البوليمرات

تسمية البوليمرات

تشمل البوليمرات التي تتكوّن من خلال تفاعلات الإضافة البولي بروبين والبوليستيرين. ويتم تسميتها حسب المونومر مع إضافة كلمة «بولي-» (–poly) إلى بداية الكلمة، وهناك بوليمرات أخرى تضم أسماء طويلة جداً، بحيث

يتعذر علينا لفظها. وعلى سبيل التبسيط، تُسمى هذه البوليمرات بالأحرف الأولى من أسمائها، إذ يرمز الـ (PVC) (بي في سي) إلى بولي كلوريد الفينيل. وكلوريد الفينيل هو اسم آخر للكلوروإيثين (C2H3Cl)

تحضير البوليمرات

البوليمرات الاصطناعية هي بوليمرات من صنع الانسان. من وجهة نظر فائدة يمكن تصنيفها إلى أربع فئات رئيسية هي: اللدائن الحرارية، واللدائن الحرارية الصلبة، واللدائن والألياف الاصطناعية. توجد عادة في مجموعة متنوعة من المنتجات الاستهلاكية مثل المال، والغراء، وما إلى ذلك. يتوفر نطاق واسع من البوليمرات الصناعية مع اختلافات في السلسلة الرئيسية اضافة إلى السلسلة الفرعية. الاساس للبوليمرات الصناعية الشائعة مثل البولي ايثيلين تتكون من روابط كربون-كربون، اما البوليمرات غير المتجانسة مثل البلاستيكيات و البولي ايسترات فانها تتكون من عناصر اخرى مثل الاكسجين و النايتروجين اللتي يتم ادخالها إلى الاساس للتركيب. السيليكون ايضا يكون مواد مشابهة من دون الحاجة إلى ذرات كربون مثل وصلات السيليكون و السايلوكساين؛ و بناءا على ذلك تعتبر هذه المركبات غير عضوية. بوليمرات التنسيق ممكن ان تحتوي على بعض الفلزات في تركيبها الاساسي مع روابط غير تشاركية.

تشمل بعض البوليمرات الاصطناعية المنزلية المعروفة: النيلونات في المنسوجات والأقمشة، تفلون في المقالي غير اللاصقة، و Bakelite للمفاتيح الكهربائية، والبولي فينيل كلوريد (PVC) في الأنابيب، الخ. زجاجات PET العامة مصنوعة من البوليمر الاصطناعي، البولي إيثيلين تيريفثاليت. مصنوعة في الغالب من مجموعات بلاستيكية والأغطية من البوليمرات الاصطناعية مثل البوليثين ويتم تصنيع الإطارات من المطاط بونا. [1] ومع ذلك، ونظراً للقضايا البيئية التي تسببها هذه البوليمرات الاصطناعية التي لا يمكن تحللها في الأغلب، وغالباً ما يتم توليفها من البترول، فإنه يجري النظر في بدائل مثل البيوبلاستيك. ولكنها مكلفة عند مقارنتها بالبوليمرات الاصطناعية. [2]

محتويات
1 بوليمرات غير عضوية
2 بوليمرات عضوية
3 أسماء او ماركات تجارية
4 انظر أيضًا
5 المراجع
بوليمرات غير عضوية
بولي سايلوكساين (سيليكون)
بولي فوسفازين
بوليمرات عضوية
بولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE)
بولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)
بولي بروبيلين
كلوريد متعدد الفاينيل
بوليستيرين
نايلون، نايلون 6
متعدد رباعي فلورو الإيثيلين
البولي يوريثين بالحرارة
أسماء او ماركات تجارية
هذه البوليمرات معروفة باسمها التجاري:

الاسم التجاري البوليمرات الخصائص
باكيليت راتنجات الفينول فورمالدهيد مقاومة الحرارة و التيار الكهربائي و الكيميائيات
كيفلار ألياف شبه الأراميد ارتفاع قوة الشد
توارون (نسيج) شبه الأراميد المقاومة و قوة الالياف
نايلون بولي أميد حريري، بالحرارة ومقاومة للعوامل البيولوجية والكيميائية
نومكس Meta-أراميد polymer الخاصية الحرارية والكيميائية ومقاومة الإشعاع، جامد ودائم ومقاومة للحريق.
الياف الاورلون بولي أكريلونيتريل (PAN) يشبه الصوف، ومقاومة للمواد الكيميائية والزيوت والعث وأشعة الشمس
تيكنورا (نسيج) أراميد قوة الشد العالية، مقاومة للتآكل، الحرارة، المواد الكيميائية والمياه المالحة
تيفلون متعدد رباعي فلورو الإيثيلين معامل منخفض جدا للاحتكاك، خصائص عازلة ممتازة، ذوبان عالي، خامل كيميائيا
زايلون (نسيج) زايلون (نسيج) (PBO) قوة الشد عالية جدا والاستقرار الحراري

البوليمرات الشائعة

أنباء وآراء

علم المواد: البوليمرات التخليقية والصلابة الحيوية
تم تخليق بوليمرات شبيهة بالفرشاة بصلابة مشابهة لبوليمرات موجودة بالخلايا الحية، وتستخدم لبناء مواد مستجيبة للضغوط. وهذا يفتح الباب لتطبيقات بمجال المواد الموصلة للعقاقير وهندسة الأنسجة.

