البوليمرات هي العمود الفقري للعديد من المواد الاصطناعية والطبيعية وتلعب دورًا حيويًا في حياتنا اليومية. من تغليف الأطعمة وأجزاء السيارات إلى ألياف الملابس والمعدات الطبية ، توجد البوليمرات في كل ركن من أركان العالم الحديث. في فئة عامة ، تنقسم البوليمرات إلى مجموعتين رئيسيتين: البوليمرات البيولوجية (البوليمرات الحيوية) المستمدة من الموارد الطبيعية مثل النباتات والحيوانات ، والبوليمرات غير البيولوجية (البوليمرات الكيميائية) التي تم تصنيعها في المختبرات والوحدات الصناعية.
پلیمر غیر زیستی ـ پلیمر شیمیایی چیست؟ تعاریف و تمایزها
"البوليمر غير البيولوجي - البوليمر الكيميائي" يشير إلى مجموعة من الجزيئات الكبيرة التي يتم تصنيعها من خلال الاتصال المتكرر للوحدات الجزيئية الأصغر تسمى monomer من خلال التفاعلات الكيميائية. على عكس البوليمرات البيولوجية التي تنتجها الكائنات الحية وعادة ما يكون لها هياكل معقدة ووظائف بيولوجية محددة (مثل البروتينات ، الحمض النووي والنشا) ، يتم إنتاج "بوليمر البوليمر غير الكيميائي غير البيولوجي" بشكل مصطنع وعادة ما يكون بنيتها أكثر انتظامًا. يتم تنفيذ عملية التوليف "البوليمر غير الكيميائي غير البيولوجي" في المختبرات أو الظروف الصناعية التي يتم التحكم فيها ، وتتأثر الخصائص النهائية للبوليمر بشدة بنوع المونومر وظروف التفاعل وطريقة البلمرة.
هناك تمييز رئيسي آخر بين هذين النوعين من البوليمرات في مصدر الإنتاج. يتم الحصول على البوليمرات البيولوجية من مصادر قابلة للتجديد ، في حين أن المواد الخام الرئيسية لإنتاج "البوليمر غير الكيميائي غير البيولوجي" مستمدة بشكل أساسي من الوقود الأحفوري مثل الزيت والغاز الطبيعي. هذا له عواقب بيئية مهمة وجعل تطور "بوليمر بوليمر كيميائي غير كيميائي غير كيميائي" إلى موضوع ساخن في البحث. لذلك ، يتطلب الفهم الدقيق لـ "البوليمر غير الكيميائي غير البيولوجي" التعرف على المصدر وطريقة التوليف والبنية الكيميائية.
ساختار شیمیایی و طبقه‌بندی پلیمر غیر زیستی ـ پلیمر شیمیایی
يعد التركيب الكيميائي لـ "البوليمر البوليمري غير البيولوجي" هو أحد المحددات الرئيسية لخصائصها الفيزيائية والميكانيكية. تتكون هذه البوليمرات عادة من سلاسل كربون طويلة ، مع ذرات أخرى مثل الأكسجين والنيتروجين والكبريت والهالوجين. اعتمادًا على نوع اتصال المونومرات ، يتم تقسيم "البوليمر البوليمر غير البيولوجي" إلى فئتين رئيسيتين:
البوليمرات الإضافة: في هذا النوع من البلمرة ، ترتبط المونومرات ببعضها البعض دون فقدان أي نواة. الأمثلة الشائعة لهذه الفئة تشمل البولي إيثيلين ، البولي بروبيلين ، كلوريد البولي فينيل (PVC) والبوليسترين.
بوليمرات التكثيف: في هذا النوع من البلمرة ، يتم إجراء اتصال المونومرات عن طريق إزالة جزيء صغير مثل الماء أو الميثانول. النايلون والبوليستر والفينول هي أمثلة على "البوليمر غير الكيميائي غير البيولوجي".
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا تصنيف "البوليمر غير الكيميائي غير البيولوجي" وفقًا لهيكل سلسلة البوليمر:
البوليمرات الخطية: يتم توصيل المونومرات خطيًا.
