البلمرة

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 7 صور
الموسوعة الحرة

في كيمياء البوليمرات ، تُعرف عملية البلمرة ( بالإنجليزية الأمريكية أو البريطانية ) بأنها تفاعل جزيئات المونومر معًا في تفاعل كيميائي لتكوين سلاسل بوليمرية أو شبكات ثلاثية الأبعاد. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] وتوجد أشكال عديدة للبلمرة [ 4 ] ، كما توجد أنظمة مختلفة لتصنيفها.

في المركبات الكيميائية ، يمكن أن تحدث عملية البلمرة عبر آليات تفاعل متنوعة تتفاوت في تعقيدها تبعًا للمجموعات الوظيفية الموجودة في المواد المتفاعلة [ 3 ] وتأثيراتها الفراغية . في عمليات البلمرة الأبسط، تُشكّل الألكينات بوليمرات من خلال تفاعلات جذرية بسيطة نسبيًا ؛ في المقابل، تتطلب التفاعلات التي تتضمن استبدالًا في مجموعة الكربونيل عملية تركيب أكثر تعقيدًا نظرًا لطريقة بلمرة المواد المتفاعلة. [ 3 ]

مثال على بلمرة الألكينات ، حيث تتشكل الرابطة المزدوجة لكل مونومر ستايرين من جديد كرابطة أحادية بالإضافة إلى رابطة مع مونومر ستايرين آخر. والناتج هو البوليسترين .

بما أن الألكينات قادرة على التبلمر في تفاعلات جذرية بسيطة نسبيًا، فإنها تُشكّل مركبات مفيدة مثل البولي إيثيلين وبولي فينيل كلوريد (PVC)، [ 3 ] والتي تُنتج بكميات كبيرة سنويًا [ 3 ] نظرًا لأهميتها في عمليات تصنيع المنتجات التجارية، مثل الأنابيب والعزل والتغليف. وبشكل عام، تُعرف البوليمرات مثل PVC باسم " البوليمرات المتجانسة "، لأنها تتكون من سلاسل طويلة متكررة أو تراكيب من نفس وحدة المونومر، بينما تُعرف البوليمرات التي تتكون من أكثر من وحدة مونومر واحدة باسم " البوليمرات المشتركة". [ 5 ]

البوليمرات المتجانسة
أ+أ+أ+...→أأأأ...{\displaystyle A+A+A+...\rightarrow AAAA...}
البوليمرات المشتركة
أ+ب+أ+ب...→أبأب...{\displaystyle A+B+A+B...\rightarrow ABAB...}
أ+ب+أ+ب...→أأبب...{\displaystyle A+B+A+B...\rightarrow AABB...}
أ+ب+أ+ب...→ببأب...{\displaystyle A+B+A+B...\rightarrow BBAB...}

Other monomer units, such as formaldehyde hydrates or simple aldehydes, are able to polymerize themselves at quite low temperatures (ca. −80 °C) to form trimers;[3] molecules consisting of 3 monomer units, which can cyclize to form ring cyclic structures, or undergo further reactions to form tetramers,[3] or 4 monomer-unit compounds. Such small polymers are referred to as oligomers.[3] Generally, because formaldehyde is an exceptionally reactive electrophile it allows nucleophilic addition of hemiacetal intermediates, which are in general short-lived and relatively unstable "mid-stage" compounds that react with other non-polar molecules present to form more stable polymeric compounds.

Polymerization that is not sufficiently moderated and proceeds at a fast rate can be very dangerous. This phenomenon is known as autoacceleration, and can cause fires and explosions.

Step-growth vs. chain-growth polymerization

Step-growth and chain-growth are the main classes of polymerization reaction mechanisms. The former is often easier to implement but requires precise control of stoichiometry. The latter more reliably affords high molecular-weight polymers, but only applies to certain monomers.

A classification of the polymerization reactions

Step-growth

In step-growth (or step) polymerization, pairs of reactants, of any lengths, combine at each step to form a longer polymer molecule. The average molar mass increases slowly. Long chains form only late in the reaction.[6][7]

Step-growth polymers are formed by independent reaction steps between functional groups of monomer units, usually containing heteroatoms such as nitrogen or oxygen. Most step-growth polymers are also classified as condensation polymers, since a small molecule such as water is lost when the polymer chain is lengthened. For example, polyester chains grow by reaction of alcohol and carboxylic acid groups to form ester links with loss of water. However, there are exceptions; for example polyurethanes are step-growth polymers formed from isocyanate and alcohol bifunctional monomers) without loss of water or other volatile molecules, and are classified as addition polymers rather than condensation polymers.

