Menu
Menu
البوليمر أو الجزيء الكبير أو البوليمر عبارة عن جزيئات كبيرة جدًا تتشكل عن طريق ربط عدة مئات من المونومرات ببعضها البعض وتشكيل سلاسل طويلة. كلمة بوليمر لها جذور يونانية وتتكون من كلمة “بولي” التي تعني عدة وكلمة “مير” تعني جزء أو أجزاء.
المونومر هو أصغر وحدة مكررة في البوليمر. على سبيل المثال ، إذا كنت تعتبر المسبحة سلسلة بوليمر ، فإن حبات المسبحة هي مونومراتها.
إنها عملية يتم فيها ربط جزيئات المونومر معًا لتشكيل جزيء بوليمر كبير. البلمرة هي عملية ربط المونومرات من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية.
يمكن تصنيف البوليمرات بطرق مختلفة ، وأكثرها شيوعًا على النحو التالي. بالطبع تنقسم البوليمرات إلى نوعين ، هندسي وشائع ، حسب نوع البناء وتطبيقاته ، وكل منهما موصوف في أقسام منفصلة.
تنقسم المواد البلاستيكية إلى فئتين من حيث السلوك الحراري: اللدائن الحرارية والثرموستات.
اللدائن الحرارية: اللدائن الحرارية أو اللدائن الحرارية عبارة عن بوليمرات يمكن تشكيلها بسهولة في أشكال مختلفة بالحرارة ثم تبريدها واستخدامها في درجة حرارة الغرفة. أي أنها تنعم عند تعرضها للحرارة وتتصلب مرة أخرى عند تبريدها. مثل البولي إيثيلين ، بولي كلوريد الفينيل ، البولي بروبيلين ، البوليسترين ، إلخ.
تتكون اللدائن الحرارية من سلاسل طويلة ، قد يكون لكل منها مجموعات أو سلاسل جانبية. لا تخضع اللدائن الحرارية لأي تفاعل كيميائي أثناء العملية وتشكيلها بسبب الحرارة. يمكن أن تتدفق اللدائن الحرارية ، عند تعرضها للحرارة ، وتتخذ شكل قوالب مختلفة بسهولة.
الثرموستات: الثرموستات أو الثرموستات هي بوليمرات صلبة غير قابلة للذوبان ضد الحرارة. لا تنعم هذه البوليمرات بسبب الحرارة ولا يمكن إعادة تشكيلها. منظمات الحرارة عبارة عن بوليمرات متصالبة لا يمكن إعادة استخدامها.
في الراتنجات الحرارية ، تشكل المجموعات النشطة جزيئيًا روابط متقاطعة بين الجزيئات أثناء عملية التصنيع. لا تسمح هذه الروابط المتقاطعة أو ما يسمى بمعالجة المادة بتليين المادة بسبب الحرارة. عادة ما يتم توفير منظمات الحرارة كمركبات شبه مبلمرة أو مخاليط بوليمر – مونومر سائل بحيث يمكن لوحدات الإنتاج الانتهاء منها ثم خبزها.
بمعنى آخر ، يتم طهي منظمات الحرارة من خلال طرق مثل التسخين أو الإشعاع وما إلى ذلك. عملية الطهي لا رجعة فيها بسبب نفس الروابط المتقاطعة المذكورة. أي عند إعادة تسخينها ، على عكس اللدائن الحرارية ، تظل هذه المواد صلبة حتى تبدأ في التحلل.
أهم منظمات الحرارة هي الفينولات واليوريا والميلامين والإيبوكسي والألكيدات والبوليستر والسيليكون واليوريتان.
من الناحية الهيكلية ، تنقسم البوليمرات إلى ثلاث فئات: بوليمرات خطية ومتفرعة ومتقاطعة.
البوليمرات الخطية: في هذا النوع من البوليمر ، ترتبط المونومرات ببعضها البعض لتشكيل سلاسل طويلة. في هذا النوع من البوليمرات ، لا توجد فروع جانبية وجزيئاتها قريبة من بعضها البعض وعادة ما تكون كثافتها ونقطة انصهارها وقوة شدها عالية. مثل HDPE والنايلون
البوليمرات المتفرعة: تحتوي هذه البوليمرات على سلاسل طويلة ومستقيمة ، ولكن لها أيضًا سلاسل جانبية مختلفة. نتيجة لذلك ، يتم وضع جزيئاتهم بشكل غير منتظم وبالتالي يكون لها كثافة أقل وقوة شد ونقطة انصهار منخفضة.
