الشمع

بالميتات السيتيل ، وهو إستر شمعي نموذجي
أساسات قرص العسل التجارية ، مصنوعة عن طريق ضغط شمع العسل بين بكرات معدنية منقوشة

الشموع فئة متنوعة من المركبات العضوية ، وهي مواد صلبة محبة للدهون قابلة للتشكيل عند درجات حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة. تشمل هذه الشموع الألكانات العليا والدهون ، وعادةً ما تكون درجة انصهارها أعلى من 40 درجة مئوية (104 درجة فهرنهايت)، حيث تنصهر لتُعطي سوائل منخفضة اللزوجة . الشموع غير قابلة للذوبان في الماء ، ولكنها قابلة للذوبان في المذيبات العضوية غير القطبية مثل الهكسان والبنزين والكلوروفورم . تُنتج النباتات والحيوانات أنواعًا مختلفة من الشموع الطبيعية، كما توجد في البترول .  

كيمياء

شمع سيرولين للأرضيات والأثاث، النصف الأول من القرن العشرين. من مجموعة متحف الأشياء .

الشموع مركبات عضوية تتكون عادةً من سلاسل ألكيل أليفاتية طويلة، مع إمكانية وجود مركبات عطرية أيضًا. قد تحتوي الشموع الطبيعية على روابط غير مشبعة، وتضم مجموعات وظيفية متنوعة مثل الأحماض الدهنية ، والكحولات الأولية والثانوية ، والكيتونات ، والألدهيدات، وإسترات الأحماض الدهنية . أما الشموع الاصطناعية، فتتكون غالبًا من سلاسل متجانسة من الهيدروكربونات الأليفاتية طويلة السلسلة ( الألكانات أو البارافينات) التي تفتقر إلى المجموعات الوظيفية . [ 1 ]

الشموع النباتية والحيوانية

تُصنّع الشموع بواسطة كل من النباتات والحيوانات. تتكون الشموع ذات الأصل الحيواني عادةً من إسترات شمعية مشتقة من مجموعة متنوعة من الأحماض الدهنية والكحولات الكربوكسيلية. أما في الشموع ذات الأصل النباتي، فقد تسود مخاليط مميزة من الهيدروكربونات غير المؤسترة على الإسترات. [ 2 ] ويعتمد التركيب ليس فقط على نوع الكائن الحي، بل أيضاً على موقعه الجغرافي.

شمع الحيوانات

يُعدّ شمع العسل أشهر أنواع الشمع الحيواني ، ويُستخدم في بناء خلايا النحل، لكن الحشرات الأخرى تُفرز أنواعًا أخرى من الشمع أيضًا. أحد المكونات الرئيسية لشمع العسل هو بالميتات الميريسيل، وهو إستر من الترياكونتانول وحمض البالميتيك . تبلغ درجة انصهاره 62-65 درجة مئوية (144-149 درجة فهرنهايت) . يوجد شمع العنبر بكميات كبيرة في زيت رأس حوت العنبر . أحد مكوناته الرئيسية هو بالميتات السيتيل ، وهو إستر آخر من حمض دهني وكحول دهني . اللانولين هو شمع يُستخرج من الصوف، ويتكون من إسترات الستيرولات . [ 1 ]  

الشموع النباتية

تُفرز النباتات الشموع داخل وعلى سطح طبقة الكيوتيكل كوسيلة للتحكم في التبخر والترطيب. [ 3 ] تتكون الشموع فوق الكيوتيكل في النباتات من خليط من الهيدروكربونات الأليفاتية طويلة السلسلة المُستبدلة، والتي تحتوي على الألكانات، وإسترات الألكيل، والأحماض الدهنية، والكحولات الأولية والثانوية، والديولات ، والكيتونات، والألدهيدات. [ 2 ] من الناحية التجارية، يُعد شمع الكرنوبا أهم أنواع الشموع النباتية ، وهو شمع صلب يُستخرج من نخيل الكوبرنيسيا برونيفيرا البرازيلي . يحتوي هذا الشمع على إستر ميريسيل سيروتات، وله استخدامات عديدة تشمل طلاء الحلويات وغيرها من المواد الغذائية، وتلميع السيارات والأثاث، وطلاء خيوط تنظيف الأسنان، وشمع ألواح التزلج على الماء . تشمل أنواع الشموع النباتية الأخرى الأكثر تخصصًا زيت الجوجوبا ، وشمع الكانديليلا ، وشمع الأوريكوري .

