على الرغم من أن العديد من المصنعين على دراية بمصطلح البوليمر، فمن السهل أن نفقد المسار الأساسي للمصطلحات المألوفة.
إذن ما هو البوليمر؟ كيف تعرف ما يمكن أن نسميه بوليمر؟
في هذه المقالة، سنتوسع في شرح ماهية البوليمر، وخصائصه، وتصنيفاته، وأمثلة عليه.
ما هو البوليمر؟
تأتي كلمة بوليمر من مصطلح يوناني يُترجم إلى "أجزاء عديدة". والبوليمر هو مصطلح يُستخدم للمركبات الكيميائية الكبيرة ذات الوحدات الفرعية العديدة. وتُعرف هذه الوحدات الفرعية أيضًا باسم المونومرات، وهي مرتبطة ببعضها البعض في سلاسل متكررة طويلة. وفي بعض الأحيان أيضًا، قد تتكون البوليمرات من نوع واحد من مونومر أو أنواع مختلفة.
كما تعلمون بالفعل، لا تقتصر البوليمرات على المواد المستخدمة في التصنيع. فالبوليمرات، وفقًا لتعريفها، يمكن العثور عليها في أي مكان وفي كل مكان. خصلة من الشعر، وكرة من ألياف النايلون، والبولي بروبيلين كلها أمثلة على البوليمرات.
مميزات البوليمرات
بعض السمات المميزة للبوليمرات هي:
- إنها عادة ما تكون مرنة، لذا يمكنها التمدد
- يمكن للبوليمرات أن تتمدد إلى ما هو أبعد من حجمها في وجود حمل. ومع ذلك، يمكنها العودة إلى حجمها الطبيعي إذا تمت إزالة الحمل، ولم تصل إلى حجمها المرن.
- تتمتع البوليمرات بقوى مختلفة. فبعضها قد يكون ضعيفًا لدرجة أن قوته تعادل قوة السائل، في حين أن قوة البعض الآخر تقترب من قوة المعدن الصلب.
- البوليمرات الاصطناعية مقاومة للتدهور إلى حد ما
- البوليمرات الطبيعية هشة في الغالب وتتحلل بسهولة
- تذوب بعض البوليمرات في المذيبات العضوية مثل الكلوروفورم والأسيتون والكحوليات وغيرها.
- معظم البوليمرات كارهة للماء، أي أنها لا تختلط بالماء
- تتراوح البوليمرات من غير متبلورة للغاية إلى متبلورة للغاية
- تعتبر البوليمرات أفضل كعوازل لأنها لا توصل الكهرباء
تصنيف البوليمرات
تتوفر أنواع مختلفة من البوليمرات. ولتحديد هذه الأنواع المختلفة من البوليمرات، يتم تصنيف البوليمرات بناءً على صفاتها المختلفة. ويتم شرح هذه التصنيفات أدناه.
1. التصنيف على أساس المصدر
بناءً على هذا التصنيف، هناك نوعان رئيسيان من البوليمرات: البوليمرات الطبيعية والبوليمرات الصناعية. وهناك أيضًا مجموعة ثالثة تُعرف بالبوليمرات شبه الصناعية.
البوليمرات الطبيعية
كما يوحي الاسم، فإن هذه المجموعات من البوليمرات تحدث بشكل طبيعي. يمكنك العثور عليها إما في النباتات أو الحيوانات. تشمل الأمثلة الشائعة المطاط (المستخرج من النباتات) والنشا والسليلوز.
من بين جميع البوليمرات الطبيعية، يعد السليلوز النوع الأكثر شيوعًا. ويوجد في جدران خلايا النباتات. وفي كثير من الأحيان، يُستخدم هذا السليلوز لإنتاج الورق ومواد الملابس.
البوليمرات الصناعية/الاصطناعية
يتم تصنيعها من الصفر في المختبرات، وهي تشكل البلاستيك الأكثر شيوعًا في العالم.
