பலபடி வேதியியல்

பலபடி வேதியியல் (Polymer chemistry) வேதியியலின் உட்பிரிவுகளுள் ஒன்றாகும். இந்தப் பிரிவு பலபடிகளின் (குறிப்பாக நெகிழிகள், மீட்சிப் பொருள்கள் (elastomer) போன்ற செயற்கைப் பலபடிகளின்), வேதியியல் அமைப்பு, வேதித் தொகுப்பு மற்றும் வேதியியல் பண்புகள் ஆகியவை குறித்து ஆழமாக விவரிக்கிறது. பலபடி இயற்பியல், பலபடிப் பொறியியல் ஆகியவற்றை உள்ளடக்கிய பலபடி அறிவியல் என்ற அகன்ற களத்தோடு பலபடி வேதியியல் தொடர்புடையதாக விளங்குகிறது.

நைலான் 6,6 இன் கார்பன் சட்டகத்தின் பகுதி.

எர்மேன் இசுடாடிஞ்சா் என்ற வேதியியலாளர் முதன்முதலாகப் பலபடிகளைப் பற்றிய வரையறையைப் பின்வருமாறு முன்மொழிந்தார். அவரது கூற்றுப்படி, நீண்ட சங்கிலித் தொடர்களில் சகப்பிணைப்பால் பிணைக்கப்பட்ட அணுக்களைக் கொண்ட பெருமூலக்கூறுகள் என்பதே பலபடியின் முதல் வரையறையாக இருந்தது. அவருடைய ஆய்வானது, பலபடிகளைப் பற்றிய வேதியியல் ரீதியான புரிதலை ஆழப்படுத்தியது. நியோப்ரீன், நைலான் மற்றும் பாலியெசுடர் ஆகியவற்றின் கண்டுபிடிப்புகளுக்குப் பிறகு பலபடி வேதியியல் மேலும் விரிவடைந்தது.

ஐயுபிஏசி வரையறைப்படி பெருமூலக்கூறுகள் என்ற வார்த்தையானது தனித்த மூலக்கூறுகளின் சங்கிலித்தொடர் அமைப்பைக் குறிக்கும் சொல் என்றும், வேதியியலோடு தொடர்புடையது எனவும் விளக்கமளிக்கப்பட்டது. பலபடிகள் எனப்படுபவை பலபடிப் பொருள்களின் பண்புகளைப் பற்றிக் குறிப்பிடுவதாகவும், இயற்பியலின் உட்பிரிவான பலபடி இயற்பியலுக்குத் தொடர்புடைய வார்த்தை எனவும் விளக்கப்படுகிறது.

பலபடிகள் மற்றும் அவற்றின் பண்புகள்

பலபடிகள் எனப்படுபவை ஒற்றை மூலக்கூறுகளின் பலபடியாக்கல் வினையின் காரணமாக உருவான அதிக மூலக்கூறு நிறைகொண்ட சேர்மங்கள் ஆகும். ஒரு பலபடியின் அமைப்பில் மீண்டும் மீண்டும் வருகின்ற தனியான வினைபடு மூலக்கூறே ஒற்றை மூலக்கூறு (Monomer) எனப்படுகிறது. ஒரு பலபடி என்பது வேதியியல் அடிப்படையில், பலபடியாக்கலின் அளவு, மோலார் நிறை பரவல், இழுவைத்திறன், கூட்டுப்பலபடி, பக்கத்தொடர் இணைப்பின் அளவு, பலபடியின் இறுதித் தொகுதிகள், குறுக்குப் பிணைப்புகள், படிகத்தன்மை மற்றும் வெப்பவியல் பண்புகள் ஆகியவற்றை வைத்துத் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. கரைசலில் உள்ள பலபடிகள் கரைதிறன், பிசுக்குமை, மற்றும் பசையாதல் ஆகியவை தொடர்பான சிறப்புப் பண்புகளைப் பெற்றிருக்கும்.