الشموع النباتية والحيوانية المعدلة

يمكن إخضاع الشموع أو الزيوت النباتية والحيوانية لتعديلات كيميائية انتقائية لإنتاج شموع ذات خصائص أفضل من تلك المتوفرة في المادة الأولية غير المعدلة. [ 4 ] يعتمد هذا النهج على أساليب الكيمياء الخضراء، بما في ذلك تفاعل تبادل الأوليفينات والتفاعلات الإنزيمية، ويمكن استخدامه لإنتاج الشموع من مواد أولية رخيصة الثمن مثل الزيوت النباتية. [ 5 ] [ 6 ]

الشموع المشتقة من البترول

على الرغم من احتواء العديد من الشموع الطبيعية على إسترات، فإن شموع البارافين هي هيدروكربونات، وهي عبارة عن مخاليط من الألكانات، عادةً ما تكون متجانسة في أطوال سلاسلها. تمثل هذه المواد جزءًا كبيرًا من البترول، وتُكرر بالتقطير الفراغي . تتكون شموع البارافين من مخاليط من الألكانات المشبعة العادية والمتفرعة ، والنفثينات ، والمركبات العطرية المستبدلة بالألكيل والنفثين. يتألف التركيب الكيميائي النموذجي لشمع البارافين الألكاني من هيدروكربونات ذات الصيغة العامة CₙH₂ₙ₊₂ ، مثل الهنترياكونتان ، C₃₁H₆₄ . تؤثر درجة التفرع بشكل كبير على الخصائص. يُعد الشمع الميكروكريستالي نوعًا أقل إنتاجًا من الشموع البترولية ، ويحتوي على نسبة أعلى من الهيدروكربونات المتفرعة (المتفرعة) والهيدروكربونات النفثينية .

تُنتج ملايين الأطنان من شمع البارافين سنوياً. ويُستخدم في الأطعمة (مثل العلكة وتغليف الجبن)، وفي الشموع ومستحضرات التجميل، وكطلاءات مانعة للالتصاق ومقاومة للماء، وفي مواد التلميع.

شمع مونتان

شمع مونتان هو شمع متحجر يُستخرج من الفحم والليغنيت . [ 7 ] وهو شديد الصلابة، مما يعكس التركيز العالي للأحماض الدهنية المشبعة والكحولات. على الرغم من لونه البني الداكن ورائحته النفاذة، إلا أنه يمكن تنقيته وتبييضه لإنتاج منتجات ذات فائدة تجارية.

اعتبارًا من عام 1995تم استهلاك حوالي 200 مليون كيلوغرام من شمع البولي إيثيلين سنوياً. [ 3 ]

يتم تصنيع شمع البولي إيثيلين بإحدى الطرق الثلاث التالية:

  1. البلمرة المباشرة للإيثيلين، والتي قد تشمل المونومرات المشتركة؛
  2. التحلل الحراري لراتنج البولي إيثيلين ذي الوزن الجزيئي العالي؛
  3. استخلاص الكسور ذات الوزن الجزيئي المنخفض من إنتاج الراتنج ذي الوزن الجزيئي العالي.

تُنتج كل تقنية إنتاج منتجات ذات خصائص مختلفة قليلاً. ومن أهم خصائص شمع البولي إيثيلين ذي الوزن الجزيئي المنخفض: اللزوجة، والكثافة، ونقطة الانصهار.

تحتوي شموع البولي إيثيلين المُنتجة عن طريق التحلل أو الاستخلاص من تيارات راتنج البولي إيثيلين على مواد ذات وزن جزيئي منخفض للغاية، يجب إزالتها لمنع التبخر ومخاطر الحريق المحتملة أثناء الاستخدام. عادةً ما تُزال من شموع البولي إيثيلين المُصنّعة بهذه الطريقة أجزاء ذات وزن جزيئي منخفض للحصول على نقطة وميض أعلى من 260  درجة مئوية (500  درجة فهرنهايت). تُنتج العديد من مصانع راتنج البولي إيثيلين تيارًا ذا وزن جزيئي منخفض يُشار إليه غالبًا باسم شمع البوليمر المنخفض (LPW). يكون شمع البوليمر المنخفض غير مُكرر ويحتوي على قليل الوحدات المتطايرة، ومحفزات أكالة، وقد يحتوي على مواد غريبة أخرى وماء. تتضمن عملية تكرير شمع البولي إيثيلين المنخفض لإنتاج شمع البولي إيثيلين إزالة قليل الوحدات والمحفزات الخطرة. يُعد التكرير السليم لشمع البولي إيثيلين المنخفض لإنتاج شمع البولي إيثيلين بالغ الأهمية، خاصةً عند استخدامه في التطبيقات التي تتطلب شهادة من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) أو غيرها من الهيئات التنظيمية.