تنقسم البوليمرات إلى ثلاث فئات من حيث ترتيب السلسلة والتبلور: بلوري (بلوري) ، غير متبلور (غير متبلور) وشبه بلوري.
متبلور : عندما يتم ترتيب سلاسل البوليمر بشكل منتظم وخاص للغاية ، فإنها تشكل بلورة. يحتوي البوليمر البلوري على سلاسل جزيئية مرتبطة ببعضها البعض بطريقة منتظمة ، وهذا هو سبب إظهارها قوة عالية. بالنسبة للبوليمرات البلورية ، يتم تحديد درجة حرارة الانصهار. أي عند درجة حرارة معينة أو نطاق درجة حرارة معينة ، تبدأ البوليمرات البلورية في الذوبان ، ويُشار إليها بواسطة Tm.
غير متبلور : وهي عكس البوليمرات البلورية ، مما يعني أن السلاسل الجزيئية مرتبة بشكل عشوائي وغير منتظم ولا تتبع شكلًا معينًا. هذا يجعلها تتمتع بمرونة ومرونة عالية. على عكس البوليمرات البلورية ، لا تحتوي البوليمرات غير المتبلورة على نقطة انصهار وتظهر درجة الحرارة التي تتدفق عندها في درجة حرارة Tg أو درجة حرارة التزجج. السمات المهمة للبوليمرات غير المتبلورة هي المقاومة الحرارية المنخفضة نسبيًا ، وثبات الأبعاد المنخفض ، والزحف المرتفع نسبيًا.
شبه بلوري : في الواقع ، يمكن القول أن جميع البوليمرات لها مناطق بلورية وغير متبلورة في نفس الوقت. أي أنه لا يوجد بوليمر غير متبلور بنسبة 100٪ ، ولا سيما بلوري 100٪. ومع ذلك ، هناك طرق لتقريب هذه القيم من 100. عادة ما تكون البوليمرات غير المتبلورة حتى 90٪ والبوليمرات البلورية حتى 80٪ غير متبلورة بطبيعتها.
Homopolymer: بوليمر يحتوي على مونومر واحد فقط ويتكرر هذا المونومر في سلاسله. تسمى هذه الأنواع من البوليمرات البوليمرات المتجانسة ، مثل البولي إيثيلين (الذي يحتوي على مونومر الإيثيلين فقط) ، والبولي فينيل كلوريد (الذي يحتوي على مونومر كلوريد الفينيل فقط).
البوليمرات المشتركة : البوليمرات المشتركة عبارة عن بوليمرات تتكون من نوعين مختلفين من المونومرات وفي وحداتها المتكررة يوجد نوعان من المونومرات ، مثل النايلون 66. إذا زاد عدد المونومرات المتاحة إلى 3 ، فإنها تسمى تربوليمرات مثل ABS أو أكريلونيتريل . بوتادين ستيرين
تنقسم البوليمرات إلى 4 فئات من حيث التطبيق والخصائص الفيزيائية: البلاستيك والمطاط أو المطاط الصناعي والألياف والراتنج.
البلاستيك : تُعرف البوليمرات التي تم تحويلها إلى مواد صلبة وصلبة بالحرارة والضغط بالبلاستيك وهي في الغالب شبه بلورية. مثل PMMA ، PE ، إلخ ، قوتها بين الجزيئات بين الألياف والإطارات.
اللدائن أو المطاط : بوليمرات صلبة ذات خصائص مرنة جيدة ومرونة عالية. في هذا النوع من البوليمرات ، ترتبط سلاسل البوليمر بأضعف قوة بين الجزيئات ويكون معظم بنيتها غير متبلور. هذه القوة الجزيئية الضعيفة تسبب خصائص تلك الموجودة فوقها. مثل المطاط
الألياف : إذا كان البوليمر خيطًا طويلًا يبلغ قطره 100 مرة على الأقل ، فيُطلق عليه اسم الألياف. تتمتع هذه البوليمرات بخصائص شد عالية جدًا وتظهر درجة عالية من التبلور ، مثل النايلون.
الراتنجات : عبارة عن بوليمرات منخفضة الوزن الجزيئي تستخدم كمواد لاصقة ومانعات تسرب ، وما إلى ذلك يتوفر معظمها في صورة سائلة ويتم خبزها عادةً أثناء الاستخدام أو بعده لزيادة القوة. على سبيل المثال ، المواد اللاصقة المستخدمة بشكل عام تتصلب بعد فترة من التعرض للهواء. يطلق عليهم المواد اللاصقة الهوائية.
