Science chapter 6: Polymer

ষষ্ঠ অধ্যায়

পলিমার

আমাদের দৈনন্দিন জীবনের নানা কাজে ওতপ্রোতভাবে জড়িয়ে আছে বিভিন্ন রকমের পলিমার। এদের কোনোটি প্রাকৃতিক আবার কোনোটি কৃত্রিম। আমরা আমাদের দৈনন্দিন জীবনের একটি মুহূর্তও কল্পনা করতে পারব না, যখন আমরা কোনো না কোনো পলিমার ব্যবহার করছি না। কিছু কিছু পলিমার আছে, যেগুলো পরিবেশবান্ধব, আবার কোনো কোনোটি পরিবেশের জন্য বেশ ক্ষতিকর। এই অধ্যায়ে আমরা পলিমারকে চিনতে শিখব, কোনটি ব্যবহার করব কোনটি থেকে দূরে থাকব সেটিও আমরা বুঝতে শিখব।

Printed page 130

এই অধ্যায় শেষে আমরা -

• প্রাকৃতিক ও কৃত্রিম পলিমার ব্যাখ্যা করতে পারব ;
• পলিমারকরণ প্রক্রিয়া ব্যাখ্যা করতে পারব ;
• প্রাকৃতিক ও কৃত্রিম তন্তু ও বস্ত্রের উৎস, বৈশিষ্ট্য এবং ব্যবহার বর্ণনা করতে পারব ;
• তন্তু হতে সুতা তৈরির প্রক্রিয়া ব্যাখ্যা করতে পারব ;
• বিভিন্ন প্রকার সুতার বৈশিষ্ট্য ব্যাখ্যা করতে পারব ;
• রাবার ও প্লাস্টিকের ভৌত ও রাসায়নিক ধর্ম ব্যাখ্যা করতে পারব ;
• পরিবেশের ভারসাম্যহীনতা সৃষ্টিতে রাবার ও প্লাস্টিকের ভূমিকা ব্যাখ্যা করতে পারব ;
• তাপ প্রয়োগ করে বিভিন্ন প্রকার সুতার বৈশিষ্ট্য শনাক্ত করতে পারব ;
• পরিবেশের ভারসাম্য রক্ষায় রাবার ও প্লাস্টিকের ব্যবহার ও সংরক্ষণে সচেতন হব।

Printed page 131

৬.১ পলিমার (Polymer)

মেলামাইনের থালা-বাসন, বৈদ্যুতিক সুইচ বোর্ড, কার্পেট, পিভিসি পাইপ, পলিথিনের ব্যাগ, পাটের ব্যাগ, সিল্কের কাপড়, উলের কাপড়, সুতি কাপড়, নাইলনের সুতা, রাবার- এসব জিনিস আমাদের খুবই পরিচিত, আমরা সবসময়েই এগুলো ব্যবহার করছি। এগুলো সবই পলিমার। পলিমার (Polymer) শব্দটি এসেছে দুটি গ্রিক শব্দ পলি (Poly) ও মেরোস (Meros) থেকে। পলি শব্দের অর্থ হলো অনেক (Many) এবং মেরোস শব্দের অর্থ অংশ (Part)। অর্থাৎ রসায়ন বিজ্ঞানের ভাষায়, অনেকগুলো ছোট অণু পরপর যুক্ত হয়ে বড় আকারের যে অণু তৈরি হয় তাকে পলিমার বলে। যে ছোট অণু থেকে পলিমার তৈরি হয়, তাকে বলে মনোমার (Monomer)।