البوليمرات المتفرعة: يتم تقسيم السلاسل الفرعية من السلسلة الرئيسية.
البوليمرات المرتبطة المتقاطعة: تتصل سلاسل البوليمر ببعضها البعض مع روابط عرضية وإنشاء شبكة ثلاثية الأبعاد. هذه الأنواع من البوليمرات عادة ما تكون أصعب وأكثر متانة.
خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمر غیر زیستی ـ پلیمر شیمیایی
يُظهر "البوليمر غير الكيميائي غير البيولوجي" مجموعة واسعة من الخصائص المادية والميكانيكية التي تجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات. بعض هذه الخصائص الرئيسية هي:
الوزن الجزيئي: الوزن الجزيئي "البوليمر البوليمري غير البيولوجي" له تأثير مباشر على اللزوجة ودرجة حرارة الانصهار والقوة والخصائص الأخرى.
البلورة: يؤثر كمية الترتيب في بنية سلاسل البوليمر على الشفافية والكثافة والخصائص الميكانيكية لـ "البوليمر غير الكيميائي غير البيولوجي". عادة ما تكون البوليمرات البلورية أصعب وأكثر متانة.
درجة حرارة الانتقال الزجاجي ، TG ودرجة حرارة الانصهار ، TM: تشير درجات الحرارة هذه إلى تغيير "البوليمر البوليمري غير البيولوجي" من الحالة الصلبة والزجاجية إلى الحالة الناعمة والمطاط (TG) وهي صلبة للذوبان.
الخصائص الميكانيكية: تشمل قوة الشد ، معامل المرونة ، مقاومة التأثير ، الصلابة والطول زيادة للفشل. تعتمد هذه الخصائص بشكل كبير على التركيب الكيميائي والوزن الجزيئي والبلورة "البوليمر البوليمر غير البيولوجي".
خصائص الحرارة: مقاومة للحرارة والتوصيل الحراري.
الخصائص الكهربائية: العزل أو الموصلية.
خصائص الضوء: الشفافية أو الشفافية.
المقاومة الكيميائية: القدرة على مقاومة المواد الكيميائية المختلفة.
من خلال ضبط بنية وتكوين "البوليمر غير الكيميائي غير البيولوجي" ، يمكن استخدام خصائصها لتلبية الاحتياجات المحددة لكل تطبيق هندسي. إن أهمية تحديد خصائص "البوليمر البوليمري غير البيولوجي" أمر بالغ الأهمية لتصميم وتصنيع منتجات البوليمر فعالة ومستدامة.
روش‌های سنتز پلیمر غیر زیستی ـ پلیمر شیمیایی
يتم إنتاج إنتاج "البوليمر غير الكيميائي غير البيولوجي" بواسطة عمليات البلمرة ، والتي تتضمن اتصال المونومرات مع بعضها البعض لتشكيل سلاسل البوليمر الطويلة. هناك طريقتان رئيسيتان للبلمرة لإنتاج "بوليمر غير بيولوجي ؛ بوليمر كيميائي":
البلمرة الجذرية الحرة: هذه هي الطريقة الأكثر شيوعًا لتجميع "البوليمر غير البيولوجي ؛ البوليمر الكيميائي". في هذه العملية ، يؤدي المبادرون الجذريون إلى ظهور نمو سلسلة البوليمر. يتم إنتاج البولي إيثيلين والبولي بروبيلين والبوليسترين بهذه الطريقة.
البلمرة الأيونية: تتضمن هذه الطريقة البلمرة الكاتيونية أو الأنيونية وتستخدم لتوليف "بوليمر كيميائي غير بيولوجي" مع بنية جزيئية محكومة ووزن.
بلمرة التكثيف: كما ذكرنا سابقًا ، في هذه الطريقة ، يتم توصيل المونومرات ببعضها البعض عن طريق إزالة جزيء صغير. يتم تصنيع النايلون والبوليستر بهذه الطريقة.
