क्या आपको लगता है कि बिना पॉलीमर के खोज और विविध अनुप्रयोग के दैनिक जीवन आसान और रंग-बिरंगा हो गया होता? पॉलीमर के उपयोग प्लास्टिक बर्तन, कप और चमचे, बच्चों के खिलौने, पैकेजिंग बैग, संश्लेषित कपड़े के मटेरियल, ऑटोमोबाइल टायर, गियर और सील, विद्युत आइसोलेटिंग मटेरियल और मशीन के हिस्सों के निर्माण में दैनिक जीवन के साथ-साथ औद्योगिक स्थिति को पूरी तरह से विप्लवित कर दिया है। वास्तव में, पॉलीमर चार मुख्य उद्योगों के आधार हैं जैसे कि प्लास्टिक, एलास्टोमर, फाइबर और पेंट एवं वर्निश।

शब्द “पॉलीमर” दो ग्रीक शब्दों से बना है: poly का अर्थ कई होता है और mer का अर्थ इकाई या भाग होता है। “पॉलीमर” शब्द को अत्यधिक बड़े अणुओं के रूप में परिभाषित किया गया है जिनका अणुभार बहुत उच्च होता है $\left(10^{3}-10^{7} \mathrm{u}\right)$. ये अणु अपने आप में बड़े अणुओं के रूप में भी संदर्भित किए जाते हैं, जो बड़े पैमाने पर दोहराए गए संरचनात्मक इकाइयों के संलयन से बनते हैं। दोहराए गए संरचनात्मक इकाइयाँ कुछ सरल और प्रतिक्रियाशील अणुओं से निकलती हैं जिन्हें मोनोमर कहा जाता है और ये एक दूसरे के साथ सहसंयोजक बंधनों द्वारा जुड़े होते हैं। इन पॉलीमर के निर्माण के प्रक्रम को पॉलीमरीकरण कहा जाता है।

15.1 पॉलीमरों का वर्गीकरण

पॉलीमरों के वर्गीकरण के लिए कई तरीके हो सकते हैं, जो कुछ विशेष ध्यान रखे जाने पर आधारित होते हैं। पॉलीमरों के एक सामान्य वर्गीकरण का आधार उनके उत्पादन के स्रोत से होता है।

इस प्रकार के वर्गीकरण के तहत, तीन उप-श्रेणियाँ होती हैं।

1. प्राकृतिक पॉलीमर

इन पॉलीमरों को पौधों और जानवरों में पाया जाता है। उदाहरण के लिए, प्रोटीन, सेल्यूलोज, स्टार्च, कुछ रेजिन और रबर।

2. अर्ध-संश्लेषित पॉलीमर

सेल्यूलोज अवयव, जैसे सेल्यूलोज एसिटेट (रेयॉन) और सेल्यूलोज नाइट्रेट आदि, इस उप-श्रेणी के सामान्य उदाहरण हैं।

3. संश्लेषित बहुलक

प्लास्टिक (पॉलीथीन), संश्लेषित रेशे (नायलॉन 6,6) और संश्लेषित रबर (बुना - S) जैसे विभिन्न प्रकार के संश्लेषित बहुलक मनुष्य द्वारा बनाए गए बहुलकों के उदाहरण हैं जो दैनिक जीवन और उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

बहुलकों को उनके संरचना, अणुओं के बल या बहुलकरण के तरीकों के आधार पर भी वर्गीकृत किया जा सकता है।

अंतर्गत प्रश्न

15.1 बहुलक क्या होते हैं?

उत्तर दिखाएँ

उत्तर

बहुलक उच्च अणुभार वाले मैक्रोअणु होते हैं, जो एकलकों से निर्मित दोहराए गए संरचनात्मक एककों से बने होते हैं। बहुलक के अणुभार $\left(10^{3}-10^{7} u\right)$ होता है। एक बहुलक में विभिन्न एकलक इकाइयाँ तीव्र सहसंयोजक बंधों द्वारा जुड़ी होती हैं। ये बहुलक प्राकृतिक तथा संश्लेषित दोनों हो सकते हैं। पॉलीथीन, रबर और नाइलॉन 6, 6 बहुलक के उदाहरण हैं।

15.2 बहुलकरण अभिक्रियाओं के प्रकार

दो प्रकार के पॉलीमरीकरण अभिक्रियाएं होती हैं, अर्थात् जोड़ या श्रृंखला विस्तार पॉलीमरीकरण और संघनन या चरण विस्तार पॉलीमरीकरण।

15.2.1 जोड़ पॉलीमरीकरण या श्रृंखला विस्तार पॉलीमरीकरण

इस प्रकार के पॉलीमरीकरण में, समान मोनोमर या अलग-अलग मोनोमर के अणु बड़े पैमाने पर जोड़कर एक पॉलीमर के रूप में बनते हैं। इसमें प्रयुक्त मोनोमर असंतृप्त यौगिक होते हैं, जैसे एल्कीन, एल्काडाइईन और उनके अवतरण। इस प्रकार के पॉलीमरीकरण के माध्यम से श्रृंखला की लंबाई में वृद्धि होती है और श्रृंखला विस्तार आवेग या आयनिक वस्तुओं के निर्माण के माध्यम से हो सकता है। हालांकि, आवेग द्वारा नियंत्रित जोड़ या श्रृंखला विस्तार पॉलीमरीकरण सबसे आम तरीका है।