আমরা যে পলিথিনের ব্যাগ ব্যবহার করি, তা হলো 'ইথিলিন' নামের মনোমার থেকে তৈরি পলিমার। একইভাবে আমরা যে পিভিসি পাইপ (PVC) ব্যবহার করি, তা হলো ভিনাইল ক্লোরাইড নামের মনোমার থেকে তৈরি পলিমার। তবে সব সময় একটি মনোমার থেকেই পলিমার তৈরি হবে এমন কোনো কথা নেই, একের অধিক মনোমার থেকেও পলিমার তৈরি হতে পারে। যেমন- বৈদ্যুতিক সুইচ বোর্ড তৈরিতে ব্যবহৃত বস্তু। বৈদ্যুতিক সুইচে বাকেলাইট নামের একটি পলিমার ব্যবহার করা হয়। ব্যাকেলাইট তৈরি হয় ফেনল ও ফরমালডিহাইড নামের দুটি মনোমার থেকে। আবার মেলামাইনের থালা-বাসন হলো মেলামাইন রেজিন নামের পলিমার, যা তৈরি হয় মেলামাইন ও ফরমালডিহাইড নামের দুটি মনোমার থেকে। শুরুতে আমরা পলিমারের যে উদাহরণগুলো দেখেছি, তাদের মধ্যে কিছু কিছু প্রকৃতিতে পাওয়া যায়। এদেরকে আমরা বলি প্রাকৃতিক পলিমার।

এখন তোমরা নিজেরাই বলো, শুরুতে দেওয়া উদাহরণগুলোর মধ্যে কোনগুলো প্রাকৃতিক পলিমার?

পাট, সিল্ক, সুতি কাপড়, রাবার- এগুলো প্রাকৃতিক পলিমার। অন্যদিকে মেলামাইন, রেজিন, ব্যাকেলাইট, পিভিসি, পলিথিন- এগুলো প্রকৃতিতে পাওয়া যায় না, শিল্পকারখানায় কৃত্রিমভাবে তৈরি করতে হয়। তাই এরা হলো কৃত্রিম পলিমার।

৬.১.১ পলিমারকরণ

মনোমার থেকে পলিমার তৈরি হয় নির্দিষ্ট একটি প্রক্রিয়ার মাধ্যমে। যে প্রক্রিয়ার মাধ্যমে অনেকগুলো মনোমার অণু যুক্ত হয়ে পলিমার তৈরি হয়, তাকে পলিমারকরণ বিক্রিয়া বলে। সাধারণত পলিমারকরণে উচ্চ চাপ

Printed page 132

এবং তাপের প্রয়োজন হয়। যদি দুটি মনোমার একসাথে যুক্ত হয় তাহলে উৎপন্ন পদার্থটিকে ডাইমার বলে। আমরা ডাইমার উৎপাদন প্রক্রিয়াটিকে এভাবে লিখতে পারি-

$\text{১টি মনোমার} + \text{১টি মনোমার} \rightarrow \text{মনোমার-মনোমার}$

আমরা ডাইমারকে অন্যভাবেও লিখতে পারি, যেমন– $(\text{মনোমার})_2$

অনুরূপভাবে তিনটি মনোমার যুক্ত হলে উৎপন্ন পদার্থটি হবে ট্রাইমার। অর্থাৎ আমরা লিখতে পারি:

$\text{১টি মনোমার} + \text{১টি মনোমার} + \text{১টি মনোমার} \rightarrow \text{মনোমার - মনোমার - মনোমার বা ট্রাইমার}$

$\text{বা } (\text{মনোমার})_3$

এভাবে তিনের অধিক, ধরে নিই $n$ সংখ্যক মনোমার যুক্ত করা হলে যে যৌগটি উৎপন্ন হবে তাকে বলা হয় পলিমার। তাহলে পলিমারকরণ প্রক্রিয়াটি হবে:

$\text{মনোমার} + \text{মনোমার} + \ldots + \text{মনোমার} \rightarrow \text{পলিমার বা } (\text{মনোমার})_n$

$\text{কিংবা } n(\text{মনোমার}) \rightarrow (\text{মনোমার})_n$

আমরা ইতঃপূর্বে পলিথিনের কথা বলেছি, তোমরা কি জানো, কীভাবে পলিথিন তৈরি হয়?