مارجريت لايز جاردل
Nature (2013)
doi:10.1038/nature11855
English article
Published online: 6 Mar 2013
يرتكز علم وظائف الأعضاء المتنوع للخلايا والأنسجة على مواد تتكون من جزيئات كبيرة يسمح سلوكها الميكانيكي للكائنات الحية بالسيطرة والحفاظ على شكلها1. وتسمح بنية الأشكال التركيبية (التخليقية) لتلك المواد للخلايا والأنسجة الاصطناعية بالتكوُّن، لكن إعداد مثل تلك المواد يمثل تحديًا كبيرًا منذ فترة طويلة. ومؤخرًا، تمكن كووير وزملاؤه2 من إنتاج أول بوليمرات تخليقية يمكن ضبط صلابتها؛ لتتمكن من محاكاة مدى واسع من نظيراتها البيولوجية. وما أنجزه هؤلاء المؤلفون سيسهل بناء شبكات بوليمرات يمكن ضبطها بدقة عالية، يكون لها سلوك مستجيب للضغوط.

وتمثل البوليمرات التخليقية ـ كالبولي إيثيلين والنايلون والسيليكون ـ فئة مهمة من مواد القرن العشرين التي لقيت تطبيقات متنوعة كالطلاء والمواد اللاصقة والألياف واللدائن (البلاستيك)، لكن جزيئات ذلك البوليمر يقترب سلوكها من الاسباجيتي المطبوخة، بسبب قلة صلابتها بامتداد طولها. وتعود مرونتها بالكامل إلى عشوائية ترتيب سلاسل البوليمر بسبب الطاقة الحرارية، أي الطاقة المتاحة للتأثير على الجزيئات عند درجة حرارة الجو المحيط.

وتختلف البوليمرات الحيوية المتكوّنة من الأحماض الأمينية أو الأحماض النووية كليًّا. فهذه المواد شائعة في الطبيعة، وتشمل الحمض النووي (DNA)، وبروتينات الهيكل الخلوي الخيطية كشعيرات الأكتين والشعيرات الأنبوبية الدقيقة والخيوط الوسيطة، وجزيئات السقالات الحاملة والنسيج الغشائي خارج الخلية، كالكولّاجِن والفِبرين (fibrin). والبوليمرات الحيوية أكثر صلابة بكثير من البوليمرات الكيميائية، ولذلك فهي مشابهة للاسباجيتي المطبوخة جزئيًّا. ونظرًا إلى صلابتها العالية، فإن الطاقة اللازمة لِلَيّ البوليمرات الحيوية يمكن مقارنتها بتلك المتاحة من خلال الطاقة الحرارية، بحيث يكون طَيُّها أقل من البوليمرات التخليقية عند درجة حرارة الوسط المحيط. وتلك الصلابة الكامنة تجعل السلوك الميكانيكي للبوليمرات الحيوية في معظم نطاقها النوعي مختلفًا عن السلوك الميكانيكي الخاص بالبوليمرات التخليقية3.

اكتشف الباحثون أن بوليمرات بيبتايد أيسوسيانو المتعدد (polyisocyanopeptide) مطعمة بسلاسل الجانب المرن من بوليمر مختلف، لتعمل كمحاكيات لبنية بروتينية تُعرف بصفيحة بيتا (β-sheet)، ويتجمع ذاتيًّا في بنى حلزونية مشابهة لتلك المكونة من جزيء الحمض النووي وشعيرات الأكتين. إضافة إلى ذلك.. يشير المؤلفون إلى أن البوليمرات تتكتل إلى حزم عند تسخينها في محلول (الشكل 1)، وتكون تلك الحزم مشابهة للحزم المتكونة بالكولاجن والفِبرين.

ويعتبر طول أو امتداد المادة أحد طرق تمييز صلابتها: فكلما طال امتداد البوليمر، زادت صلابته. ويتراوح ثبات طول البوليمرات الحيوية ما بين 100 نانومتر للشفرة الوراثية إلى ملّيمتر واحد للأنابيب الدقيقة (microtubules)، ومن خلال المقارنة، يبلغ الطول الثابت المؤثر للبوليمر التخليقي المرن حوالي 0.1 مليمتر. وعندما ميز المؤلفون الخواص الميكانيكية للبوليمرات الخاصة بهم باستخدام تقنيات التحليل الطيفي بالقوة (force-spectroscopy techniques) وجدوا أن سلاسل البوليمرات المفردة لها طول ثابت قابل للقياس يبلغ 500 نانومتر. وجدوا أيضًا أنها تزداد إلى حزم أكبر، متسقةً مع مفهوم ارتباط الصلابة بقطر الحزمة. واعتبر كووير وزملاؤه أن تلك المواد تمثل أول بوليمرات تخليقية شبه مرنة تمتلك أطوالًا ثابتة قابلة للضبط، وبذلك قد تستخدم ككتل بناء لمواد المحاكاة الحيوية.

وإحدى أهم نتائج زيادة صلابة البوليمر هي تبديل الاستجابة الميكانيكية الخاصة بشبكات البوليمر المترابطة. وتوصف الصلابة الميكانيكية للمادة عن طريق عامل المرونة. وبالنسبة لشبكات البوليمرات المرنة (كالمطاط)، يعتمد معامل المرونة بطريقة ضعيفة على كثافة البوليمرات أو الروابط العابرة. وبالعكس، يعتمد معامل المرونة في شبكات البوليمرات شبه المرنة بقوة أكبر على تلك العوامل3.

