகும். மேலும் இது ஒரு பரந்த வெப்பநிலை வீச்சில் தனது இயல்புகளைப் பேணுகின்றது; வெப்பத்தில் ஒட்டுந்தன்மையற்றதாகவும் குளிரில் நொறுங்காததாகவும் இருக்கின்றது. சேர்க்கப்படும் கந்தகத்தின் அளவு நிறைப்படி 25%–35% ஆக அதிகரிக்கப்பட்டால், மிக அதிக எண்ணிக்கையான குறுக்குப் பிணைப்புகள் அமைந்து, மீளியல்பற்ற கடினமான ஒரு பொருளான எபனைற்று (ebonite) கிடைக்கின்றது.

4. பல்பகுதியம் சார்ந்த உற்பத்தி — பல்பகுதியமாக்கம் (NIE 1.11.4)

ஒரு பகுதியங்களிலிருந்து பல்பகுதியங்களை உற்பத்தி செய்தலே பல்பகுதியமாக்கம் (polymerisation) எனப்படுகின்றது. இங்கு நிகழும் தாக்கத்தின் தன்மையின் அடிப்படையில் பல்பகுதியமாக்கத்தை இரு வகைகளாகப் பிரிக்கலாம் — கூட்டல் பல்பகுதியமாக்கம் (addition polymerisation) மற்றும் ஒடுக்கல் பல்பகுதியமாக்கம் (condensation polymerisation).

4.1 கூட்டல் பல்பகுதியமாக்கம்

ஒரு கூட்டல் தாக்கத்தின் மூலம் ஒரு பகுதியங்கள் ஒன்றுடனொன்று பிணைந்து பல்பகுதியங்கள் உருவாகுமாயின், அவை கூட்டல் பல்பகுதியங்கள் எனப்படுகின்றன. இவ்வகைத் தாக்கத்துக்கு ஒரு பகுதியத்தினுள் ஓர் இரட்டைப் பிணைப்பு (C=C) இருத்தல் அவசியமாகும். இரட்டைப் பிணைப்பு திறந்து, ஒரு பகுதிய மூலக்கூறுகள் தம்முள் சேர்ந்து கொள்கின்றன; இங்கு எவ்வொரு அணுவும் இழக்கப்படுவதில்லை — வேறொரு சிறிய மூலக்கூறு வெளியேற்றப்படுவதுமில்லை. எனவே ஒரு பகுதியத்தின் மூலர் திணிவும், விளைவாகக் கிடைக்கும் பல்பகுதியத்தின் மீண்டுவரும் அலகின் மூலர் திணிவும் சமமாக இருக்கின்றன.

பொலித்தீன் (polythene) இதற்குச் சிறந்த உதாரணமாகும். எத்தீன் (CH₂=CH₂) ஒரு பகுதியங்கள் உயர் அமுக்கம் மற்றும் ஓர் ஆரம்பியின் முன்னிலையில் கூட்டல் பல்பகுதியமாக்கத்துக்கு உட்படுகின்றன: n CH₂=CH₂ → –(CH₂–CH₂)ₙ–. அவ்வாறே குளோரோஎத்தீன் (chloroethene, வைனைல் குளோரைட்டு CH₂=CHCl) பல்பகுதியமாகிப் பொலி(வைனைல் குளோரைட்டு) (PVC) ஐயும், பீனைல்எத்தீன் (styrene, C₆H₅CH=CH₂) பல்பகுதியமாகிப் பொலித்தைரீனையும், டெட்ராபுளோரோஎத்தீன் (CF₂=CF₂) பல்பகுதியமாகிப் பொலி(டெட்ராபுளோரோஎத்தீன்) [PTFE, டெஃப்லான்] ஐயும் உருவாக்குகின்றன.

4.2 ஒடுக்கல் பல்பகுதியமாக்கம்

இரு ஒரு பகுதிய மூலக்கூறுகள் இணையும்போது நீர் (H₂O) போன்ற ஒரு சிறிய மூலக்கூறு வெளியேற்றப்படுமாயின், அவ்வாறு உருவாகும் பல்பகுதியம் ஒடுக்கல் பல்பகுதியம் எனப்படுகின்றது. கூட்டல் பல்பகுதியமாக்கத்திலிருந்து இது மாறுபடுகின்றது; இங்கு ஒரு பகுதியங்களின் மொத்த நிறையில் சிறிய மூலக்கூறு வெளியேறும் அளவு குறைவடைகின்றது. ஒடுக்கல் பல்பகுதியமாக்கத்தில் ஈடுபடும் ஒரு பகுதியங்கள் ஒவ்வொன்றிலும் இரு முனைகளிலும் தாக்கமுறுந்தன்மையுடைய தொழிற்றொகுதிகள் (functional groups) — உதாரணமாக –COOH, –OH, –NH₂ — இருக்க வேண்டும்.