15.2.1.1 योग पॉलीमरीकरण की विधि

1. मुक्त रेडिकल विधि

एक विविधता एल्कीन या डाइईन एवं उनके अपवाहक उपस्थिति में मुक्त रेडिकल उत्पन्न करने वाले एक शुरूवात करते हुए उत्प्रेरक (उत्प्रेरक) जैसे बेंज़ोइल परॉक्साइड, एसिटिल परॉक्साइड, टर्ट-ब्यूटिल परॉक्साइड आदि द्वारा पॉलीमरीकरण होता है। उदाहरण के लिए, एथीन के पॉलीथीन में परिवर्तन के लिए एथीन के मिश्रण को बेंज़ोइल परॉक्साइड उत्प्रेरक के छोटे अंश के साथ गर्म करना या प्रकाश के अधीन रखना आवश्यक होता है। प्रक्रिया के शुरू में परॉक्साइड द्वारा बने फेनिल मुक्त रेडिकल के एथीन डबल बंध के साथ योग होता है जिससे एक नए और बड़े मुक्त रेडिकल का निर्माण होता है। इस चरण को शृंखला शुरू करने वाला चरण कहा जाता है। जैसे ही इस रेडिकल के एक अन्य एथीन अणु के साथ अभिक्रिया होती है, एक और बड़े आकार के रेडिकल का निर्माण होता है। इस अनुक्रम के पुनरावर्तन नए और बड़े रेडिकल के साथ अभिक्रिया के माध्यम से अभिक्रिया को आगे बढ़ाता है और इस चरण को शृंखला प्रसार चरण कहा जाता है। अंततः, कुछ चरण में इस तरह बने उत्पाद रेडिकल के एक अन्य रेडिकल के साथ अभिक्रिया होती है जिससे पॉलीमरीकृत उत्पाद का निर्माण होता है। इस चरण को शृंखला समापन चरण कहा जाता है। पॉलीथीन के निर्माण में शामिल चरणों का अनुक्रम निम्नलिखित चित्र में दिखाया गया है:

चैन शुरू करने के चरण

चैन प्रसारण

$$ \begin{aligned} \mathrm{C_6} \mathrm{H_5}-\mathrm{CH_2}-\dot{\mathrm{C}} \mathrm{H_2}+\mathrm{CH_2}=\mathrm{CH_2} \longrightarrow & \mathrm{C_6} \mathrm{H_5}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\dot{\mathrm{C}} \mathrm{H_2} \\ & \\ & \mathrm{C_6} \mathrm{H_5}+\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}+{ _\mathrm{n}} \mathrm{CH_2}-\dot{\mathrm{C}} \mathrm{H_2}

\end{aligned} $$

शृंखला अंत चरण

दीर्घ शृंखला के अंत के लिए, इन मुक्त अपराग अणुओं के विभिन्न तरीकों से संयोजन से पॉलीथीन बनाया जा सकता है। शृंखला अंत के एक तरीका नीचे दिखाया गया है:

एक अकेले मोनोमेरिक विशिष्टता के पॉलीमरीकरण द्वारा बने एडीशन पॉलीमर को होमोपॉलीमर कहा जाता है, उदाहरण के लिए ऊपर चर्चा किए गए पॉलीथीन एक होमोपॉलीमर है।

एक्सेशन पॉलीमरीकरण से दो अलग-अलग मोनोमरों के बने पॉलीमरों को कोपॉलीमर कहते हैं। बुना-एस, जो बुटा-1, 3-डाइईन और स्टाइरीन के पॉलीमरीकरण से बनता है, एक एक्सेशन पॉलीमरीकरण से बने कोपॉलीमर का उदाहरण है।

15.2.1.2 कुछ महत्वपूर्ण एक्सेशन पॉलीमर

(a) पॉलीथीन

पॉलीथीन लंबे रेखीय या थोड़ा शाखित अणुओं के बने होते हैं। ये गरम करने पर बार-बार नरम हो जाते हैं और ठंडा करने पर कठोर हो जाते हैं, इसलिए इन्हें थर्मोप्लास्टिक पॉलीमर कहते हैं। पॉलीथीन के दो प्रकार होते हैं जो नीचे दिए गए हैं:

(i) कम घनत्व पॉलीथीन: यह एथीन के पॉलीमरीकरण द्वारा प्राप्त किया जाता है, जिसमें 1000 से 2000 वायुमंडलीय दबाव तथा $350 \mathrm{~K}$ से $570 \mathrm{~K}$ तक तापमान पर ऑक्सीजन के ट्रेस या पेरॉक्साइड इनिशिएटर (कैटलॉस) की उपस्थिति में होता है। कम घनत्व पॉलीथीन (LDP) मुक्त रेडिकल जोड़ एवं $\mathrm{H}$-परमाणु अपसारण के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। इसकी संरचना बहुत शाखित होती है। ये पॉलिमर सीधी शृंखला संरचना के साथ कुछ शाखाएँ रखते हैं, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

निम्न घनत्व पॉलीथीन रासायनिक रूप से अक्रिय और मजबूत होता है लेकिन बहुत टैक्टिल होता है और विद्युत का खराब चालक होता है। इसलिए, इसका उपयोग विद्युत वाहक तारों के आइसोलेशन और बर्बतने वाले बोतलों, खिलौनों और टेंडर पाइप के निर्माण में किया जाता है।

( ब ) पॉलीटेट्राफ्लूओरोएथीन (टेफ्लॉन) टेफ्लॉन को उच्च दबाव पर टेट्राफ्लूओरोएथीन को मुक्त रadical या परसल्फेट कैटलॉस्ट के साथ गरम करके बनाया जाता है। यह रासायनिक रूप से अक्रिय और क्षारकीय अपघटकों के हमले के प्रति प्रतिरोधी होता है। यह तेल के सील और गैस्केट बनाने में उपयोग किया जाता है और अपघटन रहित सतह के बर्तन बनाने में भी उपयोग किया जाता है।

(c) पॉलीएक्रिलोनिट्राइल एकरीनिट्राइल के उपस्थिति में पराक्साइड कैटलॉस्ट के साथ एडीशन पॉलीमरीकरण से पॉलीएक्रिलोनिट्राइल के निर्माण के लिए जाता है।

$$ \underset{\text { टेट्राफ्लूओरोएथीन }}{\mathrm{nCC_{2 }}=\mathrm{CF_2}} \xrightarrow[\text { उच्च दबाव }]{\text { कैटलॉस्ट }} \underset{\text { टेफ़लॉन }}{\left[\mathrm{CF_2}-\mathrm{CF_2}\right]_{\mathrm{n}}} $$

पॉलीएक्रिलोनिट्राइल का उपयोग वॉल के बजाय व्यापारिक फाइबर के निर्माण में ऑरलॉन या एक्रिलन के रूप में किया जाता है।

उदाहरण 15.1

$+\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH}\left(\mathrm{C_6} \mathrm{H_5}\right)+_{n}$ एक होमोपॉलीमर या कोपॉलीमर है?

