أنواع المواد البوليمرية. ما هي البوليمرات والبلاستيك

تخيل الموقف التالي. تغادر المتجر وتسرع لإلقاء الحقيبة في السيارة في أسرع وقت ممكن. تم. أنت تتحقق بسرعة من هاتفك وتجلس خلف عجلة القيادة. عندما تدخل شقتك ، تمسح قدميك على حصيرة مطاطية ، وتخرج كل شيء من الأكياس: مقلاة غير لاصقة ، ألعاب للأطفال ، رغوة حلاقة ، قميصين ، ورق حائط. يبدو أنهم لم ينسوا أي شيء. تأخذ معك زجاجة ماء وتذهب إلى الكمبيوتر - حان وقت العمل. كل ما هو مذكور أعلاه يحتوي على بوليمرات. يصل الى المتجر.

البوليمرات - ما هذا؟

البوليمرات هي مواد تتكون من سلاسل طويلة ومتكررة من الجزيئات. لديهم خصائص فريدة من نوعهااعتمادًا على نوع الجزيئات التي يتم توصيلها وكيفية ارتباطها. بعضها ينثني ويتمدد ، مثل المطاط والبوليستر. البعض الآخر صعب وصلب ، مثل الإيبوكسي والزجاج العضوي.

يستخدم مصطلح "بوليمر" بشكل شائع لوصف البلاستيك ، وهو عبارة عن بوليمرات صناعية. مهما كان الأمر ، فإن البوليمرات الطبيعية موجودة أيضًا: المطاط والخشب ، على سبيل المثال ، عبارة عن بوليمرات طبيعية تتكون من هيدروكربون بسيط ، أيزوبرين. البروتينات هي أيضًا بوليمرات طبيعية ، وتتكون من الأحماض الأمينية. الأحماض النووية (DNA و RNA) عبارة عن بوليمرات من النيوكليوتيدات - جزيئات معقدة تتكون من قاعدة تحتوي على النيتروجين والسكر وحمض الفوسفوريك.

من فكر في هذا من قبل؟

يعتبر هيرمان ستودينجر ، محاضرًا في الكيمياء العضوية في المعهد التقني الفدرالي بزيورخ ، أب البوليمرات.

هيرمان ستودينجر. المصدر: ويكيميديا

بحثه في عشرينيات القرن الماضي مهدت الطريق للعمل في المستقبل مع كل من البوليمرات الطبيعية والاصطناعية. قدم مصطلحين أساسيين لفهم البوليمرات: البلمرة والجزيء الكبير. في عام 1953 ، حصل ستودينغر على جائزة نوبل عن جدارة "لاكتشافاته في مجال كيمياء الجزيئات الكبيرة".

البلمرة هي طريقة لتكوين بوليمرات اصطناعية عن طريق الجمع بين الجزيئات الأصغر ، المونومرات ، في سلسلة مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية. تؤدي التفاعلات الكيميائية المختلفة ، مثل تلك الناتجة عن الحرارة والضغط ، إلى تغيير الروابط الكيميائية التي تربط المونومرات ببعضها البعض. تتسبب هذه العملية في ارتباط الجزيئات بنمط خطي أو متفرع أو ثلاثي الأبعاد ، مما يحولها إلى بوليمرات. وتسمى سلاسل المونومرات هذه أيضًا بالجزيئات الكبيرة. يمكن أن يتكون جزيء واحد من مئات الآلاف من المونومرات.

أنواع البوليمرات

يعتمد نوع البوليمر على بنيته. مما سبق ، نفهم أنه يجب أن يكون هناك ثلاثة أنواع من هذا القبيل.

البوليمرات الخطية. هذه مركبات تكون فيها المونومرات خاملة كيميائيًا فيما يتعلق ببعضها البعض ولا ترتبط إلا بقوى فان دير فالس (قوى التفاعل بين الجزيئات (وبين الذرية) بطاقة 10-20 كيلوجول / مول. - ملحوظة. إد.). لا يعني المصطلح "خطي" على الإطلاق الترتيب المستقيم للجزيئات بالنسبة لبعضها البعض. على العكس من ذلك ، فهي تتميز بشكل أكبر بتكوين مسنن أو حلزوني ، مما يعطي هذه البوليمرات القوة الميكانيكية.

بوليمرات متفرعة. يتم تشكيلها بواسطة سلاسل ذات فروع جانبية (عدد الفروع وطولها مختلفان). البوليمرات المتفرعة أقوى من البوليمرات الخطية.

تنعم البوليمرات الخطية والمتفرعة عند تسخينها وتتصلب مرة أخرى عند تبريدها. تسمى هذه الخاصية اللدونة الحرارية ، وتسمى البوليمرات نفسها اللدائن الحرارية أو اللدائن الحرارية. يمكن كسر الروابط بين الجزيئات في مثل هذه البوليمرات وإعادة توصيلها. هذا يعني انه زجاجات بلاستيكيةيمكن استخدامها لإنتاج عناصر أخرى تحتوي على البوليمر ، من السجاد إلى السترات الصوفية. بالطبع ، يمكنك صنع المزيد من الزجاجات. كل ما هو مطلوب للمعالجة هو ارتفاع في درجة الحرارة. لا يمكن فقط إذابة البوليمرات اللدائن الحرارية ، ولكن أيضًا إذابتها ، لأن روابط فان دير فالس يتمزق بسهولة تحت تأثير الكواشف. تشمل اللدائن الحرارية البولي فينيل كلوريد والبولي إيثيلين والبوليسترين وما إلى ذلك.

إذا كانت الجزيئات الكبيرة تحتوي على مونومرات تفاعلية ، فعند تسخينها ، يتم توصيلها بالعديد من الروابط المتقاطعة ، ويكتسب البوليمر بنية مكانية. تسمى هذه البوليمرات بالحرارة أو اللدائن الحرارية.

من ناحية ، لها بالحرارة صفات إيجابية: إنها أكثر صلابة ومقاومة للحرارة. من ناحية أخرى ، بعد كسر الروابط بين جزيئات البوليمرات المتصلدة بالحرارة ، لا يمكن تأسيسها مرة أخرى. إعادة التدوير في هذه الحالة يختفي وهذا أمر سيء للغاية. البوليمرات الأكثر شيوعًا في هذه المجموعة هي البوليستر والفينيلستر والإيبوكسيدات.

مواد تعتمد على البوليمرات. تستخدم البوليمرات لإنتاج الألياف والأفلام والمطاط والورنيش والمواد اللاصقة والبلاستيك و المواد المركبة(مركبات).

يتم الحصول على الألياف عن طريق إجبار محاليل البوليمر أو الذوبان من خلال ثقوب رفيعة (تموت) في لوحة ، متبوعة بالتصلب. تشمل البوليمرات المكونة للألياف بولي أميدات ، بولي أكريلونيتريل ، إلخ.

يتم الحصول على أغشية البوليمر من صهر البوليمر عن طريق البثق من خلال قوالب ذات فتحات مشقوقة أو عن طريق تطبيق محاليل البوليمر على شريط متحرك أو عن طريق صقل البوليمرات. تستخدم الأغشية كعزل كهربائي ومواد تعبئة ، كأساس للأشرطة المغناطيسية ، إلخ.

الورنيش - محاليل المواد المكونة للفيلم في المذيبات العضوية. بالإضافة إلى البوليمرات ، تحتوي الورنيش على مواد تزيد من اللدونة (الملدنات) ، والأصباغ القابلة للذوبان ، والمواد المصلبة ، وما إلى ذلك ، وهي تستخدم في الطلاءات العازلة للكهرباء ، بالإضافة إلى أساس مينا الطلاء والطلاء.

المواد اللاصقة - تركيبات قادرة على ربط المواد المختلفة بسبب تكوين روابط قوية بين أسطحها والطبقة اللاصقة. تعتمد المواد اللاصقة العضوية الاصطناعية على المونومرات ، أو الأوليغومرات ، أو البوليمرات أو مخاليط منها. تشتمل التركيبة على مواد صلبة ، مواد مالئة ، مواد ملدنة ، إلخ.