Step-growth polymers increase in molecular weight very slowly at low conversion and reach moderately high molecular weights only at very high conversion (i.e., >95%). Solid state polymerization to afford polyamides (e.g., nylons) is an example of step-growth polymerization.[8]

Chain-growth

In chain-growth (or chain) polymerization, the only chain-extension reaction step is the addition of a monomer to a growing chain with an active center such as a free radical, cation, or anion. Once the growth of a chain is initiated by formation of an active center, chain propagation is usually rapid by addition of a sequence of monomers. Long chains are formed from the beginning of the reaction.[6][7]

Chain-growth polymerization (or addition polymerization) involves the linking together of unsaturated monomers, particularly those containing carbon-carbon double bonds. The pi-bond is lost by formation of a new sigma bond. Chain-growth polymerization is involved in the manufacture of polymers such as polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride (PVC), and acrylate. In these cases, the alkenes RCH=CH2 are converted to high molecular weight alkanes (-RCHCH2-)n (R = H, CH3, Cl, CO2CH3).

Other forms of chain growth polymerization include cationic addition polymerization and anionic addition polymerization. A special case of chain-growth polymerization leads to living polymerization. Ziegler–Natta polymerization allows considerable control of polymer branching.

Polymerization of ethylene

Diverse methods are employed to manipulate the initiation, propagation, and termination rates during chain polymerization. A related issue is temperature control, also called heat management, during these reactions, which are often highly exothermic. For example, for the polymerization of ethylene, 93.6 kJ of energy are released per mole of monomer.[8]

تُعدّ طريقة إجراء عملية البلمرة تقنية متطورة للغاية. وتشمل هذه الطرق بلمرة المستحلب ، وبلمرة المحلول ، وبلمرة المعلق ، وبلمرة الترسيب . ورغم إمكانية تحسين تشتت البوليمر ووزنه الجزيئي، إلا أن هذه الطرق قد تتطلب معالجة إضافية لعزل المنتج عن المذيب.

البلمرة الضوئية

معظم تفاعلات البلمرة الضوئية هي بلمرة نمو السلسلة، والتي تبدأ بامتصاص الضوء المرئي [ 9 ] أو فوق البنفسجي. ويمكن أن تكون البلمرة الضوئية أيضًا بلمرة نمو متدرج [ 10 ] . قد يمتص المونومر المتفاعل الضوء مباشرةً ( البلمرة الضوئية المباشرة )، أو قد يمتصه مُحسِّس ضوئي يمتص الضوء ثم ينقل الطاقة إلى المونومر. عمومًا، تختلف خطوة البدء فقط عن خطوة البلمرة الحرارية العادية لنفس المونومر؛ أما خطوات الانتشار والإنهاء ونقل السلسلة اللاحقة فتبقى كما هي [ 6 ] . في البلمرة الضوئية المتدرجة، يُحفز امتصاص الضوء تفاعل إضافة (أو تكثيف) بين مونومرين مشتركين لا يتفاعلان بدون ضوء. ولا تبدأ دورة انتشار لأن كل خطوة نمو تتطلب وجود الضوء [ 11 ] .

يمكن استخدام البلمرة الضوئية كعملية تصوير أو طباعة، لأن البلمرة لا تحدث إلا في المناطق المعرضة للضوء. ويمكن إزالة المونومر غير المتفاعل من المناطق غير المعرضة للضوء، تاركًا صورة بوليمرية بارزة. [ 6 ] وتستخدم عدة أشكال من الطباعة ثلاثية الأبعاد - بما في ذلك الطباعة المجسمة طبقة تلو الأخرى والبلمرة الضوئية ثلاثية الأبعاد بامتصاص فوتونين - البلمرة الضوئية. [ 12 ]

كما تم إثبات استخدام البلمرة متعددة الفوتونات باستخدام نبضات مفردة لتصنيع هياكل معقدة باستخدام جهاز المرايا الدقيقة الرقمية . [ 13 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "البلمرة". موسوعة المصطلحات الكيميائية للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية . 2014. doi : 10.1351/goldbook.P04740 .
  2. ↑ يونغ، روبرت ج. (1981). مقدمة في البوليمرات . لندن: تشابمان وهول. ISBN 0-412-22170-5. OCLC 8086791 . 
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 كلايدن، جوناثان؛ غريفز، نيك؛ وارين، ستيوارت (2001). الكيمياء العضوية . أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد. ص 1450-1466 . ISBN  0-19-850347-4. OCLC 43338068 . 
  4. ↑ ماناس، تشاندا (2023). مقدمة في علم وكيمياء البوليمرات: منهج حل المشكلات ( الطبعة الثانية). دار نشر سي آر سي (نُشر عام 2013). رقم ISBN  978-1-4665-5385-9.
  5. ↑ كوي، جيه إم جي (2008). البوليمرات: كيمياء وفيزياء المواد الحديثة . في. أريغي ( الطبعة الثالثة). بوكا راتون: مطبعة سي آر سي. ص 4. ISBN   978-0-8493-9813-1. OCLC 82473191 . 
  6. 1 2 3 4 ألكوك، إتش آر؛ لامبي، فريدريك والتر؛ مارك، جيمس إي. (2003). كيمياء البوليمرات المعاصرة . فريدريك والتر لامبي، جيمس إي. مارك ( الطبعة الثالثة). أبر سادل ريفر، نيوجيرسي: بيرسون/برنتيس هول. الصفحات 29-30 . ISBN   0-13-065056-0. OCLC 51096012 . 
  7. 1 2 فريد، جويل ر. (2003). علم وتكنولوجيا البوليمرات ( الطبعة الثانية). أبر سادل ريفر، نيوجيرسي: برنتيس هول بروفيشنال تكنيكال ريفرنس. ص 23. ISBN   0-13-018168-4. OCLC 51769096 . 
  8. 1 2 جيريميك، دوسان (2014). "البولي ايثيلين". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . فاينهايم: وايلي-VCH. الصفحات من 1 إلى 42. دوى : 10.1002/14356007.a21_487.pub3 . رقم ISBN  9783527306732.
  9. ↑ ماكنزي، توماس ج.؛ فو، تشيانغ؛ وونغ، إدغار هـ. هـ.؛ دنستان، ديف إي.؛ تشياو، غريغ ج. (23 يونيو 2015). "البلمرة الجذرية المتحكم بها بواسطة الضوء المرئي في غياب مصادر أو محفزات جذرية خارجية" (ملف PDF) . الجزيئات الكبيرة . 48 (12): 3864-3872 . Bibcode : 2015MaMol..48.3864M . doi : 10.1021/acs.macromol.5b00965 . ISSN 0024-9297 . 
  10. ↑ كايا، كيرم (يناير 2023). "طريقة خضراء وسريعة لـ PEDOT: بلمرة EDOT المتدرجة المحفزة ضوئيًا" . البوليمرات التفاعلية والوظيفية . 182 105464. Bibcode : 2023RFPol.18205464K . doi : 10.1016/j.reactfunctpolym.2022.105464 .
  11. ↑ سوتو، مارك؛ سيباستيان، روزا ماريا؛ ماركيه، جوردي (2014). "التنشيط الكيميائي الضوئي للنيوكليوفيلات الضعيفة للغاية: اليوريثانات والبولي يوريثانات عالية الفلورة من كحولات البولي فلورو". مجلة الكيمياء العضوية 79 (11): 5019-5027 . doi : 10.1021/jo5005789 . PMID 24820955 . 
  12. ^ وانغ ، شيفان. شميت، فرانزيسكا؛ هناور، دوريان؛ كام، بول هـ؛ لي، شوانغ؛ جورلو ، ألكسندر (مايو 2019). "التصنيع المضاف للسيراميك من بوليمرات ما قبل السيراميك". التصنيع المضاف . 27 : 80 – 90. أرخايف : 1905.02060 . دوى : 10.1016/j.addma.2019.02.012 . S2CID 104470679 . 
  13. ↑ ميلز، بنجامين؛ جرانت-جاكوب، جيمس أ؛ فيناوجل، ماتياس؛ إيسون، روبرت و (17 يونيو 2013). "بلمرة متعددة الفوتونات بنبضة واحدة للهياكل المعقدة باستخدام جهاز مرايا رقمية متعددة" (ملف PDF) . مجلة أوبتكس إكسبرس . 21 (12): 14853-14858 . رمز Bibcode : 2013OExpr..2114853M . doi : 10.1364/oe.21.014853 . ISSN 1094-4087 . PMID 23787672 .