ما هو البوليمر

البوليمرات هي مواد مصنوعة من سلاسل جزيئية طويلة ومتكررة، وتتميز هذه المواد بخصائص فريدة تعتمد على نوع الجزيئات المرتبطة وطريقة ربطها، حيث تنحني وتتمدد بعض البوليمرات مثل المطاط والبوليستر، في حين تكون بعضها الآخر صلبا وصعبا مثل الإيبوكسي والزجاج.

غالبًا ما يتم استخدام مصطلح البوليمر لوصف المواد البلاستيكية، والتي هي بوليمرات اصطناعية، وعلى الرغم من ذلك، فإن البوليمرات الطبيعية موجودة أيضًا في المطاط والخشب .

ما هو البوليمر

أبسط تعريف للبوليمر هو أنه مادة كيميائية مفيدة مصنوعة من العديد من وحدات التكرار. يمكن أن يكون البوليمر شبكة ثلاثية الأبعاد أو شبكة ثنائية الأبعاد. كل وحدة مكررة هي الوحدة “الأساسية” مع “بوليمير” وتتكون من العديد من وحدات التكرار. غالبا ما تصنع وحدات التكرار من الكربون والهيدروجين وأحيانا الأكسجين والنيتروجين والكبريت والكلور والفلور والفوسفور والسيليكون. لتكوين السلسلة، يتم ربط العديد من الروابط الكيميائية أو بلمرتها معا وربط شرائط الورق لإنشاء أكاليل ورقية أو ربط مئات من مقاطع الورق لتشكيل سلاسل أو حبات توتير. تساعد هذه الهياكل على تصور البوليمرات. يحدث البوليمر في الطبيعة ويمكن تصنيعه لتلبية الاحتياجات المحددة. يمكن أن تكون البوليمرات المصنعة شبكات ثلاثية الأبعاد لا تذوب بمجرد تكوينها، وتسمى هذه الشبكات بوليمرات “تيرموز.

تتميز البوليمرات بكثرتها في الطبيعة وتعتبر حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) وحمض الريبونوكلي (RNA) من أمثلتها، وهما المسؤولان عن تحديد الحياة. تم استخدام المطاط الطبيعي والسليلوز كمواد خام لصناعة البوليمرات والمطاط المصنع. وكان Bakelite أول منتج من البلاستيك الصناعي، وتم إنشاؤه في عام 1909 لتغليف الهواتف والمكونات الكهربائية. وأول ألياف بوليمرية مصنعة كانت Rayon من السليلوز في عام 191 .

تركيب البوليمرات

تتكون العديد من الفئات المشتركة للبوليمرات من مركبات الهيدروكربون والكربون والهيدروجين. يتم تصنيع هذه البوليمرات بشكل خاص من ذرات الكربون المتصلة ببعضها البعض في سلاسل طويلة تعرف بالعمود الفقري للبوليمر. نظرا لطبيعة الكربون، يمكن ربط ذرة واحدة أو أكثر بكل ذرة كربون في العمود الفقري. هناك أيضا بوليمرات تحتوي فقط على ذرات الكربون والهيدروجين. أمثلة على هذه المنتجات هي البولي إيثيلين والبولي بروبيلين والبولي بوتيلين والبوليستيرين والبولي إيثيلي .

بالإضافة إلى ذلك، تحتوي البوليمرات المصنعة الأخرى المعتادة على هياكل مركزية تتضمن عناصر غير الكربون، حيث يحتوي النايلون على ذرات النيتروجين في العمود الرئيسي لوحدته المتكررة، ويحتوي البوليستر والبولي على الأكسجين في العمود الرئيسي. هناك أيضا بعض البوليمرات التي تحتوي بدلا من الكربون على السيليكون أو الفوسفور في العمود الرئيسي، وتعتبر هذه البوليمرات غير عضوية.

استخدامات البوليمرات

يتم استخدام البوليمرات في مختلف مجالات الحياة الحديثة تقريبا. فتحتوي أكياس البقالة وزجاجات الصودا والمياه وألياف النسيج والهواتف وأجهزة الكمبيوتر وتغليف المواد الغذائية وقطع غيار السيارات والألعاب على البوليمرات. حتى التكنولوجيا المتقدمة تستخدم البوليمرات، على سبيل المثال، يتم استخدام أغشية تحلية المياه وناقلات تحرير الدواء والبوليمرات الحيوية لهندسة الأنسجة الحيوية، وفقا لتقرير AC.