تنقسم المواد اللاصقة إلى لدائن حرارية ، ومصلدة حرارية ، ومطاط. ترتبط المواد اللاصقة اللدائن الحرارية بالسطح عن طريق التصلب عند تبريدها من نقطة الصب إلى درجة حرارة الغرفة أو عن طريق تبخير المذيب. تشكل المواد اللاصقة المتصلدة بالحرارة رابطة مع السطح نتيجة للتصلب (تكوين روابط متقاطعة) ، والمواد اللاصقة المطاطية - نتيجة الفلكنة.

الفينول واليوريا فورمالدهيد و راتنجات الايبوكسيوالبولي يوريثان والبوليستر والبوليمرات الأخرى والمواد اللاصقة بالحرارة - البولي أكريليك والبولي أميد وأسيتال البولي فينيل والبولي فينيل كلوريد والبوليمرات الأخرى. قوة الطبقة اللاصقة ، على سبيل المثال ، مواد لاصقة الفينول فورمالدهايد (BF ، VK) عند 20 درجة مئوية أثناء القص تقع في نطاق 15 إلى 20 ميجا باسكال ، إيبوكسي - حتى 36 ميجا باسكال.

البلاستيك عبارة عن مواد تحتوي على بوليمر يكون في حالة لزوجة أثناء تكوين المنتج وفي حالة زجاجية أثناء تشغيله. تنقسم جميع المواد البلاستيكية إلى لدائن حرارية وللدائن حرارية. أثناء صب المواد الحرارية ، رد فعل لا رجوع فيهتصلب ، والتي تتكون من تشكيل هيكل شبكي. تشتمل المواد الحرارية على مواد تعتمد على الفينول فورمالديهايد ، واليوريا فورمالديهايد ، والإيبوكسي وغيرها من الراتنجات. اللدائن الحرارية قادرة على الانتقال بشكل متكرر إلى حالة لزجة عند تسخينها وحالة زجاجية عند تبريدها. تشتمل اللدائن الحرارية على مواد تعتمد على البولي إيثيلين وعديد رباعي فلورو الإيثيلين والبولي بروبيلين والبولي فينيل كلوريد والبوليسترين والبولي أميد والبوليمرات الأخرى.

بالإضافة إلى البوليمرات ، تشتمل المواد البلاستيكية على مواد ملدنة وأصباغ ومواد مالئة. تعمل الملدنات ، مثل ديوكتيل فثالات ، ثنائي بيوتيل سيباكات ، بارافين مكلور ، على تقليل درجة حرارة التزجج وزيادة سيولة البوليمر. تعمل مضادات الأكسدة على إبطاء تحلل البوليمرات. تعمل الحشوات على تحسين الخواص الفيزيائية والميكانيكية للبوليمرات. المساحيق (الجرافيت ، السخام ، الطباشير ، المعدن ، إلخ) ، تستخدم الورق والنسيج كمواد مالئة. تشكل المواد المركبة مجموعة خاصة من المواد البلاستيكية.

المواد المركبة (المركبات) - تتكون من قاعدة (عضوية ، بوليمرية ، كربون ، معدن ، سيراميك) ، معززة بحشو ، على شكل ألياف أو شعيرات عالية القوة. تستخدم الراتنجات الاصطناعية (الألكيد ، الفينول فورمالدهيد ، الايبوكسي ، إلخ) والبوليمرات (البولي أميد ، الفلوروبلاستس ، السيليكون ، إلخ) كقاعدة.

يمكن أن تكون الألياف والبلورات المقواة معدنية ، بوليمرية ، غير عضوية (مثل الزجاج ، الكربيد ، النيتريد ، البورون). تحدد حشوات التقوية إلى حد كبير الخواص الميكانيكية والحرارية والكهربائية للبوليمرات. العديد من مواد البوليمر المركبة قوية مثل المعادن. المركبات القائمة على البوليمرات ، عززت الألياف الزجاجية(الألياف الزجاجية) ، لديها قوة ميكانيكية عالية (قوة شد 1300-2500 ميجا باسكال) وخصائص عزل كهربائية جيدة. تجمع المركبات القائمة على البوليمرات المقواة بألياف الكربون (CFRP) بين القوة العالية ومقاومة الاهتزاز مع زيادة التوصيل الحراري والمقاومة الكيميائية. تتمتع البوروبلاست (الحشو - ألياف البورون) بقوة عالية وصلابة وانخفاض زحف.

تُستخدم المركبات القائمة على البوليمر كعزل إنشائي وكهربائي وحراري ، ومقاومة للتآكل ، ومواد مضادة للاحتكاك في السيارات ، والأدوات الآلية ، والكهرباء ، والطيران ، وهندسة الراديو ، والتعدين ، وتكنولوجيا الفضاء ، والهندسة الكيميائية ، وصناعات البناء.

الأكسدة والاختزال. تلقت بوليمرات الأكسدة والاختزال (مع مجموعات الأكسدة والاختزال) تطبيقًا واسعًا.

استخدام البوليمرات. يستخدم حاليًا عدد كبير من البوليمرات المختلفة على نطاق واسع. ترد الخصائص الفيزيائية والكيميائية لبعض اللدائن الحرارية في الجدول. 14.2 و 14.3.

البولي إيثيلين [-CH2-CH2-] n هو لدن بالحرارة تم الحصول عليه بواسطة بلمرة جذريةعند درجات حرارة تصل إلى 320 درجة مئوية وضغط 120-320 ميجا باسكال (بولي إيثيلين ضغط مرتفع) أو عند ضغوط تصل إلى 5 ميجا باسكال باستخدام محفزات معقدة (بولي إيثيلين ضغط منخفض). يحتوي البولي إيثيلين منخفض الكثافة على قوة وكثافة ومرونة ونقطة تليين أعلى من البولي إيثيلين عالي الضغط. البولي إيثيلين مقاوم كيميائيًا في العديد من البيئات ، ولكنه يتقدم في العمر تحت تأثير العوامل المؤكسدة (الجدول 14.3). يمكن تشغيل عازل جيد (انظر الجدول 14.2) في درجات حرارة من -20 إلى +100 درجة مئوية. يمكن أن يزيد التشعيع من المقاومة الحرارية للبوليمر. الأنابيب والمنتجات الكهربائية وأجزاء معدات الراديو والأغشية العازلة وأغلفة الكابلات (التردد العالي والهاتف والطاقة) والأفلام ومواد التعبئة والتغليف وبدائل العبوات الزجاجية مصنوعة من البولي إيثيلين.

البولي بروبلين [-CH (CH3) -CH2-] n هو لدن حراري بلوري يتم الحصول عليه عن طريق البلمرة الفراغية النوعية. تتميز بمقاومة أعلى للحرارة (تصل إلى 120-140 درجة مئوية) من البولي إيثيلين. تتميز بقوة ميكانيكية عالية (انظر الجدول 14.2) ، ومقاومة الانحناء والتآكل المتكرر ، كما أنها مرنة. يتم استخدامه لتصنيع الأنابيب والأفلام وخزانات التخزين ، إلخ.

اللدائن الحرارية التي تم الحصول عليها عن طريق البلمرة الجذرية للستايرين.

البوليمر مقاوم للعوامل المؤكسدة ، ولكنه غير مستقر للأحماض القوية ، يذوب في المذيبات العطرية (انظر الجدول 14.3).

الجدول 14.2. الخصائص الفيزيائيةبعض البوليمرات

* درجة حرارة الانصهار.

الجدول 14.3 الخواص الكيميائية لبعض البوليمرات

يتمتع البوليسترين بقوة ميكانيكية عالية وخصائص عازلة (انظر الجدول 14.2) ويستخدم كعزل كهربائي عالي الجودة ، بالإضافة إلى مواد تشطيب هيكلية وزخرفية في صناعة الأدوات والهندسة الكهربائية وهندسة الراديو ، الأجهزة المنزلية. يتم استخدام البوليسترين المرن ، الذي يتم الحصول عليه عن طريق السحب في حالة ساخنة ، في أغلفة الكابلات والأسلاك. يتم إنتاج اللدائن الرغوية أيضًا على أساس البوليسترين.

