البولي بروبلين عبارة عن لدائن حرارية شبه بلورية ، يتم إنتاجها عن طريق بلمرة البروبيلين في وجود محفز استريو محدد. يحتوي البولي بروبلين على تطبيقات متعددة ، وهذا هو السبب في أنه يعتبر أحد منتجات اللدائن الحرارية ذات التطور الأكبر في المستقبل. إنه منتج خامل ، قابل لإعادة التدوير بالكامل ، وحرقه ليس له تأثير ملوث ، وتكنولوجيا الإنتاج الخاصة به لها أقل تأثير بيئي. هذه ميزة جذابة مقارنة بالمواد البديلة.
تم اكتشاف البلمرة التحفيزية للبروبيلين من قبل الإيطالي جوليو ناتا في عام 1954 وشكلت علامة فارقة مهمة لاهتمامها العلمي وتطبيقاتها المهمة في المجال الصناعي. باستخدام محفزات انتقائية ، تم الحصول على بوليمر بلوري ، يتكون من المحاذاة المرتبة لجزيئات مونومر البروبيلين. سمحت عوائد التفاعل العالية باستغلالها التجاري السريع. على الرغم من أن مادة البولي بروبلين أصبحت معروفة من خلال براءات الاختراع و
البولي بروبلين عبارة عن لدائن حرارية شبه بلورية ، يتم إنتاجها عن طريق بلمرة البروبيلين في وجود محفز استريو محدد. يحتوي البولي بروبلين على تطبيقات متعددة ، وهذا هو السبب في أنه يعتبر أحد منتجات اللدائن الحرارية ذات التطور الأكبر في المستقبل. إنه منتج خامل ، قابل لإعادة التدوير بالكامل ، وحرقه ليس له تأثير ملوث ، وتكنولوجيا الإنتاج الخاصة به لها أقل تأثير بيئي. هذه ميزة جذابة مقارنة بالمواد البديلة.
تم اكتشاف البلمرة التحفيزية للبروبيلين من قبل الإيطالي جوليو ناتا في عام 1954 وشكلت علامة فارقة مهمة لاهتمامها العلمي وتطبيقاتها المهمة في المجال الصناعي. باستخدام محفزات انتقائية ، تم الحصول على بوليمر بلوري ، يتكون من المحاذاة المرتبة لجزيئات مونومر البروبيلين. سمحت عوائد التفاعل العالية باستغلالها التجاري السريع. على الرغم من أن مادة البولي بروبلين أصبحت معروفة من خلال براءات الاختراع والمنشورات في عام 1954 ، إلا أن تطورها التجاري بدأ في عام 1957 وكان بسبب شركة Montecatini الإيطالية. بعد بضع سنوات ، قامت شركات أخرى ، بما في ذلك ICI و Shell ، بتصنيع هذا البولي أوليفين.
عزز هذا الاكتشاف البحث في الأنظمة التحفيزية النوعية الفراغية لبلمرة الأوليفينات وحصل ناتا ، جنبا إلى جنب مع الألماني كارل زيجلر ، على جائزة نوبل في الكيمياء في عام 1963.
اليوم ، تعد مادة البولي بروبلين واحدة من أكثر اللدائن الحرارية مبيعا في العالم ، حيث يقدر الطلب السنوي ب 40 مليون طن. كانت زيادات استهلاكها السنوية قريبة من 10٪ على مدى العقود الماضية ، مما يؤكد درجة قبولها في الأسواق.
كان الاستقبال الجيد الذي حظيت به مرتبطا ارتباطا مباشرا بتعدد استخداماته وخصائصه الفيزيائية الجيدة والقدرة التنافسية الاقتصادية لعمليات إنتاجه. تؤكد العديد من النقاط القوية أنها مادة مثالية للعديد من التطبيقات:
- كثافة منخفضة
- صلابة عالية ومقاومة للتآكل
- صلابة عالية
- مقاومة جيدة للحرارة
- مقاومة كيميائية ممتازة
- براعة ممتازة
نظرا لنسبة السعر إلى الأداء الممتازة ، فقد حل البولي بروبلين تدريجيا محل مواد مثل الزجاج والمعادن والخشب ، بالإضافة إلى البوليمرات المستخدمة على نطاق واسع (ABS و PVC).
