المواد البلاستيكية والبوليمرات

إذا كنت تبحث عن المعلومات الأساسية عن المواد البلاستيكية ، فهذا هو المكان المناسب للعثور عليها.

هنا سوف تتعرف على تعريف وخصائص البوليمرات ، اسماء آخرى للمواد البلاستيكية

. أبسط تعريف للبوليمر هو مادة كيميائية مفيدة مصنوعة من العديد من وحدات المتكرره . يمكن أن يكون البوليمر شبكة ثلاثية الأبعاد (فكر في وحدات التكرار المرتبطة ببعضها البعض اليسار واليمين ، الأمامي والخلفي ، لأعلى ولأسفل) أو شبكة ثنائية الأبعاد (فكر في وحدات التكرار المرتبطة ببعضها البعض اليسار واليمين وأعلى وأسفل في ورقة) أو شبكة ذات بعد واحد (فكر في وحدات التكرار المرتبطة اليسار واليمين في سلسلة). كل وحدة مكررة هي الوحدة "الأساسية" أو "الأساسية" مع "بولي مير" مما يعني العديد من وحدات التكرار.

 غالبًا ما تصنع وحدات التكرار من الكربون والهيدروجين وأحيانًا الأكسجين والنيتروجين والكبريت والكلور والفلور والفوسفور والسيليكون. لجعل السلسلة ، يتم ربط العديد من الروابط أو "mers" كيميائيا أو بلمرتها معا. ربط شرائط لا حصر لها من ورق البناء معًا لإنشاء أكاليل ورق أو ربط مئات مقاطع الورق لتشكيل سلاسل أو حبات التوتير تساعد على تصور البوليمرات. البوليمرات تحدث في الطبيعة ويمكن صنعها لتلبية الاحتياجات المحددة. يمكن أن تكون البوليمرات المصنعة شبكات ثلاثية الأبعاد لا تذوب بمجرد تكوينها. تسمى هذه الشبكات بوليمرات THERMOSET. راتنجات الايبوكسي المستخدمة في مواد لاصقة ثنائية الجزء عبارة عن لدائن حرارية. يمكن أن تكون البوليمرات المصنعة سلاسل أحادية البعد يمكن إذابتها. هذه السلاسل هي بوليمرات حرارية وتسمى أيضًا بوليميرات LINEAR. الزجاجات البلاستيكية والأفلام والأكواب والألياف عبارة عن لدائن حرارية بلاستيكية.

البوليمرات كثيرة في الطبيعة. البوليمرات الطبيعية المطلقة هي حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) وحمض الريبونوكلي (RNA) اللذين يحددان الحياة. حرير العنكبوت والشعر والقرن عبارة عن بوليمرات بروتينية. النشا يمكن أن يكون البوليمر كما هو السليلوز في الخشب. تم استخدام مطاط الشجر المطاطي والسليلوز كمادة خام لصناعة المطاط والبوليمرات المصنعة. أول منتج من البلاستيك الصناعي كان Bakelite ، تم إنشاؤه عام 1909 لغلاف الهاتف والمكونات الكهربائية. أول ألياف بوليمرية مصنعة كانت Rayon ، من السليلوز ، في عام 1910. تم اختراع النايلون في عام 1935 بينما كان يبحث عن حرير عنكبوت صناعي.

هيكل البوليمرات

 تتكون العديد من الطبقات الشائعة من البوليمرات من الهيدروكربونات ومركبات الكربون والهيدروجين. تصنع هذه البوليمرات على وجه التحديد من ذرات الكربون المرتبطة ببعضها البعض ، واحدة إلى أخرى ، في سلاسل طويلة تسمى العمود الفقري للبوليمر. نظرًا لطبيعة الكربون ، يمكن ربط ذرة واحدة أو أكثر بكل ذرة كربون في العمود الفقري. هناك البوليمرات التي تحتوي على ذرات الكربون والهيدروجين فقط. أمثلة على هذه المواد هي البولي إيثيلين والبولي بروبيلين والبولي بوتيلين والبوليسترين والبولي إيثيلين. يحتوي كلوريد البوليفينيل(PVC) على الكلور المتصل بالعمود الفقري لجميع الكربون. يحتوي تفلون على الفلور المتصل بالعمود الفقري لجميع الكربون.