البولي فينيل كلوريد [-CH2-CHCl-] n هو لدن بالحرارة ينتج عن طريق بلمرة كلوريد الفينيل ، وهو مقاوم للأحماض والقلويات والعوامل المؤكسدة (انظر الجدول 14.3). قابل للذوبان في سيكلوهكسانون ، تتراهيدروفوران ، محدود في البنزين والأسيتون. بطيئة الاحتراق ، ميكانيكي قوي (انظر الجدول. 14.2). تعتبر خصائص العزل الكهربائي أسوأ من خصائص البولي إيثيلين. يتم استخدامه كمادة عازلة يمكن ربطها باللحام. تسجيلات غراموفون ، ومعاطف المطر ، والأنابيب وغيرها من العناصر مصنوعة منه.

Polytetrafluoroethylene (فلوروبلاستيك) [-CF2-CF2-] n هو لدن حراري يتم الحصول عليه عن طريق البلمرة الجذرية لرباعي فلورو إيثيلين. لديها مقاومة كيميائية استثنائية للأحماض والقلويات والعوامل المؤكسدة. عازلة ممتازة. لديها حدود درجة حرارة تشغيل واسعة جدا (من -270 إلى +260 درجة مئوية). عند درجة حرارة 400 درجة مئوية ، يتحلل مع إطلاق الفلور ولا يتم ترطيبه بالماء. يستخدم الفلوروبلاست كمادة هيكلية مقاومة كيميائيًا في الصناعة الكيميائية. كأفضل عازل للكهرباء ، يتم استخدامه في الظروف التي تتطلب مزيجًا من خصائص العزل الكهربائي مع المقاومة الكيميائية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه لتطبيق الطلاء المضاد للاحتكاك والطارد للماء والطلاء الواقي.

بولي ميثيل ميثاكريلات (زجاجي)

الحصول على لدن بالحرارة عن طريق بلمرة ميثيل ميثاكريلات. قوي ميكانيكياً (انظر الجدول 14.2) ، مقاوم للأحماض ، مقاوم للعوامل الجوية. قابل للذوبان في ثنائي كلورو الإيثان الهيدروكربونات العطريةوالكيتونات والإسترات. عديم اللون وواضح بصريا. يتم استخدامه في الهندسة الكهربائية كمادة هيكلية ، وكذلك كأساس للمواد اللاصقة.

البولي أميدات - اللدائن الحرارية التي تحتوي على مجموعة الأميدو -NHCO- في السلسلة الرئيسية ، على سبيل المثال poly-e-capron [-NH- (CH2) 5-CO-] n ، و polyhexamethylene adipamide (النايلون) [-NH- (CH2) 5- NH-CO- (CH2) 4-CO- n ، polydodecanamide [-NH- (CH2) 11-CO-] n ، إلخ. يتم الحصول عليها عن طريق كل من التكثيف المتعدد والبلمرة. كثافة البوليمرات 1.0 - 1.3 جم / سم 3. تتميز بالقوة العالية ، ومقاومة التآكل ، وخصائص العزل. مقاوم للزيوت والبنزين والأحماض المخففة والقلويات المركزة. يتم استخدامها للحصول على الألياف والأغشية العازلة والمنتجات الإنشائية والمضادة للاحتكاك والعزل الكهربائي.

البولي يوريثان عبارة عن لدائن حرارية تحتوي على - NH (CO) O - مجموعات في السلسلة الرئيسية ، بالإضافة إلى الإيثر ، والكربامات ، وما إلى ذلك. الجليكول والجلسرين. مقاومة لتخفيف الأحماض المعدنية والقلويات والزيوت والهيدروكربونات الأليفاتية.

يتم إنتاجها في شكل رغوة البولي يوريثان (المطاط الرغوي) ، اللدائن ، وهي مدرجة في تكوين الورنيش والمواد اللاصقة ومانعات التسرب. يتم استخدامها للعزل الحراري والكهربائي ، كمرشحات ومواد تعبئة ، لتصنيع الأحذية والجلود الاصطناعية ومنتجات المطاط. بوليستر - بوليمرات ذات الصيغة العامة HO [-RO-] nH أو [-OC-R-COO-R "-O-] n. يتم الحصول عليها إما عن طريق بلمرة الأكاسيد الحلقية ، على سبيل المثال أكسيد الإيثيلين ، اللاكتونات (إسترات أحماض الهيدروكسي) ، أو عن طريق التكثيف المتعدد للجليكولات البوليسترات الأليفاتية والمركبات الأخرى مقاومة لتأثير المحاليل القلوية ، كما أن البوليسترات العطرية مقاومة لعمل محاليل الأحماض المعدنية والأملاح.

يتم استخدامها في إنتاج الألياف والورنيش والمينا والأفلام ومواد التخثر وعوامل التعويم ومكونات السوائل الهيدروليكية ، إلخ.

يتم الحصول على المطاط الصناعي (اللدائن) عن طريق المستحلب أو البلمرة الفراغية النوعية. عندما تبركن ، فإنها تتحول إلى مطاط ، والتي تتميز بمرونة عالية. تنتج الصناعة عددًا كبيرًا من المطاط الصناعي المختلف (SR) ، وتعتمد خصائصه على نوع المونومرات. يتم إنتاج العديد من المطاط من خلال البلمرة المشتركة لاثنين أو أكثر من المونومرات. تميز SC الغرض العام والخاص. K SC هدف عامتشمل البوتادين [-CH2-CH = CH-CH2-] n والستايرين-بوتادين [-CH2-CH = CH-CH2-] n - [- CH2-CH (C6H5) -] n. يتم استخدام المطاط المبني عليها في المنتجات الجماعية (الإطارات والأغلفة الواقية للكابلات والأسلاك والأشرطة وما إلى ذلك). يتم الحصول أيضًا على مادة الإيبونيت ، التي تستخدم على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية ، من هذه المطاط. تتميز المطاط التي تم الحصول عليها من SC لأغراض خاصة ، بالإضافة إلى المرونة ، ببعض الخصائص الخاصة ، على سبيل المثال ، مقاومة للبنزو والزيت (بوتادين SC [-CH2-CH = CH-CH2-] n - [- CH2-CH ( CN) -] n) ، benzo - ، مقاومة الزيت والحرارة ، عدم الاحتراق (كلوروبرين SC [-CH2-C (Cl) \ u003d CH-CH2-] n) ، مقاومة التآكل (البولي يوريثين ، إلخ) ، الحرارة ، الضوء ، مقاومة الأوزون (مطاط البوتيل) [-C (CH3) 2-CH2-] n - [- CH2C (CH3) = CH-CH2-] م.

الأكثر استخدامًا هي ستيرين - بوتادين (أكثر من 40٪) ، بوتادين (13٪) ، إيزوبرين (7٪) ، كلوروبرين (5٪) مطاط بوتيل (5٪). يذهب الحصة الرئيسية من المطاط (60-70 ٪) لإنتاج الإطارات ، حوالي 4 ٪ - لصناعة الأحذية.