تتميز البوليمرات الصناعية أيضًا بمجموعة متنوعة من الخصائص. ففي حين أن بعضها مرن وسهل التعامل معه، فإن بعضها الآخر صلب.
وتشمل الأمثلة النايلون والبولي إيثيلين والـPVC والبوليسترين.
بوليمر شبه صناعي
لا يزال هذا النوع من البوليمرات موجودًا بشكل طبيعي. ومع ذلك، فقد خضع لعدة أنواع من التغييرات الكيميائية لتضخيم قوته في مناطق معينة. ومن الأمثلة الشائعة لهذا النوع من البوليمرات نترات السليلوز وأسيتات السليلوز.
2. التصنيف على أساس تفاعلها مع الحرارة
وبناءً على هذه الخاصية، تنقسم البوليمرات إلى نوعين: البلاستيك الحراري والبلاستيك الصلب بالحرارة.
المواد الصلبة بالحرارة
عندما تضع البوليمرات الصلبة بالحرارة في الحرارة، فإنها تتصلب في شكل (إذا كنت تستخدم قالبًا). وهذا يعني أن البوليمرات الصلبة بالحرارة لا تذوب أو تتحول إلى سائل قبل أن تتصلب مرة أخرى. يحدث هذا لأن عملية تصلب البوليمرات الصلبة بالحرارة تتضمن تكوين نوع خاص من الرابطة التي تحافظ على الوحدات الفرعية في مكانها.
لا يمكن إعادة تشكيل البوليمرات الصلبة بالحرارة بسهولة أو التخلص منها مباشرة بعد معالجتها. ومع ذلك، فهي أكثر مقاومة للحرارة والمواد الكيميائية والتآكل. كما تتمتع أيضًا بثبات ميكانيكي أفضل.
ومن أمثلة البوليمرات الصلبة بالحرارة السيليكونات والفينولات والإيبوكسي وما إلى ذلك.
المواد البلاستيكية الحرارية
المواد البلاستيكية الحرارية هي نوع من البوليمرات التي تكون صلبة في درجة حرارة الغرفة. ومع ذلك، عندما تتعرض للحرارة، فإنها تذوب وتصبح لينة. المواد البلاستيكية الحرارية لها عملية معالجة عكسية. ويمكن إعادة تدويرها بسهولة أيضًا.
تتميز البوليمرات البلاستيكية الحرارية بالمرونة، ويمكنك إعادة تشكيلها بسهولة. كما أنها مقاومة للمواد الكيميائية إلى حد ما. ومع ذلك، تذوب المواد البلاستيكية الحرارية عند درجات حرارة أعلى ودرجات حرارة أقل بسبب الروابط الأضعف بين الجزيئات. ومن الأمثلة الممتازة على المواد البلاستيكية الحرارية كلوريد البولي فينيل.
3. تصنيف البوليمرات على أساس بنية سلسلة المونومر
بناءً على بنية سلاسل الوحدات الفرعية، يمكن أن تكون البوليمرات:
البوليمرات الخطية
هنا، تكون الروابط الرابطة للبوليمرات طويلة ومستقيمة (فكر في السلاسل العادية التي تعرفها). يعد كلوريد البولي فينيل (PVC) مثالاً على البوليمرات الخطية. نظرًا لأنها خطية، يتم استخدامها لصنع منتجات مستقيمة مثل الأنابيب والكابلات الكهربائية وما إلى ذلك.
البوليمرات ذات السلسلة المتفرعة
في بعض الأحيان، قد تنتج هذه السلاسل البوليمرية المستقيمة بعض الفروع عند نقاط مختلفة. ويُطلق الآن على نوع البوليمر الناتج اسم بوليمر السلسلة المتفرعة. ومن الأمثلة الممتازة على ذلك البولي إيثيلين.