பலபடிகளை உயிரிப்பலபடிகள் மற்றும் செயற்கைப் பலபடிகள் என அவற்றின் மூலத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டு இரு பிரிவுகளாகப் பிரிக்கலாம். இவை ஒவ்வொன்றையும் பலபடிகளின் பயன்பாடு, பண்புகள், இயல் மற்றும் வேதியியல் பண்புகள் ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் மேலும் பல பிரிவுகளாகப் பிரிக்கலாம்.

உயிர்வேதியியல் மற்றும் வேதித் தொழிற்துறை ஆகிய பிரிவுகள் பலபடிகளின் வேதியியலில் ஆர்வம் கொண்டவை.

• உயிரிப்பலபடிகள்: உற்பத்தியாகும் பலபடிகள்:
  • அமைப்புப் புரதங்கள்: கொலாசென், நகமியம், எலாசுடின்.
  • செயல்படும் புரதங்கள்: நொதிகள், இயக்குநீர்கள்.
  • அமைப்புக் கூட்டுச்சர்க்கரைகள்: செல்லுலோசு, கைட்டின்.
  • காப்புக் கூட்டுச்சர்க்கரைகள்: மாப்பொருள், கிளைக்கோசன்.
  • கருவமிலங்கள்: டிஎன்ஏ, ஆர்என்ஏ.
• செயற்கைப் பலபடிகள்: இந்தப் பலபடிகள் நெகிழிகள், செயற்கை இழைகள், வண்ணப்பூச்சுகள், கட்டிடப் பொருள்கள், தளபாடங்கள், இயந்திரப் பாகங்கள் மற்றும் ஒட்டும் பொருள்களாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இவை மேலும் இரண்டு பிரிவுகளாகப் பிரிக்கப்பட்டுள்ளன:
  • வெப்ப நெகிழிகள்: பாலியெத்திலீன், டெஃப்லான், பாலிசுடைரீன், பாலிபுரோப்பிலீன், பாலியெசுடர், பாலியூரித்தேன், பாலி(மெதில்மெதாக்ரிலேட்டு), வினைல் குளோரைடு, நைலான், ரேயான், மாவியம், சிலிக்கான், கண்ணாடியிழை போன்றவை
  • வெப்பத்தால் இறுகும் நெகிழிகள்: பதப்படுத்தப்பட்ட இரப்பர், இயற்கை மீள்மம், பேக்கலைட்டு, கெவ்லார் இழை, பாலி ஈபாக்சைடு போன்றவை.

வரலாறு

1777 ஆம் ஆண்டில் என்றி பிராகோநாட் என்பவரின் ஆய்வுப்பணியும், 1846 ஆம் ஆண்டில் கிறித்தியான் இசுகோன்பெயின் என்பவரின் ஆய்வுப்பணியும் நைட்ரோசெல்லுலோசு கண்டுபிடிப்பிற்கு உதவின. நைட்ரோசெல்லுலோசைக் கற்பூரத்துடன் வினைப்படுத்தும் போது செலுலாயிடு உருவானது. இவ்வாறு கிடைத்த செல்லுலோசை ஈதர் அல்லது அசிட்டோன் கொண்டு கரைக்கும் போது கொலோடியான் கிடைத்தது. கொலோடியானானது அமெரிக்க உள்நாட்டுப் போரின் போது வீரர்களுக்கு ஏற்பட்ட காயங்களைச் சுத்தப்படுத்தும் மருந்தாகப் பயன்படுத்தப்பட்டது. 1865 ஆம் ஆண்டில் முதன் முதலாக செல்லுலோசு அசிடேட்டு தயாரிக்கப்பட்டது.