بوليمرات السيليكون العضوي (السيليكون) - تحتوي على ذرات السيليكون في الوحدات الأولية للجزيئات الكبيرة ، على سبيل المثال:

قدم العالم الروسي K.A. Andrianov مساهمة كبيرة في تطوير بوليمرات السيليكون العضوي. السمة المميزةمن هذه البوليمرات عالية المقاومة للحرارة والصقيع والمرونة. السيليكونات ليست مقاومة للقلويات وتذوب في العديد من المذيبات العطرية والأليفاتية (انظر الجدول 14.3). تستخدم بوليمرات السيليكون لإنتاج الورنيش والمواد اللاصقة والبلاستيك والمطاط. مطاط السيليكون العضوي [-Si (R2) -O-] n ، على سبيل المثال ، ثنائي ميثيل سيلوكسان وميثيل فينيل سيلوكسان له كثافة 0.96-0.98 جم / سم 3 ، ودرجة حرارة انتقال الزجاج تبلغ 130 درجة مئوية. قابل للذوبان في الهيدروكربونات والهالوكربونات والإيثرات. مبركن بأكاسيد فوقية عضوية. يمكن استخدام المطاط في درجات حرارة من -90 إلى + 300 درجة مئوية ، وله مقاومة للطقس ، وخصائص عزل كهربائية عالية (r = 1015-1016 أوم × سم). يتم استخدامها للمنتجات التي تعمل في ظل ظروف اختلاف كبير في درجات الحرارة ، على سبيل المثال ، للطلاءات الواقية للمركبة الفضائية ، إلخ.

يتم الحصول على راتنجات الفينول والأمينو فورمالدهايد عن طريق التكثيف المتعدد للفورمالدهيد مع الفينول أو الأمينات (انظر §14.2). هذه هي البوليمرات المتصلدة بالحرارة ، والتي ، نتيجة للربط المتبادل ، تشكل بنية مكانية للشبكة لا يمكن تحويلها إلى هيكل خطي، بمعنى آخر. العملية لا رجوع فيها. يتم استخدامها كأساس للمواد اللاصقة والورنيش والمبادلات الأيونية والبلاستيك.

تسمى المواد البلاستيكية القائمة على راتنجات الفينول فورمالدهايد البلاستيك الفينولي ، بناءً على راتنجات اليوريا فورمالدهايد - البلاستيك الأميني. تمتلئ Phenoplasts و aminoplasts بالورق أو الكرتون (getinaks) ، والنسيج (textolite) ، والخشب ، ودقيق الكوارتز والميكا ، إلخ. مادة متفاعلة، بطيئة الاحتراق ، مقاومة للطقس وهي عوازل جيدة. تستخدم في الإنتاج لوحات الدوائر المطبوعة، العلب للمنتجات الهندسة الكهربائية والراديو ، العوازل احباط. تتميز البلاستيدات الأمينية بخصائص عازلة وكهربائية فيزيائية عالية ، ومقاومة للضوء والأشعة فوق البنفسجية ، وبطء الاحتراق ، ومقاومة للأحماض والقواعد الضعيفة والعديد من المذيبات. يمكن صبغها بأي لون. يتم استخدامها لتصنيع المنتجات الكهربائية (حالات الأجهزة

إنه لأمر مدهش مدى تنوع الأشياء من حولنا والمواد التي صنعت منها. في السابق ، في حوالي القرنين الخامس عشر والسادس عشر ، كانت المعادن والخشب هي المواد الرئيسية ، والزجاج بعد ذلك بقليل ، وفي جميع الأوقات تقريبًا الخزف والخزف. لكن قرن اليوم هو وقت البوليمرات ، والتي ستتم مناقشتها بمزيد من التفصيل.

مفهوم البوليمرات

بوليمر. ما هذا؟ يمكنك الإجابة باستخدام نقاط مختلفةرؤية. من ناحية ، إنها مادة حديثة تستخدم في تصنيع العديد من الأدوات المنزلية والتقنية.

من ناحية أخرى ، يمكن القول أن هذه مادة اصطناعية مركبة خصيصًا تم الحصول عليها بخصائص محددة مسبقًا لاستخدامها في مجموعة واسعة من التخصصات.

كل من هذه التعريفات صحيح ، فقط الأول من وجهة نظر الأسرة ، والثاني - من وجهة نظر المادة الكيميائية. تعريف كيميائي آخر هو التالي. البوليمرات هي مركبات تعتمد على أقسام قصيرة من سلسلة الجزيء - المونومرات. تتكرر عدة مرات ، وتشكل بوليمر macrochain. يمكن أن تكون المونومرات مركبات عضوية وغير عضوية.

لذلك السؤال هو: "البوليمر - ما هو؟" - يتطلب إجابة مفصلة ودراسة جميع خصائص ومجالات تطبيق هذه المواد.

أنواع البوليمرات

هناك العديد من تصنيفات البوليمرات وفقًا لمعايير مختلفة (الطبيعة الكيميائية ، مقاومة الحرارة ، هيكل السلسلة ، وما إلى ذلك). في الجدول أدناه ، نستعرض بإيجاز الأنواع الرئيسية للبوليمرات.

تتميز أيضًا بوليمرات الهيكل الخطي والشبكة والمتفرعة. يسمح أساس البوليمرات لهم بأن يكونوا لدن بالحرارة أو بالحرارة. لديهم أيضًا اختلافات في قدرتهم على التشوه في ظل الظروف العادية.

الخصائص الفيزيائية للمواد البوليمرية

اثنان رئيسيان حالة التجميع، خصائص البوليمرات ، هي:

• عديم الشكل؛
• بلوري.

يتميز كل منها بمجموعة من الخصائص الخاصة به ولها أهمية عملية كبيرة. على سبيل المثال ، إذا كان البوليمر موجودًا في حالة غير متبلورة ، فيمكن أن يكون سائلًا لزجًا ومادة زجاجية ومركبًا عالي المرونة (المطاط). تجد تطبيقًا واسعًا في الصناعات الكيميائية والبناء والهندسة وتصنيع السلع الصناعية.

الحالة البلورية للبوليمرات مشروطة نوعًا ما. في الواقع ، تتخلل هذه الحالة مقاطع غير متبلورة من السلسلة ، وبشكل عام تبين أن الجزيء بأكمله مناسب جدًا للحصول على المرونة ، ولكن في نفس الوقت عالي القوة والألياف الصلبة.

نقاط انصهار البوليمرات مختلفة. تذوب العديد من المواد غير المتبلورة في درجة حرارة الغرفة ، ويمكن لبعض البلورات الاصطناعية أن تتحمل درجات حرارة عالية إلى حد ما (زجاج شبكي ، ألياف زجاجية ، بولي يوريثين ، بولي بروبيلين).

يمكن صبغ البوليمرات في أغلب الأحيان ألوان مختلفة، لا حدود. نظرًا لبنيتها ، فهي قادرة على امتصاص الطلاء والحصول على الظلال الأكثر سطوعًا والأكثر غرابة.

الخواص الكيميائية للبوليمرات

تختلف الخصائص الكيميائية للبوليمرات عن تلك الخاصة بالمواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض. يفسر ذلك حجم الجزيء ، ووجود مجموعات وظيفية مختلفة في تكوينه ، والاحتياطي الكلي لطاقة التنشيط.

بشكل عام ، هناك عدة أنواع رئيسية من التفاعلات المميزة للبوليمرات:

1. ردود الفعل التي تحددها المجموعة الوظيفية. بمعنى ، إذا كان البوليمر يحتوي على مجموعة OH ، التي تتميز بها الكحوليات ، فإن التفاعلات التي يدخلون فيها ستكون مماثلة لتلك الخاصة بالأكسدة ، والاختزال ، ونزع الهيدروجين ، وما إلى ذلك).
2. التفاعل مع NMS (مركبات ذات وزن جزيئي منخفض).
3. تفاعلات البوليمرات مع بعضها البعض مع تكوين شبكات متشابكة من الجزيئات الكبيرة (بوليمرات الشبكة ، المتفرعة).
4. التفاعلات بين المجموعات الوظيفية داخل جزيء بوليمر كبير.
5. تحلل جزيء ضخم إلى مونومرات (تدمير سلسلة).

جميع ردود الفعل المذكورة أعلاه لها في الممارسة أهمية عظيمةللحصول على بوليمرات ذات خصائص محددة سلفًا وصديقة للإنسان. تجعل كيمياء البوليمرات من الممكن إنشاء مواد مقاومة للحرارة ومقاومة للأحماض والقلويات ، والتي تتمتع في نفس الوقت بمرونة واستقرار كافيين.

