બહુલકો (polymers) : એકલક (monomer) તરીકે ઓળખાતા નાના, સર્વસમ (identical) એકમોના પુનરાવર્તી સંયોજનથી મળતો ઉચ્ચ અણુભાર ધરાવતો પદાર્થ. તેને માટે ‘ઉચ્ચ બહુલક’ (high polymer), ‘બૃહદણુ’ (macromolecule) કે ‘મહાકાય અણુ’ (giant molecule) જેવા શબ્દો પણ વપરાય છે. બહુલકમાં પાંચ કે તેથી વધુ એકલક અણુઓ હોય છે. ઘણી વાર આ સંખ્યા ઘણી મોટી હોય છે. [દા.ત., શુદ્ધ સેલ્યુલોઝ (કાષ્ઠક) (cellulose)]માં આ સંખ્યા 3,500 જેટલી હોય છે, કેટલીક વાર તે અનિશ્ચિત હોય છે. સંશ્લેષિત બહુલકોમાં એકલકોની સંખ્યા લઘુરોધકો (short stopping agents) દ્વારા નિયંત્રિત કરી શકાય છે. સેલ્યુલોઝ, સ્ટાર્ચ, રબર તથા પ્રોટીન જેવા પદાર્થો કુદરતી બહુલકો છે; જ્યારે નાયલૉન, પૉલિસ્ટાયરીન, એક્રિલેટ રેઝિન જેવા પદાર્થો સંશ્લેષિત બહુલકો છે. બે, ત્રણ કે ચાર એકલકો ધરાવતા બહુલકોને અનુક્રમે દ્વિલક (દ્વિતય) (dimer), ત્રિતયા (trimer) અને ચતુષ્ટય (tetramers) કહે છે અથવા સામૂહિક રીતે તેમને અલ્પતય (oligomers) તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે.
બહુલકો કાર્બનિક અને અકાર્બનિક એમ બે પ્રકારના હોય છે.
જે બહુલકોની મુખ્ય શૃંખલામાં કાર્બન પરમાણુ ન હોય અને જેની વર્તણૂક કાર્બનિક બહુલક જેવી હોય તેમને અકાર્બનિક બહુલકો કહે છે. તિર્યક-બંધન (cross-linking), સહસંયોજન બંધન (covalent bonding) જેવાં બંધનો દ્વારા તેમને બનાવી શકાય છે; દા.ત., સિલિકોન (silicone) અને સિલોક્ઝેન (siloxane) બહુલકો. આવા બહુલકોમાં સીધી શૃંખલામાં કાર્બનનું સ્થાન સિલિકન (silicon) પરમાણુ લે છે અને ઘણી વાર તેમાં પ્રતિસ્થાપક (substituent) સમૂહો હાજર હોય છે. આ રીતે કેટલાક ઉપયોગી બહુલકો બનાવી શકાય છે. કેટલાંક તેલો, મીણ અને રબર જેવાં સિલિકોન દ્રવ્યો કાર્બન ધરાવતા પદાર્થોના કરતાં તાપમાનનો તથા રાસાયણિક પ્રતિકાર સારો ધરાવે છે. કાળો ફૉસ્ફરસ, બૉરૉન, ગંધક વગેરે વિશિષ્ટ સંજોગોમાં બહુલકી રચના ધરાવી શકે છે. સિલિકોન રેઝિનમાં મિથાઇલ સમૂહો હાજર હોવાથી ઘણીવાર તેમને અર્ધકાર્બનિક બહુલકો પણ કહેવામાં આવે છે.
કાર્બનિક બહુલકોને ત્રણ ભાગમાં વહેંચી શકાય : (i) કુદરતી, (ii) સંશ્લેષિત અને (iii) અર્ધસંશ્લેષિત.
(i) કુદરતી બહુલકોમાં નીચેનાંનો સમાવેશ થાય છે : (અ) સ્ટાર્ચ, સેલ્યુલોઝ, પૅક્ટિન, સમુદ્રી શૈવાલમાંથી મળતો ગુંદર (દા.ત., અગાર), વાનસ્પતિક ગુંદર (દા.ત., અરબી ગુંદર) જેવી બહુશર્કરા (polysaccharides); (બ) કેસિન, આલ્બુમિન, ગ્લોબ્યુલિન, કિરેટિન, ઇન્સ્યુલિન, ડિઑક્સિરિબોન્યૂક્લિક ઍૅસિડ (DNA) જેવાં પૉલિપેપ્ટાઇડ (પ્રોટીન); (ક) રબર, ગટ્ટા-પર્ચા (gutta purcha) (પૉલિઆઇસોપ્રીન) જેવા હાઇડ્રોકાર્બન પદાર્થો.
