البوليميرات


(زهير عميري) #1

[CENTER][FONT=“Arial Black”][SIZE=“6”][COLOR=“DarkGreen”]بسم الله الرحمن الرحيم
السلام عليكم و رحمة الله و بركاته

البوليميرات
مقدمة :
تحتل صناعة المواد البلاستيكية في عصرنا الحاضر مركزا مرموقا بين الصناعات البتروكيميـائية الحديثــة و يرجع ذلك إلى اتساع مدى استعمالاتها في حياتنا اليومية، لما من خواص و مميزات أهلتها لتكون بديلا فعالا لكثير من المواد التقليدية كالحديد و الخشب…و غيرها.

تندرج جميع أنواع المواد البلاستيكية في حياتنا اليومية ضمن نوعين هما:

البلاستيك الحراري: هو البلاستيك القابل للتلدن و الانصهار بالحرارة، و التيبس بإبعاد المصدر الحراري عنه عدة مرات دون تغيير في تركيبه الكيميائي. و يرجع ذلك إلى ضعف الروابط بين جزيئاته مما يساعد على سهولة تفكيكها و تشكيلها. و يشبه البلاستيك الحراري في تلدنه و تيبسه الزجاج و الحديد.

البلاستيك المتصلد: هو البلاستيك الذي تؤدي معالجته بالحرارة إلى تغيرات كيميائية في داخله مما يجعله يتلدن و ينصهر بالحرارة ثم يتيبس عند إبعاد مصدر الحرارة عنه و يصبح قاسيا بشكل نهائي و لا مكن إعادة تليينه و تشكيله عند تعرضه للحرارة مرة أخرى. و يشبه البلاستيك المتصلد الإسمنت.

البوليميرات: مواد توجد في الطبيعة كالمطاط والحرير والسيللوز الذي هوجزء من جذوع النباتات
وهذه مواد مكونة من انضمام عدد كثير من الجزيئات الصغيرة المتماثلة
ويكون انضمامها فيما يشبه السلاسل الطويلة ويمكن تصور شكل البوليميرات كسلسلة من مشابك الورق يمثل الجزيئ الأحادي فيها مشبكا واحدا
ومن الممكن تقليد البوليميرات الطبيعية صناعيا فعندئذ تسمى اللدائن
واللدائن مركبات عضوية تحتوي على عدد ضخم من ذرات الكربون وغالبا ما تكون ذرات الكربون متشابكة بذرات الهيدروجين واحيانا بغيرها وتستخلص اللدائن من مكونات النفط

استخدامات اللدائن وما يصنع منها:
الأكرليك : وهي خيوط لينة وصوفية الملمس وتستعمل في صناعة الملابس
البكلايت: وهي اول مادة لدنة تصنع من المواد الكيميائية ولا تزال تستعمل كمقابض لأدوات المطبخ
اسيتات السيللوز: تستعمل خيوط هذه المادة لصناعة اقمشة الريون والأرنل والتريسل كما تستعمل في صنع شرائط أفلام التصويروفراشي الأسنان ولعب الأطفال
صمغ الراتنج: يستعمل كمادة لاصقة
النايلون: ويستعمل كواق من الرطوبة ويستفاد منه في صناعة الملابس والسجاد
البيرسبكس:مادة صلبة متينة وشفافةتستعمل بدلا من الزجاج لخفتها وعدم تناثرها في حالة الكسر
وتصنع منها العدسات اللاصقة ونوافذ الطائرات والنظارات الشمسية
البوليسترات:مادة غير قابلة للمط أو تشوه الشكل وتستعمل في صناعة الأنسجة وتستعمل في الألياف الزجاجية
البوليسترين:مادةهشة تستعمل بكثرة في صنمع ادوات الطعام و يمكن تحويل مادته الى رغوة صلبة لصناعة الاسقف المستعارة
البوليثين : مادة تستعمل في صناعة اواني الغسيل وقوارير مواد التنظيف الكيميائية كما يستعمل في صناعة اكياس التغليف للأطعمة وحفظها من الهواء
كلور البونيفيل(بي في سي):يستعمل في صناعة اغطية المناضد وأغطية السيارات وحقائب اليد وأنابيب الماء والمعاطف الواقية وبلاط أرضية الغرفة والبوالع والأنابيب

  • خواصالبوليميرات:

الخواص الفيزيائية و الميكانيكية:
تمتاز البوليميرات بالشفافية ، القساوة، الليونة، و تحمل الصدمات. كما تمتاز بالخفة بحيث كثافتها تتراوح ما بين[1 – 1.6]، لا تتأثر بالمواد الكيميائية، عازلة جيدة للكهرباء، سهلة القولبة
و التشكيل.