البوليمرات المترابطة
تحتوي هذه البوليمرات على مونومرات مترابطة ومتعددة الوظائف. الروابط في البوليمرات المترابطة هي روابط تساهمية، وبالتالي فهي تتمتع بقوة أفضل مقارنة بالبوليمرات الأخرى في هذه الفئة. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك الباكليت والميلامين.
4. التصنيف على أساس نوع البلمرة
اعتمادًا على نوع البلمرة التي تخضع لها لتصبح بوليمرات، قد تكون البوليمرات إما:
إضافة البلمرة
في هذا النوع من تكوين البوليمر، تتجمع عدة وحدات فرعية أحادية صغيرة معًا لتكوين بوليمر أكبر. ومع كل وحدة أحادية جديدة يتم تقديمها، "ينمو" طول السلسلة.
تتضمن أمثلة البوليمرات المتكونة عن طريق البلمرة الإضافية بلمرة الإيثان في وجود بيروكسيدات لإنتاج البوليثان، والتيفلون، وكلوريد البولي فينيل، وما إلى ذلك.
البلمرة التكثيفية
أثناء عملية البلمرة هذه، يتم التخلص من جزيئات الربط الأصغر مثل H2O وCO وNH3. والنتيجة هي شكل مكثف من البوليمر.
من المرجح أن تشكل المركبات الكيميائية العضوية ذات المجموعات الوظيفية مثل ثنائيات الأمين والأحماض ثنائية الكربوكسيل بوليمرات من خلال هذه العملية.
تشمل أمثلة البوليمرات المتكونة بهذه الطريقة من البلمرة النايلون -6، 6، البوليستر، وما إلى ذلك.
كوبوليمر
في عملية البلمرة المشتركة، تتحد أنواع مختلفة من المونومرات لتكوين البوليمر. يتم تشكيل BUNA-S والمطاط الصناعي الآخر بهذه العملية.
5. التصنيف على أساس الوحدات الأحادية
اعتمادًا على نوع الوحدات الفرعية الأحادية الموجودة، قد يكون البوليمر إما:
متماثل
هنا، يوجد نوع واحد من الوحدات الفرعية الأحادية في جميع أنحاء البوليمر. ومن الأمثلة على الوحدات الفرعية الأحادية البولي إيثيلين.
البوليمر المتغاير أو البوليمر المشترك
تحتوي البوليمرات غير المتجانسة على أكثر من نوع من الوحدات الفرعية الأحادية. على سبيل المثال، النايلون -6، 6
6. التصنيف على أساس القوى الجزيئية
إنها إما إلاستومرات أو ألياف
الإيلاستومرات
الإيلاستومرات عبارة عن بوليمرات صلبة مرنة ومرنة. لها روابط ضعيفة، وبالتالي، تزداد مرونة البوليمرات. على سبيل المثال، المطاط الطبيعي، مطاط السيليكون، إلخ.
الألياف
هذه هي البوليمرات الصلبة ذات قوة الشد العالية. قوة الارتباط بينها أقوى. على سبيل المثال، النايلون -6، 6.
7. التصنيف على أساس قابلية التحلل البيولوجي
هناك فئتان من البوليمرات القابلة للتحلل البيولوجي:
البلاستيك الحيوي
هذا النوع من البوليمرات مصنوع من مواد خام متجددة. يتم تصنيع المركبات الكيميائية للبلاستيك الحيوي بواسطة ميكروبات مثل البكتيريا أو النباتات المعدلة وراثيًا. ونتيجة لذلك، يسهل إعادة تدويرها.
قابلة للتحلل البيولوجي مع المعالجة الصناعية
هذه الأنواع من البوليمرات عبارة عن بتروكيماويات تحتوي على إضافات قابلة للتحلل البيولوجي. تم تصميم البوليمرات باستخدام إضافات تعزز قابليتها للتحلل البيولوجي، وبالتالي يتم تحللها أثناء المعالجة الصناعية.