البوليمرات المصنعة الأخرى الشائعة لها أعمدة أساسية تتضمن عناصر أخرى غير الكربون. تحتوي النايلون على ذرات النيتروجين في العمود الفقري لوحدة التكرار. تحتوي بوليستر والبولي كربونات على أكسجين في العمود الفقري. هناك أيضًا بعض البوليمرات التي ، بدلاً من وجود عمود الكربون ، تحتوي على السيليكون أو العمود الفقري الفوسفوري. وتعتبر هذه البوليمرات غير العضوية. واحدة من أكثر البوليمرات القائمة على السيليكون شهرة هي المعجون السيلكوني  (Silly Putty)

الترتيب الجزيئي للبوليمرات

فكر في كيفية ظهور المعكرونة السباغيتي على طبق. هذه تشبه الطريقة التي يمكن بها ترتيب البوليمرات الخطية إذا كانت تفتقر إلى ترتيب معين ، أو غير متبلور. يمكن أن يؤدي التحكم في عملية البلمرة وترميد البوليمرات المنصهرة إلى تنظيم غير متبلور. أي ترتيب أو شكل بعيد المدى تقوم فيه سلاسل البوليمر بترتيب نفسها. البوليمرات غير المتبلورة شفافة بشكل عام. هذه سمة مهمة للعديد من التطبيقات مثل غلاف الطعام والنوافذ البلاستيكية وعدسات المصباح والعدسات اللاصقة.

من الواضح أن جميع البوليمرات ليست شفافة. قد تكون سلاسل البوليمر في الكائنات الشفافة وغير الشفافة في ترتيب بلوري. بحكم التعريف ، يكون للترتيب البلوري ذرات أو أيونات ، أو في هذه الحالة ، جزيئات مرتبة في أنماط مميزة. تفكر بشكل عام في الهياكل البلورية في ملح الطعام والأحجار الكريمة ، ولكن يمكن أن تحدث في البلاستيك. تمامًا كما يمكن أن ينتج عن التبريد ترتيبات غير متبلورة ، فإن المعالجة يمكن أن تتحكم في درجة التبلور بالنسبة لتلك البوليمرات القادرة على التبلور. تم تصميم بعض البوليمرات بحيث لا تكون قادرة على التبلور. تم تصميم الآخرين لتكون قادرة على تبلور. كلما زادت درجة التبلور ، بشكل عام ، يمكن أن يمر ضوء أقل عبر البوليمر. لذلك ، يمكن أن تتأثر درجة شفافية أو عتامة البوليمر مباشرة بالبلوره. البلورة تخلق فوائد في القوة ، وصلابة ، المقاومة الكيميائية ، والاستقرار.

يقوم العلماء والمهندسون دائمًا بإنتاج المزيد من المواد المفيدة عن طريق معالجة التركيب الجزيئي الذي يؤثر على البوليمر النهائي المنتج. يقوم المصنعون والمعالجات بإدخال مواد حشو مختلفة ، وتعزيزات وإضافات في البوليمرات الأساسية ، مما يوسع من إمكانيات المنتج.

خصائص البوليمرات

غالبية البوليمرات المصنعة هي حرارية ، مما يعني أنه بمجرد تكوين البوليمر يمكن تسخينها وإصلاحها مرارًا وتكرارًا. تتيح هذه الخاصية معالجة سهلة وتسهيل إعادة التدوير.

المجموعة الأخرى ، بالحرارة ، لا يمكن إعادة صهرها. بمجرد تشكيل هذه البوليمرات ، سوف يتسبب التسخين في أن تتحلل المادة في نهاية المطاف ، ولكن لن تذوب.