  • تصنيفالبوليميرات:
  • البوليميرات الطبيعية
  • البوليميرات الصناعية
  • البوليميرات الطبيعية المحورة

كما نعلم ان :
البوليميرات هي مركبات تنتج عن ضم جزيئات كثيرة (مونوميرات) إلى بعضها البعض لتشكيل مركبات ذات كتلة مولية كبيرة (جزيئات عملاقة) تدعى البوليميرات.
و أنواع السلاسل البوليميرية ( خطية-متفرعة-متشابكة)
للبوليميرات ثلاثة أشكال بنيوية

  • بنية سلسلية خطية ( lineaire )
  • بنية سلسلية متفرعة ( ramifie )
  • بنية سلسلية متشابكة ( reticulé )
  • تركيب بعض البوليميرات المهمة صناعيا و المونوميرات المكونة لها.
    البوليمير المونومير
    بولي اتيلين PE
    بولي بروبيلين PP
    بولي كلوريد الفينيل PVC
    بولي ستيرين PS
    بولي بوتاديين
    بولي إيزو بوتيلين
    بولي أكريلونتريل
    بولي متيل ميتا أكريلات
    نيلون 6

انواع البلمرة

1- بلمرة بواسطة الضم : تتم عملية البلمرة بواسطة الضم عندما يحتوي المونومير على رابط زوجي واحد على الاقل بحيث يتم ادخال مبادر لعملية البلمرة لكي يفتح الرابط الزوجي وبذلك يتحول الراديكال الى مادة متعادلة والمونومير يتحول مونومير راديكالي يتفاعل مع جميع المونوميرات المتواجدة بوعاء التفاعل ليتكون البوليمير , وللبوليمير صفات اقوى من المونومير وذلك لانه يحتوي على سلاسل عضوية طويلة الامر الذي يعطي قوى فان دير فالس اكثر من المونومير ونتيجة لذلك ترتفع درجة انصهار البوليمير وصلابته ويصبح استعماله اوسع.

2- بلمرةبواسطة التكثيف : هنالك ظروف بداية عملية البلمرة بالتكثيف وهي ما يلي :
أ) يجب ان يكون الوسط حامضي لتحفيز عملية البلمرة .
ب) المونوميرات في عملية البلمرة يمكن ان تكون على ثلاث حالات :
1- مونومير واحد يحتوي على طرف حامضي او كحولي او اميني .
2- حامض ثنائي وكحول ثنائي في هذه الحالة سوف ينتج بوليمير يسمى بولي استر لانه يحتوي على الرابط الاستيري .
3. حامض ثنائي مع امين ثنائي في هذه الحالة سوف ينتج بوليمير يسمى بولي اميد لانه يحتوي على الرابط الببتيدي , ويعتبر الرابط الببتيدي أقوى من الرابط الاستيري لانه يحتوي على اربطة هيدروجينية .

الحسابات الكيميائية للبوليمير

هنالك بوليميرات تتواجد بالطبيعة مع تفتل عشوائي أي تداخل سلاسل البوليمير مع بعضها ونتيجة لذلك فإن طول البوليمير المتفتل سيكون اقل من طول البوليمير الممدود ( المسحوب ) .

  • لحساب طول البوليمير المتواجد مع تفتل عشوائي نستعمل القانون الاتي : r = L * n^1/2
  • هنالك بوليميرات تسمى بوليميرات مسحوبة , طول هذه البوليميرات يكون اكبر من طول البوليمير المتفتل , وذلك لان الحسابات للبوليمير المسحوب لا تأخذ بعين الاعتبار التفتل العشوائي الموجود بين وبداخل سلاسل البوليمير .
    والقانون الذي يعبر عن طول البوليمير المسحوب هو ما يلي : r = L * n ( هذا الطول غير حقيقي نتيجة لوجود تفتل عشوائي ) .

بحيث ان :
r --> طول البوليمير المتفتل / المسحوب
L --> البعد بين ذرتي كربون وهو ثابت ويساوي 1.27 انجستروم
n --> نسبة التبلور

  • نسبة التبلور: وهي عبارة عن عدد الوحدات المتكررة بداخل البوليمير , كلما كان العدد اكبر فإن نسبة التبلور ستكون اعلى ونتيجة لذلك درجة غليان وصلابة وانصهار البوليمير سترتفع.
    نسبة التبلور هي عبارة عن النسبة بين الكتلة المولارية للوحدة المتكررة والكتلة المولارية للبوليمير الكلي .

  • ملاحظة مهمة: الطول الحقيقي للبوليمير يعتبر اكبر من طول البوليمير المتفتل وذلك لان هنالك عوامل تمنع التفتل العشوائي وتجعل المقاطع منظمة اكثر . بينما يكون طول البوليمير الحقيقي اصغر من طول البوليمير المسحوب وذلك لان سلاسل البوليمير المسحوب طويلة جداً تحتوي على معيقات للتفتل العشوائي .