ومن الصفات الأخرى المميزة لشبكات البوليمرات شبه المرنة أنها تستجيب للإجهاد بطريقة غير خطيّة غالبًا3. تتمدد المواد البوليمرية التقليدية بتأثير زيادة الأحمال حتى الكسر. ومع ذلك.. تتيبس شبكات البوليمرات شبه المرنة مع زيادة الحِمل ويزداد معامل المرونة بطريقة درامية عند قيمة انفعال حرجة. وتمثل هاتان الخاصيتان المميزتان للشبكات شبه المرنة حالة نموذجية للبوليمرات الحيوية، وهي موجودة كذلك ببوليمرات كووير وزملائه التخليقية.

ونظرًا لميكانيكيتها غير المعتادة، تعتبر تلك المواد عالية الاستجابة للإجهاد الواقع عليها: فكلما ازداد الإجهاد، ازداد معامل المرونة؛ لتقليل تغيرات التشوه. وهذا يقتضي أن المواد ستحافظ على شكلها عند التعرض لنطاق واسع من الإجهادات الواقعة عليها خارجيًّا، بل إن صلابة البوليمرات القابلة بشدة للضبط يمكن استخدامها لصناعة مواد بنطاق واسع من الصلابة.

<p><b>الشكل 1 | تحزيم الألياف.</b> قام كووير وزملاؤه^{<a href=”#ref2″>2</a>}&nbsp;بتخليق أول بوليمر تخليقي يمتلك صلابة مشابهة لتلك التي لدى البوليمرات الحيوية كجزيء الحمض النووي. سلاسل مُفردة من البوليمرات (<b>أ</b>) تٌكوِّن حزمًا (<b>ب</b>) عند تسخينها في محلول. تشابه البوليمرات تلك التي وُجدت في الخيوط الوسيطة (<b>ج</b>) داخل الخلايا: <b>أ</b>، <b>ب</b>، 250 نانومترًا ؛ <b>ج</b>، 85 ميكرومترًا.</p>
الشكل 1 | تحزيم الألياف. قام كووير وزملاؤه2 بتخليق أول بوليمر تخليقي يمتلك صلابة مشابهة لتلك التي لدى البوليمرات الحيوية كجزيء الحمض النووي. سلاسل مُفردة من البوليمرات (أ) تٌكوِّن حزمًا (ب) عند تسخينها في محلول. تشابه البوليمرات تلك التي وُجدت في الخيوط الوسيطة (ج) داخل الخلايا: أ، ب، 250 نانومترًا ؛ ج، 85 ميكرومترًا.

كبر الصورة
وتحاكي بوليمرات كووير وزملائه بشكل وثيق تلك الموجودة في الخيوط الوسيطة (الشكل 1)، وهي فئة بوليمرات داخل الخلايا ضرورية لالتصاق وارتحال الخلايا والحفاظ على شكل الخلية4. وسيكون من المثير الوقوف على ما إذا كان منهج الباحثين أم المناهج الأخرى لصناعة بوليمرات شبه مرنة هو ما يمكن توسيع نطاقه لصناعة محاكاة تخليقية للحمض النووي (DNA)، وخيوط الأكتين، والأنابيب الدقيقة. التحدي الآخر هو إيجاد طريقة لإضافة مكونات فعالة ميكانيكيًّا وكيميائيًّا5 ـ أي تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية ـ إلى البوليمر. وسيمكِّن هذا من تصنيع خيوط، بحيث تُظهر سلوك بلمرة غريبًا، مثل خاصية طاحونة الدوس أو treadmilling (حيث تنمو إحدى نهايتي الخيط، بينما تنكمش نهايته الأخرى)، أو تلك التي تُؤدي إلى انعدام الاستقرار الديناميكي أو الروابط العابرة (crosslinks)، لتكوين أساس محرك جزيئي.

إنّ القدرة على بناء مواد لينة «نشطة» تستجيب للإشارات الخارجية الكيميائية والميكانيكية ستوفر فرصًا بمجالي فيزياء المواد المكثفة وعلم المواد لسنوات قادمة. ومثل تلك المواد يمكن أن تسمح ببناء خلايا اصطناعية وأنسجة أكثر مضاهاة فسيولوجيًا ـ من المواد المتاحة حاليًا ـ لنظيراتها الموجودة لدى البشر، بحيث يمكن استخدامها في الجيل القادم من تقنيات المواد الموصلة للعقاقير وتقنيات هندسة الأنسجة. ويمكن للمواد اللينة النشطة أن تغير طريقة تفاعلنا مع العالم المادي، بصياغة عناصر أساسية لمواد وآلات طيِّعة وعالية الاستجابة. لذلك.. تمثل بوليمرات كووير وزملائه خطوة مثيرة في هذه الاتجاهات.

هندسة البوليمرات PDF

يستخدم مصطلح “البوليمر” بشكل شائع اليوم في صناعة البلاستيك والمواد المركبة ، وغالبًا ما يستخدم كمرادف لكلمة “البلاستيك” أو “الراتنج”. في الواقع ، تشتمل البوليمرات على مجموعة من المواد ذات مجموعة متنوعة من الخصائص الفريدة. توجد في السلع المنزلية الشائعة ، في الملابس والألعاب ، وفي مواد البناء والعزل ، وفي العديد من المنتجات الأخرى.
البوليمر: التعريف
البوليمر مركب كيميائي له جزيئات مرتبطة ببعضها البعض في سلاسل متكررة. بسبب تركيبتها ، البوليمرات لها خصائص فريدة يمكن تخصيصها للاستخدامات المختلفة.