இயற்கை இரப்பருடன் (பாலி ஐசோப்ரீன்) கந்தகத்தைச் சேர்த்தால், அந்தப் பொருளின் பிசுபிசுப்பும் ஒட்டும் தன்மையும் நீங்கியதை 1834 ஆம் ஆண்டில், பிரீட்ரிக் லுாடர்சுடார்ப், நேதனியேல் ஏவார்டு ஆகியோர் தனித்தனியாகக் கண்டுபிடித்தனர். 1844 ஆம் ஆண்டு சார்லசு குட்இயர் இரப்பருடன் கந்தகத்தை வெப்பப்படுத்தி இரப்பர் பற்றவைப்பு கண்டுபிடித்ததற்காக அமெரிக்கக் காப்புரிமை பெற்றார். தாமசு ஏன்காக் இதே செயல்முறைக்காக 1843 ஆம் ஆண்டில் பிரித்தானியக் காப்புரிமை பெற்றார்.

1884 ஆம் ஆண்டில் இலாரி டி சார்டோனெட் மறு ஆக்கம் செய்யப்பட்ட செல்லுலோசு அல்லது விசுகோசு ரேயான் ஆகியவற்றிலிருந்து முதல் செயற்கை இழையைத் தயாரித்தார். அது பட்டு இழைகளுக்கு பதிலியாக இருந்தாலும், எளிதில் தீப்பற்றக்கூடியதாக இருந்தது.

1907 ஆம் ஆண்டு லியோ பேக்லேண்டு பேக்கலைட்டு எனப்படும் முதல் செயற்கைப் பலபடியைக் கண்டுபிடித்தார். அது வெப்பத்தால் இறுகும் பீனால்-பார்மால்டிகைடு வகை நெகிழியாக அமைந்தது. இதே காலகட்டத்தில், எர்மான் லியூசஸ் என்பவர் அமினோ அமிலம் N-கார்பாக்சிநீரிலிகள் மற்றும் கருக்கவர் பொருள்களின் வினை மூலமாக, அவற்றின் அதிக மூலக்கூறு நிறை கொண்ட விளைபொருள்களின் தொகுப்பு முறையைக் கண்டறிந்தார். ஆனால், அவரது நேரடி மேற்பார்வையாளராக இருந்த எர்மான் எமில் பிஷர் 6000 டால்டனுக்கு அதிகமான அளவிலான சகப்பிணைப்பு மூலக்கூறு இருப்பதற்கான சாத்தியம் இல்லை என்று தெரிவித்த கருத்தினால், அதனைப் பலபடி என்று குறிப்பிடாமல் விட்டுவிட்டார். 1908 ஆம் ஆண்டு ஜாக்யூசு பிராண்டென்பெர்ஜெர் என்பவர் செல்லோபோன் எனும் பலபடிச் சேர்மத்தை உருவாக்கினார். விசுகோசு ரேயான் இழைகளை அல்லது தாள்களை ஒரு அமிலத் தொட்டியினுள் பீய்ச்சி அடிப்பதன் மூலம் செல்லோபோன் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது.

செருமனி நாட்டைச் சேர்ந்த எர்மேன் இசுடாடிஞ்சா் (1881-1965) என்ற வேதியியலாளர், முதன்முதலாக பலபடிகளைப் பற்றிய வரையறையைப் பின்வருமாறு முன்மொழிந்தார். அவரது கூற்றுப்படி, பலபடி என்பது நீண்ட சங்கிலித்தொடர்களில் சகப்பிணைப்பால் பிணைக்கப்பட்ட அணுக்களைக் கொண்ட பெருமூலக்கூறு ஆகும். அவருடைய ஆய்வானது பலபடிகளைப் பற்றிய வேதியியல் தொடர்பான புரிதலை ஆழப்படுத்தியது. அதற்கு முன்னதாக அறிவியலாளா்கள் பலபடிகள் என்பவை சிறு மூலக்கூறுகளின் தொகுதிகள் என்றும் அவற்றுக்குக் குறிப்பிட்ட மூலக்கூறு நிறை கிடையாது என்றும், அவை பெயர் தெரியாத ஒரு விசையின் காரணமாக ஒன்றோடு ஒன்று சேர்ந்து உள்ளன என்றும் நம்பியிருந்தனர். 1953 ஆம் ஆண்டில் எர்மேன் இசுடாடிஞ்சருக்கு வேதியியலுக்கான நோபல் பரிசு வழங்கப்பட்டது. 1931 ஆம் ஆண்டில் வாலசு கரோதர்சு என்பவர் முதல் செயற்கை இரப்பரான நியோப்ரீனைக் கண்டுபிடித்தார். அதற்குப் பிறகு 1935-இல் பட்டு இழைக்குப் பதிலியாகப் பயன்படும் நைலானைக் கண்டுபிடித்தார். கரைசல்களில் பலபடிகளின் அமைப்பு (சமவாய்ப்பு முறை சுருள்) தொடர்பாக 1950-களில் பவுல் ப்ளோரி என்பவர் மேற்கொண்ட பணிகளுக்காக, 1974 ஆம் ஆண்டில் வேதியியல் துறைக்கான நோபல் பரிசு கொடுக்கப்பட்டது.

