البوليمرات عبارة عن جزيئات كبيرة تسمى الجزيئات الكبيرة ، والتي عادة ما تكون عضوية وتتشكل من اتحاد جزيئات أصغر تسمى المونومرات ، وتشكل سلاسل ضخمة من أكثر الأشكال تنوعا.
ما هو البوليمر الاصطناعي؟
هناك عدة أنواع من البوليمرات ذات الخصائص والهياكل الكيميائية المختلفة. البوليمرات الاصطناعية هي تلك التي يتم الحصول عليها في المختبرات أو في الصناعة. بعض الأمثلة على البوليمرات الاصطناعية هي النايلون والبوليسترين والبولي فينيل كلوريد (PVC) والبولي إيثيلين وما إلى ذلك.
يتم إنشاء البوليمرات الاصطناعية من قبل الإنسان من العناصر الموجودة في الطبيعة. يتم إنشاء هذه البوليمرات الاصطناعية لوظائف محددة ولها خصائص لأداء هذه الوظائف.
هيكل البوليمر
يتكون البوليمر من جزيئات (الوحدة الأساسية التي تشكل مركبا كيميائيا) ، تسمى المونومرات ، وغالبا ما ترتبط ببعضها البعض لتشكيل سلسلة خطية. يمكن أن يكون كل جزيء من أصل طبيعي أو اصطناعي ، وله وزن جزيئي منخفض (MW). هذا الحجم هو النسبة بين متوسط كتلة المادة ، لكل جزيء من تركيبتها النظيرية المحددة ، و 1/12 من كتلة ذرة الكربون 12.
يحدث الترابط بين الجزيئات من خلال التفاعلات الكيميائية (الشكل 1). يمكن أن يكون عدد المونومرات المرتبطة بالمئات أو الآلاف ، مما يجعل الوزن الجزيئي للبوليمر يصل إلى قيم تتراوح بين 1,000 و 1,000,000. هذا الرقم n هو درجة البلمرة (DP).
الشكل 1: تكوين البولي إيثيلين البوليمر (بلاستيك) من اتحاد العديد من مونومرات الإيثيلين (أ) ، الذي تم تعزيزه عن طريق تحويل الرابطة المزدوجة C = C إلى رابطتين مفردتين من C – C.
مثال نموذجي على البوليمر الاصطناعي هو الذي يتكون من مونومر الإيثيلين ، والذي من خلال التفاعل مع جزيئات من نفس النوع يشكل البولي إيثيلين ، أو ببساطة PE (الشكل 1). يسمى التفاعل الكيميائي لتخليق البوليمر بالبلمرة. جزيء الإيثيلين هو CH 2 = CH 2 وينضم إلى n جزيئات أخرى لتشكيل البوليمر (الشكل 2).
السمة الرئيسية للبوليمرات هي وزنها الجزيئي العالي ، والذي يحدد الخصائص الكيميائية والفيزيائية لهذه الجزيئات. مع تقدم البلمرة ، تزداد درجة البلمرة ، وكذلك الوزن الجزيئي للبوليمر. هناك أيضا بوليمرات طبيعية تنتجها الكائنات الحية: السكريات (السليلوز والنشا) ، والبروتينات (الكولاجين ، والهيموجلوبين ، والهرمونات ، والألبومين ، وما إلى ذلك) والأحماض النووية (الحمض النووي والحمض النووي الريبي). تصنف كل من البوليمرات وهذه الجزيئات على أنها جزيئات كبيرة.
الشكل 2: تمثيل ثنائي الأبعاد (علوي) وثلاثي الأبعاد للهيكل الشبيه ب “السباغيتي” من البولي إيثيلين الصلب.
أهمية البوليمرات الاصطناعية
الأشياء التي نستخدمها بشكل متكرر وعلى أساس يومي هي البوليمرات والمطاط الاصطناعية.
تستخدم البوليمرات الاصطناعية على نطاق واسع في تصنيع عبوات المنتجات الغذائية والأدوية والمواد الكيميائية والأجهزة المنزلية والأدوات والأواني المنزلية ولعب الأطفال ومكونات السيارات ؛ هذا جزء من قائمة طويلة جدا من التطبيقات. تستخدم البوليمرات أيضا في مجالات مختلفة من العلوم والتكنولوجيا.
يرجع هذا الاستخدام الواسع النطاق إلى تكلفة الإنتاج المنخفضة ، والكثافة المنخفضة ، والمتانة الكافية ، والتشطيب الجيد للسطح ، والمتانة ، وتعدد استخدامات نظام الإنتاج ، من بين مزايا أخرى على المواد المعدنية أو الخزفية. أيضا ، من الضروري ملاحظة أن العديد من المنتجات المصنوعة في الأصل من مواد أخرى تم استبدالها بأشياء مصممة من مواد بلاستيكية. وهكذا ، على سبيل المثال ، تم استبدال مكونات السيارات مثل المصدات المعدنية المطلية بالكروم بأخرى مصنوعة من البلاستيك المقوى بسبب انخفاض تكلفة الإنتاج ومقاومة أكبر للتآكل بعد التعرض للتأثيرات. كانت الأجزاء البديلة الأخرى هي لوحة القيادة ، وعجلة القيادة ، وبطانة السقف الداخلية ، وتنجيد الحشو للمقاعد ، ومكونات أحزمة الأمان ، وتغطية الكابلات الكهربائية ، والخراطيم ، وحاويات السوائل والمفاصل ، إلخ. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح هذا الاستخدام المكثف للبلاستيك والمطاط بتقليل وزن السيارة ، وتقليل استهلاك الوقود ، وزيادة الراحة والأمان للراكب.
يتم موازنة المزايا المذكورة من خلال التدهور البطيء لهذه المواد ، والتي يمكن أن تستمر لعدة سنوات ، مما يولد مشاكل بيئية كبيرة. إعادة تدوير هذه المواد أغلى من إنتاجها من المواد البكر.
البوليمرات الاصطناعية مشتقة بشكل أساسي من البترول (خليط من الهيدروكربونات). يتم تحويل 4٪ من إنتاج النفط في العالم إلى بوليمرات. بعد عملية التكسير والإصلاح ، يتم الحصول على جزيئات بسيطة مثل الإيثيلين والبنزين وما إلى ذلك ، والتي سيبدأ منها تخليق البوليمر.
يعد تخليق أي بوليمر ، بجودة خاضعة للرقابة ، عملية معقدة للغاية ، وسنجد عادة صناعة البتروكيماويات الكبيرة المرتبطة بإنتاج المواد البلاستيكية المختلفة. ستوفر هذه الصناعة المواد النهائية المعرضة للقولبة اللاحقة ، في حالة اللدائن الحرارية ، أو السوائل والمساحيق التفاعلية ، في حالة الترماست ، التي تفتقر إلى تفاعل الربط المتقاطع النهائي.