हल

यह एक होमोपॉलीमर है और इसके निर्माण के लिए उपयोग किया जाने वाला मोनोमर स्टाइरीन $\mathrm{C_6} \mathrm{H_5} \mathrm{CH}=\mathrm{CH_2}$ है।

15.2.2 संघनन पॉलीमरीकरण या स्टेप ग्रोथ पॉलीमरीकरण

इस प्रकार के पॉलीमरीकरण में आमतौर पर दो बाइ-फंक्शनल या ट्रिफंक्शनल मोनोमेरिक इकाइयों के बीच एक दोहराए जाने वाले संघनन अभिक्रिया की भाग लेना होता है। इन पॉलीसंघनन अभिक्रियाओं में कुछ सरल अणुओं के नुकसान के रूप में पानी, एल्कोहल, हाइड्रोजन क्लोराइड आदि के निकलने के लिए जा सकता है और उच्च अणुभार संघनन पॉलीमर के निर्माण के लिए जा सकता है।

इन अभिक्रियाओं में, प्रत्येक चरण का उत्पाद फिर से एक द्वि-कार्यक्षम वस्तु होती है और संघनन का अनुक्रम जारी रहता है। क्योंकि, प्रत्येक चरण एक अलग कार्यक्षम वस्तु उत्पन्न करता है और एक दूसरे से स्वतंत्र होता है, इस प्रक्रिया को इस प्रकार के पॉलीमरीकरण के रूप में भी जाना जाता है।

एथिलीन ग्लाइकॉल और टेरेफ्थलिक अम्ल के अंतरक्रिया द्वारा टेरीलेन या डाक्रॉन के निर्माण का उदाहरण इस प्रकार के पॉलीमरीकरण का एक उदाहरण है।

15.2.2.1 कुछ महत्वपूर्ण वाष्पशोषण पॉलीमर

(a) पॉलीएमाइड

इन पॉलीमरों में एमाइड बंधन होते हैं जो संश्लेषित रेशों के महत्वपूर्ण उदाहरण हैं और इन्हें नाइलॉन कहते हैं। तैयारी के सामान्य तरीका डाइएमीन के साथ डाइकार्बोक्सिलिक अम्ल के वाष्पशोषण पॉलीमरीकरण या एमीनो अम्ल या उनके लैक्टाम के वाष्पशोषण होता है।

नाइलॉन

(i) नाइलॉन 6,6: यह हेक्सामेथिलेन डाइएमीन के साथ एडिपिक अम्ल के वाष्पशोषण पॉलीमरीकरण द्वारा उच्च दबाव और उच्च तापमान पर तैयार किया जाता है।

नाइलॉन 6, 6 एक फाइबर बनाने वाला ठोस होता है। इसकी उच्च टनल शक्ति होती है। इस विशेषता को हाइड्रोजन बंधन जैसे शक्तिशाली अंतर-अणुक बलों के कारण समझा जा सकता है। इन शक्तिशाली बलों के कारण श्रृंखलाओं के सघन व्यवस्थित हो जाती है और इस प्रकार क्रिस्टलीय प्रकृति प्रदान करते हैं।

नाइलॉन 6, 6 का उपयोग शीट्स, ब्रश के ब्रिस्टल और वस्त्र उद्योग में किया जाता है।

(ii) नायलॉन 6: इसे कैप्रोलैक्टम को उच्च तापमान पर पानी के साथ गरम करके प्राप्त किया जाता है। नायलॉन 6 टायर के तार, कपड़े और रस्सियों के निर्माण के लिए प्रयोग किया जाता है।

(b) पॉलीएस्टर्स

ये डाइकार्बोक्सिलिक अम्ल और डाइऑल के पॉलीकंडेंसेशन उत्पाद होते हैं। डैक्रॉन या टेरिलेन पॉलीएस्टर के सर्वोत्तम उदाहरण हैं। इसे एथिलीन ग्लाइकॉल और टेरेफ्थलिक अम्ल के मिश्रण को 420 से $460 \mathrm{~K}$ तक गरम करके बनाया जाता है, जिसमें जिंक एसीटेट-एंटीमोनियम ट्राइऑक्साइड कैटलिस्ट की उपस्थिति में अगले अभिक्रिया के अनुसार किया जाता है। डैक्रॉन फाइबर (टेरिलेन) मोहर रहित होता है और इसे कपास और ऊन फाइबर के साथ मिश्रण के लिए तथा सुरक्षा टोपी आदि में कांच के सामग्री के रूप में भी प्रयोग किया जाता है।

(c) फीनॉल - फॉर्मेल्डिहाइड पॉलीमर (बेकलाइट और संबंधित पॉलीमर)

फीनॉल - फॉर्मेल्डिहाइड पॉलीमर सबसे पुराने संश्लेषित पॉलीमर हैं। ये फीनॉल और फॉर्मेल्डिहाइड के संघनन अभिक्रिया के माध्यम से प्राप्त किए जाते हैं, जिसमें अम्ल या क्षारक अभिकरक की उपस्थिति में अभिक्रिया होती है। अभिक्रिया के शुरू में $o$- और/या $p$-हाइड्रॉक्सीमेथिल फीनॉल अवतरण बनते हैं, जो आगे फीनॉल के साथ अभिक्रिया करके एक दूसरे के साथ $\mathrm{CH_2}$ समूह के माध्यम से जुड़े वलयों वाले यौगिक बनाते हैं। शुरूआती उत्पाद एक रेखीय उत्पाद हो सकता है - नोवोलैक, जो पेंट्स में उपयोग किया जाता है।

नवोलैक को फॉर्मल्डिहाइड के साथ गरम करने पर परस्पर जुड़ने के कारण एक गलनशील ठोस बर्तन बेकलाइट के रूप में बनता है। यह एक थर्मोसेटिंग पॉलीमर है जिसे दोबारा उपयोग या पुनर्रूपण नहीं किया जा सकता है। इसलिए, बेकलाइट एक लीनियर चैन के पॉलीमर नवोलैक के परस्पर जुड़ने से बनता है। बेकलाइट का उपयोग कम्ब, फोनोग्राफ रिकॉर्ड, विद्युत स्विच और विभिन्न बर्तनों के हैंडल बनाने के लिए किया जाता है।

(d) मेलामाइन — फॉर्मल्डीहाइड पॉलिमर

मेलामाइन फॉर्मल्डीहाइड पॉलिमर मेलामाइन और फॉर्मल्डीहाइड के संघनन पॉलिमरीकरण द्वारा बनाया जाता है।