استخدام البوليمرات في الحياة اليومية

استخدام هذه المركبات في كل مكان. يمكن تذكر مجالات قليلة من الصناعة ، اقتصاد وطنيوالعلوم والتكنولوجيا التي لن تحتاج إلى بوليمر. ما هو - اقتصاد البوليمر وانتشاره ، وما الذي يقتصر عليه؟

1. الصناعة الكيميائية (إنتاج اللدائن ، العفص ، تخليق أهم المركبات العضوية).
2. الهندسة الميكانيكية وبناء الطائرات ومصافي النفط.
3. الطب والصيدلة.
4. الحصول على الأصباغ والمبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب والمبيدات الزراعية.
5. صناعة البناء (صناعة السبائك الفولاذية ، الهياكل العازلة للصوت والحرارة ، مواد البناء).
6. تصنيع الألعاب والأطباق والأنابيب والنوافذ والأدوات المنزلية والأواني المنزلية.

تجعل كيمياء البوليمرات من الممكن الحصول على المزيد والمزيد من المواد الجديدة والعالمية تمامًا في خصائصها ، والتي لا مثيل لها بين المعادن ولا بين الخشب أو الزجاج.

أمثلة على المنتجات المصنوعة من مواد بوليمرية

قبل تسمية منتجات معينة مصنوعة من البوليمرات (من المستحيل سردها جميعًا ، تنوعها كبير جدًا) ، تحتاج أولاً إلى معرفة ما يمنحه البوليمر. ستكون المواد التي يتم الحصول عليها من البحرية أساس المنتجات المستقبلية.

المواد الرئيسية المصنوعة من البوليمرات هي:

• البلاستيك.
• بولي بروبيلين.
• البولي يوريثين.
• البوليسترين.
• بولي أكريلات.
• راتنجات الفينول فورمالديهايد.
• راتنجات الايبوكسي؛
• كابرون.
• فسكوزي؛
• النايلون.
• مواد لاصقة؛
• أفلام.
• العفص وغيرها.

هذه ليست سوى قائمة صغيرة من التنوع الذي تقدمه الكيمياء الحديثة. حسنًا ، يتضح هنا بالفعل ما هي الأشياء والمنتجات المصنوعة من البوليمرات - تقريبًا أي أدوات منزلية وأدوية ومجالات أخرى ( نوافذ بلاستيكيةوالأنابيب والأطباق والأدوات والأثاث ولعب الأطفال والأفلام وما إلى ذلك).

البوليمرات في مختلف فروع العلوم والتكنولوجيا

لقد تطرقنا بالفعل إلى مسألة المناطق التي تستخدم فيها البوليمرات. يمكن إعطاء أمثلة توضح أهميتها في العلوم والتكنولوجيا على النحو التالي:

• الطلاءات المضادة للكهرباء الساكنة
• الشاشات الكهرومغناطيسية
• حالات جميع الأجهزة المنزلية تقريبًا ؛
• الترانزستورات.
• المصابيح وهلم جرا.

لا توجد حدود للخيال على التطبيق مواد البوليمرفي العالم الحديث.

إنتاج البوليمر

بوليمر. ما هذا؟ عمليا كل ما يحيط بنا. أين يتم إنتاجها؟

1. صناعة البتروكيماويات (تكرير البترول).
2. مصانع خاصة لإنتاج المواد البوليمرية والمنتجات منها.

هذه هي القواعد الرئيسية التي يتم على أساسها الحصول على المواد البوليمرية (المركبة).

مؤلف هذا المقال هو الأكاديمي فيكتور ألكساندروفيتش كابانوف ، وهو عالم بارز في مجال الكيمياء الجزيئية وطالب وخليفة الأكاديمي V.A. Kargin ، أحد رواد العالم في علم البوليمرات ، مبتكر كبير مدرسة علمية، مؤلف عدد كبيرالمصنفات والكتب والكتيبات.

البوليمرات (من البوليمرات اليونانية - تتكون من أجزاء عديدة ، متنوعة) هي مركبات كيميائية ذات وزن جزيئي مرتفع (من عدة آلاف إلى عدة ملايين) ، تتكون جزيئاتها (الجزيئات الكبيرة) من عدد كبيرتكرار التجمعات (وحدات أحادية). ترتبط الذرات التي تشكل الجزيئات الكبيرة ببعضها البعض بواسطة قوى التكافؤ الرئيسي و (أو) التنسيق.

تصنيف البوليمرات

حسب الأصل ، تنقسم البوليمرات إلى طبيعية (بوليمرات حيوية) ، مثل البروتينات والأحماض النووية والراتنجات الطبيعية والراتنجات الاصطناعية ، مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين وراتنجات الفينول فورمالدهايد.

يمكن ترتيب الذرات أو المجموعات الذرية في جزيء كبير بالشكل:

• سلسلة مفتوحة أو سلسلة من الدورات ممتدة في خط (بوليمرات خطية ، مثل المطاط الطبيعي) ؛
• سلاسل متفرعة (بوليمرات متفرعة ، مثل أميلوبكتين) ؛
• شبكة ثلاثية الأبعاد (بوليمرات متصالبة ، مثل راتنجات الايبوكسي المعالجة).

تسمى البوليمرات التي تتكون جزيئاتها من وحدات أحادية متطابقة البوليمرات المتجانسة ، على سبيل المثال بولي فينيل كلوريد ، بولي كابرواميد ، سليلوز.

يمكن بناء الجزيئات الكبيرة من نفس التركيب الكيميائي من وحدات ذات تكوينات مكانية مختلفة. إذا كانت الجزيئات الكبيرة تتكون من نفس الأيزومرات الفراغية أو من الأيزومرات الفراغية المختلفة بالتناوب في سلسلة بتردد معين ، فإن البوليمرات تسمى مجسمة (انظر البوليمرات المجسمة).

ما هي البوليمرات
تسمى البوليمرات التي تحتوي جزيئاتها الكبيرة على عدة أنواع من وحدات المونومر البوليمرات المشتركة. تسمى البوليمرات المشتركة التي تشكل فيها الروابط من كل نوع متواليات مستمرة طويلة بما فيه الكفاية والتي تحل محل بعضها البعض داخل الجزيء الكبير ، البوليمرات المشتركة الكتلية. إلى الروابط الداخلية (غير الطرفية) للجزيء الضخم للواحد التركيب الكيميائيقد يتم إرفاق دائرة واحدة أو أكثر من هيكل مختلف. تسمى هذه البوليمرات المشتركة بالبوليمرات المشتركة للكسب غير المشروع (انظر أيضًا البوليمرات المشتركة).

تسمى البوليمرات التي يكون فيها كل من الأيزومرات الفراغية للوصلة أو بعضها متواليات مستمرة طويلة بما فيه الكفاية تحل محل بعضها البعض داخل جزيء كبير واحد البوليمرات المشتركة للكتلة المجسمة.

Heterochain والبوليمرات homochain

اعتمادًا على تكوين السلسلة الرئيسية (الرئيسية) ، تنقسم البوليمرات إلى: سلسلة غير متجانسة ، تحتوي السلسلة الرئيسية منها على ذرات عناصر مختلفة، غالبًا الكربون والنيتروجين والسيليكون والفوسفور والهوموشين ، والتي تُبنى سلاسلها الرئيسية من ذرات متطابقة. من بوليمرات homochain ، الأكثر شيوعًا هي بوليمرات سلسلة الكربون ، وتتكون سلاسلها الرئيسية فقط من ذرات الكربون ، على سبيل المثال ، البولي إيثيلين ، بولي ميثيل ميثاكريلات ، بولي تترافلورو إيثيلين. أمثلة على البوليمرات غير المتجانسة. - بوليستر (بولي إيثيلين تريفثاليت ، بولي كربونات ، إلخ) ، بولي أميد ، راتنجات اليوريا فورمالدهايد ، بروتينات ، بعض بوليمرات السليكون العضوي. البوليمرات التي تحتوي جزيئاتها الكبيرة ، جنبًا إلى جنب مع مجموعات الهيدروكربون ، على ذرات من عناصر غير عضوية تسمى بوليمرات العناصر العضوية (انظر بوليمرات العناصر العضوية). مجموعة منفصلة من البوليمرات. تشكل بوليمرات غير عضوية ، مثل الكبريت البلاستيكي ، كلوريد متعدد الفوسفونيتريل (انظر البوليمرات غير العضوية).