البوليمرات كلا من صنع الإنسان والتي تحدث بشكل طبيعي. المطاط ، على سبيل المثال ، مادة بوليمرية طبيعية يستخدمها الإنسان منذ آلاف السنين. لديها صفات مرنة ممتازة ، نتيجة لسلسلة البوليمر الجزيئية التي أنشأتها الطبيعة الأم. البوليمر الطبيعي الآخر هو اللك ، وهو راتنج ينتج عن حشرة اللك في الهند وتايلاند ، والذي يستخدم كأداة أولية ، ومانعة للتسرب ، وورنيش. البوليمر الطبيعي الأكثر شيوعًا على الأرض هو السليلوز ، وهو مركب عضوي موجود في جدران خلايا النباتات. يتم استخدامه لإنتاج المنتجات الورقية ، والمنسوجات ، وغيرها من المواد مثل السيلوفان.

تشتمل البوليمرات الاصطناعية أو الاصطناعية على مواد مثل البولي إيثيلين (البلاستيك الأكثر شيوعًا في العالم ، الموجود في كل شيء بدءًا من أكياس التسوق وحتى حاويات التخزين) والبوليسترين (المادة المستخدمة في تصنيع الفول السوداني والأكواب القابلة للتصرف). بعض البوليمرات الاصطناعية مرنة (لدائن حرارية) ، في حين أن بعضها الآخر جامد بشكل دائم (بالحرارة). لا يزال ، البعض الآخر لديه خصائص تشبه المطاط (المطاط الصناعي) أو تشبه الألياف النباتية أو الحيوانية (الألياف الاصطناعية). تم العثور على هذه المواد في جميع أنواع المنتجات في جميع أنحاء العالم ، من المايوه إلى المقالي.

اعتمادًا على الاستخدام المرغوب فيه ، يمكن ضبط البوليمرات لتحسين خصائص معينة مفيدة. وتشمل هذه:

الانعكاسية: تستخدم بعض البوليمرات لإنتاج غشاء عاكس ، والذي يستخدم في مجموعة متنوعة من التقنيات ذات الصلة بالضوء.
مقاومة الصدمات: تعتبر المواد البلاستيكية القوية التي يمكنها تحمل المناولة الخشنة مثالية للأمتعة والحالات الواقية ومصدمات السيارات وغيرها.
الهشاشة: بعض أشكال البوليسترين صلبة وهشة ، ومن السهل تشويه هذه المواد باستخدام الحرارة.
الشفافية: غالبًا ما تستخدم البوليمرات الشفافة ، بما في ذلك طين البوليمرات ، في الفنون والحرف اليدوية.
المرونة: على عكس البوليمرات الهشة ، البوليمرات الدكتايلية هي تلك التي يمكن تشويهها دون الانهيار. المعادن مثل الذهب والألومنيوم والفولاذ معروفة بمدى ليومها ، ولا تزال البوليمرات الدكتايلية ، رغم أنها ليست بنفس القوة ، مفيدة لعدة أغراض.
المرونة: تتميز المطاط الطبيعي والاصطناعي بخصائص مرنة تجعلها مثالية لإطارات السيارات وغيرها من المنتجات.
التبلمر
البلمرة هي عملية إنشاء بوليمرات اصطناعية من خلال الجمع بين العديد من جزيئات المونومر الصغيرة في سلاسل موصولة معاً بواسطة روابط تساهمية. هناك نوعان رئيسيان من البلمرة: البلمرة خطوة النمو والبلمرة المتسلسلة النمو. الفرق الرئيسي بين الاثنين هو أنه في بلمرة نمو السلسلة ، تضاف جزيئات مونومر إلى جزيء السلسلة في وقت واحد. في حالة بلمرة خطوة النمو ، ترتبط جزيئات المونومر مباشرة مع بعضها البعض.

إذا نظرت إلى سلسلة بوليمر عن قرب ، فسترى أن التركيب البصري والخصائص الفيزيائية لسلسلة الجزيء تحاكي الخصائص الفيزيائية الفعلية للبوليمر.

على سبيل المثال ، إذا كانت سلسلة البوليمر تتكون من روابط ملتوية بإحكام بين المونومرات التي يصعب كسرها ، فإن فرص البوليمر ستكون قوية وصعبة. من ناحية أخرى ، إذا كانت سلسلة البوليمر مكونة من جزيئات ذات خصائص مطولة ، فمن المحتمل أن يكون للبوليمر خصائص مرنة أيضًا.
البوليمرات المتقاطعة
تتكون معظم البوليمرات التي يشار إليها عادةً بالبلاستيك أو اللدائن الحرارية من سلاسل جزيء يمكن تكسيرها وإعادة ربطها. إذا كنت تفكر في معظم أنواع البلاستيك الشائعة ، فيمكن أن تنحني في أشكال جديدة عن طريق استخدام الحرارة. ويمكن أيضا إعادة تدويرها. على سبيل المثال ، يمكن إذابة زجاجات الصودا البلاستيكية وإعادة استخدامها لجعل كل شيء من زجاجات الصودا الجديدة إلى السجاد والسترات الصوفية.

من ناحية أخرى ، لا يمكن إعادة ربط البوليمرات المتصالبة بعد كسر الرابطة المتصالبة بين الجزيئات. لهذا السبب ، غالبًا ما تظهر البوليمرات المتصالبة الخواص المرغوبة مثل القوة الأعلى والصلابة والخواص الحرارية والصلابة.