تنتج شركات النفط الكبرى في العالم مادة البولي بروبيلين ، إما من خلال المشاركة المباشرة أو من خلال الشركات التابعة. على مدى السنوات القليلة الماضية ، نما حجم أعمال البولي بروبلين بشكل كبير ، سواء في جميع أنحاء العالم أو داخل المجموعة.
هيكل البولي بروبلين
من الناحية الهيكلية ، إنه بوليمر فينيل ، يشبه البولي إيثيلين ، باستثناء أن أحد أنواع الكربون في الوحدة الأحادية يحتوي على مجموعة ميثيل متصلة.
مادة البولي بروبيلين المصنعة صناعيا عبارة عن بوليمر خطي ذو عمود فقري يتكون من سلسلة من الهيدروكربونات المشبعة. كل ذرتين من الكربون في هذه السلسلة الرئيسية متفرعة بمجموعة ميثيل (CH 3 ). هذا يسمح لنا بالتمييز بين ثلاثة أشكال متشابهة من البولي بروبلين:
متساوي التكتيك
التكتيكية المرادفة
التكتيك
يتم تمييزها حسب موضع ميثيل CH 3 المجموعات فيما يتعلق بالتركيب المكاني لسلسلة البوليمر.
تميل الأشكال المتساوية والمتساوية ، نظرا لانتظامها الكبير ، إلى اكتساب ترتيب مكاني منظم وشبه بلوري في الحالة الصلبة ، مما يعطي المادة خصائص فيزيائية استثنائية. من ناحية أخرى ، لا يحتوي الشكل اللاتيكي على أي نوع من التبلور. يتم توجيه العمليات الصناعية الأكثر استخداما نحو تصنيع مادة البولي بروبيلين متساوية التكتيك ، وهي التي أثارت أكبر قدر من الاهتمام التجاري.
آلية رد الفعل
بلمرة البروبيلين هي تفاعل إضافي يستخدم محفزات التنسيق. هذه هي المركبات المعدنية الانتقالية التي تسمح ، من خلال روابط المعدن والكربون ، بإدخال وحدات المونومر. كان أحد الأنظمة الأولى التي تم تطويرها هو TiCl 4 /أ 1 ، ص 3 نوع. على الرغم من أن الأنظمة الحفازة قد تطورت بشكل كبير منذ ذلك الحين وزاد أداؤها بشكل كبير ، إلا أن مبدأ التشغيل لها جميعا متشابه جدا.
آليات تفاعل النظام التحفيزي هي تلك التي تشرح التركيب الخطي لجزيء البولي بروبلين. على الرغم من أن بعض التفاصيل لا تزال محل نقاش ، إلا أن معظم الباحثين يتفقون على أن بدء التفاعل يتم من خلال تنشيط النظام التحفيزي وفقا لنموذج موصوف بالتفصيل من قبل كوسي وأرلمان. بمجرد إنشاء المواقع النشطة ، تنمو سلاسل البوليمر في مراحل متتالية على المحفز ، من خلال تشكيل مركب تنسيق بين جزيء مونومر البروبيلين وصندوق التنسيق الشاغر. عادة ما يتم إنهاء التفاعل عن طريق النقل ، وذلك بفضل عمل عوامل مثل الهيدروجين. يعد استخدام هذه العوامل مفيدا جدا للتحكم في متوسط طول سلاسل البوليمر المتكونة ، وبالتالي وزنها الجزيئي ، ولزوجة ذوبانها ، وما إلى ذلك.
التفاعل انتقائي للغاية ، مما يعني أن سلاسل المونومر مدمجة في السلسلة الرئيسية لتشكيل تكوينات محددة جيدا (متساوي التكتيك أو مترادفي أو غير تكتيكي). غالبا ما يؤدي إدخال المركبات المانحة للإلكترون إلى إنشاء مجموعات ضخمة من الناحية الجمالية حول المواقع النشطة للمحفز ، لذلك عادة ما يكون تكوين أحد التكوينات مفضلا (عادة ما يكون متساوي).