خصائص البوليمرات

يتم تصنيع غالبية البوليمرات بالحرارة، وهذا يعني أنه يمكن إصلاحها وإعادة تشكيلها بسهولة بمجرد تسخينها، وتتيح هذه الخاصية سهولة المعالجة وإعادة التدوير، ولكل بوليمر خصائص فريدة له، ومع ذلك، فإن معظم البوليمرات لها خصائص عامة مشتركة

• يمكن أن تكون البوليمرات شديدة المقاومة للمواد الكيميائية : يجب أخذ جميع سوائل التنظيف في الاعتبار في المنزل والتي تكون معبأة في البلاستيك، حيث أن قراءة تحذيرات الملصقات التي تصف التفاعل بين المواد الكيميائية والبشرة أو العينين أو الابتلاع ستؤكد على ضرورة وجود مقاومة كيميائية في العبوات البلاستيكية، بينما تذوب بعض المذيبات بعض المواد البلاستيكية بسهولة، ولكن هناك مواد بلاستيكية أخرى توفر عبوات آمنة وغير قابلة للكسر من قبل المذيبات القوية .
• عموما، البوليمرات تكون خفيفة الوزن للغاية وتمتاز بقوة عالية. عند النظر إلى مجموعة من التطبيقات، من الألعاب إلى هيكل الإطارات للمحطات الفضائية، بعض البوليمرات تطفو في الماء بينما تغوص الأخرى. ومقارنة بالأحجار والخرسانة والصلب والنحاس والألومنيوم، تعتبر جميع المواد البلاستيكية خفيفة الوزن .
• يمكن معالجة البوليمرات بطرق مختلفة : يمكن تشكيل البلاستيك في صورة براميل، كما يمكن خلطه بالمذيبات ليتحول إلى مواد لاصقة أو دهانات .
• البوليمرات هي مواد ذات خصائص وألوان غير محدودة، ولذلك يمكن تحسين خصائصها بواسطة مواد مضافة متعددة لتوسيع استخداماتها وتطبيقاتها، ويمكن تصنيع البوليمرات لتقليد الألياف الطبيعية مثل القطن والحرير والصوف والخزف والرخام والألومنيوم والزنك، وبالإضافة إلى ذلك يمكن للبوليمرات صنع المنتجات التي يصعب تصنيعها من العالم الطبيعي مثل الأوراق .
• عادة ما تصنع البوليمرات من النفط ولكن ليس دائمًا : تتكون العديد من البوليمرات من وحدات تكرارية مشتقة من الغاز الطبيعي أو الفحم أو النفط الخام، ولكن في بعض الأحيان يمكن تصنيع وحدات تكرارية للبلوكات البرمجية من مواد قابلة للتجديد، مثل حمض polylactic المستمد من الذرة، أو السليلوزيات المستمدة من بطانات القطن .

أمثلة على البوليمر

البوليمرات الطبيعية

توجد البوليمرات في الطبيعة وكذلك يتم صنعها في المختبرات ، ولقد استخدمت البوليمرات الطبيعية لخصائصها الكيميائية قبل وقت طويل  في مختبر الكيمياء ، حيث تم تصنيع الصوف ، والجلد ، والكتان في ألياف لصنع الملابس منها ؛ وتم غلي عظام الحيوانات لتصنيع الغراء ، والبوليمرات الطبيعية تشمل ما يلي :

• البروتينات ، مثل الشعر ، والأظافر .
• السليلوز ، في الورق والأشجار .
• النشا في النباتات مثل البطاطا والذرة .
• الحمض النووي .
• خطوة (المعروفة أيضًا باسم القار أو القطران) .
• الصوف (بروتين تصنعه الحيوانات) .
• الحرير (بروتين تصنعه الحشرات) .
• المطاط الطبيعي (البروتينات المستخرجة من الأشجار)

البوليمرات الاصطناعية

تم تصنيع البوليمرات لأول مرة من قبل أشخاص يبحثون عن بدائل للبوليمرات الطبيعية، وخاصة المطاط والحرير. في عام 1820، ظهرت بوليمرات شبه اصطناعية مبكرة، وهي بوليمرات طبيعية تم تعديلها بطريقة ما. تم تعديل المطاط الطبيعي لجعله أكثر مرونة، واستخدمت نترات السليلوز التي تم تحضيرها في عام 1846 كمادة متفجرة أولا، ثم كمواد صلبة قابلة للتشكيل .

وتشمل البوليمرات الصناعية ما يلي :

• الباكليت ، أول بلاستيك صناعي .
• النيوبرين (شكل من أشكال المطاط) .
• النايلون والبوليستر والرايون (أشكال حرير اصطناعي)
• البولي اثيلين (الأكياس البلاستيكية وحاويات التخزين) .
• البوليسترين (لتعبئة الفول السوداني وأكواب الستايروفوم) .
• التفلون .
• الراتنجات الايبوكسي .
• السيليكون .