في منتجات FRP (الألياف المقواة بالألياف) ، تستخدم البوليمرات المتقاطعة بشكل شائع ، ويشار إليها باسم الراتنج أو الراتنج بالحرارة. البوليمرات الأكثر شيوعًا المستخدمة في المركبات هي البوليستر والفينيل استر والإيبوكسي.
أمثلة شائعة
البوليمرات الشائعة المستخدمة اليوم تشمل:

مادة البولي بروبيلين (PP): السجاد والمفروشات
البولي اثيلين منخفض الكثافة (LDPE): أكياس البقالة
البولي اثيلين عالية الكثافة (HDPE): زجاجات المنظفات ، ولعب الأطفال
بولي (كلوريد الفينيل) (PVC): الأنابيب ، التزيين
البوليسترين (PS): اللعب ، رغوة
Polytetrafluoroethylene (PTFE ، تفلون): المقالي غير لاصقة ، والعزل الكهربائي
Poly (methyl methacrylate) (PMMA، Lucite، Plexiglas): واقيات الوجه ، المناور
بولي (خلات الفينيل) (PVAc): الدهانات والمواد اللاصقة
بولي كلوروبرين (النيوبرين): ملابس الغوص

استخدامات البوليمرات

سيكون الطب الحديث مستحيلا دون تطبيق مواد طبيعية أو اصطناعية مختلفة، ومن بينها تلعب البوليمرات الطبيعية منها والصناعية دورا رئيسيا، والغرض من بعضهم هو البقاء في الجسم إلى الأبد، ولكن البعض الآخر مخصص فقط للاستخدام المؤقت، وتاريخيا كان لابد من إزالتها أو إخراجها من الجسم، ويمكن الآن تجنب هذه الخطوة إذا تم استخدام مواد قابلة للتحلل، وبعد أن يخدموا غرضهم ينهارون ويمتصهم الجسم .

البوليمرات في الطب
في الطب توفر البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي إمكانات كبيرة لإيصال الدواء وتسيطر عليه (مثل المواد اللاصقة والخيوط والشبكات الجراحية)، وأجهزة تقويم العظام (البراغي والمسامير والقضبان)، وتطبيقات طب الأسنان (الحشو بعد قلع الأسنان) وهندسة الأنسجة، فقط على سبيل المثال الأكثر أهمية، وبدأ تطبيق البوليمرات الاصطناعية القابلة للتحلل منذ عدة عقود ومنذ ذلك الحين كان محور الكثير من الأبحاث، وهذا لأن المتطلبات معقدة للغاية، ويجب أن يكون البوليمر متوافقا حيوانيا وليس لاستحضار استجابة التهابية، ويجب أن يكون له خصائص ميكانيكية ومعالجة مناسبة، علاوة على ذلك لا يمكن أن تكون منتجات التحلل ضارة ويجب إعادة امتصاصها بسهولة أو إفرازها، ولهذه الأسباب من المهم اختبار كل مادة بشكل كاف قبل استخدامها في جسم الإنسان، ليس فقط في المختبر ولكن في الجسم الحي أيضا .

وبما أن المتطلبات متغيرة لا يوجد بوليمر مثالي للاستخدام في الطب، وحاليا يتم تطوير مواد جديدة يجب أن تمتلك الخواص المطلوبة لأغراض محددة للغاية، لأن المواد الموجودة ليست جيدة بما فيه الكفاية من وجهة نظر الخصائص الفيزيائية والكيميائية الحيوية أو التدهور، ونظرا لاستمرار ظهور تحديات جديدة يظل تطوير مواد حيوية جديدة موضوعا شائعا، علاوة على ذلك بجانب المواد يتم أيضا تطوير تقنيات المعالجة، وغالبا بفضل استغلال الكمبيوتر، وبصرف النظر عن مزايا البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي المستخدمة في الطب مثل الإصلاح الفسيولوجي الأسهل والأقل تدخلا أو إمكانية نمو الأنسجة، لا تزال هناك مشاكل إشكالية، ويمكن أن تكون منتجات التحلل (المونومرات والإضافات) سامة وقد يكون التعقيم صعبا .

المواد البوليمرية الطبيعية والصناعية
المواد البوليمرية الطبيعية مثل القنب، اللك، العنبر، الصوف ، الحرير والمطاط الطبيعي استخدمت منذ قرون، وتوجد مجموعة متنوعة من البوليمرات الطبيعية الأخرى، مثل السليلوز ، وهو المكون الرئيسي للخشب والورق، وتشتمل قائمة البوليمرات الاصطناعية وفقا لترتيب الطلب العالمي تقريبا على البولي إيثيلين والبولي بروبيلين والبوليسترين وكلوريد البوليفينيل والمطاط الصناعي وراتنج الفينول فورمالدهايد (أو باكيليت) والنيوبرين، والنايلون والبولي أكريلونيتريل والبولي فينيل كلورايد والسيليكا والكثير غيرها، ويتم صنع أكثر من 330 مليون طن من هذه البوليمرات كل عام .

والأكثر شيوعا هو أن العمود الفقري المتصل باستمرار للبوليمر المستخدم في تحضير البلاستيك يتكون أساسا من ذرات الكربون، ومثال بسيط هو البولي إيثيلين (“البوليثين” باللغة الإنجليزية البريطانية) حيث تعتمد وحدته المكررة على مونومر الإيثيلين، والعديد من الهياكل الأخرى موجودة وعلى سبيل المثال تشكل عناصر مثل السيليكون مواد مألوفة مثل السيلكون، ومن الأمثلة على ذلك Silly Putty و مانع تسرب السباكة المقاوم للماء، ويوجد الأكسجين أيضا بشكل شائع في العمود الفقري للبوليمر مثل البوليثين جليكول والسكريات (في روابط الجليكوسيدية)، والحمض النووي (في روابط فسفودايستر) .