إذا تم إدخال مونومر البروبيلين فقط أثناء البلمرة ، يتم الحصول على بوليمر متجانس. إذا تم إدخال مونومر ثان (أو كومونومر) مع البروبيلين ، يتم الحصول على بوليمر مشترك. الكومونومر الأكثر استخداما هو الإيثيلين. هناك نوعان من البوليمرات المشتركة: البوليمرات المشتركة العشوائية (حيث يتفاعل المونومر والكونومر في وقت واحد) والبوليمرات المشتركة أو الكتل أو غير المتجانسة (حيث يتم إدخال المونومر والكونومر على مرحلتين متتاليتين).
يشهد عالم البولي بروبلين حاليا ثورة مع التطور الصناعي لجيل جديد من المحفزات: المعادن. هذه عائلة جديدة من المركبات العضوية المعدنية التي تتحكم بدقة أكبر في انتظام بنية البوليمر المتكون وتوزيع وزنه الجزيئي. سيكون للمنتجات التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة خصائص متباينة يمكن أن تكمل النطاق الحالي.
في عام 1954 ، بدأ تطورها التجاري في عام 1957 وكان بسبب الشركة الإيطالية Montecatini. بعد بضع سنوات ، قامت شركات أخرى ، بما في ذلك ICI و Shell ، بتصنيع هذا البولي أوليفين.
عزز هذا الاكتشاف البحث في الأنظمة التحفيزية النوعية الفراغية لبلمرة الأوليفينات وحصل ناتا ، جنبا إلى جنب مع الألماني كارل زيجلر ، على جائزة نوبل في الكيمياء في عام 1963.
اليوم ، تعد مادة البولي بروبلين واحدة من أكثر اللدائن الحرارية مبيعا في العالم ، حيث يقدر الطلب السنوي ب 40 مليون طن. كانت زيادات استهلاكها السنوية قريبة من 10٪ على مدى العقود الماضية ، مما يؤكد درجة قبولها في الأسواق.
كان الاستقبال الجيد الذي حظيت به مرتبطا ارتباطا مباشرا بتعدد استخداماته وخصائصه الفيزيائية الجيدة والقدرة التنافسية الاقتصادية لعمليات إنتاجه. تؤكد العديد من النقاط القوية أنها مادة مثالية للعديد من التطبيقات:
- كثافة منخفضة
- صلابة عالية ومقاومة للتآكل
- صلابة عالية
- مقاومة جيدة للحرارة
- مقاومة كيميائية ممتازة
- براعة ممتازة
نظرا لنسبة السعر إلى الأداء الممتازة ، فقد حل البولي بروبلين تدريجيا محل مواد مثل الزجاج والمعادن والخشب ، بالإضافة إلى البوليمرات المستخدمة على نطاق واسع (ABS و PVC).
تنتج شركات النفط الكبرى في العالم مادة البولي بروبيلين ، إما من خلال المشاركة المباشرة أو من خلال الشركات التابعة. على مدى السنوات القليلة الماضية ، نما حجم أعمال البولي بروبلين بشكل كبير ، سواء في جميع أنحاء العالم أو داخل المجموعة.
هيكل البولي بروبلين
من الناحية الهيكلية ، إنه بوليمر فينيل ، يشبه البولي إيثيلين ، باستثناء أن أحد أنواع الكربون في الوحدة الأحادية يحتوي على مجموعة ميثيل متصلة.
مادة البولي بروبيلين المصنعة صناعيا عبارة عن بوليمر خطي ذو عمود فقري يتكون من سلسلة من الهيدروكربونات المشبعة. كل ذرتين من الكربون في هذه السلسلة الرئيسية متفرعة بمجموعة ميثيل (CH 3 ). هذا يسمح لنا بالتمييز بين ثلاثة أشكال متشابهة من البولي بروبلين:
متساوي التكتيك
التكتيكية المرادفة
التكتيك
يتم تمييزها حسب موضع ميثيل CH 3 المجموعات فيما يتعلق بالتركيب المكاني لسلسلة البوليمر.