بالإضافة إلى هذه الطرق الرئيسية ، يتم استخدام طرق أخرى مثل البلمرة الحفزية ، والبلمرة المفتوحة والحلقة المتمثلة في تصنيع "بوليمر البوليمر غير الكيميائي غير البيولوجي" مع خصائص محددة. يعتمد اختيار طريقة البلمرة اعتمادًا كبيرًا على نوع المونومر والخصائص المطلوبة لـ "بوليمر كيميائي غير بيولوجي" النهائي. يعد التحكم الدقيق في معلمات عملية البلمرة مثل درجة الحرارة والضغط وتركيز المونومر ومحفز ضروريًا لتحقيق "بوليمر بوليمر كيميائي غير بيولوجي" مع خصائص مرغوبة.
انواع مهم پلیمر غیر زیستی ـ پلیمر شیمیایی و کاربردهای آن‌ها
يشتمل "البوليمر البوليمري غير البيولوجي" على مجموعة واسعة من المواد ، ولكل منها خصائصها وتطبيقاتها. بعض من أهم أنواع "البوليمر غير البيولوجي - البوليمر الكيميائي" هي:
- پلی‌اتیلن (PE): یکی از پرکاربردترین «پلیمر غیر زیستی ـ پلیمر شیمیایی» با کاربردهای فراوان در تولید فیلم‌های بسته‌بندی، لوله‌ها، بطری‌ها و کیسه‌ها.
- پلی‌پروپیلن (PP): مقاوم در برابر حرارت و مواد شیمیایی، با کاربرد در قطعات خودرو، الیاف، و ظروف.
- پلی‌وینیل کلراید (PVC): سخت و مقاوم، با کاربرد در لوله‌ها، پروفیل‌ها، و کابل‌ها.
- پلی‌استایرن (PS): شفاف و شکننده، با کاربرد در ظروف یکبار مصرف و عایق‌ها.
- پلی‌استرها (Polyesters): الیاف مقاوم و با دوام، با کاربرد در پوشاک، بطری‌ها (PET)، و فیلم‌ها.
- پلی‌آمیدها (Polyamides): مانند نایلون، مستحکم و مقاوم در برابر سایش، با کاربرد در الیاف، قطعات مکانیکی، و منسوجات.
- پلی‌اورتان‌ها (Polyurethanes): با خواص الاستیک و عایق، با کاربرد در فوم‌ها، چسب‌ها، و پوشش‌ها.
- اپوکسی‌ها (Epoxies): چسب‌های قوی و مقاوم، با کاربرد در روکش‌ها، چسب‌ها، و کامپوزیت‌ها.
- سیلیکون‌ها (Silicones): مقاوم در برابر حرارت و مواد شیمیایی، با کاربرد در عایق‌ها، درزگیرها، و تجهیزات پزشکی.
هذا هو المثال الوحيد لمجموعة واسعة من "البوليمر غير الكيميائي غير البيولوجي". مع تطوير تقنيات البوليمر ، هناك أنواع جديدة من "البوليمر غير الكيميائي غير البيولوجي" مع خصائص محسنة لتطبيقات محددة مستمرة. تطبيقات "البوليمر البوليمري غير البيولوجي" منتشرة للغاية بسبب مجموعة متنوعة من خصائصها وأثرت على حياتنا بأبعاد مختلفة.
چالش‌ها و آینده پلیمر غیر زیستی ـ پلیمر شیمیایی
على الرغم من فوائد "البوليمر غير الكيميائي غير البيولوجي" ، هناك تحديات مهمة فيما يتعلق بإنتاجها واستهلاكها وإفرازها. يعد الاعتماد على الوقود الأحفوري كمصدر رئيسي للمواد الخام أحد أكبر التحديات التي زادت من أهمية تطور "بوليمر البوليمر غير الكيميائي غير البيولوجي" من مصادر متجددة ومستدامة بسبب تقييد الموارد البيئية والمخاوف المتعلقة باستخراجها واستخدامها. تمثل مشكلة إدارة نفايات البوليمر ، وخاصة المواد البلاستيكية التي يمكن التخلص منها ، تحديًا خطيرًا أيضًا. عادةً ما تتحلل "البوليمر البوليمري غير البيولوجي" ببطء في الطبيعة ، ويمكن أن يؤدي تراكمها في البيئة إلى تلوث التربة والماء.