الخصائص والخصائص الرئيسية للبوليمرات

البوليمرات الخطية لها مركب معين و. أهم هذه الخصائص هي: القدرة على تكوين ألياف وأغشية متباينة الخواص عالية القوة. القدرة على تطوير تشوهات عكسية كبيرة وطويلة الأجل ؛ القدرة على الانتفاخ في حالة عالية المرونة قبل الانحلال ؛ محاليل اللزوجة العالية (انظر حلول البوليمر ، التورم). ترجع هذه المجموعة من الخصائص إلى الوزن الجزيئي العالي ، وهيكل السلسلة ، ومرونة الجزيئات الكبيرة. مع الانتقال من السلاسل الخطية إلى الشبكات ثلاثية الأبعاد المتفرعة والمتفرقة ، وأخيراً إلى هياكل الشبكة الكثيفة ، تصبح هذه المجموعة من الخصائص أقل وضوحًا. البوليمرات عالية الارتباط غير قابلة للذوبان وغير قابلة للإنصهار وغير قادرة على التشوهات عالية المرونة.

يمكن أن توجد البوليمرات في حالات بلورية وغير متبلورة. شرط ضروريالتبلور - انتظام أقسام طويلة بما فيه الكفاية من الجزيء الكبير. في البوليمرات البلورية. من الممكن ظهور العديد من الهياكل فوق الجزيئية (الألياف ، الكريات ، البلورات المفردة ، إلخ) ، والتي يحدد نوعها إلى حد كبير خصائص مادة البوليمر. تكون الهياكل الجزيئية الفائقة في البوليمرات غير المتبلورة (غير المتبلورة) أقل وضوحًا من تلك الموجودة في البلورات.

يمكن أن تكون البوليمرات غير المتبلورة في ثلاث حالات فيزيائية: زجاجية ، ومرنة للغاية ولزجة. تسمى البوليمرات ذات درجة حرارة انتقال منخفضة (أقل من الغرفة) من حالة زجاجية إلى حالة عالية المرونة اللدائن ، وتسمى تلك ذات درجة حرارة عالية بالبلاستيك. اعتمادا على التركيب الكيميائي والهيكل و الموقف النسبيخصائص الجزيئات الكبيرة للبوليمرات. يمكن أن تختلف على مدى واسع جدا. لذلك ، فإن 1.4-cis-polybutadiene ، المبنية من سلاسل هيدروكربونية مرنة ، عند درجة حرارة حوالي 20 درجة مئوية هي مادة مرنة ، تدخل في حالة زجاجية عند درجة حرارة -60 درجة مئوية ؛ بوليميثيل ميثاكريلات ، مبني من سلاسل أكثر صلابة ، عند درجة حرارة حوالي 20 درجة مئوية هو منتج زجاجي صلب يمر في حالة عالية المرونة فقط عند 100 درجة مئوية.

السليلوز ، وهو بوليمر بسلاسل صلبة للغاية متصلة بواسطة روابط هيدروجينية بين الجزيئات ، لا يمكن أن يوجد على الإطلاق في حالة عالية المرونة حتى درجة حرارة تحللها. يمكن ملاحظة الاختلافات الكبيرة في خصائص P. حتى لو كانت الاختلافات في بنية الجزيئات الكبيرة للوهلة الأولى صغيرة. لذلك ، البوليسترين المجسم هو مادة بلورية مع نقطة انصهار تبلغ حوالي 235 درجة مئوية ، وغير مجسم (atactic) غير قادر على التبلور على الإطلاق ويخفف عند درجة حرارة حوالي 80 درجة مئوية.

يمكن أن تدخل البوليمرات في الأنواع الرئيسية التالية من التفاعلات: تكوين روابط كيميائية بين الجزيئات الكبيرة (ما يسمى بالربط المتشابك) ، على سبيل المثال ، أثناء تقسية المطاط بالكبريت ، ودباغة الجلود ؛ تفكك الجزيئات الكبيرة إلى شظايا منفصلة أقصر (انظر تحلل البوليمرات) ؛ تفاعلات المجموعات الوظيفية الجانبية للبوليمرات. بمواد ذات وزن جزيئي منخفض لا تؤثر على السلسلة الرئيسية (ما يسمى بتحولات البوليمر المماثلة) ؛ التفاعلات الجزيئية التي تحدث بين المجموعات الوظيفية لجزيء واحد ، على سبيل المثال ، التدوير داخل الجزيء. غالبًا ما يستمر الارتباط المتبادل في وقت واحد مع التدهور. مثال على التحولات البوليمرية المماثلة هو تصبن أسيتات البولي ينيل ، مما يؤدي إلى تكوين كحول البولي ينيل.

معدل تفاعلات البوليمر. غالبًا ما تكون المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض محدودة بمعدل انتشار الأخير في طور البوليمر. يتجلى هذا بشكل واضح في حالة البوليمرات المتصالبة. غالبًا ما يعتمد معدل تفاعل الجزيئات الكبيرة مع المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض بشكل كبير على طبيعة وموقع الوحدات المجاورة بالنسبة للوحدة المتفاعلة. الأمر نفسه ينطبق على التفاعلات الجزيئية بين المجموعات الوظيفية التي تنتمي إلى نفس السلسلة.

بعض خصائص البوليمرات ، مثل الذوبان ، والتدفق اللزج ، والاستقرار ، حساسة للغاية للعمل. كميات صغيرةالشوائب أو الإضافات التي تتفاعل مع الجزيئات الكبيرة. لذلك ، من أجل تحويل البوليمرات الخطية من قابلة للذوبان إلى غير قابلة للذوبان تمامًا ، يكفي تكوين 1-2 روابط متقاطعة لكل جزيء كبير.

أهم خصائص البوليمرات التركيب الكيميائي، الوزن الجزيئي وتوزيع الوزن الجزيئي ، درجة التفرع ومرونة الجزيئات الكبيرة ، التنظيم الفراغي ، إلخ. خصائص البوليمرات. تعتمد بشدة على هذه الخصائص.

تحضير البوليمرات

تتشكل البوليمرات الطبيعية أثناء التخليق الحيوي في خلايا الكائنات الحية. باستخدام الاستخراج والترسيب الجزئي وطرق أخرى ، يمكن عزلها عن المواد الخام النباتية والحيوانية. يتم الحصول على البوليمرات الاصطناعية عن طريق البلمرة والتكثيف المتعدد. عادةً ما يتم تصنيع بوليمرات الكاربوتشين عن طريق بلمرة المونومرات مع واحد أو أكثر من روابط كربون-كربون متعددة أو مونومرات تحتوي على مجموعات كاربوتشين حلقية غير مستقرة (على سبيل المثال ، من البروبان الحلقي ومشتقاته). يتم الحصول على بوليمرات Heterochain عن طريق التكثيف المتعدد ، وكذلك بلمرة المونومرات التي تحتوي على روابط متعددة لعنصر الكربون (على سبيل المثال ، C \ u003d O ، C º N ، N \ u003d C \ u003d O) أو المجموعات الحلقية غير المتجانسة الضعيفة (على سبيل المثال ، في الأوليفين أكاسيد ، لاكتام).

تطبيق البوليمرات

نظرًا للقوة الميكانيكية والمرونة والعزل الكهربائي والخصائص القيمة الأخرى ، تُستخدم منتجات البوليمر في مختلف الصناعات وفي الحياة اليومية. الأنواع الرئيسية للمواد البوليمرية هي البلاستيك والمطاط والألياف (انظر ألياف النسيج والألياف الكيميائية) والورنيش والدهانات والمواد اللاصقة وراتنجات التبادل الأيوني. يتم تحديد أهمية البوليمرات الحيوية من خلال حقيقة أنها تشكل أساس جميع الكائنات الحية وتشارك في جميع عمليات الحياة تقريبًا.