الاستخدامات

تُستخدم الشموع بشكل رئيسي في الصناعة كمكونات في تركيبات معقدة، وغالبًا في الطلاءات. ويُستخدم شمع البولي إيثيلين وشمع البولي بروبيلين بشكل أساسي في تركيب ملونات البلاستيك . تُضفي الشموع تأثيرات غير لامعة (أي تُعطي تشطيبات غير لامعة) ومقاومة للتآكل على الدهانات. يُضاف شمع البولي إيثيلين إلى الأحبار على شكل معلقات لتقليل الاحتكاك. كما يُستخدم كعوامل فصل ، وكعوامل مانعة للانزلاق في الأثاث، ويُضفي مقاومة للتآكل. [ 3 ]

العصور القديمة

يمكن استخدام الشمع لصنع التماثيل الصغيرة ، والدمى ، [ 8 ] ورؤوس الدمى ، [ 9 ] والمنحوتات الشمعية ، وما إلى ذلك. يعرض قسم الآثار المصرية في متحف اللوفر العديد من التماثيل البشرية أو الحيوانية أو الإلهية، والمومياوات الزائفة (E 21) بالإضافة إلى قوالب التماثيل الشمعية (N 1557)؛ وتمثال سحري يصور كلبًا يلتهم رجلاً (E 27079)؛ ولوح شمعي (E 10498) يُعرف باسم "دفتر بابنوتيون"، مغطى بالشمع ويستخدم كلوح للكتابة ( MND 552)، وما إلى ذلك.

الشموع

شمعة شمعية

تُستخدم الشموع ، التي تُستخدم للإضاءة والزينة، في صناعة الشموع باستخدام أنواع مختلفة من الشموع، مثل شمع البارافين وشمع العسل ، والدهون الصلبة مثل شحم البقر . كما يُستخدم فول الصويا كوقود في صناعة الشموع ، حيث يُصنع شمع الصويا من خلال عملية الهدرجة باستخدام زيت فول الصويا.

منتجات خشبية

تُستخدم الشموع كطبقات نهائية وطلاءات للمنتجات الخشبية. [ 10 ] ويُستخدم شمع العسل بشكل متكرر كمادة تشحيم على مجاري الأدراج حيث يحدث احتكاك بين الخشب والخشب.

استخدامات أخرى

طبقة من الشمع تجعل هذا القنب المانيلا مقاومًا للماء.
مصباح الحمم البركانية هو قطعة فنية مبتكرة تحتوي على شمع يتم إذابته من الأسفل بواسطة مصباح. يرتفع الشمع وينخفض ​​على شكل كتل منصهرة مزخرفة.

استُخدم الشمع لختم الوثائق المهمة في العصور الوسطى . كما استُخدمت ألواح الشمع كسطح للكتابة. تعددت أنواع الشمع في تلك الحقبة، منها أربعة أنواع رئيسية ( الراغوزي ، والجبل الأسود ، والبيزنطي ، والبلغاري )، بالإضافة إلى أنواع الشمع "العادية" من إسبانيا وبولندا وريغا ، والشمع الخام، والشمع الملون (الأحمر والأبيض والأخضر). [ 11 ] [ 12 ] يُستخدم الشمع في صناعة الورق المشمع ، وتشريب وتغليف الورق والكرتون لجعله مقاومًا للماء أو البقع، أو لتعديل خصائص سطحه. كما يُستخدم في تلميع الأحذية والخشب والسيارات ، وكعامل فصل في صناعة القوالب ، وكطلاء للعديد من أنواع الجبن ، ولجعل الجلود والأقمشة مقاومة للماء . وقد استُخدم الشمع منذ القدم كنموذج مؤقت قابل للإزالة في صب الذهب والفضة وغيرها من المواد بتقنية الشمع المفقود .

استُخدم الشمع الملون بألوان زاهية كوسيط في الرسم بالشمع ، ويُستخدم اليوم في صناعة أقلام التلوين وأقلام التحديد وأقلام الرصاص الملونة . أما ورق الكربون ، المستخدم في نسخ المستندات المطبوعة، فكان يُغطى بالكربون الأسود المُعلق في الشمع، وخاصة شمع مونتان ، ولكنه استُبدل إلى حد كبير بآلات التصوير والطابعات الحاسوبية . وفي سياق آخر، يُعد أحمر الشفاه والماسكارا مزيجًا من دهون وشموع مختلفة مُلونة بأصباغ، كما يُستخدم كل من شمع العسل واللانولين في مستحضرات تجميل أخرى . ويُستخدم شمع التزلج في التزلج على الجليد والتزلج على الألواح . كذلك، غالبًا ما تستخدم رياضتا ركوب الأمواج والتزلج على الألواح [ 13 ] الشمع لتحسين الأداء.

