البوليمرات. إنها مركبات ذات وزن جزيئي مرتفع تتشكل عن طريق ربط عدد كبير من الجزيئات برؤوس كيميائية بطريقة منظمة. "بولي" هي كلمة لاتينية تعني "كثير". تتشكل البوليمرات من خلال مجموعة من الوحدات تسمى المونومرات. مثال بسيط على ذلك هو البوليسترين. يتكون البوليسترين من مزيج من العديد من مونومرات الستايرين.

البوليمرات. إنها مركبات ذات وزن جزيئي مرتفع تتكون من الترابط المنتظم للعديد من الجزيئات مع الروابط الكيميائية. "بولي" هي كلمة لاتينية تعني "كثير". تتشكل البوليمرات من خلال مجموعة من الوحدات تسمى المونومرات. مثال بسيط على ذلك هو البوليسترين ، وكما رأينا أعلاه ، البوليسترين الذي يحتوي على عدد كبير من هذا المونومر يتم الحصول عليه عن طريق بلمرة مونومر الستايرين.

صنع الكيميائيون العضويون بشكل عشوائي مواد ذات وزن جزيئي مرتفع في بعض التجارب في منتصف القرن التاسع عشر. منذ النصف الثاني من هذا القرن ، تم تطوير الأبحاث على البوليمرات وتم تطوير أنواع جديدة من البوليمرات. رائد هذا المجال الكيميائي الألماني هيرمان ستودينغ. وصف هيرمان ستودينج لأول مرة تأثير ظروف البلمرة على تكوين البوليمر. حصل Stauding على جائزة نوبل عام 1953 لعمله في هذا المجال من الكيمياء.

بدأ الباحثون العاملون في هذا المجال لأول مرة بتقليد البوليمرات الطبيعية وفي عام 1930 نجح والاس كاروثرز في تصنيع النايلون. منذ الحرب العالمية الثانية ، تم إنتاج العديد من مختبرات البوليمر ، كما بدأ إنتاج العديد من البوليمرات على نطاق صناعي. من ناحية أخرى ، بدأ الكيميائيون العضويون الصناعيون العمل في هذا الاتجاه من خلال التحول إلى مجال كيمياء البوليمر. نتيجة لذلك ، يتم استخدام العديد من أنواع البوليمر لأغراض مختلفة في مجموعة واسعة من التطبيقات اليوم. فيما يلي صيغ بعض البوليمرات شائعة الاستخدام والمونومرات التي تم تصنيعها منها.

يمكن تصنيف البوليمرات حسب هيكلها. إذا كان البوليمر يتكون من تكرار وحدة مونومر واحدة ، فإنه يسمى بوليمر متجانس. ومن الأمثلة على ذلك البولي إيثيلين الذي تم الحصول عليه من الإيثيلين والبوليسترين المتحصل عليه من الستايرين.

إذا كان جزيء البوليمر يتكون من مزيج من مونومرين مختلفين ، فإنه يسمى البوليمر المشترك. يمكننا تقسيم أنواع البوليمرات المشتركة إلى ثلاثة.

1. البوليمر المشترك المتسلسل

2-كتلة البوليمر

3. كوبوليمر غير منتظم

يمكن أن توجد سلاسل البوليمر ، سواء كانت متجانسة أو بوليمر مشترك ، في ثلاثة أشكال مختلفة.

1. الخطي

2. متفرعة

3. عبر مرتبطة

الأوزان الجزيئية للبوليمرات

ترتبط الخواص الفيزيائية للبوليمرات بالوزن الجزيئي. لهذا السبب ، يجب أن يكون لها وزن جزيئي معين لإظهار الخصائص الفيزيائية المتوقعة من البوليمرات.

بشكل عام ، مع زيادة الوزن الجزيئي ، يزداد الجذب بين الجزيئات في الهيكل وهذا يؤثر على الخواص الميكانيكية والحرارية للبوليمر. يمكن تحديد الأوزان الجزيئية للبوليمرات بطرق مثل كروماتوغرافيا تغلغل الهلام ، والقياس اللزوجي ، والضغط الاسموزي ، وتشتت الضوء.

تخليق البوليمرات

بلمرة الجذور الحرة

إنه نوع من البلمرة المتسلسلة التي تعمل على الجذور. تتكون بلمرة الجذور الحرة من ثلاث مراحل.