(ii) સંશ્લેષિત બહુલકોના નીચે પ્રમાણે પેટા વિભાગ પાડવામાં આવે છે :
(અ) તાપસુનમ્ય પ્રત્યાસ્થલકો, અવલ્કનિત (unvulcanized) : નાયલૉન, પૉલિવાઇનિલ ક્લૉરાઇડ, (રૈખિક) પૉલિઇથિલીન, પૉલિસ્ટાયરીન, પૉલિપ્રોપિલીન, ફ્લૉરોકાર્બન રેઝિન, પૉલિયુરિધેન, એક્રિલેટ રેઝિન વગેરે. (બ) તાપર્દઢ (thermosetting) પ્રત્યાસ્થલકો (વલ્કનિત) પૉલિઇથિલીન (તિર્યક બદ્ધ) (cross lindked), ફીનૉલિક રેઝિન, આલ્કિડ અને પૉલિએસ્ટર પદાર્થો.
(iii) અર્ધસંશ્લેષિત બહુલકો : સેલ્યુલોઝમય (cellulosic) (રેયૉન, મિથાઇલ સેલ્યુલોઝ, સેલ્યુલોઝ ઍસિટેટ), રૂપાંતરિત (modified) સ્ટાર્ચ (સ્ટાર્ચ ઍસિટેટ વગેરે) જેવા પદાર્થો.
સંશ્લેષિત બહુલકોના તેમની બનાવટ પ્રમાણે પણ વિભાગ પાડી શકાય છે; જેમ કે, સમાયોગ (addition) બહુલક, સંઘનન (condensation) બહુલક વગેરે. એકલક અણુઓ સીધા ઉમેરાવાથી કે એકબીજા સાથે સંયોજાવાથી બનતા બહુલકો યોગાત્મક બહુલકો કહેવાય છે. દા.ત., સ્ટાયરીન એકલકના એક હજાર જેટલા અણુઓનું તબક્કાવાર સંયોજન થવાથી પૉલિસ્ટાયરીન અણુ બને છે. ફીનૉલ-ફૉર્માલ્ડિહાઇડ રેઝિનની ઉત્પત્તિ એ સંઘનન-પ્રક્રિયા છે. તેમાં બે એકલકો સંયોજાતાં પાણી જેવા અણુઓ દૂર થતા હોય છે.
તેમના અણુભાર પ્રમાણે બહુલકોના ઉચ્ચ બહુલકો (high polymers) અને નિમ્ન બહુલકો (low polymers) એમ બે ભાગ પડે છે. એકલક અણુઓ મોટી સંખ્યામાં જોડાય તો મહાકાય કાર્બનિક અણુ બને છે. તેના અણુભાર પાંચ કે છ હજારથી માંડીને દસલાખ જેટલા (દા.ત., કેટલાંક પૉલિપેપ્ટાઇડ) હોય છે. કુદરતી રીતે મળતા આવા બહુલકોનાં ઉદાહરણ સેલ્યુલોઝ [(C6H10O5)n] અને રબર [(C5H8)n] છે. નિમ્ન બહુલકમાં ઓછા એકલક એકમો આવેલા હોય છે અને તેમના અણુભાર 300થી 5000 જેટલા હોય છે.
જો બહુલકની આણ્વિક સંરચના ચોક્કસ અવકાશી (spatial) ગોઠવણી ધરાવતી હોય એટલે કે આણ્વિક શૃંખલાના ઘટક પરમાણુઓ કે પરમાણુસમૂહો ભૌમિતીય અવકાશ(geometrical space)માં સ્થાયી (fixed) સ્થાન ધરાવતા હોય તો આવા બહુલકોને ત્રિવિમ-વિશિષ્ટ (stereospecific) અથવા ત્રિવિમ-નિયમિત (stereoregular) બહુલકો કહે છે. આવી વિશિષ્ટ ત્રિવિમ (steric) (ત્રિપરિમાણી) સંરચના પ્રાપ્ત કરવા માટે વિશિષ્ટ પ્રકારના ઉદ્દીપકો(દા.ત., ઝીગ્લર-નાટ્ટા ઉદ્દીપકો, 1950)નો ઉપયોગ જરૂરી બને છે. આવા બહુલકો આંશિક અથવા પૂર્ણ રીતે સ્ફટિકીય હોય છે. કુદરતી રબર, સમપક્ષ(cis) – પૉલિઆઇસોપ્રીન એ આવા બહુલકોનાં ર્દષ્ટાંત છે. ત્રિવિમ-વિશિષ્ટ બહુલકો પાંચ પ્રકારની સંરચના ધરાવે છે. સમપક્ષ (cis), વિપક્ષ (trans), સમવ્યવસ્થ (isotactic), અવ્યવસ્થ (atactic) અને એકાન્તર – વ્યવસ્થ (syndiotactic).
અવ્યવસ્થ બહુલકમાં પ્રતિસ્થાપક (substituent) સમૂહો એક તલમાં ગોઠવાયેલા મૂળ મેરુદંડી (backbone) પરમાણુઓની ઉપર અને નીચે યથેચ્છપણે ગોઠવાયેલા હોય છે. દા.ત.,
સમવ્યવસ્થ બહુલકમાં મેરુદંડી સંરચના સિવાયના પરમાણુસમૂહો બધા કાં તો ઉપરની તરફ અથવા નીચેની તરફ ગોઠવાયેલા હોય છે; દા.ત.,
એકાન્તર-વ્યવસ્થ બહુલકમાં મેરુદંડી સંરચના સિવાયના સમૂહો સમમિતીય અને પુનરાવર્તિત રીતે ઉપર અને નીચે ગોઠવાયેલા હોય છે; દા.ત.,
ખંડ બહુલક (block polymer) એ એક એવો બહુલક છે, જેમાં એક પ્રકારનું રાસાયણિક સંઘટન (composition) ધરાવતા એકાંતરિક વિભાગો (sections), અન્ય પ્રકારની રાસાયણિક પ્રકૃતિ ધરાવતા વિભાગો અથવા ઓછા અણુભાર ધરાવતા યુગ્મન(coupling)-સમૂહો દ્વારા અલગ પડેલા હોય છે; દા.ત., પૉલિવાઇનિલ ઍસિટેટ ખંડો વડે અંત:પ્રકીર્ણિત (interspersed) થયેલા પૉલિવાઇનિલ ક્લૉરાઇડના ખંડો. આવા બહુલકો સંશ્લેષિત રીતે મેળવવામાં આવે છે.
A–A–B–B–B–B–A–A
આકૃતિ 1 : ખંડ બહુલક
સોપાની બહુલક (ladder polymer) તરીકે ઓળખાતા બહુલકો બે શૃંખલા વચ્ચે નિયમિત અંતરે રહેલા હાઇડ્રોજન અથવા રાસાયણિક બંધ વડે જોડાયેલા દ્વિ-સૂત્રિત (double-stranded) શૃંખલા ધરાવતા વ્યવસ્થિત આણ્વિક જાલ(network)નાં બનેલાં હોય છે. ડી.એન.એ. સહિત કેટલાંક સંકીર્ણ પ્રોટીન આ પ્રકારનાં હોય છે.
ત્રિવિમ-ખંડ બહુલક(stereoblock polymer)ના અણુઓ સર્વસમ (identical) ત્રિવિમ-વિશિષ્ટ સંરચનાવાળા પ્રમાણમાં લાંબા વિભાગોના બનેલા હોય છે. આ વિભાગો વિભિન્ન સંરચના ધરાવતા ખંડો (segments) વડે એકબીજાથી અલગ પડેલા હોય છે; દા.ત., એક સમવ્યવસ્થ બહુલકના ખંડો તેવા જ બહુલકના એકાંતર-વ્યવસ્થ સંરચનાવાળા ખંડો વડે અંત:પ્રકીર્ણિત થયેલા હોય તેવા બહુલકો.
વીજવાહક બહુલક : બહુલક અથવા પ્રત્યાસ્થલક(elastomer)માં સારા એવા પ્રમાણમાં ધાતુનો પાઉડર (દા.ત., ઍલ્યુમિનિયમ) અથવા ઍસિટીલિન-શ્યામ-કાર્બન (acetylene carbon black) જેવા પદાર્થો ઉમેરવાથી વીજવાહક બહુલકો બનાવી શકાય છે. આયન-વિનિમય રેઝિન, પૉલિએક્રિલિક ઍસિડના ક્ષારો અને સલ્ફોનેટેડ પૉલિસ્ટાયરીન જેવા પદાર્થો પાણીની હાજરીમાં વિદ્યુતવાહક બને છે. પૉલિએસિટીલિન અને તેની સાથે સંબદ્ધ કેટલાક બહુલકોમાં આર્સેનિક પેન્ટાફ્લોરાઇડ અને આયોડીન જેવા અપમિશ્રણકારકો (doping agents) ઉમેરવાથી તેમને વિદ્યુતવાહક બનાવી શકાય છે. પૉલિએક્રિલોનાઇટ્રાઇલનું તાપઅપઘટન (pyrolysis) કરતાં તેમની સંરચના બદલાયા સિવાય તેઓ વીજસંવાહક બને છે.
કલમી બહુલક (graft polymer) : આ એક એવો બહુલક છે કે જેમાં મેરુદંડી (backbone) શૃંખલા વિવિધ બિંદુએ વિભિન્ન પારમાણ્વિક ઘટકો ધરાવતી પાર્શ્વશૃંખલા (side chains) ધરાવે છે. આમાં મુખ્ય શૃંખલા સમબહુલક (homopolymer) અથવા સહબહુલક (copolymer) હોય છે. રૂ, રેયૉન જેવા સેલ્યુલોઝી અણુઓ સાથે સંશ્લેષિત બહુલકોનું યુગ્મન (union) કરવાથી જ્વાલારોધકતા (flame resistance), પરિમાણાત્મક સ્થાયિતા (dimensional stability), જીવાણ્વિક (bacterial) પ્રતિરોધકતા ધરાવતા રૂપાંતરિત રેસા મળે છે. સેલ્યુલોઝ થાયોકાર્બોનેટ નામનો મધ્યસ્થી (intermediate) આવી વિધિથી બનાવી શકાય છે.
આકૃતિ 2 : કલમી બહુલક
જલદ્રાવ્ય બહુલકો : ઊંચા અણુભાર ધરાવતા આવા પદાર્થો સામાન્ય તાપમાને પાણીમાં નાખતાં તે ફૂલે છે અથવા તેમાં ઓગળી જાય છે. તેમનું કુદરતી, અર્ધસંશ્લેષિત (semisynthetic) અને સંશ્લેષિત (synthetic) – એ રીતે વર્ગીકરણ કરી શકાય છે.
(i) કુદરતી : તે શર્કરાસમૂહના સંકીર્ણ કાર્બોહાઇડ્રેટ પદાર્થો છે, અને ઉષ્ણકટિબંધીય (tropical) વૃક્ષોની છાલ ઉપર જામેલા રસ રૂપે મળે છે. દા.ત., બાવળનો ગુંદર, ટ્રેગેકેન્થ ગુંદર, કડાયા ગુંદર વગેરે. તે પ્રબળપણે જલરાગી (hydrophilic) હોય છે.
(ii) અર્ધસંશ્લેષિત : આ સમૂહમાં રાસાયણિક માવજત પામેલા કાબૉર્ક્સિમિથાઇલ સેલ્યુલોઝ, મિથાઇલ સેલ્યુલોઝ અને અન્ય સેલ્યુલોઝ ઈથર જેવા પદાર્થોનો તેમજ રૂપાંતરિત (modified) સ્ટાર્ચ(ઈથર અને ઍસિટેટ)નો સમાવેશ થાય છે.
(iii) સંશ્લેષિત : આ વર્ગના મુખ્ય ઘટકો તરીકે પૉલિવાઇનિલ આલ્કોહૉલ, ઇથિલીન ઑક્સાઇડ બહુલકો, પૉલિવાઇનિલ પાયરોલિડોન, પૉલિઇથિલીન ઇમાઇનને ગણાવી શકાય.
તેમની જલદ્રાવ્યતાને કારણે આવા બહુલકો પ્રગાઢકો (thickners), આસંજકો (adhesives), ખાદ્યઉમેરકો (food additives) તરીકે તથા કપડાનાં છિદ્રો પૂરવા કે આર ચઢાવવા (textile sizing) માટે વપરાય છે.
જ. દા. તલાટી