تُعتبر بعض أنواع الشمع آمنة للاستخدام مع الطعام، وتُستخدم لتغطية ألواح التقطيع الخشبية وغيرها من الأدوات التي تلامس الطعام. ويُستخدم شمع العسل أو الشمع الصناعي الملون لتزيين بيض عيد الفصح في رومانيا وأوكرانيا وبولندا وليتوانيا وجمهورية التشيك. أما شمع البارافين فيُستخدم في صناعة الحلويات المغطاة بالشوكولاتة.

يُستخدم الشمع أيضاً في صناعة الرصاصات الشمعية ، والتي تُستخدم كأدوات مساعدة للمحاكاة، وفي نحت الشمع .

أمثلة محددة

شمع الحيوانات

الشموع النباتية

الشموع المعدنية

شمع البترول

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 فيلهلم ريمنشنايدر1 وهيرمان م. بولت (2005). "الإسترات العضوية". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . وايلي-في سي إتش، فاينهايم. doi : 10.1002/14356007.a09_565.pub2 .
  2. 1 2 إي. أ. بيكر (1982) كيمياء ومورفولوجيا الشموع فوق البشرة النباتية. في كتاب بشرة النبات. تحرير د. ف. كاتلر، ك. ل. ألفين، س. إي. برايس. دار النشر الأكاديمية. ISBN 0-12-199920-3
  3. 1 2 3 أوي ولفمير، السيد هانز شميدت، فرانز ليو هاينريشس، جورج ميشالشيك، فولفغانغ باير، ولفرام ديتشي، كلاوس بوهلك، جيرد هونر، جوزيف ويلدجروبر "الشموع" في موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية، وايلي-في سي إتش، فاينهايم، 2002. doi : 10.1002/14356007.a28_103 .
  4. فلوروس، مايكل سي؛ راغونانان، لاتشمي؛ نارين، سوريش إس. (2016-11-01). "مجموعة أدوات لتوصيف الشموع الحيوية". المجلة الأوروبية لعلوم وتكنولوجيا الدهون . 119 (6) 1600360: غير متوفر. doi : 10.1002/ejlt.201600360 . ISSN 1438-9312 . 
  5. شرودي، يان؛ أونغ، ثاي؛ فارغاس، أنجيل؛ مكرتوميان، غاريك؛ لي، تشون وو؛ شامبين، تيموثي م.؛ بيدرسون، ريتشارد ل.؛ هونغ، سون هيوك (2008-08-01). "محفزات تبادل الأوليفينات الروثينيومية لتحلل الإيثين للمواد الأولية المتجددة". CLEAN – التربة، الهواء، الماء . 36 (8): 669–673 . Bibcode : 2008CSAW...36..669S . doi : 10.1002/clen.200800088 . ISSN 1863-0669 . 
  6. بيترسون، آنا إي في؛ غوستافسون، ليندا إم؛ نوردبلاد، ماتياس؛ بورجيسون، بال؛ ماتياسون، بو؛ أدلركرتز، باتريك (17 نوفمبر 2005). "إسترات الشمع المنتجة بالتخليق الإنزيمي الخالي من المذيبات والموفر للطاقة، ومدى ملاءمتها كطلاءات للخشب" . الكيمياء الخضراء . 7 (12): 837. doi : 10.1039/b510815b . ISSN 1463-9270 . مؤرشف من الأصل في 9 ديسمبر 2019. تم الاطلاع عليه في 6 ديسمبر 2016 . 
  7. إيفانوفسكي، ليو (1952). كيمياء وتكنولوجيا الشمع .
  8. دمى مثل دمى الشمع الصغيرة لبيت الدمى المصنوعة لبيترونيلا دونوا (مجهولة، حوالي عام 1676) في متحف ريكز، BK-14656:
  9. ^ مرسيليا : موسيم، Ph.1944.129.61.
  10. "معجون شمع مينواكس® للتشطيب | منتجات متخصصة" . Minwax.com. 31 يناير 2012. مؤرشف من الأصل بتاريخ 5 نوفمبر 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 ديسمبر 2012 .
  11. الفنون العقلانية للحياة: مؤتمر روث وكلارنس كينيدي في عصر النهضة، 1982، صفحة 187، دراسات في التاريخ، رقم 50، أليستير كاميرون كرومبي، نانسي جي. سيرايسي، قسم التاريخ في كلية سميث، 1987.
  12. كوزمان، مادلين بيلنر؛ جونز، ليندا غيل (2008). دليل الحياة في العالم القروسطي . المجلد 2. حقائق على الملف، إنفوبيس للنشر. ص 202. ISBN   978-0-8160-4887-8. LCCN 2007000887 . OCLC 77830539 . OL 11359718M .   
  13. راسل (28 يوليو 2021). "كيفية صنع شمع التزلج: دليل منزلي" . www.blackspell.co.uk . تاريخ الاسترجاع: 22 سبتمبر 2021 .