நைலோன் (nylon) ஒரு முக்கியமான ஒடுக்கல் பல்பகுதியமாகும். இது ஒரு டைகாபொக்சிலிக் அமிலத்துக்கும் (–COOH இரு முனைகளிலும்) ஒரு டையமீனுக்கும் (–NH₂ இரு முனைகளிலும்) இடையிலான தாக்கத்தினால் உருவாகின்றது. ஒவ்வொரு தடவையும் ஓர் அமைட்டுப் பிணைப்பு (–CO–NH–) தோன்றும்போது ஒரு நீர் மூலக்கூறு வெளியேற்றப்படுகின்றது; எனவே நைலோன் ஒரு பொலியமைட்டாகும் (polyamide). நைலோன்-6,6 இல் முதலாம் எண் டையமீனிலுள்ள காபன் அணுக்களின் எண்ணிக்கையையும், இரண்டாம் எண் டைகாபொக்சிலிக் அமிலத்திலுள்ள காபன் அணுக்களின் எண்ணிக்கையையும் குறிக்கின்றது.

பொலியெசுத்தர் (polyester) ஒடுக்கல் பல்பகுதியங்களுக்கு இன்னுமோர் உதாரணமாகும். ரெரிலீன் (Terylene) என அழைக்கப்படும் பொலி(எத்திலீன் தெரித்தலேற்று), ஒரு டைகாபொக்சிலிக் அமிலமான தெரித்தலிக் அமிலத்துக்கும், ஒரு டையோலான எத்திலீன் கிளைக்கோலுக்கும் இடையிலான ஒடுக்கல் தாக்கத்தினால் உருவாகின்றது. ஒவ்வோர் எசுத்தர்ப் பிணைப்பு (–CO–O–) தோன்றும்போதும் ஒரு நீர் மூலக்கூறு வெளியேற்றப்படுகின்றது. மேலும், பீனோலுக்கும் போமல்டிகைட்டுக்கும் (methanal) இடையிலான ஒடுக்கல் தாக்கத்தினால் முப்பரிமாண வலையுருக் கொண்ட பேக்குலைற்று (Bakelite) உருவாக்கப்படுகின்றது.

4.3 இரு வகைப் பல்பகுதியமாக்கத்தின் ஒப்பீடு

இயல்பு	கூட்டல் பல்பகுதியமாக்கம்	ஒடுக்கல் பல்பகுதியமாக்கம்
ஒரு பகுதியத்தின் தேவை	C=C இரட்டைப் பிணைப்பு ஒன்று	இரு முனைகளிலும் தொழிற்றொகுதிகள் (–OH, –COOH, –NH₂)
சிறிய மூலக்கூறு வெளியேறுதல்	இல்லை — எவ்வொரு அணுவும் இழக்கப்படுவதில்லை	உண்டு — H₂O போன்ற சிறிய மூலக்கூறு வெளியேறுகின்றது
மீண்டுவரும் அலகின் மூலர் திணிவு	ஒரு பகுதியத்தின் மூலர் திணிவுக்குச் சமம்	ஒரு பகுதியங்களின் மூலர் திணிவுகளின் கூட்டுத்தொகையைவிடக் குறைவு
புதிய பிணைப்பு வகை	C–C ஒற்றைப் பிணைப்புகள்	அமைட்டு (–CO–NH–) அல்லது எசுத்தர் (–CO–O–) பிணைப்பு
உதாரணங்கள்	பொலித்தீன், PVC, பொலித்தைரீன், PTFE	நைலோன் (பொலியமைட்டு), ரெரிலீன் (பொலியெசுத்தர்), பேக்குலைற்று

4.4 பொதுவான கூட்டல் பல்பகுதியங்கள்

பல்பகுதியம்	ஒரு பகுதியம்	மீண்டுவரும் அலகு	பயன்பாடு
பொலித்தீன் (polythene)	எத்தீன் CH₂=CH₂	–CH₂–CH₂–	பைகள், கொள்கலன்கள், படலங்கள்
PVC — பொலி(வைனைல் குளோரைட்டு)	குளோரோஎத்தீன் CH₂=CHCl	–CH₂–CHCl–	நீர்க் குழாய்கள், மின் வடப் புறக்கவசம்
பொலித்தைரீன் (polystyrene)	பீனைல்எத்தீன் C₆H₅CH=CH₂	–CH₂–CH(C₆H₅)–	பொதியீட்டுப் பொருள், அனல்காப்பு
PTFE — பொலி(டெட்ராபுளோரோஎத்தீன்)	டெட்ராபுளோரோஎத்தீன் CF₂=CF₂	–CF₂–CF₂–	ஒட்டாத பாத்திரப் பூச்சு (டெஃப்லான்)

🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram