البوليميد

الموسوعة الحرة
التركيب الكيميائي للكابتون، وهو بوليميد.

البولي إيميد (يُختصر أحيانًا إلى PI ) هو بوليمر يحتوي على مجموعات إيميد وينتمي إلى فئة البلاستيكات عالية الأداء . بفضل مقاومته العالية للحرارة، يُستخدم البولي إيميد في تطبيقات متنوعة تتطلب مواد عضوية متينة، مثل خلايا الوقود عالية الحرارة ، وشاشات العرض، والعديد من التطبيقات العسكرية. يُعد الكابتون مثالًا كلاسيكيًا على البولي إيميد ، ويُنتج عن طريق تكثيف ثنائي أنهيدريد البيروميلليك مع 4،4'-أوكسيديانيلين . [ 1 ]

تاريخ

اكتُشف أول بولي إيميد عام 1908 على يد بوغارت ورينشو. [ 2 ] وجدا أن أنهيدريد 4-أمينو فثاليك لا ينصهر عند تسخينه، ولكنه يُطلق الماء عند تكوين بولي إيميد ذي وزن جزيئي عالٍ. أُعدّ أول بولي إيميد شبه أليفاتي على يد إدوارد وروبنسون عن طريق صهر ثنائي الأمينات مع الأحماض الرباعية أو ثنائي الأمينات مع الأحماض الثنائية/الإستر الثنائي. [ 3 ]

مع ذلك، فإن أول بوليميد ذي أهمية تجارية كبيرة - كابتون - طُوِّر في خمسينيات القرن الماضي على يد باحثين في شركة دوبونت ، الذين ابتكروا طريقة ناجحة لتصنيع بوليميد ذي وزن جزيئي عالٍ باستخدام طليعة بوليمرية قابلة للذوبان. وحتى اليوم، لا تزال هذه الطريقة هي الطريقة الرئيسية لإنتاج معظم أنواع البوليميد. وقد بدأ الإنتاج الضخم للبوليميد منذ عام ١٩٥٥. ويُغطّي مجال البوليميد العديد من الكتب الشاملة [ ٤ ] [ ٥ ] والمقالات المراجعة [ ٦ ] [ ٧ ] .

تصنيف

يمكن تصنيف البوليميدات وفقًا لتكوين سلسلتها الرئيسية إلى:

بحسب نوع التفاعلات بين السلاسل الرئيسية، يمكن تصنيف البوليميدات إلى:

  • اللدائن الحرارية : تسمى في كثير من الأحيان باللدائن الحرارية الزائفة .
  • المواد المتصلبة بالحرارة : متوفرة تجارياً على شكل راتنجات غير معالجة، ومحاليل بوليميد، وأشكال قياسية، وصفائح رقيقة، ورقائق، وأجزاء مصنعة آلياً.

توليف

توجد عدة طرق ممكنة لتحضير البوليميدات، من بينها:

يمكن إجراء بلمرة ثنائي الأمين وثنائي أنهيدريد باستخدام طريقة من خطوتين، حيث يُحضّر أولًا بولي (حمض أميدوكربوكسيليك) ، أو مباشرةً باستخدام طريقة من خطوة واحدة. تُعدّ طريقة الخطوتين الإجراء الأكثر شيوعًا لتخليق البولي إيميد. في البداية، يُحضّر بولي (حمض أميدوكربوكسيليك) قابل للذوبان ( 2 )، ثم يُحوّل إلى بولي إيميد ( 3 ) بعد معالجة إضافية في خطوة ثانية. تُعدّ عملية الخطوتين ضرورية لأن البولي إيميدات النهائية تكون في معظم الحالات غير قابلة للانصهار وغير قابلة للذوبان نظرًا لبنيتها العطرية.

تشمل ثنائيات الأنهيدريد المستخدمة كمواد أولية لهذه المواد ثنائي أنهيدريد البيروميليتيك، وثنائي أنهيدريد البنزوكينون رباعي الكربوكسيل، وثنائي أنهيدريد النفثالين رباعي الكربوكسيل . ومن بين وحدات بناء ثنائي الأمين الشائعة: 4،4'-ثنائي أمينو ثنائي فينيل الإيثر (DAPE)، وميتا-فينيلين ثنائي الأمين (MDA)، و3،3'-ثنائي أمينو ثنائي فينيل الميثان. [ 1 ] وقد خضعت مئات من ثنائيات الأمين وثنائيات الأنهيدريد للدراسة بهدف ضبط الخصائص الفيزيائية، وخاصة خصائص المعالجة، لهذه المواد. تميل هذه المواد إلى أن تكون غير قابلة للذوبان، ولها درجات حرارة تليين عالية، نتيجة لتفاعلات نقل الشحنة بين الوحدات الفرعية المستوية. [ 8 ]

تحليل

يمكن متابعة تفاعل الإيميدازيشن باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء . يتميز طيف الأشعة تحت الحمراء أثناء التفاعل باختفاء حزم امتصاص حمض البولي أميك عند 3400 إلى 2700  سم⁻¹ (تذبذب OH)، و1720 و1660 سم⁻¹ (رابطة C=O للأميد)، و1535  سم⁻¹ (تذبذب CN). في الوقت نفسه، يمكن ملاحظة ظهور حزم الإيميد المميزة عند 1780 سم⁻¹ (رابطة C=O غير المتماثلة)، و1720 سم⁻¹ (رابطة C=O المتماثلة)، و1360 سم⁻¹ (تذبذب CN)، و1160 و745 سم⁻¹ (  تشوه حلقة الإيميد). [ 9 ] وقد نُشرت تحليلات مفصلة للبولي إيميد [ 10 ] والبولي إيميد المكربن ​​[ 10 ] والبولي إيميد المُجرافن [ 11 ] .

ملكيات

تُعرف البوليميدات المتصلبة حراريًا بثباتها الحراري، ومقاومتها الكيميائية الجيدة، وخصائصها الميكانيكية الممتازة، ولونها البرتقالي/الأصفر المميز. تتميز البوليميدات المُدعمة بالجرافيت أو الألياف الزجاجية بقوة انحناء تصل إلى 340 ميجا باسكال (49000 رطل/ بوصة مربعة) ومعامل انحناء يصل إلى 21000 ميجا باسكال (3000000 رطل /بوصة مربعة) . تُظهر البوليميدات ذات المصفوفة البوليمرية المتصلبة حراريًا زحفًا منخفضًا جدًا وقوة شد عالية . وتُحافظ هذه الخصائص على ثباتها أثناء الاستخدام المتواصل حتى درجات حرارة تصل إلى 232 درجة مئوية (450 درجة فهرنهايت) ، ولفترات قصيرة، حتى 704 درجة مئوية (1299 درجة فهرنهايت) . [ 12 ] تتميز الأجزاء والصفائح المصنوعة من البوليميد المصبوب بمقاومة حرارية عالية جدًا. تتراوح درجات حرارة التشغيل العادية لهذه الأجزاء والصفائح من درجات حرارة منخفضة جدًا إلى درجات حرارة تتجاوز 260 درجة مئوية (500 درجة فهرنهايت) . تتميز البوليميدات بمقاومتها الطبيعية للاشتعال، ولا تحتاج عادةً إلى خلطها بمثبطات اللهب . معظمها حاصل على تصنيف UL VTM-0. يبلغ نصف عمر قوة الانحناء لصفائح البوليميد عند درجة حرارة 249 درجة مئوية (480 درجة فهرنهايت) 400 ساعة.            

لا تتأثر الأجزاء المصنوعة من البولي إيميد عادةً بالمذيبات والزيوت الشائعة الاستخدام، بما في ذلك الهيدروكربونات والإسترات والإيثرات والكحولات والفريونات . كما أنها تقاوم الأحماض الضعيفة، ولكن لا يُنصح باستخدامها في البيئات التي تحتوي على القلويات أو الأحماض غير العضوية. بعض أنواع البولي إيميد، مثل CP1 وCORIN XLS، قابلة للذوبان في المذيبات وتتميز بشفافية بصرية عالية. خصائص الذوبان هذه تجعلها مناسبة لتطبيقات الرش والمعالجة في درجات حرارة منخفضة.

التطبيقات

وسادات موصلة حرارياً مصنوعة من رقائق الكابتون، بسماكة تقريبية 0.05  مم
لفة شريط لاصق كابتون

أغشية العزل والتخميل

تتميز مواد البولي إيميد بخفة وزنها ومرونتها ومقاومتها للحرارة والمواد الكيميائية. لذا، تُستخدم في صناعة الإلكترونيات في الكابلات المرنة وكطبقة عازلة على أسلاك المغناطيس . على سبيل المثال، في أجهزة الكمبيوتر المحمولة، غالبًا ما يكون الكابل الذي يربط اللوحة الأم بالشاشة (والتي يجب أن تنثني عند فتح أو إغلاق الجهاز) مصنوعًا من البولي إيميد مع موصلات نحاسية. ومن أمثلة أغشية البولي إيميد: Apical و Kapton و UPILEX وZenimid وVTEC PI وNorton TH وKaptrex.

بنية بولي-أوكسيديفينيلين-بيروميلليتيميد، "كابتون".

يُستخدم البولي إيميد لتغطية الألياف البصرية في التطبيقات الطبية أو التطبيقات التي تتطلب درجات حرارة عالية. [ 13 ]

يُستخدم راتنج البوليميد أيضًا كطبقة عازلة ومُخَمِّلة [ 14 ] في تصنيع الدوائر المتكاملة ورقائق الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) . تتميز طبقات البوليميد باستطالة ميكانيكية عالية وقوة شد جيدة، مما يُحسِّن الالتصاق بين طبقات البوليميد أو بين طبقة البوليميد وطبقة المعدن المُرَسَّبة. يُؤدي الحد الأدنى من التفاعل بين طبقة الذهب وطبقة البوليميد، بالإضافة إلى استقرار طبقة البوليميد عند درجات الحرارة العالية، إلى نظام يوفر عزلًا موثوقًا به عند تعرضه لأنواع مختلفة من الضغوط البيئية. [ 15 ] [ 16 ] كما يُستخدم البوليميد كركيزة لهوائيات الهواتف المحمولة. [ 17 ]

عادةً ما تُصنع العوازل متعددة الطبقات المستخدمة في المركبات الفضائية من البوليميد المغطى بطبقات رقيقة من الألومنيوم أو الفضة أو الذهب أو الجرمانيوم. والمادة ذات اللون الذهبي التي تُرى غالبًا على السطح الخارجي للمركبات الفضائية هي في الواقع بوليميد أحادي الطبقة من الألومنيوم، حيث تكون طبقة الألومنيوم متجهة للداخل. [ 18 ] ويُضفي لون البوليميد البني المصفر على السطح لونه الذهبي.

الأجزاء الميكانيكية

يمكن استخدام مسحوق البولي إيميد لإنتاج أجزاء وأشكال بتقنيات التلبيد (القولبة بالضغط الساخن، والتشكيل المباشر، والضغط المتساوي). ونظرًا لثباته الميكانيكي العالي حتى في درجات الحرارة المرتفعة، يُستخدم في صناعة البطانات والمحامل والمآخذ والأجزاء الإنشائية في التطبيقات الصعبة. ولتحسين خصائصه الاحتكاكية ، يشيع استخدام مركبات تحتوي على مواد تشحيم صلبة مثل الجرافيت ، أو البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) ، أو كبريتيد الموليبدينوم . تشمل أجزاء وأشكال البولي إيميد P84 NT، وVTEC PI، وMeldin، وVespel ، وPlavis.

الفلاتر

في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم، ومحارق النفايات، ومصانع الإسمنت، تُستخدم ألياف البوليميد لترشيح الغازات الساخنة. في هذا التطبيق، يفصل لباد إبرة البوليميد الغبار والجسيمات العالقة في غاز العادم .

يُعد البولي إيميد أيضاً المادة الأكثر شيوعاً المستخدمة في أغشية التناضح العكسي لتنقية المياه، أو لتركيز المواد المخففة من الماء، مثل إنتاج شراب القيقب. [ 19 ] [ 20 ]

الدوائر المرنة

يُستخدم البولي إيميد كقلب للوحات الدوائر المرنة والكابلات المسطحة المرنة. تتميز لوحات الدوائر المرنة بأنها رقيقة ويمكن وضعها في الأجهزة الإلكترونية ذات الأشكال غير المنتظمة. [ 21 ]

آخر

يستخدم البوليميد في صناعة الأنابيب الطبية، مثل قسطرة الأوعية الدموية ، وذلك لمقاومته لضغط الانفجار بالإضافة إلى مرونته ومقاومته للمواد الكيميائية.

تستخدم صناعة أشباه الموصلات مادة البوليميد كمادة لاصقة عالية الحرارة ؛ كما أنها تستخدم أيضاً كعازل للإجهاد الميكانيكي.

يمكن استخدام بعض أنواع البوليميد كمادة مقاومة للضوء ؛ يوجد في السوق نوعان من البوليميد يشبهان المواد المقاومة للضوء، وهما "الإيجابي" و"السلبي".

يُستخدم البولي إيميد بشكل شائع في المكونات المتخصصة لأجهزة الكيمياء التحليلية، مثل الطلاءات الخارجية للأعمدة الشعرية في كروماتوغرافيا الغاز ، مما يوفر المتانة وطول العمر للمكونات الهشة. وتُستخدم مركبات البولي إيميد والجرافيت ( فيسبيل ) غالبًا في هذه الأجهزة لإنشاء موانع تسرب مانعة للتسرب تتحمل تقلبات واسعة ومتكررة في درجة الحرارة والضغط، تتجاوز 300 درجة مئوية (572 درجة فهرنهايت) وعدة ضغوط جوية، دون إطلاق أبخرة قد تتداخل مع التحليل. ويُعد هذا الأمر بالغ الأهمية في كروماتوغرافيا الغاز-مطياف الكتلة والتقنيات ذات الصلة. [ 22 ]

تستخدم المركبة الفضائية الشراعية الشمسية إيكاروس أشرعة مصنوعة من راتنج البوليميد للعمل بدون محركات صاروخية. [ 23 ]

تستخدم صناعة الصوت أغشية البوليميد كمادة غشاء المحرك في سماعات الرأس المغناطيسية المستوية ومكبرات الصوت المغناطيسية المستوية . [ 24 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 رايت، والتر دبليو. وهالدن-أبيرتون، مايكل (2002) "البوليميدات" في موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية ، وايلي-في سي إتش، فاينهايم. doi : 10.1002/14356007.a21_253
  2. ↑ بوغرت، مارستون تايلور؛ رينشو، رومر ريكس (1 يوليو 1908). "حمض 4-أمينو-O-فثاليك وبعض مشتقاته.1" . مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 30 (7): 1135-1144 . doi : 10.1021/ja01949a012 . hdl : 2027/mdp.39015067267875 . ISSN 0002-7863 . 
  3. ↑ US 2710853 ، إدواردز، دبليو إم؛ روبنسون، آي إم، "بوليميدات حمض البيروميليتيك" 
  4. ↑ البوليميدات : الأساسيات والتطبيقات . غوش، مالاي ك.، ميتال، ك. ل.، 1945-. نيويورك: مارسيل ديكر. 1996. ISBN  0-8247-9466-4. OCLC 34745932 . {{cite book}}صيانة CS1: أخرى ( رابط )
  5. ^ ويلسون، د. (دوغ)، ستينزينبيرجر، HD (هورست د.)، هيرجنروثر، بي إم (بول م.) (1990). بوليميدات . غلاسكو: بلاكي. رقم ISBN 0-412-02181-1. OCLC 19886566 . {{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  6. ↑ سروغ، سي إي (أغسطس 1991). "البوليميدات" . التقدم في علم البوليمرات . 16 (4): 561-694 . doi : 10.1016/0079-6700(91)90010-I .
  7. ↑ هيرجنروثر، بول م. (27 يوليو 2016). "استخدام وتصميم وتصنيع وخصائص البوليمرات عالية الأداء/عالية الحرارة: نظرة عامة" . بوليمرات عالية الأداء . 15 : 3-45 . doi : 10.1177/095400830301500101 . S2CID 93989040 . 
  8. ↑ لياو، دير جانغ؛ وانغ، كونغ لي؛ هوانغ، يينغ تشي؛ لي، كوير رارن؛ لاي، جوين ييه؛ ها، تشانغ سيك (2012). "مواد البوليميد المتقدمة: التخليق والخواص الفيزيائية والتطبيقات". التقدم في علوم البوليمرات . 37 (7): 907-974 . doi : 10.1016/j.progpolymsci.2012.02.005 .
  9. ↑ K. Faghihi, J. Appl. Polym. Sci., 2006, 102, 5062–5071. Y. Kung and S. Hsiao, J. Mater. Chem., 2011, 1746–1754. L. Burakowski, M. Leali and M. Angelo, Mater. Res., 2010, 13, 245–252.
  10. 1 2 كاتو، توموفومي؛ يامادا، ياسوهيرو؛ نيشيكاوا، ياسوشي؛ إيشيكاوا، هيروكي؛ ساتو، ساتوشي (30 يونيو 2021). "آليات الكربنة في البولي إيميد: منهجية لتحليل المواد الكربونية المحتوية على النيتروجين والأكسجين والخماسيات والسباعيات" . الكربون . 178 : 58-80 . doi : 10.1016/j.carbon.2021.02.090 . ISSN 0008-6223 . S2CID 233539984 .  
  11. ↑ كاتو، توموفومي؛ يامادا، ياسوهيرو؛ نيشيكاوا، ياسوشي؛ أوتومو، توشيا؛ ساتو، هاياتو؛ ساتو، ساتوشي (1 أكتوبر 2021). "أصول قمم النيتروجين الجرافيتي والبيرولي في أطياف الأشعة السينية الكهروضوئية N1s للمواد الكربونية: نيتروجين رباعي، أم أمين ثالثي، أم أمين ثانوي؟" . مجلة علوم المواد . 56 (28): 15798-15811 . Bibcode : 2021JMatS..5615798K . doi : 10.1007/s10853-021-06283-5 . ISSN 1573-4803 . S2CID 235793266 .  
  12. ↑ ورقة بيانات تقنية P2SI 900HT . proofresearchacd.com
  13. ↑ هوانغ، لي؛ داير، روبرت س.؛ لاغو، رالف ج.؛ ستولوف، أندريه أ.؛ لي، جي (2016). "الخواص الميكانيكية للألياف البصرية المغلفة بالبوليميد عند درجات حرارة مرتفعة". في: غانوت، إسرائيل (محرر). الألياف البصرية وأجهزة الاستشعار لتطبيقات التشخيص والعلاج الطبي السادس عشر . المجلد 9702. الصفحات 97020Y. doi : 10.1117/12.2210957 . S2CID 123400822 .   
  14. ^ جيانغ، جيان شان؛ تشيو، بي شيو (2001). "تأثير تخميل بوليميد على الهجرة الكهربائية للوصلات البينية متعددة الطبقات من النحاس". مجلة علوم المواد: المواد في الإلكترونيات . 12 (11): 655-659 . دوى : 10.1023 / أ:1012802117916 . S2CID 136747058 . 
  15. ↑ كراكاور، ديفيد (ديسمبر 2006) العزل الرقمي يوفر حلولاً مدمجة ومنخفضة التكلفة لمشاكل التصميم المعقدة . analog.com
  16. ↑ تشين، باوكسينغ. منتجات iCoupler بتقنية isoPower: نقل الإشارة والطاقة عبر حاجز العزل باستخدام المحولات الدقيقة . analog.com
  17. ↑ "تعتزم شركة أبل اعتماد تقنية لوحات الدوائر المطبوعة LCP السريعة عبر خطوط الإنتاج الرئيسية في عام 2018" .
  18. ↑ "نظرة عامة على التحكم الحراري" (ملف PDF) . عزل شيلدال متعدد الطبقات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 ديسمبر 2015 .
  19. ↑ ما هو جهاز تنقية المياه بالتناضح العكسي؟ wisegeek.net
  20. ↑ شوي، هاري ف. ووان، وانكي (22 ديسمبر 1983) براءة اختراع أمريكية رقم 4,532,041 غشاء التناضح العكسي غير المتماثل من البوليميد، وطريقة تحضيره واستخدامه لفصل السوائل العضوية.
  21. ↑ MCL (13 يونيو 2017). "ما الفرق بين FR4 ولوحة الدوائر المطبوعة المصنوعة من البولي أميد؟" . mcl . تم الاطلاع عليه في 4 سبتمبر 2023 .
  22. ↑ رحمن، محمد مشفقور؛ عبد العاطي، أ.م.؛ تشوي، جيونغ هيوي؛ شين، هو تشول؛ شين، سونغ تشول؛ شيم، جاي هان (25 نوفمبر 2015). "نظرة عامة أساسية على أعمدة كروماتوغرافيا الغاز" . مجلة علوم الفصل التحليلي : 823-834 . doi : 10.1002/9783527678129.assep024 . مؤرشف من الأصل في 25 فبراير 2022.
  23. ↑ كورتلاند، راشيل (10 مايو 2010). "الرحلة الأولى لأول شراع فضائي حقيقي" . مجلة نيو ساينتست . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 يونيو 2010 .
  24. ↑ ليفيتسكي، إيغور (14 أبريل 2026). "محولات الطاقة عالية التردد ذات الأغشية الرقيقة (الجزء 1) - المزايا" . audioXpress . تم الاطلاع عليه في 15 مايو 2026 .

للمزيد من القراءة