ইথিলিন গ্যাসকে ১০০০-১২০০ বায়ুমণ্ডলীয় চাপে ২০০° সেলসিয়াস তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করলে পলিথিন পাওয়া যায়। তবে এক্ষেত্রে পলিমারকরণ বিক্রিয়াটিকে দ্রুত করার জন্য প্রভাবক হিসেবে অক্সিজেন গ্যাস ব্যবহার করা হয়।

Figure

লেবেল: Lorem ipsum; n (ইথিলিন), মনোমার; (উচ্চতাপ ও চাপ); (O₂ প্রভাবক); পলিথিন, পলিমার বর্ণনা: ইথিলিন মনোমার থেকে পলিথিন পলিমার তৈরির বিক্রিয়া। তীরচিহ্নের ওপরে (উচ্চতাপ ও চাপ) এবং নিচে (O₂ প্রভাবক) লেখা; তীরের বাঁ পাশে n (ইথিলিন) মনোমার এবং ডান পাশে পলিথিন পলিমার।

কিংবা,

Figure

লেবেল: কিংবা,; n (CH₂ = CH₂), ইথিন (মনোমার); (উচ্চতাপ ও চাপ); (O₂ প্রভাবক); {CH₂-CH₂}ₙ, পলিথিন (পলিমার); n = 600 - 1000 বর্ণনা: ইথিন মনোমার থেকে পলিথিন পলিমার তৈরির বিক্রিয়া। তীরচিহ্নের ওপরে (উচ্চতাপ ও চাপ) এবং নিচে (O₂ প্রভাবক) লেখা; তীরের ডান পাশে {CH₂-CH₂} এর নিচে ডানে subscript n এবং তার নিচে n = 600 - 1000 লেখা।

তবে উচ্চ চাপ পদ্ধতি লাভজনক না হওয়ায় বর্তমানে পদ্ধতিটি তেমন জনপ্রিয় নয়। বর্তমানে টাইটেনিয়াম ট্রাইক্লোরাইড $\text{TiCl}_3$ নামক প্রভাবক ব্যবহার করে বায়ুমণ্ডলীয় চাপেই পলিথিন তৈরি করা হয়।

৬.২ তন্তু বা সুতা

তোমরা জানো যে, আমাদের পাঁচটি মৌলিক চাহিদার মধ্যে অন্যতম হলো বস্ত্র বা কাপড়। বস্ত্র বা কাপড়চোপড় আধুনিক সভ্যতার একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ। আমরা বস্ত্র দিয়ে সুন্দর পোশাক তৈরি করি।

Printed page 133

তোমরা কি জানো, বস্ত্র বা কাপড় কী থেকে তৈরি হয়? সব বস্ত্রই তৈরি হয় সুতা থেকে। আবার সুতা তৈরি হয় তন্তু থেকে। আর তন্তু বলতে আমরা আঁশজাতীয় পদার্থকেই বুঝি, তবে বস্ত্রশিল্পে তন্তু বলতে বুনন এবং বয়নের কাজে ব্যবহৃত আঁশসমূহকেই বুঝায়। তন্তু দিয়ে সুতা আর কাপড় ছাড়াও কার্পেট, ফিল্টার, তড়িৎ নিরোধক দ্রব্য ইত্যাদি বিভিন্ন রকম পদার্থ তৈরি করা হয়।

উৎস অনুযায়ী আমাদের অতিপ্রয়োজনীয় তন্তু দুই প্রকার: (ক) প্রাকৃতিক তন্তু এবং (খ) কৃত্রিম তন্তু। তুলা, পাট, লিনেন, রেশম, পশম, উল, সিল্ক, ইত্যাদি প্রকৃতিতে পাওয়া যায়, তাই এগুলোকে আমরা প্রাকৃতিক তন্তু বলি। অন্যদিকে পলিস্টার, রেয়ন, ডেক্রন, নাইলন ইত্যাদি বিভিন্ন পদার্থের রাসায়নিক বিক্রিয়া দ্বারা কৃত্রিম উপায়ে তৈরি করা হয়, তাই এগুলো কৃত্রিম তন্তু।

প্রাকৃতিক তন্তুগুলোর মধ্যে আবার তুলা, পাট ইত্যাদি পাওয়া যায় উদ্ভিদ থেকে। তাই এদেরকে উদ্ভিজ্জ তন্তু বলে। অন্যদিকে রেশম, পশম, উল ইত্যাদি এগুলো পাওয়া যায় প্রাণী থেকে। তাই এদেরকে প্রাণিজ তন্তু বলে।