अंतर्गत प्रश्न

15.2 निम्नलिखित बहुलकों के मोनोमरों के नाम लिखिए

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उत्तर

(i) हेक्सामेथिलीनडाइएमाइन $\left[\mathrm{H _2} \mathrm{~N}-\left(\mathrm{CH_2}\right) _{6}-\mathrm{NH _2}\right] \text { और एडिपिक अम्ल } \left[\mathrm{HOOC}-\left(\mathrm{CH _2}\right) _{4}-\mathrm{COOH}\right]$

(ii)

कैप्रोलैक्टाम

(iii) टेट्राफ्लूओरोएथीन $\left(\mathrm{CF_2}=\mathrm{CF_2}\right)$

15.3 निम्नलिखित को योगात्मक एवं संघनन बहुलक में वर्गीकृत कीजिए: टेरिलेन, बेकेलाइट, पॉलीथीन, टेफ़लॉन।

उत्तर दिखाएं

उत्तर

योगात्मक बहुलक:

पॉलीविनिल क्लोराइड, पॉलीथीन

संघनन बहुलक:

टेरिलेन, बेकेलाइट

15.2.3 कोपोलीमरीकरण

कोपोलीमरीकरण एक पॉलीमरीकरण अभिक्रिया है जिसमें एक से अधिक मोनोमेरिक विशिष्टताओं के मिश्रण को पॉलीमरीकरण के लिए छोड़ दिया जाता है और एक कोपोलीमर के रूप में बनाया जाता है। कोपोलीमर केवल श्रृंखला वृद्धि पॉलीमरीकरण द्वारा न केवल चरण वृद्धि पॉलीमरीकरण द्वारा भी बनाया जा सकता है। यह प्रत्येक मोनोमर के अनेक इकाइयों को समान पॉलीमरिक श्रृंखला में शामिल करता है।

उदाहरण के लिए, ब्यूटा-1, 3-डाईईन और स्टाइरीन के मिश्रण से एक कोपोलीमर बन सकता है।

कोपॉलिमर होमोपॉलिमर से बहुत अलग गुणों के साथ होते हैं। उदाहरण के लिए, ब्यूटाडाइईन-स्टाइरीन कोपॉलिमर बहुत मजबूत होता है और प्राकृतिक रबर के एक अच्छा विकल्प होता है। इसका उपयोग ऑटो टायर, फ्लोर टाइल्स, फूटवेयर कंपोनेंट्स, केबल आइसोलेशन आदि के निर्माण में किया जाता है।

15.2.4 रबर

1. प्राकृतिक रबर

रबर एक प्राकृतिक पॉलिमर है और इसमें तारक गुण होते हैं। इसे एलास्टोमेरिक पॉलिमर के रूप में भी जाना जाता है। एलास्टोमेरिक पॉलिमर में, पॉलिमर शैन द्वारा दुर्बल अंतर-अणुक बलों द्वारा बंधे रहते हैं। इन दुर्बल बंधन बलों के कारण पॉलिमर को खींचा जा सकता है। शैन के बीच कुछ ‘क्रॉसलिंक्स’ लगाए जाते हैं, जो पॉलिमर को बल के अनुपात में अपनी मूल स्थिति में वापस आने में मदद करते हैं।

रबर के कई उपयोग हैं। यह रबर लैटेक्स से निर्मित होता है जो पानी में रबर के कोलॉइडियल वितरण है। यह लैटेक्स रबर वृक्ष से प्राप्त किया जाता है जो भारत, श्रीलंका, इंडोनेशिया, मलय द्वीपसमूह और दक्षिण अमेरिका में पाया जाता है।

प्राकृतिक रबर को आइसोप्रीन (2-मेथिल-1, 3-ब्यूटेडाइईन) के रैखिक पॉलीमर के रूप में विचार किया जा सकता है और इसे सिस-1, 4-पॉलीइसोप्रीन के रूप में भी जाना जाता है।

सी-पॉलीआइसोप्रीन अणु विभिन्न शृंखलाओं से बना होता है जो कमजोर वैन डर वाल्स परस्पर क्रिया द्वारा एक साथ रखे जाते हैं और इसकी संरचना एक बांध जैसी होती है। इसलिए, इसे एक स्प्रिंग के जैसे खीचा जा सकता है और इसके विस्तार गुण होते हैं।

रबर के वुल्कैनाइजेशन: प्राकृतिक रबर उच्च तापमान ( $>335 \mathrm{~K}$ ) पर नरम हो जाता है और निम्न तापमान (< 283 $\mathrm{K}$) पर टूट जाता है और इसकी जल अवशोषण क्षमता उच्च होती है। यह अपरिपूर्ण विलायकों में घुल जाता है और ऑक्सीकारक एजेंटों के हमले के प्रति अस्थिर होता है। इन भौतिक गुणों को सुधारने के लिए वुल्कैनाइजेशन की प्रक्रिया की जाती है। यह प्रक्रिया शुद्ध रबर के मिश्रण को बर्न और उपयुक्त एडिटिव के साथ गरम करके की जाती है।

एक तापमान परिसर में $373 \mathrm{~K}$ से $415 \mathrm{~K}$ के बीच। वुल्कैनाइजेशन के दौरान, सल्फर डबल बॉंड के प्रतिक्रियाशील साइट्स पर क्रॉस लिंक बनाता है और इस प्रकार रबर कठिन हो जाता है।

चालू रबर टायर के निर्माण में, 5% सल्फर क्रॉसलिंकिंग एजेंट के रूप में उपयोग किया जाता है। वुल्कैनाइजेशन के रबर अणुओं के संभावित संरचनाएं नीचे दर्शाई गई हैं:

2. संश्लेषित रबर

संश्लेषित रबर कोई भी वुल्कनाइज़ेबल रबर जैसा पॉलिमर होता है, जो अपने लंबाई के दुगुने तक खीचे जा सकते हैं। हालांकि, बाहरी खीचने वाले बल के छोड़ देने पर यह अपनी मूल आकृति और आकार में वापस आ जाता है। इसलिए, संश्लेषित रबर 1, 3 - ब्यूटाडाइईन अवतरण के होमोपॉलिमर या 1, 3 - ब्यूटाडाइईन या उसके अवतरण के साथ अन्य असंतृप्त मोनोमर के कोपॉलिमर होते हैं।