التخليق البيولوجي للبوليمرات
هناك ثلاث فئات رئيسية من البوليمرات الحيوية السكريات ، والببتيد ، والبنوكليوتيدات، وفي الخلايا الحية يمكن تصنيعها عن طريق عمليات الإنزيم بوساطة، مثل تكوين الحمض النووي المحفز بواسطة بوليميريز الحمض النووي، ويتضمن تخليق البروتينات عمليات متعددة بوساطة الإنزيم لنقل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي، ومن ثم ترجمة هذه المعلومات لتوليف البروتين المحدد من الأحماض الأمينية، ويمكن تعديل البروتين بشكل إضافي بعد الترجمة من أجل توفير البنية المناسبة وعملها، وهناك البوليمرات الحيوية الأخرى مثل المطاط والسوبرين والميلانين واللجنين .

تعديل البوليمرات الطبيعية
كانت البوليمرات التي تحدث بشكل طبيعي مثل القطن والنشا والمطاط مواد مألوفة لسنوات قبل ظهور البوليمرات الاصطناعية مثل البوليثين والبرسبيكس في السوق، ويتم تصنيع العديد من البوليمرات ذات الأهمية التجارية عن طريق التعديل الكيميائي للبوليمرات التي تحدث بشكل طبيعي، وتشمل الأمثلة البارزة تفاعل حمض النتريك والسليلوز لتشكيل النيتروسليلوز وتشكيل المطاط المفلكن عن طريق تسخين المطاط الطبيعي في وجود الكبريت، وتشمل الطرق التي يمكن بها تعديل البوليمرات الأكسدة والربط المتقاطع والنهاية .

واكتسب فصل الغاز عن طريق الأغشية أهمية خاصة في صناعة البوليمرات خصوصا في صناعة البتروكيماويات، وأصبح الآن تشغيل وحدة راسخة نسبيا، وتعتبر عملية إزالة البوليمرات ضرورية لتلائم البوليمرات من أجل البثق والتكوير، مما يزيد من جوانب السلامة والبيئة وجودة المنتج، ويستخدم النيتروجين عموما لهذا الغرض مما ينتج عنه غاز تنفيس يتكون أساسا من المونومرات والنيتروجين .

معامل يونغ
معامل يونغ يحدد مرونة البوليمر، ويتم تعريفه بالنسبة للسلالات الصغيرة على أنه نسبة معدل تغير الضغط إلى الإجهاد مثل قوة الشد، وهذا مهم للغاية في تطبيقات البوليمر التي تنطوي على الخصائص الفيزيائية للبوليمرات، مثل أشرطة المطاط، والمعامل يعتمد بشدة على درجة الحرارة، وتصف اللزوجة استجابة مرنة معقدة تعتمد على الوقت والتي سوف تظهر التباطؤ في منحنى الإجهاد عند إزالة الحمل، ويقوم التحليل الميكانيكي الديناميكي أو DMA بقياس هذا المعامل المركب من خلال تأرجح الحمل وقياس الضغط الناتج كدالة للوقت .

عرف البوليمرات

البوليمرات هي مواد مصنوعة من سلاسل طويلة ومتكررة من الجزيئات. هذه المواد لها خصائص فريدة من نوعها، اعتمادًا على نوع وكيفية الترابط فيما بينها.

بعض البوليمرات تنثني وتتمدد، مثل المطاط والبوليستر. والبعض الآخر صلب وقوي، مثل الزجاج والإيبوكسز(epoxies ).

تتواجد البوليمرات في كل جوانب الحياة الحديثة تقريبًا. يتعامل ويستخدم البشر المنتجات التي تتواجد فيها البوليمرات من زجاجات المياه إلى الإطارات والأدوات.

كثيرًا ما يُستخدم مصطلح البوليمر لوصف منتجات البلاستيك والتي هي في الأصل بوليمرات اصطناعية. مع ذلك، توجد بوليمرات طبيعية أيضًا. المطاط والخشب هم أحد أمثلة البولميرات الطبيعية، حيث تتكونان من هيدروكربون بسيط وعنصر الإيزوبرين (Isoprene). البروتينات هي بوليمرات طبيعية تتكون من الأحماض الأمينية والأحماض النووية ، وهذه الأحماض هي في الأصل بولميرات من النيوكليوتيدات، وهي جزيئات معقدة تتكون من قواعد تحتوي على النيتروجين، السكريات وحمض الفسفوريك هي أحد أمثلتها.

التفاعل الكيميائي
هيرمان ستودينجر(Hermann Staudinger)، أستاذ الكيمياء العضوية في إيدجينوسيسش تيشنيسش هوكشول (Eidgenössische Technische Hochschule) (جامعة العلوم التطبيقية) في زيورخ، يعتبر الأب الروحي في تطوير البوليمرات الحديثة. أدت أبحاثه في العشرينات من القرن الماضي إلى امكانية التلاعب بالبوليمرات الطبيعية والصناعية. وقد طور مفهومين هما المفتاح لفهم البلويمرات: البلمرة والجزيئات الكبرى، وفقًا للجمعية الأمريكية للكيمياء. في عام 1953، حصل هرمان على جائزة النوبل في الكيمياء لأبحاثه واكتشافاته في “مجال الكيمياء الجزيئية”.