অন্যদিকে কৃত্রিম তন্তু আবার দুরকমের হয়। সেলুলোজিক তন্তু এবং নন সেলুলোজিক তন্তু। তোমরা জানো যে, সেলুলোজ হলো একধরনের সূক্ষ্ম আঁশযুক্ত পদার্থ, যা দিয়ে উদ্ভিদ এবং প্রাণীকোষ তৈরি হয়। রেয়ন, এসিটেট রেয়ন, ভিসকোস রেয়ন, কিউপ্রামোনিয়াম রেয়ন, ইত্যাদি সেলুলোজকে নানাভাবে প্রক্রিয়াজাত করে তৈরি হয়। তাই এদেরকে সেলুলোজিক তন্তু বলে।

যেসব কৃত্রিম তন্তু সেলুলোজ থেকে তৈরি না করে অন্য পদার্থের মধ্যে রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটিয়ে তৈরি করা হয়, তারাই হলো নন-সেলুলোজিক তন্তু। নাইলন, পলিস্টার, পলিপ্রোপিলিন, ডেক্রন– এগুলো হলো নন সেলুলোজিক কৃত্রিম তন্তু।

৬.২.১ তন্তুর বৈশিষ্ট্য ও ব্যবহার

একটি পোশাক আরামদায়ক কি না তা নির্ভর করে এটি কী ধরনের কাপড় দিয়ে তৈরি তার ওপর। আবার কাপড় তৈরি হয় সুতা থেকে, যা আসে তন্তু থেকে। কাজেই তন্তুর বৈশিষ্ট্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। তাহলে এখন ভিন্ন ভিন্ন প্রাকৃতিক এবং কৃত্রিম তন্তুর বৈশিষ্ট্যগুলো জেনে নেওয়া যাক।

তুলা

গরমের দিনে আমরা সুতির পোশাক পরতে স্বাচ্ছন্দ্য বোধ করি। কারণ সুতির তাপ পরিবহন এবং পরিচলন ক্ষমতা কম। তাই সুতির কাপড় গরম কালে বাইরের গরমকে ভিতরে ঢুকতে বাধা দেয় ফলে শরীর ঠাণ্ডা থাকে এবং শীতকালে শরীরে তাপ বাইরে যেতে পারে না তাই শরীর গরম থাকে।

প্রাকৃতিক উদ্ভিজ্জ তন্তুর মধ্যে প্রধান হলো সুতা। অণুবীক্ষণ যন্ত্রের নিচে (চিত্র ৬.০১) সুতির তন্তুকে অনেকটা নলের মতো দেখায়। নলের মধ্যে যে সরু পদার্থটি থাকে তা প্রথম অবস্থায় 'লুমেন' (Lumen) নামক পদার্থে পূর্ণ থাকে। পরে আঁশগুলো ছাড়িয়ে নেওয়ার পর রোদের প্রভাবে শুকিয়ে যায় এবং নলাকৃতি তন্তুটি ধীরে ধীরে চ্যাপ্টা হয়ে ক্রমে একটি মোচড়ানো ফিতার মতো রূপ ধারণ করে।

Printed page 134

Figure: চিত্র ৬.০১: অণুবীক্ষণ যন্ত্রের নিচে সুতিতন্তু

লেবেল: মূল দেওয়াল, গৌণ দেওয়াল, লুমেন বর্ণনা: বাম দিকে সুতির অসংখ্য তন্তুর অণুবীক্ষণিক ছবি এবং তার পাশে একটি তন্তুর আরও বড় ছবি দেখানো হয়েছে। মাঝে একটি তন্তু লাল বৃত্ত দ্বারা চিহ্নিত এবং তীর চিহ্ন দিয়ে তার একটি বড় চিত্র দেখানো হয়েছে। ডানে সেই তন্তুর একটি নলাকৃতি চিত্র, যার বাইরের বৃত্তাকার অংশ মূল দেওয়াল, ভেতরের বাঁকা সাদা অংশ লুমেন এবং দুইয়ের মাঝখানের অংশ গৌণ দেওয়াল হিসেবে চিহ্নিত।