مرجع التاريخ. تم إدخال مصطلح "البوليميرات" في العلم بواسطة I. Berzelius في عام 1833 للإشارة إلى نوع خاص من التماثل ، حيث تحتوي المواد (البوليمرات) التي لها نفس التركيب على أوزان جزيئية مختلفة ، على سبيل المثال ، الإيثيلين والبوتيلين والأكسجين والأوزون. وبالتالي ، فإن محتوى المصطلح لا يتوافق مع الأفكار الحديثة حول البوليمرات. لم تكن البوليمرات الاصطناعية "الحقيقية" معروفة في ذلك الوقت.

يبدو أنه تم الحصول على عدد من البوليمرات في وقت مبكر من النصف الأول من القرن التاسع عشر. ومع ذلك ، حاول الكيميائيون عادةً قمع البلمرة والتكثف المتعدد ، مما أدى إلى "صمغ" المنتجات الرئيسية تفاعل كيميائي، أي في الواقع ، لتشكيل بوليمر. (حتى الآن ، غالبًا ما يشار إلى البوليمرات باسم "الراتنجات"). تعود الإشارات الأولى للبوليمرات الاصطناعية إلى عام 1838 (كلوريد البوليفينيليدين) و 1839 (البوليسترين).

نشأت كيمياء البوليمرات فقط بالارتباط مع ابتكار A.M. Butlerov لنظرية التركيب الكيميائي (أوائل الستينيات من القرن التاسع عشر). درس A. M. Butlerov العلاقة بين التركيب والاستقرار النسبي للجزيئات ، والتي تتجلى في تفاعلات البلمرة. تلقى علم البوليمرات مزيدًا من التطوير (حتى نهاية العشرينيات من القرن الماضي) ويرجع ذلك أساسًا إلى البحث المكثف عن طرق تصنيع المطاط ، والتي شارك فيها كبار العلماء من العديد من البلدان (G. Bouchard ، W. Tilden ، العالم الألماني سي غاريز ، آي إل كونداكوف ، إس في ليبيديف وآخرون). في الثلاثينيات. تم إثبات وجود الجذور الحرة (H. Staudinger وآخرون) والآليات الأيونية (العالم الأمريكي F. Whitmore وآخرون) آليات البلمرة. لعب عمل دبليو كاروثرز دورًا مهمًا في تطوير الأفكار حول التكاثر المتعدد.

منذ بداية العشرينات. القرن ال 20 يتم أيضًا تطوير الأفكار النظرية حول بنية البوليمرات. في البداية ، كان من المفترض أن البوليمرات الحيوية مثل السليلوز ، والنشا ، والمطاط ، والبروتينات ، وكذلك بعض البوليمرات الاصطناعية المماثلة في خواصها (على سبيل المثال ، بولي إيزوبرين) ، تتكون من جزيئات صغيرة ذات قدرة غير عادية على الارتباط بمحلول في مجمعات غروانية بسبب الوصلات غير التساهمية (نظرية "الكتل الصغيرة"). مؤلف فكرة جديدة في الأساس عن البوليمرات كمواد تتكون من جزيئات كبيرة ، جسيمات ذات وزن جزيئي كبير بشكل غير عادي ، كان جي ستودينغر. دفعنا انتصار أفكار هذا العالم (في بداية الأربعينيات) إلى اعتبار البوليمرات ككائن جديد نوعيًا للدراسة في الكيمياء والفيزياء.

المؤلفات .: موسوعة البوليمرات ، المجلد 1-2 ، M. ، 1972-74 ؛ Strepikheev A. A.، Derevitskaya V. A.، Slonimsky G. L.، Fundamentals of chemistry of macromolecular compounds، 2nd ed.، [M.، 1967]؛ Losev I. P.، Trostyanskaya E. B.، كيمياء البوليمرات الاصطناعية، الطبعة الثانية، M.، 1964؛ كورشاك ف. طرق عامةتخليق المركبات الجزيئية ، M. ، 1953 ؛ كارجين في أ ، سلونيمسكي جي إل ، مقالات موجزةفي فيزياء وكيمياء البوليمرات ، الطبعة الثانية ، M. ، 1967 ؛ Oudian J. ، أساسيات كيمياء البوليمر ، العابرة. من الإنجليزية ، M. ، 1974 ؛ Tager A. A. ، الكيمياء الفيزيائية للبوليمرات ، الطبعة الثانية ، M. ، 1968 ؛ Tenford Ch. ، الكيمياء الفيزيائية للبوليمرات ، العابرة. من الإنجليزية ، م ، 1965.

في أ. كابانوف. المصدر www.rubricon.ru

البوليمرات مركبات من النوع الجزيئي. أساسها هو المونومرات ، التي تتكون منها الماكروشين للمواد البوليمرية. يجعل استخدام البوليمرات من الممكن إنشاء مواد بها مستوى عالالقوة ومقاومة التآكل وعدد من الخصائص المفيدة الأخرى.

تصنيف البوليمرات

طبيعي. تشكلت بشكل طبيعي. مثال: العنبر والحرير والمطاط الطبيعي.

اصطناعي. أنتجت في المختبر ولا تحتوي على مكونات طبيعية. مثال: كلوريد البوليفينيل والبولي بروبيلين والبولي يوريثين.

مصطنع. أنتجت في المختبر ، لكنها تعتمد على مكونات طبيعية. مثال: السليلويد ، النيتروسليلوز.

أنواع البوليمرات وتطبيقاتها متنوعة للغاية. يتم إنشاء معظم الأشياء التي تحيط بشخص ما باستخدام هذه المواد. اعتمادًا على النوع ، لديهم خصائص مختلفة ، والتي تحدد نطاق تطبيقها.

هناك عدد من البوليمرات الشائعة التي نواجهها يوميًا دون حتى أن نلاحظ:

• بولي ايثيلين. يتم استخدامه لإنتاج العبوات والأنابيب والعزل وغيرها من المنتجات التي تتطلب مقاومة الرطوبة ومقاومة البيئات العدوانية وخصائص العزل الكهربائي.
• الفينول فورمالديهايد. إنه أساس البلاستيك والورنيش والمواد اللاصقة.
• مطاط صناعي. لديها خصائص قوة أفضل ومقاومة للتآكل من الطبيعي. مصنوع من المطاط والمواد المختلفة التي يعتمد عليها.
• Polymethyl methacrylate هو زجاج شبكي معروف. يتم استخدامه في الهندسة الكهربائية ، وكذلك مادة إنشائية في مجالات صناعية أخرى.
• بولياميل. يتم استخدامه لصنع النسيج والخيط. هذه هي kapron والنايلون والمواد الاصطناعية الأخرى.
• Polytetrafluoroethylene ، المعروف أيضًا باسم Teflon. تستخدم في الطب الصناعات الغذائيةومختلف المجالات الأخرى. يعلم الجميع المقالي المطلية بالتفلون ، والتي كانت ذات يوم تحظى بشعبية كبيرة.
• كلوريد البوليفينيل ، المعروف أيضًا باسم PVC. غالبًا ما توجد في شكل فيلم ، تستخدم في تصنيع عزل الكابلات وبدائل الجلد ، ملامح النافذة, سقوف متوترة. لديها مجموعة واسعة جدا من الاستخدامات.
• البوليسترين. يتم استخدامه لإنتاج المنتجات المنزلية ومجموعة واسعة من مواد البناء.
• البولي بروبلين. الأنابيب والحاويات والمواد غير المنسوجة والمنتجات المنزلية والمواد اللاصقة للبناء والمعاجين مصنوعة من هذا البوليمر.