في البداية ، يتم تحويل جزيئات المونومر إلى جذور باستخدام طرق مختلفة. يتم توفير التكوين الجذري عن طريق الحرارة أو الكيمياء الضوئية أو الإشعاع أو البادئات المختلفة. لهذا الغرض ، فإن الطريقة الأكثر شيوعًا لإنشاء متطرفين في البيئة هي إضافة بادئ خارجي إلى البيئة. ينشئ البادئ جذريًا ويبدأ عملية البلمرة عن طريق مهاجمة مجموعة الفينيل. يتم استخدام البيروكسيدات المختلفة ومركبات الديازو وأزواج الأكسدة والاختزال كمواد بادئ.

أكثر بادئ البيروكسيد شيوعًا هو بنزيل بيروكسيد. يتحلل هذا البادئ بسهولة بالحرارة لتشكيل الجذور الحرة. في الشكل أدناه ، ينقسم البنزيل بيروكسايد إلى جزأين حرتين بتأثير الحرارة.

بعد ذلك ، تهاجم الجذور المتكونة في مرحلة البدء الرابطة المزدوجة في جزيء المونومر وتبدأ البلمرة. في الشكل ، الجذور المتكونة من البادئ تكسر أحد الرؤوس المزدوجة في جزيء الإيثيلين وتشكل جذريًا جديدًا ، وبالتالي تبدأ تفاعل البلمرة.

بعد ذلك ، تهاجم الجذور المتكونة في مرحلة الترابط الرابطة المزدوجة في جزيء المونومر وتبدأ البلمرة. في الشكل ، الجذور المتكونة من البادئ تكسر إحدى الروابط المزدوجة في جزيء الإيثيلين وتشكل جذريًا جديدًا ، وبالتالي تبدأ تفاعل البلمرة.

تتسبب الجذور الجديدة المتكونة في نمو سلسلة البوليمر عن طريق التفاعل مع المونومرات في البيئة.

مع تقدم البلمرة ، تنمو سلسلة البوليمر ويزداد الوزن الجزيئي. في هذه المرحلة من البلمرة ، انخفض عدد المونومرات في البيئة. لذلك ، يبدأ الراديكاليون في البيئة في الذبول.

البلمرة الأيونية

يمكن أن تعمل بلمرة السلسلة من خلال الجذور الحرة وكذلك الأيونات وعوامل معقدة التنسيق. تعتمد الآلية التي يتم بها بلمرة مونومر الفينيل على المجموعة الموجودة على الركيزة. على سبيل المثال ، تتم بلمرة الفينيل المهلجن (مثل كلوريد الفينيل ، إلخ) وإسترات الفينيل فقط مع الجذور. إذا تم ربط مجموعات التبرع بالإلكترون بمونومر الفينيل ، فإن البلمرة الموجبة فقط ممكنة.

تتضمن البلمرة الأيونية عمومًا أنظمة غير متجانسة تكون فيها المحفزات في طور منفصل. معدل تفاعلها أسرع بكثير من البلمرة الجذرية. في بعض الحالات ، يتم تنفيذ عملية البلمرة عند درجات حرارة منخفضة للغاية للتحكم في معدل التفاعل.

بلمرة التكثيف

يتم الحصول على بوليمرات التكثيف عن طريق تفاعل مونومرات متعددة الوظائف متشابهة أو مختلفة ، وعادة ما يتم إزالة جزيء صغير. الشرط الأكثر أهمية هنا هو أن المونومرات متعددة الوظائف. يمكن أسترة المونومرات التي تحمل على الأقل مجموعتين وظيفيتين مثل OH ، COOH ، NH2 ، إلخ. أنها تشكل بوليمرات التكثيف عن طريق إزالة الجزيئات الصغيرة مع مثل هذه التفاعلات. تعتبر البولي يوريثان مثل تكوين اليوريثان الذي يتم الحصول منه على البولي يوريثان وفتحة حلقة الكابرولاكتام التي يتم الحصول عليها من النايلون 6 ، مثل الإضافة المباشرة للمونومرات دون إطلاق جزيء صغير ، بشكل عام ضمن هذه المجموعة.
عمليات البلمرة

البلمرة السائبة

في هذا النوع من البلمرة ، تتم بلمرة المونومر مباشرة عند درجة حرارة وضغط معينين بعد إضافة بادئ مناسب إليه. أهم ميزة في هذه العملية هي أنه يمكن إنتاج بوليمرات عالية النقاء. في هذه العملية ، يتكون المنتج نتيجة البلمرة ، وفصل ما بعد الإنتاج ، والتنقية ، إلخ. لا تتطلب مثل هذه العمليات ، يمكن بيعها مباشرة. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأنها تتطلب آلات ومعدات أرخص من العمليات الأخرى ، فهي تعتبر عملية بسيطة واقتصادية.