संश्लेषित रबर के निर्माण के तरीके

1. नियोप्रीन

नियोप्रीन या पोलीक्लोरोप्रीन क्लोरोप्रीन के मुक्त रेडिकल पॉलिमरीकरण से बनता है।

यह शाकीय और खनिज तेलों के प्रति उत्कृष्ट प्रतिरोधी होता है। इसका उपयोग ट्रांसमिटर बेल्ट, गैसकेट और होज़ के निर्माण में किया जाता है।

2. बुना - एन

आप पहले सेक्शन 15.1.3 में बुना-एस के बारे में अध्ययन कर चुके हैं। बुना $-\mathrm{N}$ को पराक्साइड कैटलिस्ट की उपस्थिति में 1,3-ब्यूटा-1,3-डाइईन और एक्रिलोनिट्राइल के सह-पॉलीमरीकरण द्वारा प्राप्त किया जाता है।

पेट्रोल, लिप्त तेल और आगनिक विलायकों के कार्य के प्रति इसका प्रतिरोध होता है। इसका उपयोग तेल बंदरगाह, टैंक लाइनिंग आदि बनाने में किया जाता है।

अंतर्गत प्रश्न

15.4 बुना-एन और बुना-एस में अंतर समझाइए।

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उत्तर

बुना - $\mathrm{N}$ 1,3-ब्यूटाडाइईन और एक्रिलोनिट्राइल के सह-बहुलक है।

बुना - $\mathrm{S}$ 1,3-ब्यूटाडाइईन और स्टाइरीन के सह-बहुलक है।

15.5 निम्नलिखित बहुलकों को उनके अंतर-अणुक बल के बढ़ते क्रम में व्यवस्थित कीजिए।

(i) नाइलॉन 6, 6, बुना-एस, पॉलीथीन।

(ii) नाइलॉन 6, नियोप्रीन, पॉलीविनाइल क्लोराइड।

उत्तर दिखाएं

उत्त र

अलग-अलग प्रकार के बहुलकों में अलग-अलग अंतर-अणुक बल होते हैं। एलास्टोमर या रबर के अंतर-अणुक बल सबसे कम होते हैं जबकि फाइबर के अंतर-अणुक बल सबसे अधिक होते हैं। प्लास्टिक के अंतर-अणुक बल मध्यम होते हैं। अतः दिए गए बहुलकों के अंतर-अणुक बल के बढ़ते क्रम निम्नलिखित हैं:

(i) बुना - S < पॉलीथीन < नाइलॉन 6, 6

(ii) नियोप्रीन < पॉलीविनाइल क्लोराइड < नाइलॉन 6

15.3 पॉलिमर के अणुभार

पॉलिमर के गुण उनके अणुभार, आकार और संरचना से गहराई से संबंधित होते हैं। उनके संश्लेषण के दौरान पॉलिमर श्रृंखला के विकास अभिक्रिया मिश्रण में मोनोमर की उपलब्धता पर निर्भर करता है। इसलिए, पॉलिमर नमूना विभिन्न लंबाई की श्रृंखलाओं से बना होता है और इसलिए इसका अणुभार हमेशा औसत के रूप में व्यक्त किया जाता है। पॉलिमर के अणुभार को रासायनिक और भौतिक विधियों द्वारा निर्धारित किया जा सकता है।

15.4 बायोडिग्रेडेबल पॉलीमर

पॉलीमरों की बहुत संख्या पर्यावरणीय विघटन प्रक्रियाओं के प्रति बहुत सुरक्षित होती है और इसलिए पॉलीमरी ठोस अपशिष्ट के संग्रहण के लिए जिम्मेदार होती है। इन ठोस अपशिष्ट के कारण तीव्र पर्यावरणीय समस्याएं उत्पन्न होती हैं और वे बहुत लंबे समय तक विघटित नहीं होते। पॉलीमरी ठोस अपशिष्ट के कारण उत्पन्न समस्याओं के सामान्य जागरूकता और चिंता के दृष्टिकोण से, कुछ नए बायोडिग्रेडेबल संश्लेषित पॉलीमरों के डिज़ाइन और विकास किया गया है। ये पॉलीमर बायोपॉलीमर में उपस्थित फंक्शनल समूहों के समान फंक्शनल समूहों को समावेशित करते हैं।

अलिफैटिक पॉलीएस्टर बियोडिग्रेडेबल पॉलिमर के महत्वपूर्ण वर्गों में से एक हैं। कुछ महत्वपूर्ण उदाहरण नीचे दिए गए हैं:

1. पॉली $\beta$-हाइड्रॉक्सीब्यूटेरेट - को- $\beta$-हाइड्रॉक्सी वैलेरेट (PHBV)

यह 3-हाइड्रॉक्सीब्यूटेनोइक अम्ल और 3-हाइड्रॉक्सीपेंटेनोइक अम्ल के सह-पॉलीमरीकरण से प्राप्त किया जाता है। PHBV विशेष रूप से पैकेजिंग, ऑर्थोपेडिक उपकरणों और दवाओं के नियंत्रित विसरण में उपयोग किया जाता है। PHBV पर्यावरण में बैक्टीरिया द्वारा विघटित हो जाता है।

2. नाइलॉन 2–नाइलॉन 6

यह ग्लाइसीन $\left(\mathrm{H_2} \mathrm{~N}-\mathrm{CH_2}-\right.$ $\mathrm{COOH})$ और एमीनो कैप्रोइक अम्ल $\left[\mathrm{H_2} \mathrm{~N}\left(\mathrm{CH_2}\right)_{5} \mathrm{COOH}\right]$ के एक वैकल्पिक पॉलीएमाइड सह-पॉलीमर है और इसका विघटन शामिल है। क्या आप इस सह-पॉलीमर की संरचना लिख सकते हैं?