تميل الأشكال المتساوية والمتساوية ، نظرا لانتظامها الكبير ، إلى اكتساب ترتيب مكاني منظم وشبه بلوري في الحالة الصلبة ، مما يعطي المادة خصائص فيزيائية استثنائية. من ناحية أخرى ، لا يحتوي الشكل اللاتيكي على أي نوع من التبلور. يتم توجيه العمليات الصناعية الأكثر استخداما نحو تصنيع مادة البولي بروبيلين متساوية التكتيك ، وهي التي أثارت أكبر قدر من الاهتمام التجاري.
آلية رد الفعل
بلمرة البروبيلين هي تفاعل إضافي يستخدم محفزات التنسيق. هذه هي المركبات المعدنية الانتقالية التي تسمح ، من خلال روابط المعدن والكربون ، بإدخال وحدات المونومر. كان أحد الأنظمة الأولى التي تم تطويرها هو TiCl 4 /أ 1 ، ص 3 نوع. على الرغم من أن الأنظمة الحفازة قد تطورت بشكل كبير منذ ذلك الحين وزاد أداؤها بشكل كبير ، إلا أن مبدأ التشغيل لها جميعا متشابه جدا.
آليات تفاعل النظام التحفيزي هي تلك التي تشرح التركيب الخطي لجزيء البولي بروبلين. على الرغم من أن بعض التفاصيل لا تزال محل نقاش ، إلا أن معظم الباحثين يتفقون على أن بدء التفاعل يتم من خلال تنشيط النظام التحفيزي وفقا لنموذج موصوف بالتفصيل من قبل كوسي وأرلمان. بمجرد إنشاء المواقع النشطة ، تنمو سلاسل البوليمر في مراحل متتالية على المحفز ، من خلال تشكيل مركب تنسيق بين جزيء مونومر البروبيلين وصندوق التنسيق الشاغر. عادة ما يتم إنهاء التفاعل عن طريق النقل ، وذلك بفضل عمل عوامل مثل الهيدروجين. يعد استخدام هذه العوامل مفيدا جدا للتحكم في متوسط طول سلاسل البوليمر المتكونة ، وبالتالي وزنها الجزيئي ، ولزوجة ذوبانها ، وما إلى ذلك.
التفاعل انتقائي للغاية ، مما يعني أن سلاسل المونومر مدمجة في السلسلة الرئيسية لتشكيل تكوينات محددة جيدا (متساوي التكتيك أو مترادفي أو غير تكتيكي). غالبا ما يؤدي إدخال المركبات المانحة للإلكترون إلى إنشاء مجموعات ضخمة من الناحية الجمالية حول المواقع النشطة للمحفز ، لذلك عادة ما يكون تكوين أحد التكوينات مفضلا (عادة ما يكون متساوي).
إذا تم إدخال مونومر البروبيلين فقط أثناء البلمرة ، يتم الحصول على بوليمر متجانس. إذا تم إدخال مونومر ثان (أو كومونومر) مع البروبيلين ، يتم الحصول على بوليمر مشترك. الكومونومر الأكثر استخداما هو الإيثيلين. هناك نوعان من البوليمرات المشتركة: البوليمرات المشتركة العشوائية (حيث يتفاعل المونومر والكونومر في وقت واحد) والبوليمرات المشتركة أو الكتل أو غير المتجانسة (حيث يتم إدخال المونومر والكونومر على مرحلتين متتاليتين).
يشهد عالم البولي بروبلين حاليا ثورة مع التطور الصناعي لجيل جديد من المحفزات: المعادن. هذه عائلة جديدة من المركبات العضوية المعدنية التي تتحكم بدقة أكبر في انتظام بنية البوليمر المتكون وتوزيع وزنه الجزيئي. سيكون للمنتجات التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة خصائص متباينة يمكن أن تكمل النطاق الحالي.