تكتيكات ISO: يُطلق على التكوين المباشر الذي تكون فيه المجموعات كلها على جانب واحد من السلسلة تكتيك ISO.
هناك طرق بسيطة يمكن استخدامها لتحديد نوع البوليمرات. تشمل هذه الطرق:
في المراحل المبكرة ، يعد التحكم في قابلية ذوبان البوليمر طريقة بسيطة يمكن استخدامها لتحديد البوليمرات. للقيام بذلك ، يكفي خلط 0.1 جم من البوليمر المطلوب مع 5 مل من مذيب خاص في أنبوب اختبار. نظرًا لأن بعض البوليمرات تستغرق وقتًا أطول لتذوب ، فمن المستحسن اختبار العينة بعد عدة ساعات. في بعض الحالات ، يتم تسخين أنبوب الاختبار لتسريع الذوبان. يوضح الجدول أدناه المواد المذيبة وغير القابلة للذوبان للعديد من البوليمرات في درجة حرارة الغرفة.
كما تعلم ، يتم التعبير عن كثافة المادة من حيث نسبة الكتلة إلى الحجم ووفقًا للعلاقة التالية:
ρ = m / Vρ = m / V
أسهل طريقة لتحديد كثافة البوليمر هي استخدام التعويم. تتضمن هذه الطريقة غمر عينة البوليمر في سائل ذي كثافة معروفة. على سبيل المثال ، يمكن غمر العينات في ميثانول أو ماء أو محلول مشبع بكلوريد المغنيسيوم أو محلول مائي من كلوريد الزنك. كثافة هذه المواد تساوي 0.79 ، 1/00 ، 1/34 ، 2/1 بالوحدة جم سم – 3 جم سم – 3 ، على التوالي.
يمكن ملاحظة سلوك العينة أدناه. بمعنى آخر ، يمكن فحص ما إذا كانت العينة موضوعة على سطح سائل أو مغمورة أو منقولة إلى قاع أنبوب الاختبار. يشير هذا السلوك الخاص إلى ما إذا كان البوليمر أكثر كثافة من السائل أم لا.
توفر بوليمرات التسخين العديد من الطرق الأساسية للتعرف عليها. يمكن استخدام “اختبار اللهب” لتحديد البوليمرات لأن اللهب الناتج عن احتراق البوليمرات له خصائص مختلفة اعتمادًا على بنية المادة. لفحص سلوك البوليمر ضد اللهب ، يكفي وضع كمية صغيرة من العينة على لهب بنزين لطيف باستخدام ملعقة. يجب أن تلاحظ نوع اللهب ولونه ورائحته. يوضح الجدول أدناه نتائج اختبار اللهب لبعض البوليمرات.
يمكن فحص سلوك “تحلل البوليمرات” باستخدام اختبار الانحلال الحراري. ينتج عن التحلل الحراري جزيئات قابلة للاشتعال عادةً ولها رائحة معينة. يمكن تسخين عينة البوليمر دون التعرض المباشر للهب. للقيام بذلك ، عليك وضع عينة صغيرة منه داخل أنبوب الانحلال الحراري وبمساعدة الملقط ، ضعها على مصباح البنزين.
ضع ورقة الأس الهيدروجيني أو ورق عباد الشمس المبلل في الجزء السفلي من أنبوب الانحلال الحراري لتحديد نوع الدخان. يمكن استخدام الخصائص الحمضية أو القلوية أو المحايدة لتحديد البوليمرات. يوضح الجدول أدناه تصنيفات الأس الهيدروجيني المختلفة في البوليمرات.
يمكن فحص سلوك “تحلل البوليمرات” باستخدام اختبار الانحلال الحراري. ينتج عن التحلل الحراري جزيئات قابلة للاشتعال عادةً ولها رائحة معينة. يمكن تسخين عينة البوليمر دون التعرض المباشر للهب. للقيام بذلك ، عليك وضع عينة صغيرة منه داخل أنبوب الانحلال الحراري وبمساعدة الملقط ، ضعها على مصباح البنزين.
ضع ورقة الأس الهيدروجيني أو ورق عباد الشمس المبلل في الجزء السفلي من أنبوب الانحلال الحراري لتحديد نوع الدخان. يمكن استخدام الخصائص الحمضية أو القلوية أو المحايدة لتحديد البوليمرات. يوضح الجدول أدناه تصنيفات الأس الهيدروجيني المختلفة في البوليمرات.