كل البوليمر له خصائص مميزة للغاية ، ولكن معظم البوليمرات لها الصفات العامة التالية.

1.      يمكن أن تكون البوليمرات شديدة المقاومة للمواد الكيميائية. ضع في اعتبارك جميع سوائل التنظيف في منزلك والتي تم تعبئتها بالبلاستيك. إن قراءة ملصقات التحذير التي تصف ما يحدث عندما تتلامس المادة الكيميائية مع الجلد أو العينين أو يتم تناولها ستؤكد على الحاجة إلى المقاومة الكيميائية في العبوات البلاستيكية. بينما تقوم المذيبات بحل بعض المواد البلاستيكية بسهولة ، إلا أن المواد البلاستيكية الأخرى توفر عبوات آمنة وغير قابلة للكسر للمذيبات القوية . 
2.   يمكن أن تكون البوليمرات عوازل حرارية وكهربائية. إن السير في منزلك سيعزز هذا المفهوم ، حيث تفكر في جميع الأجهزة والأسلاك والمآخذ الكهربائية والأسلاك المصنوعة أو المغطاة بمواد بوليمرية. المقاومة الحرارية واضحة في المطبخ مع مقابض القدور والمقلاة المصنوعة من البوليمرات ، ومقابض قدور القهوة ، واللبن الاساسي للثلاجات والمجمدات ، والأكواب المعزولة ، والمبردات ، وأدوات الطهي بالميكروويف. الملابس الداخلية الحرارية التي يرتديها الكثير من المتزلجين مصنوعة من مادة البولي بروبيلين وألياف الملء في السترات الشتوية من الأكريليك والبوليستر.
3.      بشكل عام ، تكون البوليمرات خفيفة الوزن للغاية مع درجات عالية من القوة. النظر في مجموعة من التطبيقات ، من اللعب إلى هيكل الإطار للمحطات الفضائية ، أو من ألياف النايلون الحساسة في جوارب طويلة إلى كيفلر ، والذي يستخدم في سترات واقية من الرصاص. تطفو بعض البوليمرات في الماء بينما تغرق أخرى. ولكن ، مقارنة بكثافة الحجر أو الخرسانة أو الصلب أو النحاس أو الألومنيوم ، فإن جميع المواد البلاستيكية عبارة عن مواد خفيفة الوزن.
4.    يمكن معالجة البوليمرات بطرق مختلفة. ينتج ألياف رقيقة أو مواسير ثقيلة أو أغشية أو زجاجات طعام. حقن صب يمكن أن تنتج أجزاء معقدة للغاية أو لوحات كبيرة جسم السيارة. يمكن تشكيل البلاستيك في براميل أو خلطه بالمذيبات ليصبح مواد لاصقة أو دهانات. المطاط الصناعي وبعض المواد البلاستيكية تمتد ومرنة للغاية. يتم تمديد بعض المواد البلاستيكية في عملية لتكسب شكلها ، مثل زجاجات المشروبات الغازية. يمكن أن تكون رغوة البوليمرات الأخرى مثل البوليسترين (الستايروفوم) والبولي يوريثان والبولي إيثيلين.
5.   البوليمرات هي مواد ذات مجموعة لا حدود لها على ما يبدو من الخصائص والألوان. البوليمرات لها العديد من الخصائص المتأصلة التي يمكن تعزيزها من خلال مجموعة واسعة من المواد المضافة لتوسيع استخداماتها وتطبيقاتها. يمكن صنع البوليمرات لتقليد ألياف القطن والحرير والصوف ؛ الخزف والرخام. والألومنيوم والزنك. يمكن أن تصنع البوليمرات أيضًا المنتجات الممكنة التي لا تأتي بسهولة من العالم الطبيعي ، مثل الأوراق الواضحة والأفلام المرنة.
6.   عادة ما تصنع البوليمرات من النفط ، ولكن ليس دائمًا. تتكون العديد من البوليمرات من وحدات التكرار المشتقة من الغاز الطبيعي أو الفحم أو النفط الخام. ولكن في بعض الأحيان يمكن تصنيع وحدات تكرار الكتل البرمجية الإنشائية من مواد قابلة للتجديد مثل حامضpolylactic من الذرة أو السليلوزيات من بطانات القطن. تم صناعة بعض المواد البلاستيكية دائمًا من مواد متجددة مثل خلات السليلوز المستخدمة في مقابض مفك البراغي وشريط الهدايا. عندما يمكن تصنيع اللبنات الأساسية من مواد قابلة للتجديد بشكل اقتصادي أكثر من الوقود الأحفوري ، فإن المواد البلاستيكية القديمة تجد مواد خام جديدة أو مواد بلاستيكية جديدة.
7.   يمكن استخدام البوليمرات لصنع عناصر لا تحتوي على بدائل من مواد أخرى. يمكن تحويل البوليمرات إلى أفلام واضحة ومقاومة للماء. يستخدم PVC لتصنيع الأنابيب الطبية وأكياس الدم التي تطيل العمر الافتراضي للدم ومنتجات الدم. يوفر PVC بأمان الأكسجين القابل للاشتعال في أنابيب مرنة غير قابلة للحرق. ويمكن دمج المواد المضادة للتخثر ، مثل الهيبارين ، في القسطرة البلاستيكية المرنة لجراحة القلب والغسيل الكلوي وجمع الدم. تعتمد العديد من الأجهزة الطبية على البوليمرات للسماح بعمل فعال.