البلمرة هي طريقة لإنشاء بوليمرات صناعية من خلال الجمع بين جزيئات صغيرة، تسمى المونومرات، تجتمع معًا في سلسلة بروابط تساهمية. تختلف التفاعلات الكيميائية المتسببة من قبل الحرارة الحرارة والضغط، وتؤدي إلى تغيير الروابط الكيميائية التي تربط المونومرات معًا. تؤدي هذه العملية إلى ربط الجزيئات في بنية خطية أو متفرعة أو على شكل شبكة، مما يؤدي إلى تكوين البوليمرات.

هذه السلسلة من المونومرات تسمى الجزيئات. معظم سلاسل البوليمر لديها سلسلة من ذرات الكربون تمثل العمود الفقري للبوليمرات. جزئ واحد يمكن أن يتكون من آلالاف من المونومرات.
إستخدامات البوليمرات

تستخدم البوليمرات في كل مجالات حياتنا اليومية. تحتوي اكياس التسوق والصودا وزجاجات المياه وألياف النسيج والهواتف والحاسب الآلي وأغلفة الطعام وقطع غيار السيارات والألعاب كلها على البوليمرات.

بعض التكنولوجيا المتطورة تستخدم البوليمرات، على سبيل المثال: ” الأغشية لتحلية المياه، البوليمرات الحيوية المستخدمة في هندسة الأنسجة”.

أكثر البوليمرات المستخدمة في التصنيع تحتوي على البولي إيثلين والبولي بروبلين. تتكون جزيئاتها من حوالي 10,000 إلى 200,000 مونومر.

مستقبل البوليمرات
يقوم الباحثون بتطوير وتجريب أنواع مختلفة وجديدة من البوليمرات، بهدف زيادة تطوير الأدوية وتعزيز المنتجات التي تُستخدم يوميًا. فعلى سبيل المثال، يجرى تطوير وتعزيز استخدام البولميرات الكربونية في صناعة السيارات.

“مركبات البوليمر المقوى بالألياف الكربونية – تُسمى أيضا شرائح ألياف الكربون – هي مواد الجيل التالي لصنع سيارات أخف وزنًا وأكثر كفاءةً في استهلاك الوقود وأكثر أمانًا. صفائح الكربون قوية للغاية وصلبة بسبب طبقاتها المنسوجة من ألياف الكربون النقي ممزوجة بمركب البلاستيك الصلب” وفقًا لدراسة قام بها باحثان، هما: نيخيل جوبتا و ستيفن زلتمان، في مختبر ميكانيكا المواد المركبة قسم الهندسة الميكانيكية والهندسة الفضاء في جامعة نيويورك تاندون.

يستخدم البوليمر أيضًا في تحسين الصورة المجسمة. قام العلماء في جامعة بنسلفانيا (University of Pennsylvania) بإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد على مادة البوليمر المرنة التي كانت جزءً لا يتجزأ من جزيئات الذهب النانوية، وفقًا لدراسة نشرت على الإنترنت في أوائل عام 2017 في مجلة (رسائل النانو). جهاز الهولوجرام الجديد يمكن أن تُلتقط به عدة صور بدلاً من صورة واحدة فقط.

ريتيش أجروال، باحث وأستاذ في علم المواد والهندسة في جامعة بنسلفانيا يطرح سؤالا، ويقول: “هل يمكننا ترميز العديد من المعلومات في صورة ثلاثية الأبعاد؟ “. ويضيف:” إنها قطعة مهمة من العمل، لأنها المرة الأولى التي يظهر فيها شخص ما يمكنك تسجيل صور متعددة ثلاثية الأبعاد، ومن خلال امتداد البوليمرات، يمكنك تغيير الصورة كلها.”

الجلد الصناعي المصنوعة من بوليمر السيليكون قد يكون هو مستقبل مكافحة الشيخوخة. يأتي على شكل كريم، قد يكون هذا البوليمر قادر على تشديد الجلد والحد من ظهور التجاعيد وتقلل من اكياس تحت العين. ويمكن استخدام هذه الجلد الصناعي أيضًا لمساعدة أولئك الذين يعانون من بعض الأمراض الجلدية مثل، الإكزيما أو قد يُستخدم للحماية من الشمس.

” نحن متحمسون لذلك، إنها مادة جديدة تماما” بحسب الباحث المشارك في دراسة البوليمرات (روبرت لانجر)، أستاذ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

 البوليمرات الحيوية PDF

البوليمرات الحيوية هي البوليمرات التي تنتجها الكائنات الحية. وبعبارة أخرى، فهي جزيئات حيوية بوليمرية. تحتوي البوليمرات الحيوية على وحدات مونومرية مرتبطة بشكل تساهمي لتشكيل بنى أكبر. توجد ثلاث فئات رئيسية من البوليمرات الحيوية، مصنفة حسب الوحدات الأحادية المستخدمة وهيكل البوليمر الحيوي المكون:عديد النوكليوتيد (حمض نووي ريبوزي و حمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين)، وهما بوليميرات طويلة تتكون من 13 مونومرات نيوكليوتيدية أو أكثر ؛ متعدد الببتيد، وهي عبارة عن بوليمرات قصيرة من الأحماض الأمينية ؛ وعديدات السكريات، التي غالباً ما تكون تراكيب كربوهيدراتية بوليمرية خطية. أمثلة أخرى من البوليمرات الحيوية تشمل المطاط سوبرين،الميلانين والليغنين.