في اللدائن الحرارية ، تستخدم درجات حرارة الانصهار لتحديد البوليمرات. يمكن التحقق من سلوك الانصهار في البوليمرات من خلال أنبوب درجة الانصهار القياسي أو “المرحلة الساخنة”. الطريقة الثانية ، بمساعدة المقاومات الحرارية ، توفر تدرجًا لدرجة الحرارة على طول اللوحة المعدنية. نضع قطعًا صغيرة من العينة مباشرة على أجزاء مختلفة من اللوحة المعدنية. يمكن قياس درجة حرارة الانصهار مباشرة بمساعدة صفيحة ساخنة. درجة حرارة الانصهار لبعض البوليمرات موضحة في الجدول أدناه:
1)
| بوليمر | حلال | لا يتحلل في الماء |
| PE | الهيدروكربونات | جميع السوائل في درجة حرارة الغرفة |
| ص | الهيدروكربونات | إيثيل الأسيتات |
| PVC | ثنائي ميثيل فورماميد ، تتراهيدروفوران ، سيكلوهكسانون ، ميثيل إيثيل كيتون | الأسيتون والهيدروكربونات |
| ملاحظة | سيكلوهكسان ، بنزين ، ميثيل إيثيل كيتون ، تولوين | الهيدروكربونات الأليفاتية ، الكحولات ، الأسيتون |
| PMMA | البنزين ، الكلوروفورم ، الأسيتون ، الهيدروكربونات العطرية | الهيدروكربونات الأليفاتية والكحولات |
| نايلون | إم كريسويل ، أستون | الهيدروكربونات ، الأثير |
| حرمان | ثنائي ميثيل فورماميد | الهيدروكربونات والكحولات والكيتونات والأثير |
| خلات السليلوز | كلوروفورم ، أسيتون | الهيدروكربونات |
| PVA | الميثانول والبنزين والكلوروفورم والأسيتون | الهيدروكربونات الأليفاتية |
| PVAI | الماء ، ثنائي ميثيل فورماميد ، | الهيدروكربونات والكيتونات والميثانول |
| حيوان أليف | الفينول | الهيدروكربونات والأسيتون |
| بو | حمض الفورميك ، م-كريسول | الميثانول ، الأثير ، الهيدروكربونات |
| المطاط الطبيعي (المطاط الطبيعي) | الهيدروكربونات ، الهيدروكربونات المكلورة ، الأثير | الكحول والأسيتون |
| PDMS | الكلوروفورم والبنزين والأثير | الميثانول والإيثانول |
| متعدد الحلقات | البنزين والكلوروبنزين | الهيدروكربونات الأليفاتية والكحولات والكيتونات |
| SBR | البنزين ، ميثيل إيثيل كيتون | كحول |
| مطاط النتريل | البنزين | الميثانول |
2)
| بوليمر | اللون | ب |
| PE | أصفر ، أزرق | شمعة تحترق |
| ص | أصفر ، أزرق | شمعة تحترق |
| PVC | الأصفر والأخضر والسخام | سريع |
| ملاحظة | الأصفر والأزرق والسخام | ستيرين (رائحة تشبه الستايرين) |
| PMMA | أصفر ، أزرق | حلو |
| نايلون | أصفر ، أزرق | – |
| PTFE | الأصفر | – |
| حرمان | الأصفر | خشب محترق |
| خلات السليلوز | الأصفر | حمض الخليك والخل |
| نترات السليلوز | الأصفر | كافور |
| بو | أصفر ، أزرق | سريع |
3)
| درجة الحموضة 8.0 – 9.5 درجة الحموضة 8.0 – 9.5 | الرقم الهيدروجيني 5.0-5.5 درجة الحموضة 5.0-5.5 | الرقم الهيدروجيني 0.5 – 4.0 درجة الحموضة 0.5 – 4.0 |
| نايلون | السيليكون | راتنجات البوليستر |
| حرمان | ص | البولي يوريثين الاستومر |
| الراتنجات الأمينية | PE | خلات السليلوز |
| راتينج الفينول | ملاحظة | نترات السليولاز |
| عضلات المعدة | راتنجات الايبوكسي | حيوان أليف |
4)
| بوليمر | درجة الحرارة (نطاق الانصهار) |
| PDMS | −54−54 |
| المطاط الطبيعي | 2828 |
| PVA | 35-8535-85 |
| الكلوروفين | 8080 |
| البولي إثيلين المنخفض الكثافة | 115115 |
| PVDF | 115-140115-140 |
| UHMWPE | 120120 |
| PMMA | 120−160120−160 |
| حيوان أليف | 160-170 |