এই ফিতার মতো সুতির আঁশে ১০০ থেকে ২৫০টি পর্যন্ত পাক বা মোচড় থাকে।

বস্ত্র বা কাপড় তৈরির সময় এই মোচড়ানো অংশ একে অপরের সাথে সুন্দরভাবে মিশে যায় বলে সুতি বস্ত্র টেকসই হয়। আপাতদৃষ্টিতে সুতি তেমন উজ্জ্বল নয়। তবে ময়েশ্চারাইজেশনের (moisturization) মাধ্যমে একে উজ্জ্বল ও চকচকে করে তোলা যায়। সুতি তন্তুকে রং করা হলে সেটি পাকা রং হয় এবং তাপ ও ধোঁয়ার ফলে রঙের তেমন কোনো ক্ষতি হয় না। অজৈব এসিডের সংস্পর্শে সুতি তন্তু নষ্ট হয়ে যায় কিন্তু অন্যান্য এসিডের সংস্পর্শে তেমন কোনো ক্ষতি হয় না। সুতির বস্ত্র ব্যবহারের তেমন বিশেষ কোনো ব্যবস্থা গ্রহণের প্রয়োজন হয় না বলে এর অনেক ধরনের ব্যবহার রয়েছে। সুতি বস্ত্রের একটি প্রধান সীমাবদ্ধতা হচ্ছে এটি সংকুচিত হয়ে যায়।

রেশম (Silk)

আগেকার দিনের রাজা-রানির পোশাক বলতে আমরা সিল্কের বা রেশমি পোশাকই বুঝতাম। অন্যভাবে বলা যেতে পারে, বিলাসবহুল বস্ত্র তৈরিতে রেশম তন্তু ব্যবহৃত হয়। রেশমের প্রধান গুণ হচ্ছে এর সৌন্দর্য। তিন শতাধিক রঙের রেশম পাওয়া যায়। রেশম বা পলু পোকা নামে এক প্রজাতির পোকার গুটি থেকে বিশেষ প্রক্রিয়ায় রেশমের তন্তু আহরণ করা হয়। রেশম মূলত ফাইব্রেয়ন (Fibroin) নামের এক ধরনের প্রোটিন জাতীয় পদার্থ দিয়ে তৈরি। প্রাকৃতিক প্রাণিজ তন্তুর মধ্যে রেশম সবচেয়ে শক্ত এবং দীর্ঘ। বিভিন্ন গুণাগুণের জন্য রেশমকে তন্তুর রানি বলা হয়। সূর্যালোকে রেশম দীর্ঘক্ষণ রাখলে এটি তাড়াতাড়ি নষ্ট হয়। রেশম হালকা কিন্তু অনেক বেশি উষ্ণ এবং খুবই অল্প জায়গায় রেশমি বা সিল্কের কাপড় রাখা যায়।

পশম (Wool)

আমরা শীতের হাত থেকে বাঁচার জন্য যে পোশাকের কথা সবার আগে ভাবি, সেটি হচ্ছে পশম বা উলের পোশাক। তাপ কুপরিবাহী বলে পশমি পোশাক শীতবস্ত্র হিসেবে বহুল ব্যবহৃত হয়। নমনীয়তা, স্থিতিস্থাপকতা, কুঞ্চন প্রতিরোধের ক্ষমতা, রং ধারণক্ষমতা– এগুলো হচ্ছে উল বা পশমের উল্লেখযোগ্য বৈশিষ্ট্য। এই তন্তুর মাঝে ফাঁকা জায়গা থাকে যেখানে বাতাস আটকে থাকতে পারে। বাতাস তাপ

Printed page 135

অপরিবাহী তাই পশম বা উলের কাপড় তাপ কুপরিবাহী। পশমি কাপড় পরে থাকলে শীতের দিনে শরীর থেকে তাপ বেরিয়ে যেতে পারে না, তাই এটি গায়ে দিলে আমরা গরম অনুভব করি। লঘু এসিড এবং ক্ষারে পশমের তেমন কোনো ক্ষতি হয় না। তবে মথ পোকা খুব সহজে পশম তন্তু নষ্ট করে। এছাড়া কিছু ছত্রাক পশম তন্তুকে খুব সহজে আক্রান্ত করে নষ্ট করে দিতে পারে।