தற்போது கார்பன் இழை-இப்பாக்சி, பாலிசுடைரீன்-பாலிபியூட்டாடையீன் (HIPS), அக்ரைலோநைட்ரைல்-பியூட்டாடையீன்-இஸ்டைரீன் (ABS), மற்றும் இதே போன்ற கூட்டுக்கலவைகளை உள்ளடக்கிய வணிகரீதியிலான பலபடிகள் மிகுந்த எண்ணிக்கையில் கிடைக்கின்றன. இத்தகைய பலபடிகள் பல்வேறு பகுதிப்பொருள்களின் சிறப்பான குணங்களைப் பெற்று, உயர் வெப்பநிலையில் வேலை செய்யும் தகுதியுடன், தானியங்கி இயந்திரங்களின் உட்பாகங்களாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

பலபடி வேதியியலுக்குத் தொழிற்துறையில் மிகுந்த முக்கியத்துவம் இருந்தும் கூட பல்கலைக்கழகங்கள் இதைப் பாடமாக கற்றுத் தருவதற்கும், இத்துறையில் ஆராய்ச்சிகளை நடத்துவதற்கும் நீண்ட காலம் எடுத்துக்கொண்டன. 1940 ஆம் ஆண்டில், செருமனி நாட்டில், ப்ரீபர்க் எனுமிடத்தில் எர்மேன் இசுடாடிஞ்சா் அவர்களின் வழிகாட்டுதலின் படி பெருமூலக்கூறுகளின் வேதியியலுக்கான நிறுவனம் (Institut fur Makromolekulare Chemie) உருவாக்கப்பட்டது. 1941 ஆம் ஆண்டில் எர்மேன் மார்க் என்பவரால் புரூக்ளின் பல்தொழில்நுட்ப நிறுவனத்தில் பலபடி ஆராய்ச்சி நிறுவனம் (Polymer Research Institute) நிறுவப்பட்டது. இந்நிறுவனத்தின் பல நுாறு பட்டதாரிகள் அமெரிக்கப் பலபடி தொழிற்துறையிலும், பலபடி தொழில்நுட்பம் சார்ந்த கல்வித்துறையிலும் மிக முக்கியமான பங்களிப்பை அளித்துள்ளனா். 1961 ஆம் ஆண்டில், ரிச்சர்டு எஸ் இஸ்டெயின் என்பவரால் ஆமெர்ஸ்ட் என்ற இடத்தில் உள்ள மாசாசுசெட்சு பல்கலைக்கழகத்திலும், 1967 ஆம் ஆண்டில் எரிக் பேயர் என்பரால் கேசு வெசுட்டர்ன் ரிசர்வுப் பல்கலைக்கழகத்திலும், 1982 ஆம் ஆண்டில் தெற்கு மிசிசிபியின் பல்கலைக்கழகத்திலும், 1988 ஆம் ஆண்டில் ஏக்ரன் பல்கலைக்கழகத்திலும் பலபடி ஆராய்ச்சி நிறுவனங்கள் தொடங்கப்பட்டன.