أين تستخدم البوليمرات؟

نطاق المواد البوليمرية واسع جدًا. يمكننا الآن أن نقول بثقة - إنها تُستخدم في الصناعة والإنتاج في أي مجال تقريبًا. بسبب خصائصها ، تم استبدال البوليمرات بالكامل المواد الطبيعية، والتي هي أدنى منهم بشكل ملحوظ من حيث الخصائص. لذلك ، يجدر النظر في خصائص البوليمرات وتطبيقاتها.

حسب التصنيف ، يمكن تقسيم المواد إلى:

• المركبات.
• البلاستيك.
• أفلام.
• ألياف.
• الورنيش.
• ممحاة؛
• مواد لاصقة.

تحدد جودة كل صنف نطاق البوليمرات.

حياة

بالنظر حولنا ، يمكننا أن نرى عددًا كبيرًا من المنتجات المصنوعة من مواد اصطناعية. هذه هي التفاصيل الأجهزة المنزليةوالأقمشة ولعب الأطفال أدوات المطبخوحتى المواد الكيميائية المنزلية. في الواقع ، هذه مجموعة كبيرة من المنتجات من المشط البلاستيكي العادي إلى مسحوق الغسيل.

يرجع هذا الاستخدام الواسع النطاق إلى انخفاض تكلفة الإنتاج وارتفاعه خصائص الجودة. المنتجات متينة وصحية ولا تحتوي على مكونات ضارة بجسم الإنسان وهي عالمية. حتى الجوارب النايلون العادية مصنوعة من مكونات بوليمر. لذلك ، يتم استخدام البوليمرات في الحياة اليومية في كثير من الأحيان أكثر من المواد الطبيعية. إنهم متفوقون عليهم بشكل كبير من حيث الجودة والتزويد سعر منخفضمنتجات.

أمثلة:

• الأواني البلاستيكية والتغليف؛
• أجزاء من الأجهزة المنزلية المختلفة ؛
• أقمشة صناعية؛
• ألعاب الأطفال؛
• أدوات المطبخ؛
• منتجات الحمام.

أي شيء مصنوع من البلاستيك أو يحتوي على ألياف تركيبية يتم تصنيعه على أساس البوليمرات ، لذلك يمكن أن تكون قائمة الأمثلة لا حصر لها.

قطاع البناء

كما أن استخدام البوليمرات في البناء واسع جدًا. بدأ استخدامها مؤخرًا نسبيًا ، منذ حوالي 50-60 عامًا. حاليا معظميتم إنتاج مواد البناء باستخدام البوليمرات.

الاتجاهات الرئيسية:

• إنتاج المبارزة و بناء الهياكلأنواع مختلفة؛
• مواد لاصقة ورغوة.
• إنتاج الاتصالات الهندسية;
• مواد للحرارة والعزل المائي.
• أرضيات التسوية الذاتية
• مواد التشطيب المختلفة.

في مجال هياكل الإحاطة والبناء ، هذه هي الخرسانة البوليمرية ، والتعزيزات المركبة والعوارض ، وإطارات النوافذ ذات الزجاج المزدوج ، والبولي كربونات ، والألياف الزجاجية ، والعديد من المواد الأخرى من هذا النوع. تتميز جميع المنتجات القائمة على البوليمر بخصائص عالية القوة ، طويل الأمدالخدمات ومقاومة الظواهر الطبيعية السلبية.

المواد اللاصقة مقاومة للرطوبة والتصاق ممتاز. يتم استخدامها للترابط مواد متعددةولها قوة ربط عالية. رغوة - الحل الأمثللختم المفاصل. إنها توفر خصائص عالية في توفير الحرارة ولديها عدد كبير من الأصناف ذات الصفات المختلفة.

يعد استخدام المواد البوليمرية في إنتاج الاتصالات الهندسية أحد أكثر المجالات شمولاً. يتم استخدامها في إمدادات المياه وإمدادات الطاقة وتوفير الحرارة ومعدات شبكات الصرف الصحي وأنظمة التهوية والتدفئة.

تتميز مواد العزل الحراري بخصائص ممتازة لتوفير الحرارة ووزن منخفض وتكلفة معقولة. يتميز العزل المائي بمستوى عالٍ من مقاومة الماء ويمكن إنتاجه في أشكال مختلفة(منتجات اللفائف ، مسحوق أو مخاليط سائلة).

أرضيات البوليمر مادة متخصصة تسمح لك بإنشاء سطح مستوٍ تمامًا على أساس تقريبي دون عمل شاق. تستخدم هذه التكنولوجيا في كل من البناء المنزلي والصناعي.

تنتج الصناعة الحديثة مجموعة واسعة مواد التشطيبعلى أساس البوليمرات. يمكن أن يكون لها هيكل وشكل مختلف للإصدار ، ولكن من حيث الخصائص التي يتفوقون عليها دائمًا لمسة نهائية طبيعيةوتكلفة أقل بكثير.

الدواء

ينتشر استخدام البوليمرات في الطب. أبسط مثال على ذلك هو الحقن التي تستخدم لمرة واحدة. في الوقت الحالي ، يتم إنتاج حوالي 3 آلاف منتج مستخدمة في المجال الطبي.

السيليكونات هي الأكثر استخدامًا في هذا المجال. لا غنى عنها عند إجراء الجراحة التجميلية ، وخلق الحماية على أسطح الحروق ، وكذلك تصنيع المنتجات المختلفة. في الطب ، تم استخدام البوليمرات منذ عام 1788 ، ولكن بكميات محدودة. وفي عام 1895 ، أصبحوا أكثر انتشارًا بعد عملية تم فيها إغلاق عيب العظام باستخدام بوليمر قائم على السليلويد.

يمكن تقسيم جميع المواد من هذا النوع إلى ثلاث مجموعات حسب التطبيق:

• المجموعة 1 - للدخول في الجسم. هذه هي الأعضاء الاصطناعية ، الأطراف الصناعية ، بدائل الدم ، المواد اللاصقة ، الأدوية.
• المجموعة 2 - البوليمرات التي تلامس الأنسجة ، وكذلك المواد المعدة لإدخالها في الجسم. هذه حاويات لتخزين الدم والبلازما ومواد طب الأسنان والمحاقن و الأدوات الجراحيةومكونات المعدات الطبية.
• المجموعة 3 - المواد التي لا تلامس الأنسجة ولا تدخل الجسم. هذه هي المعدات والأدوات ، والأواني الزجاجية للمختبرات ، والمخزون ، ومستلزمات المستشفيات ، والفراش ، وإطارات النظارات والعدسات.

زراعة

تستخدم البوليمرات بكثرة في البيوت البلاستيكية واستصلاح الأراضي. في الحالة الأولى ، هناك حاجة إلى العديد من الأفلام ، والألياف الزراعية ، والبولي كربونات الخلوية ، وكذلك التركيبات. كل هذا ضروري لبناء دفيئات.

في التحسين ، يتم استخدام الأنابيب المصنوعة من المواد البوليمرية. تتميز بوزن أقل من المعادن وتكلفة معقولة وعمر خدمة أطول.

الصناعات الغذائية

في صناعة المواد الغذائية ، تستخدم المواد البوليمرية لتصنيع الحاويات والتغليف. قد يكون في شكل بلاستيك صلب أو أفلام. الشرط الرئيسي هو الامتثال الكامل للمعايير الصحية والوبائية. لا يمكن الاستغناء عن البوليمرات في هندسة الأغذية. يتيح لك استخدامها إنشاء أسطح بأقل قدر من الالتصاق ، وهو أمر مهم عند نقل الحبوب وغيرها المنتجات السائبة. أيضًا ، هناك حاجة لطلاءات مانعة للالتصاق في خطوط خبز الخبز وإنتاج المنتجات شبه المصنعة.

تستخدم البوليمرات في مختلف مجالات النشاط البشري مما يؤدي إلى ارتفاع الطلب عليها. من المستحيل الاستغناء عنها. لا يمكن أن توفر المواد الطبيعية عددًا من الخصائص الضرورية لتلبية شروط الاستخدام المحددة.