أهم عيب في هذه العملية هو أن الحرارة الناتجة لا يمكن إزالتها بسهولة من البيئة ، لذلك من الصعب التحكم في درجة الحرارة. يجب أن يكون هذا الجانب حذرًا بشكل خاص في البلمرة الجذرية. تكون عمليات البلمرة هذه طاردة للحرارة بشدة ، ويؤدي التكوين الفوري لجزيئات بوليمر عالية الوزن الجزيئي إلى زيادة سريعة في اللزوجة المحيطة. يصبح التحكم في درجة الحرارة صعبًا للغاية. يمكن أن تؤدي الزيادات في درجة الحرارة المحلية إلى تكوين الغاز ، وحتى الانفجارات العنيفة ، نتيجة تحلل البوليمر وغليان المونومر.

بلمرة التعليق

تُستخدم تقنية البلمرة هذه على نطاق واسع في الصناعة لإنتاج كميات كبيرة من البوليمرات. نتيجة لهذه البلمرة ، اعتمادًا على ظروف البلمرة ، يتم الحصول على جزيئات بقطر 50/1000 ميكرومتر مع أو بدون مسامية. هناك مرحلتان في بلمرة التعليق.

- مرحلة مونومر

- مرحلة التشتت

إذا كان سيتم استخدام بوليمر لبلمرة المعلق ، فإن الخاصية الأولى التي يجب مراعاتها هي قابلية ذوبان المونومر في مرحلة التشتت. يجب أن تكون قابلية ذوبان المونومر في مرحلة التشتت منخفضة جدًا. لهذا الغرض ، يتم استخدام السوائل الكارهة للماء مثل الزيت والأثير البترولي في المونومرات المحبة للماء. يستخدم الماء أيضًا كمرحلة تشتت للمونومرات الكارهة للماء. تحتوي قطرات مونومر على البادئ الذائب في بنيتها. الحرارة إلخ. يبدأ تفاعل البلمرة مع التأثيرات. نتيجة للتفاعل ، تتحول كل قطرة من المونومر إلى جسيم بوليمر.

أكبر مشكلة يمكن مواجهتها في بلمرة المعلق هي تراكم الجسيمات عن طريق الالتصاق ببعضها البعض. لمنع ذلك ، تتم إضافة المثبتات إلى مرحلة التشتت التي يمكن أن تحافظ على استقرار الجسيمات. يختلف قطر الجسيمات اعتمادًا على المثبت المستخدم وسرعة الخلط للوسط.

بلمرة المستحلب

هناك مرحلتان غير قابلين للامتزاج في بلمرة المستحلب. يتم تشتيت طور المونومر كمستحلب في مرحلة التشتت. على عكس بلمرة التعليق ، يتم هنا إذابة البادئ في مرحلة التشتت. باستخدام عوامل الاستحلاب المختلفة ، يتم الاحتفاظ بمرحلة المونومر مستقرة في حالة المستحلب في مرحلة التشتت. وأكثرها استخدامًا هو دوديسيل كبريتات الصوديوم. باستخدام تقنية البلمرة هذه ، يتم الحصول على جزيئات كروية منتظمة حوالي 1 ميكرومتر.

تشتت البلمرة

باستخدام تقنية البلمرة هذه ، يتم الحصول على جزيئات بوليمر كروية منتظمة بين 1-10 ميكرومتر. خاصية بلمرة التشتت هي أن طور المونومر يذوب في مرحلة التشتت ، لكن البوليمر المتكون في نهاية عملية البلمرة لا يذوب في مرحلة التشتت.

الأسماء المختصرة الدولية لبعض البوليمرات

. ABS أكريلونيتريل - بوتادين - ستايرين كوبوليمر

. AMMA أكريلونيتريل - ميثيل ميثاكريلات كوبوليمر

. ANM أكريليك إستر أكريلونيتريل كوبوليمر

. BR بولي بوتادين

. بي تي بولي (1-بيوتين)

. أسيتات السليلوز

. CAB أسيتوبوتيرات السليلوز

. راتينج CF كريسول فورمالديهايد

. CHR بولي كلوروهيدرين

. ألياف CL بولي (كلوريد الفينيل)

. CPVC بولي مكلور (كلوريد الفينيل)