পশম একটি অতি প্রাচীন তন্তু। বিভিন্ন জাতের ভেড়া বা মেষের লোম থেকে পশম উৎপন্ন হয়। প্রায় ৪০ জাতের মেষ থেকে ২০০ ধরনের পশম তৈরি করা হয়। জীবন্ত মেষ থেকে লোম সরিয়ে যে পশম তৈরি করা হয়, তাকে বলে 'ফ্লিস উল' (Fleece wool)। মৃত বা জবাই করা মেষ থেকে যে পশম তৈরি করা হয়, তাকে বলে 'পুল্ড উল' (Pulled wool)। মানুষের চুল ও নখে যে প্রোটিন থাকে, অর্থাৎ কেরাটিন (Keratin), সেটি দিয়ে গঠিত পশম তন্তুর মধ্যে আলপাকা, মোহেরা, কাশ্মিও, ভিকুনা ইত্যাদি উল্লেখযোগ্য।

নাইলন

কৃত্রিম নন-সেলুলোজিক তন্তুর মধ্যে নাইলন সর্বপ্রধান। সাধারণত এডিপিক এসিড এবং হেক্সামিথিলিন ডাই অ্যামিন নামক রাসায়নিক পদার্থের পলিমারকরণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে নাইলন তৈরি হয়। নাইলনকে প্রধানত দুই শ্রেণিতে ভাগ করা যায়– নাইলন ৬:৬ এবং নাইলন ৬।

নাইলন খুব হালকা ও শক্ত। ভিজলে এর স্থিতিস্থাপকতা দ্বিগুণ হয়। এটি আগুনে পোড়ে না, তবে গলে গিয়ে বোরাক্স বিডের Borax Bead-এর মতো স্বচ্ছ বিড গঠন করে। কার্পেট, দড়ি, টায়ার, প্যারাসুটের কাপড় ইত্যাদি তৈরি করতে নাইলন ব্যবহৃত হয়।

রেয়ন

কৃত্রিম তন্তুর মধ্যে রেয়ন (চিত্র ৬.০২) হলো প্রধান এবং প্রথম তন্তু। উদ্ভিজ্জ সেলুলোজ ও প্রাণিজ পদার্থ থেকে রেয়ন তৈরি করা হয়। তিন প্রকারের প্রধান রেয়ন হলো (১) ভিসকোস, (২) কিউপ্রামোনিয়াম এবং (৩) অ্যাসিটেট। এগুলো শুধু সুন্দর, উজ্জ্বল, মনোরম, অভিজাত এবং আকর্ষণীয় নয়, মোটামুটি বেশ টেকসই। লঘু এসিডের সাথে তেমন কোনো বিক্রিয়া করে না কিন্তু ধাতব লবণে রেয়ন সহজে বিক্রিয়া করে। অধিক উত্তাপে রেয়ন গলে যায়। তাই রেয়ন কাপড়ে বেশি গরম ইস্ত্রি ব্যবহার করা যায় না।

Figure: চিত্র ৬.০২: অণুবীক্ষণ যন্ত্রের নিচে রেয়ন তন্তুর রূপ

লেবেল: অ্যাসিটেট, ভিসকোস, কিউপ্রামোনিয়াম (আড়াআড়িভাবে) বর্ণনা: তিনটি জোড়ায় অণুবীক্ষণিক ছবি সাজানো আছে। প্রতি জোড়ার বাম দিকে তন্তুর আড়াআড়ি এবং ডান দিকে দৈর্ঘ্যবরাবর ছবি দেখানো হয়েছে। প্রথম জোড়াটি অ্যাসিটেট, দ্বিতীয়টি ভিসকোস এবং তৃতীয়টি কিউপ্রামোনিয়াম রেয়নের।

Printed page 136