العوامل المعيقة للتفتل العشوائي
هنالك عوامل تمنع التفتل العشوائي بداخل سلاسل البوليمير او بين سلاسل البوليمير , فكلما كانت المعيقات للتفتل أكثر نستنتج ان سلاسل البوليمير المتكونة سوف تكون أطول بسبب النظام المتكون نتيجة لوجود المعيقات للتفتل العشوائي .

وهذه المعيقات هي :
1- وجود مجموعات مستوية صلدة ( صلبة جداً ) مثل الحلقة البنزينية والرابط الببتيدي والرابط الاستيري .

2- وجود مجموعات جانبية بحيث ان هذه المجموعات الجانبية تمنع التفتل العشوائي وذلك لانها تأخذ حجم في الفراغ وتجعل عملية دوران السلاسل صعبة وغير ممكنة وذلك يجعل البوليمير منظم اكثر واطول.
3- وجود اربطة قوية بين السلاسل مثل الاربطة الهيدروجينية او قوى فان دير فالس قطبية , بحيث ان هذه الاربطة تمنع التفتل العشوائي وتجعل السلاسل منطمة اكثر بسبب التجاذب والاربطة المتواجدة بينها .

معيقات للتفتل العشوائي أكثر —> نظام اكثر —> نسبة تبلور اعلى —> سلسلة بوليمير اطول

تفاعلات خاصة للبوليميرات

1- بعملية البلمرة بواسطة الضم يتم انقسام الراديكال بداخل وعاء التفاعل وذلك بنسب مختلفة , فيمكن للراديكال ان يعطي نسبة 1:1 او 1:2 وبشكل عام 1: X وعدد مولات البوليمير الناتج يساوي الراديكالات المتفاعلة.
2- للبوليميرات التي تحتوي على طرف كحولي او حامضي سوف يتم تفاعل البوليمير مع القلويات ونتيجة لذلك ينتج مركب ايوني وغاز الهيدروجين .

حلمأة البوليميرات

تتم عملية التحليل المائي للبوليميرات فقط اذا تواجد رابط استيري او ببتيدي بداخل البوليمير , وهنالك نوعان من البوليميرات التي تتم فيها عملية الحلمأة وهي :
1- بوليمير يحتوي على رابط استيري بداخل السلسلة و في هذه الحالة تتم عملية الحلمأة لتنتج المونوميرات الاصلية المكونة للبوليمير.
2- هنالك بوليميرات تمر بعملية الحلمأة ولكن بشكل آخر وذلك لأن الرابط الاستيري يتواجد كمجموعة جانبية لسلسلة البوليمير , في هذه الحالة نواتج الحلمأة تكون بوليمير جديد ومركب كحولي او حامضي.

  • ملاحظة : كثرة الاربطة الهيدروجينية بين سلاسل البوليمير تشكّل حاجز لدخول الماء بين السلاسل وتمنع الاذابة بنجاح .

أخطار البوليمرات البلاستيكية

لقد أجريت عدة دراسات فرضية للاستهلاك العالمي من البوليميرات الصناعية وخاصة البلاستيكية وإحدى هذه الدراسات التي اجراها العالم tettge والتي تشير الى ان استهلاك الفرد من هذه البوليميرات المتحولة الى نفايات في عام 1980كان 10كغ وسيصبح في عام2010 (20كغ) وفي عام 2040 سيصبح 30كغ وفي عام 2080 سيصبح 60كغ أي ان الاستهلاك العالمي المتوقع عام 2080 سيصل إلى 724 مليون طن وهذا رقم خيالي.
لذا علينا أن نجد حلولا سريعة وخاصة نحن في الدول النامية لان امريكا واوربا وجدت الحلول وقطعت اشواطا كبيرة في تنفيذها ونحن مانزال نقف مكتوفي الأيدي تجاه هذه النفايات المتراكمة …
وفي دراسة أخرى قام بها بعض العلماء وجدوا أن عقب السيجارة “الفلتر” يحتاج الى 70 سنة حتى يتفكك فما بالنا ببقية النفايات.
لذا ندعوا الجميع الى الأبتعاد قدر المكان عن استهلاك المنتجات البوليميرية وخاصة البلاسيتكية منها والتي ملأت حياتنا ونكاد لانستطيع الاستغناء عنها.
منقول بتصرف [/color][/size][/font][/center]


(أبو أنس المصري) #2

بجد مواضيع رائعة جداً من حيث العرض والمادة العلمية وببساطة طرحها مع ربطها بالواقع ليسهل فهمها حتى لغير المتخصصين.
بارك الله فيه يا باشمهندس زهير.