15.5 व्यापारिक महत्व के पॉलीमर

इसके अलावा, पहले चर्चा किए गए पॉलीमरों के अतिरिक्त, कुछ अन्य व्यापारिक रूप से महत्वपूर्ण पॉलीमर उनकी संरचना और उपयोग के साथ नीचे तालिका 15.1 में दिए गए हैं।

तालिका 15.1: कुछ अन्य व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण पॉलिमर

| ग्लाइटल | (a) एथिलीन ग्लाइकॉल
(b) फथलिक अम्ल | | पेंट और लैकर के निर्माण में। | | बेकलाइट | (a) फीनॉल
(b) फॉर्मल्डिहाइड | | कंब,
विद्युत आवर्तक आवर्तक,
उपकरणों के हैंडल और
कंप्यूटर डिस्क बनाने के लिए। |

सारांश

पॉलिमर उच्च अणुभार वाले मैक्रोमोलेकुल होते हैं, जो संगत मोनोमर से निर्वचन के द्वारा पुनरावृत्ति वाले संरचनात्मक इकाइयों से बने होते हैं। ये पॉलिमर प्राकृतिक या संशोधित उत्पत्ति के हो सकते हैं और विभिन्न तरीकों से वर्गीकृत किए जा सकते हैं।

अनुपस्थिति में एक आगन ऑक्सीकारक प्रारंभक, एल्कीन और उनके अवलोकन एक मुक्त रेडिकल योजना के माध्यम से एक जोड़ बहुलकरण या श्रृंखला विस्तार बहुलकरण के माध्यम से जाते हैं। पॉलीथीन, टेफ़लॉन, ओरलॉन आदि उपयुक्त एल्कीन या उनके अवलोकन के जोड़ बहुलकरण द्वारा बनाए जाते हैं। संघनन बहुलकरण अभिक्रिया द्विफलन या बहुफलन एकलकों के बीच घटना द्वारा दिखाई देती है, जो -NH2, -OH और -COOH समूहों के साथ होते हैं। इस प्रकार के बहुलकरण के माध्यम से कुछ सरल अणुओं के उत्सर्जन के माध्यम से चलता है, जैसे H2O, CH3OH आदि। फॉर्मल्डिहाइड फेनॉल और मेलामाइन के साथ अभिक्रिया करके संगत संघनन बहुलक उत्पाद बनाता है। संघनन बहुलकरण धीरे-धीरे चरण द्वारा चलता है और इसे चरण विस्तार बहुलकरण के रूप में भी जाना जाता है। नाइलॉन, बेकेलाइट और डाक्रॉन संघनन बहुलक के कुछ महत्वपूर्ण उदाहरण हैं। हालांकि, दो असंतृप्त एकलकों के मिश्रण के अभिक्रिया के माध्यम से को-बहुलकरण होता है और प्रत्येक एकलक के अनेक इकाइयों के साथ एक को-बहुलक बनता है। प्राकृतिक रबर एक सिस 1, 4-पॉलीइसोप्रीन होता है और सल्फर के साथ वुल्कनाइजेशन प्रक्रिया द्वारा इसे अधिक मजबूत बनाया जा सकता है। संश्लेषित रबर आमतौर पर एल्कीन और 1, 3-ब्यूटाडाइईन अवलोकन के को-बहुलकरण द्वारा प्राप्त किए जाते हैं।

संश्लेषित पॉलीमर अपशिष्टों के संभावित पर्यावरणीय खतरों के आधार पर, कुछ बायोडिग्रेडेबल पॉलीमर जैसे PHBV और नाइलॉन-2-नाइलॉन-6 के विकसित करने के लिए विकल्प के रूप में विकसित किया गया है।

प्रश्न

15.1 बहुलक और मोनोमर शब्दों को समझाइए।

उत्तर दिखाएं

उत्तर

बहुलक उच्च अणुभार वाले मैक्रोअणु होते हैं जो एक से अधिक अणुओं से बने होते हैं जो एक या अधिक मोनोमर से निर्मित होते हैं। बहुलक के अणुभार बहुत उच्च होता है $\left(10^{3}-10^{7} \mathrm{u}\right)$. बहुलक में विभिन्न मोनोमर इकाइयाँ तीव्र सहसंयोजी बंधनों द्वारा जुड़ी होती हैं। बहुलक प्राकृतिक तथा संशोधित दोनों हो सकते हैं। पॉलीथीन, रबर और नाइलॉन 6,6 बहुलक के उदाहरण हैं।

मोनोमर सरल, प्रतिक्रियाशील अणु होते हैं जो एक दूसरे के साथ सहसंयोजी बंधनों द्वारा बड़ी संख्या में जुड़कर बहुलक के रूप में बनते हैं। उदाहरण के लिए, एथीन, प्रोपीन, स्टाइरीन, विनिल क्लोराइड।

15.2 प्राकृतिक और संशोधित बहुलक क्या हैं? प्रत्येक प्रकार के दो उदाहरण दीजिए।

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प्राकृतिक बहुलक वे बहुलक होते हैं जो प्रकृति में पाए जाते हैं। वे पौधों और जानवरों द्वारा बनाए जाते हैं। उदाहरण जैसे प्रोटीन, सेल्यूलोज, स्टार्च आदि।

संशोधित बहुलक वे बहुलक होते हैं जो मनुष्य द्वारा बनाए जाते हैं। उदाहरण जैसे प्लास्टिक (पॉलीथीन), संशोधित रेशे (नाइलॉन 6, 6), संशोधित रबर (बुना - S)।

15.3 होमोपॉलीमर और कोपॉलीमर शब्दों के बीच अंतर को समझाइए और प्रत्येक के एक उदाहरण दीजिए।

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होमोपॉलीमर	कोपॉलीमर
एक अकेले मोनोमर के पॉलीमरीकरण से बने पॉलीमर होमोपॉलीमर कहलाते हैं। अन्य शब्दों में, होमोपॉलीमर की दोहराए गए इकाइयाँ केवल एक मोनोमर से निर्मित होती हैं। उदाहरण के लिए, पॉलीथीन एथीन का होमोपॉलीमर है।	जिन पॉलीमर की दोहराए गए इकाइयाँ दो प्रकार के मोनोमर से निर्मित होती हैं उन्हें कोपॉलीमर कहते हैं। उदाहरण के लिए, बुना - S 1, 3-ब्यूटाडाइईन और स्टाइरीन का कोपॉलीमर है।

15.4 आप एक मोनोमर के कार्यक्षमता को कैसे समझाएंगे?

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एक मोनोमर की कार्यक्षमता उस मोनोमर में उपस्थित बंधन विषयों की संख्या होती है।

उदाहरण के लिए, एथीन और प्रोपीन जैसे मोनोमर के कार्य एक होते हैं और 1,3-ब्यूटाडाइईन और एडिपिक एसिड के कार्य दो होते हैं।

15.5 पॉलीमरीकरण शब्द को परिभाषित कीजिए।

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पॉलीमरीकरण वह प्रक्रिया है जिसमें उच्च अणुभार $\left(10^{3}-10^{7} \mathrm{u}\right)$ वाले मैक्रोअणु बनते हैं, जो एक से अधिक मोनोमर से निर्मित दोहराए गए संरचनात्मक इकाइयों से बने होते हैं। एक पॉलीमर में, विभिन्न मोनोमर इकाइयाँ मजबूत सहसंयोजक बंधनों द्वारा जुड़ी होती हैं।

15.6 $(\mathrm{NH}-\mathrm{CHR}-\mathrm{CO})_{n}$, एक होमोपॉलीमर या कोपॉलीमर है या नहीं?