. CR بولي كلوروبرين

. EEA كوبوليمر إيثيلين إيثيل أكريليت

. راتنجات الايبوكسي EP

. EPDM إيثيلين - بروبيلين - ديين إلاستومر

. إيفا إثيلين فينيل أسيتات كوبوليمر

. الفلور FE المحتوي على إلاستومر

. المطاط الصناعي المقوى بالألياف الزجاجية GEP

. GFK البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية

. IIR بوتيل المطاط

. البولي إثيلين منخفض الكثافة منخفض الكثافة

. البولي إيثيلين منخفض الكثافة الخطي LLDPE

. ألياف موداكريليك MA

. محلول MF ميلامين فورمالديهايد

. MOD ألياف موداكريليك

. NBR أكريلونيتريل - بوتادين إلاستومر

. NR المطاط الطبيعي

. بولي أميد

. ألياف بولي أكريلونيتريل PAC

. PAN بولي أكريلونيتريل

. PBMA بولي (بوتيل ميثاكريلات)

. ألياف PCF بولي (ثلاثي فلورو كلورو إيثيلين)

. ألياف PCTFE بولي (ثلاثي فلورو كلورو إيثيلين)

. PDAP بولي (ديال فثالات)

. PDMS بولي (ثنائي ميثيل سيلوكسان)

. البولي ايثيلين PE

. PEO بولي (أكسيد الإيثيلين)

. ألياف بوليستر PES

. PETP بولي (إيثيلين تيريفثاليت)

. راتينج فينول فورمالديهايد PF

. PFEP رباعي فلورو إيثيلين - سداسي فلورو بروبيلين

. PIB Polyisobutylene

. PL بولي إيثيلين

. بولي PMMA بولي (ميثيل ميثاكريلات)

. راتنجات PO فينوكسي

. بوم بولي أوكسي ميثيلين

. POR إلاستومر أكسيد البروبيلين - أليلجليسيديل إيثر

. بولي بروبلين PP

. PPO بولي (أكسيد الفينلين)

. البوليسترين PS

. بوليمر ستايرين بوتادين PSB

. ألياف البوليسترين PST

. ألياف PTF بولي (رباعي فلورو إيثيلين)

. PTFE بولي (رباعي فلورو إيثيلين)

. ألياف البولي يوريثين PU

. PUA بولي يوريا الألياف

. بولي بولي (فينيل إيثر)

. PVAC بولي (أسيتات الفينيل)

. PVAL بولي (كحول فينيل)

. PVB بولي (فينيل بوتيرال)

. بولي كلوريد الفينيل (كلوريد الفينيل)

. بوليمر بولي كلوريد الفينيل أسيتات الفينيل

. PVDC بولي (كلوريد فينيلدين)

. PVDF بولي (كلوريد فينيلدين)

. PVF بولي (فلوريد الفينيل)

. PVFM بولي (فينيل فورمال.)

. بوليمر بوليمر بوليمر فينيل كلوريد الفينيل

. SAN كوبوليمر ستايرين أكريلونيتريل

. SBR الستايرين - بوتادين إلاستومر

. سيليكون VMQ

. UF راتينج اليوريا فورمالدهايد

. UP بوليستر غير مشبع

الخصائص الفيزيائية للمذيبات
المذيبات المعالجة بوقت الغليان (° C) نقطة الوميض (° C) الكثافة
الهيدروكربونات

عطري

تولول 2.1 111 4 0.87

Xylen (Xylol) 0.6137 27 0.86

ALIPHATIC

هيبتان 9.0 98 4 0.68

Hexan 4.3 69-22 0.66

الكحول

كحول الميثيل 5.9 64 11 0.79

الكحول الإيثيلي 3.2 78 11 0.79

كحول الأيزوبروبيل 2.3 82 12 0.79

كحول البوتيل 0.5 118 29 0.81

إيثيل جلايكول 0.2195111 1.12

كيتونات

الأسيتون 11.5 56-15 0.79

مجاهدي خلق 5.7 80 -7 0.80

MIBK 1.6 118 23 0.80

إسترس

ميثيل أسيتات 11.8 57-10 0.92

إيثيل أسيتات 6.2 77 -4 0.90

بوتيل أسيتات 1.0126 22 0.88

يُعطى وقت التجفيف على أنه بوتيل أسيتات = 1. تُستخدم المذيبات الأقل من 1 كمثبطات وتستخدم المذيبات أعلى من 1 كمسرعات. من الضروري توخي الحذر قدر الإمكان عند إضافة مذيب معوق إلى الأحبار. ومع ذلك ، في الطقس الحار ، مطلوب مذيب مثبط.