ادارة النفايات الصلبة

في معالجة جميع الصفات المتفوقة للبوليمرات ، من المهم بنفس القدر مناقشة بعض التحديات المرتبطة بالمواد. تتدهور معظم المواد البلاستيكية في ضوء الشمس الكامل ، ولكنها لا تتحلل تمامًا عند دفنها في مقالب القمامة. ومع ذلك ، فإن المواد الأخرى مثل الزجاج أو الورق أو الألمنيوم لا تتحلل بسهولة في مدافن النفايات أيضًا. تتحلل بعض اللدائن الحيوية إلى ثاني أكسيد الكربون والماء ، ولكن في منشآت تسميد النفايات التجارية المصممة خصيصًا فقط. أنها لا تتحلل في ظل ظروف أخرى.

بالنسبة لعام 2005 ، أظهر توصيف EPA للنفايات الصلبة البلدية قبل إعادة التدوير في الولايات المتحدة أن البلاستيك يمثل 11.8 بالمائة

 من النفايات  بالوزن مقارنة بالورق الذي شكل 34.2 بالمائة. شكل الزجاج والمعادن 12.8 في المئة من حيث الوزن. تشكل فضلات الطعام

 11.9 بالمائة من النفايات الصلبة البلدية. 

الخصائص التي تجعل البوليمرات جذابة ومفيدة للغاية ، وأشكال فيزيائية خفيفة الوزن وغير محدودة تقريبًا للعديد من البوليمرات المصممة 

لتوفير مظهر ووظيفة محددة ، تجعل إعادة التدوير بعد الاستهلاك صعبة. عندما يمكن جمع ما يكفي من المواد البلاستيكية المستخدمة معًا ، 

تطور الشركات تكنولوجيا لإعادة تدوير تلك المواد البلاستيكية المستخدمة. معدل إعادة التدوير لجميع المواد البلاستيكية ليست عالية 

كما يريد أي. لكن معدل إعادة التدوير لـ1،170،000،000 رطل من زجاجات البوليستر ، 23.1٪ ، المعاد تدويرها 

في 2005 و 953،000،000 رطل من زجاجات البولي إيثيلين عالية الكثافة ، 28.8٪ ، المعاد تدويرها في عام 2005 تبين أنه

 عند توفر كتلة حرجة من المواد المحددة ، يمكن أن تكون إعادة التدوير هى احد عوامل النجاح التجاري .