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$(\mathrm{NH}-\mathrm{CHR}-\mathrm{CO})_{n}$ एक होमोपॉलीमर है क्योंकि यह एक अकेले मोनोमर इकाई, $\mathrm{NH_2}-\mathrm{CHR}-\mathrm{COOH}$ से प्राप्त किया जाता है।

15.7 एलास्टोमर क्यों तन्य गुण रखते हैं?

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एलास्टोमर में तन्य गुण:

एलास्टोमर तन्य गुण रखते हैं क्योंकि अंतराणुक बल सबसे कम होते हैं। इस कारण से, छोटे तनाव के अनुप्रयोग से वे आसानी से खींचे जा सकते हैं और तनाव के अपने अंतिम आकार में वापस आ जाते हैं। पॉलीमर शृंखला में कुछ प्रकार के प्रतिच्छेदन बंधन जोड़कर तन्यता को और बढ़ाया जा सकता है।

प्राकृतिक रबर एलास्टोमर का सबसे लोकप्रिय उदाहरण है। कुछ अतिरिक्त उदाहरण बुना-एस, बुना-एन और नियोप्रीन हैं।

15.8 आप एडीशन और कंडेंसेशन पॉलीमरीकरण के बीच अंतर कैसे निर्धारित कर सकते हैं?

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एडीशन पॉलीमरीकरण वह प्रक्रिया है जिसमें द्विबंध या त्रिबंध वाले मोनोमर के दोहरे जोड़ के माध्यम से पॉलीमर बनते हैं। उदाहरण के लिए, पॉलीथीन एथीन के एडीशन पॉलीमरीकरण से बनता है।

$\left.n \mathrm{CH_2}=\mathrm{CH_2} \longrightarrow (\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}\right)_{n}$

एथीन पॉलीथीन

कंडेंसेशन पॉलीमरीकरण वह प्रक्रिया है जिसमें दो अलग-अलग द्विफंक्शनल या त्रिफंक्शनल मोनोमर के दोहरे कंडेंसेशन अभिक्रिया के माध्यम से पॉलीमर बनते हैं। प्रत्येक कंडेंसेशन में एक छोटा अणु जैसे जल या हाइड्रोक्लोरिक एसिड के रूप में उत्सर्जित होता है। उदाहरण के लिए, नाइलॉन 6, 6 एक छोटे अणु जैसे जल या हाइड्रोक्लोरिक एसिड के रूप में उत्सर्जित होता है।

15.9 सह-पॉलीमरीकरण शब्द की व्याख्या करें और दो उदाहरण दें।

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दो या अधिक अलग-अलग मोनोमेरिक इकाइयों से पॉलीमर के निर्माण की प्रक्रिया को सह-पॉलीमरीकरण कहते हैं। एक सह-पॉलीमर में प्रत्येक मोनोमर के बहुत से इकाइयाँ उपस्थित होती हैं। 1, 3-ब्यूटेडाइईन और स्टाइरीन से बुना-एस पॉलीमर के निर्माण की प्रक्रिया सह-पॉलीमरीकरण का एक उदाहरण है।

नाइलॉन 6, 6 एक सह-पॉलीमर है जो हेक्सामेथिलीन डाइएमीन और एडिपिक एसिड से बनता है।

15.10 एथीन के पॉलीमरीकरण के फ्री रेडिकल योजना को लिखें।

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एथीन के फ्री रेडिकल पॉलीमरीकरण की योजना:

चरण I. श्रृंखला प्रारंभ चरण

चरण II. श्रृंखला प्रसार चरण

चरण III. श्रृंखला समापन चरण

For long chain के अंत बिंदु के लिए, ये फ्री रेडिकल विभिन्न तरीकों से संयोजित होकर पॉलीथीन बनाते हैं।

15.11 थर्मोप्लास्टिक और थर्मोसेटिंग पॉलीमर की परिभाषा दें और प्रत्येक के दो उदाहरण दें।

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थर्मोप्लास्टिक पॉलीमर लंबी (कुछ शाखा वाली) रेखीय श्रृंखला पॉलीमर होते हैं, जिन्हें गरम करके बार-बार गरम और ठंडा किया जा सकता है। इसलिए, इन्हें बार-बार संशोधित किया जा सकता है। उदाहरण शामिल हैं पॉलीथीन, पॉलीस्टीरीन।

थर्मोसेटिंग पॉलीमर एक दूसरे के साथ जुड़े या बहुत शाखा वाले पॉलीमर होते हैं जो मोल्डिंग प्रक्रिया के दौरान गरम हो जाते हैं। इन प्लास्टिक को फिर से गरम करके नहीं गरम किया जा सकता है। थर्मोसेटिंग प्लास्टिक के उदाहरण बेकलाइट, यूरिया-फॉर्मेल्डिहाइड रेजिन हैं।

15.12 निम्नलिखित पॉलीमर प्राप्त करने के लिए उपयोग किए जाने वाले मोनोमर के नाम और संरचना लिखें।

(i) पॉलीविनाइल क्लोराइड

(ii) टेफ़लॉन

(iii) बेकलाइट

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(i) विनाइल क्लोराइड $\left(\mathrm{CH_2}=\mathrm{CHCl}\right)$

(ii) टेट्राफ्लूओरोएथिलीन $\left(\mathrm{CF_2}=\mathrm{CF_2}\right)$

(iii) फॉर्मल्डिहाइड $(\mathrm{HCHO})$ और फीनॉल $\left(\mathrm{C_6} \mathrm{H_5} \mathrm{OH}\right)$

15.13 मुक्त रेडिकल जोड़ पॉलीमरीकरण में उपयोग किए जाने वाले एक सामान्य शुरुआतकर्ता का नाम और संरचना लिखें।

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मुक्त रेडिकल जोड़ पॉलीमरीकरण में एक सामान्य शुरुआतकर्ता बेंज़ोइल परॉक्साइड होता है। इसकी संरचना नीचे दी गई है।

15.14 रबर अणुओं में डबल बंधन की उपस्थिति उनकी संरचना और प्रतिक्रियाशीलता को कैसे प्रभावित करती है?