أمثلة شائعة للبوليمرات المستخدمة في عمليات التصنيع
تتضمن بعض أنواع البوليمرات الشائعة جدًا المستخدمة في عمليات التصنيع ما يلي:
النايلون
النايلون عبارة عن بوليمرات قوية ومقاومة للمواد الكيميائية، وهي مصنوعة من الألياف، وسطح النايلون زلق.
تتوفر أنواع مختلفة من بوليمرات النايلون لمختلف أنواع إجراءات التصنيع. هذه الأنواع المختلفة من صفائح النايلون تختلف طرق تصنيع النايلون وأوزانه الجزيئية، ومع ذلك فهي كلها بوليمرات. غالبًا ما تستخدم النايلون في الحبال والملابس والأحزمة، وإلى حد ما في مواد العزل.
مطاط اللاتكس
هذه هي البوليمرات التي يتم الحصول عليها من عصارة بعض النباتات. تتصلب عند تعرضها للهواء. بعد تحسينها، يمكن استخدامها لمجموعة متنوعة من الأغراض، بما في ذلك مواد العزل، وما إلى ذلك.
النشويات
النشويات عبارة عن بوليمرات ذات قوة شد ضعيفة وغير مستقرة بالحرارة. بعد التحسين والتنقية وإضافة المواد المضافة، يتم استخدامها لصنع PLA وPLA+.
السليلوز
السليلوز عبارة عن بوليمر شائع يحدث بشكل طبيعي وله بنية قوية وصلبة. يتم استخدامه في صناعة مواد الملابس والحبال، أو في أماكن أخرى حيث تكون القوة ضرورية.
البولي ايثيلين
هذه هي البوليمرات المتفرعة المصنوعة من وحدة فرعية واحدة فقط - غاز الإيثيلين. البولي إيثيلينات من درجات وأوزان جزيئية مختلفة. يمكن أن تتراوح من مواد منخفضة الكثافة إلى مواد ذات وزن جزيئي مرتفع للغاية. يتم استخدامها لصنع حاويات الطعام والأنابيب في بعض الآلات.
البوليستر
البوليستر عبارة عن مواد غير متبلورة تشبه النايلون. وهي من بين البوليمرات الصناعية الأكثر استخدامًا، وتُستخدم في صناعة مواد الملابس والحبال والألياف.
سيليكون
يتم تصنيع السيليكون في الغالب على شكل بوليمرات حرارية مكونة من جزأين تخضع لتفاعل تحفيزي عند خلطها.
راتنجات الايبوكسي
هذه هي البوليمرات التي يتم تشكيلها عن طريق البلمرة المشتركة. يتم استخدامها لصنع الزخارف أو أجزاء الآلات أو في المواقف الأخرى التي تتطلب قوة كبيرة.
البوليسترين
البوليسترين كما أنها تحظى بتقدير عالمي لخصائصها الفريدة. حيث يمكن توسيعها عن طريق الرغوة باستخدام غاز التبريد لصنع مادة عازلة هشة ولكنها مقاومة للصدمات.
البولي بروبلين
البولي بروبيلين هو نوع من البوليمرات الصلبة بالحرارة مع بروبيلين أحادي. يتم استخدامه في الأماكن التي تتطلب القوة والمرونة. وهي متوفرة على شكل صفائح البولي بروبلين ويمكن استخدامها في صنع عبوات الطعام والحبال والديكورات الليفية وما إلى ذلك.
وتشمل الأمثلة الأخرى للبوليمرات ما يلي:
بولي إيثيلين تيريفثالات (PET)
أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS)
البولي كربونات (PC)
بولي سلفون
خاتمة
إن معرفة ماهية البوليمر أمر مهم خاصة إذا كنت تعمل في مجال التصنيع، حيث أن دراستها مهمة لتحقيق الربح والسمعة. إن الصفات المختلفة لهذه البوليمرات تؤثر بشكل كبير على جودة منتجات عملائك، لذا فإن معرفة البوليمرات أمر حيوي.