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प्राकृतिक रबर एक रेखीय सिस-पॉलीइसोप्रीन है जिसमें इसोप्रीन इकाइयों के $C_{2}$ और $C_{3}$ के बीच डबल बॉंड उपस्थित होते हैं।

इस सिस-कॉन्फ़िगरेशन के कारण, इसोप्रीन के विभिन्न तारों के बीच अंतरमोलेकुलर अंतरक्रियाएं बहुत कम होती हैं। इस कारण, प्राकृतिक रबर में विभिन्न तार यादृच्छिक रूप से व्यवस्थित होते हैं। इसलिए, यह तारकता दिखाता है।

15.15 रबर के वुल्कैनाइजेशन का मुख्य उद्देश्य क्या है?

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प्राकृतिक रबर आवश्यक उपयोग के लिए कुछ समस्याएं हो सकती हैं। इन सीमाओं के बारे में नीचे चर्चा की गई है:

1. प्राकृतिक रबर कम तापमान पर ( $>335 \mathrm{~K}$ ) बहुत नरम और चिपकने वाला होता है। उच्च तापमान पर ( $>335 \mathrm{~K}$ ) यह और भी नरम हो जाता है। निम्न तापमान पर ( $<283 \mathrm{~K}$ ) यह टूट जाता है। इसलिए, तारकता बनाए रखने के लिए, प्राकृतिक रबर का उपयोग आमतौर पर $283 \mathrm{~K}-335 \mathrm{~K}$ के तापमान रेंज में किया जाता है।

2. यह बहुत अधिक पानी अवशोषित कर सकता है।

3. यह कम टनल शक्ति और कम धुलाई प्रतिरोध रखता है।

4. यह अप्रोटिक विलायकों में घुलनशील होता है।

5. यह ऑक्सीकारक एजेंटों द्वारा आसानी से हमला कर सकता है।

प्राकृतिक रबर के वुल्कैनाइजेशन किया जाता है ताकि इन सभी गुणों में सुधार किया जा सके। इस प्रक्रिया में, शुद्ध रबर के मिश्रण को सल्फर और उपयुक्त एडिटिव के साथ $373 \mathrm{~K}$ और $415 \mathrm{~K}$ के तापमान रेंज में गरम किया जाता है।

15.16 नाइलॉन-6 और नाइलॉन-6,6 के मोनोमेरिक पुनरावृत्ति इकाइयां क्या हैं?

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नाइलॉन 6 की मोनोमेरिक पुनरावृत्ति इकाई $\left[\mathrm{NH}-\left(\mathrm{CH_2}\right)_{5}-\mathrm{CO}\right]$ है, जो कैप्रोलैक्टाम से निर्मित होती है।

नाइलॉन 6,6 की मोनोमेरिक पुनरावृत्ति इकाई $\left[\mathrm{NH}-\left(\mathrm{CH _2}\right) _{6}-\mathrm{NH}-\mathrm{CO}-\left(\mathrm{CH _2}\right) _{4}-\mathrm{CO}\right]$ है, जो हेक्सामेथिलीन डाइएमीन और एडिपिक एसिड से निर्मित होती है।

15.17 निम्नलिखित पॉलिमरों के मोनोमरों के नाम एवं संरचना लिखिए:

(i) बुना-एस

(ii) बुना-एन

(iii) डैक्रॉन

(iv) नियोप्रीन

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	पॉलिमर	मोनोमर	मोनोमर की संरचना
i	बुना-एस	1,3-ब्यूटेडाइईन	$\mathrm{CH_2}=\mathrm{CH}-\mathrm{CH}=\mathrm{CH_2}$
		स्टाइरीन	$\mathrm{C_6} \mathrm{H_5} \mathrm{CH}=\mathrm{CH} 2$
ii	बुना-एन	1, 3-ब्यूटेडाइईन	$\mathrm{CH_2}=\mathrm{CH}-\mathrm{CH}=\mathrm{CH_2}$
		एक्रिलोनाइट्राइल	$\mathrm{CH_2}=\mathrm{CH}-\mathrm{CN}$
iii	नियोप्रीन	क्लोरोप्रीन	$\mathrm{CH _2}=\stackrel{\substack{\mathrm{O} \\ |}}{\mathrm{C}}-\mathrm{CH}=\mathrm{CH _2}$
iv	डैक्रॉन	एथिलीन ग्लाइकॉल	$\mathrm{HOH_2} \mathrm{C}-\mathrm{CH_2} \mathrm{OH}$
		टेरेफ्थलिक अम्ल

15.18 निम्नलिखित पॉलिमरी संरचनाओं में मोनोमर की पहचान कीजिए।

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(i) दिए गए पॉलिमरी संरचना के मोनोमर डेकेनोइक अम्ल $\left[\mathrm{HOOC}-\left(\mathrm{CH _2}\right) _{8}-\mathrm{COOH}\right]$ एवं हेक्सामेथिलीन डाइएमीन $\left[\mathrm{H _2} \mathrm{~N}\left(\mathrm{CH _2}\right) _{6} \mathrm{NH _2}\right]$ हैं।

(ii) दिए गए पॉलिमरी संरचना के मोनोमर हैं

15.19 एथिलीन ग्लाइकॉल और टेरेफ्थलिक एसिड से डाक्रॉन कैसे प्राप्त किया जाता है?

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एथिलीन ग्लाइकॉल और टेरेफ्थलिक एसिड के संघनन पॉलीमरीकरण से डाक्रॉन के निर्माण होता है।

15.20 बायोडिग्रेडेबल पॉलीमर क्या होता है? एक बायोडिग्रेडेबल एलिफैटिक पॉलीएस्टर का उदाहरण दें।

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बैक्टीरिया द्वारा विघटित हो सकने वाले पॉलीमर को बायोडिग्रेडेबल पॉलीमर कहते हैं।

पॉली- $\beta$-हाइड्रॉक्सीब्यूटेरेट- CO- $\beta$ - हाइड्रॉक्सीवैलेरेट (PHBV) एक बायोडिग्रेडेबल एलिफैटिक पॉलीएस्टर है।