السليلوز هو المركب العضوي الأكثر شيوعا والبوليمر الحيوي على الأرض. حوالي 33 في المئة من جميع المواد النباتية هي السليلوز. محتوى السليلوز من القطن هو 90 في المئة، بالنسبة للخشب هو 50 في المئة.

محتويات
1 مقابل البوليمرات الاصطناعية
2 الاتفاقيات والتسميات
2.1 متعدد الببتيد
2.2 أحماض نووية
2.3 السكريات
3 التوصيف الهيكلي
4 كمواد
4.1 التأثيرات البيئية
5 انظر أيضًا
6 مراجع
مقابل البوليمرات الاصطناعية
يمكن العثور على اختلاف رئيسي بين البوليمرات الحيوية والبوليمرات التركيبية في هياكلها. جميع البوليمرات مصنوعة من وحدات متكررة تسمى المونومرات. وغالبا ما يكون البوليمرات الحيوية بنية واضحة المعالم، رغم أن هذا ليس تعريف مميز (مثال: مادة الخشب): التركيب الكيميائي الدقيق والتسلسل الذي يتم ترتيب هذه الوحدات ما يسمى الهيكل الأساسي، في حالة من البروتينات. العديد من البوليمرات الحيوية أضعاف من تلقاء أنفسهم إلى أشكال التعاقد المميزة، التي تحدد الوظائف البيولوجية وتعتمد بطريقة معقدة على الهياكل الأساسية. علم الأحياء البنيوي هو دراسة الخصائص الهيكلية للبوليمرات الحيوية, وعلى النقيض من ذلك، فإن معظم البوليمرات الاصطناعية لها هياكل أبسط وأكثر عشوائية. هذه الحقيقة تؤدي إلى توزيع كتلة جزيئية مفقودة في البوليمرات الحيوية. في الواقع، كما يتم التحكم التوليف من خلال عملية الموجهة القالب في معظم النظم الجسم الحي، كل البوليمرات الحيوية من نوع (مثلا بروتين معين واحد) كلها على حد سواء: أنها جميعا تحتوي على تسلسل وأعداد مماثلة من المونومرات وبالتالي جميعهم لهم نفس الكتلة. وتسمى هذه الظاهرة بالأحادي التشتيت على عكسمتعدد التشتيت، التي تواجهها في البوليمرات الاصطناعية. ونتيجة لذلك، تحتوي البوليمرات الحيوية على معامل متعدد التشتيت من 1.

الاتفاقيات والتسميات
متعدد الببتيد
إن اصطلاح عديد الببتيد هو أن يسرد بقايا الأحماض الأمينية المكونة لها عند حدوثها من نهاية الحمض الأميني إلى نهاية حمض الكربوكسيليك. إن بقايا الأحماض الأمينية مرتبطة دائمًا برابطة ببتيدية. بروتين، على الرغم من استخدامه بالعامية للإشارة إلى أي بولي ببتيد، يشير إلى أشكال أكبر أو وظيفية بالكامل ويمكن أن تتكون من عدة سلاسل بولي ببتيد وكذلك سلاسل واحدة. يمكن أيضا تعديل البروتينات لتشمل مكونات غير الببتيد، مثلالسكريات والدهون.

أحماض نووية
إن الترتيب لتسلسل الحمض النووي هو سرد النوكليوتيدات عند حدوثها من نهاية 5 ‘إلى نهاية 3’ من سلسلة البوليمر، حيث يشير 5 و 3 ‘إلى ترقيم الكربونات حول حلقة الريبوز التي تشارك في تشكيل روابط ديستر الفوسفات للسلسلة. يسمى هذا التسلسل الهيكل الأساسي للالبوليمر الحيوي.

السكريات
غالبا ما تكون البوليمرات الحيوية المستندة إلى السكر صعبة فيما يتعلق بالاتفاقية. البوليمرات السكرية يمكن أن تكون خطية أو متفرعة، وعادة ما تكون مرتبطة مع روابط. رَوابِطٌ غليكُوزيدِيَّة يمكن أن يختلف الوضع الدقيق للوصلة، كما أن اتجاه المجموعات الوظيفية المرتبطة هو أمر مهم أيضًا، مما يؤدي إلى وجود روابط غليكُوزيدِيَّة ذات ترقيم نهائي لموقع ربط الكاربون في الحلقة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للعديد من وحدات السكريتيد الخضوع لتعديلات كيميائية مختلفة، مثل إضافة أمين، ويمكن حتى تشكيل أجزاء من جزيئات أخرى، مثل البروتينات السكرية جليكوبروتينات.

التوصيف الهيكلي
هناك عدد من التقنيات البيوفيزيائية لتحديد معلومات التسلسل. يمكن تحديد تسلسل البروتين بواسطة تدهور إدمان، حيث يتم تحلل مخلفات الوحدة الطرفية ن من السلسلة الواحدة في كل مرة، ثم تُشتق، ثم يتم تحديدها. ويمكن أيضا استخدام تقنيات مطياف الكتلة. يمكن تحديد تسلسل الحمض النووي باستخدامالرحلان الكهربائي للهلام والفرز الكهربائي الشعري. وأخيرا، يمكن في كثير من الأحيان قياس الخواص الميكانيكية لهذه البوليمرات الحيوية باستخدام الملقط البصري أو مجهر القوة الذرية. يمكن استخدام قياس التداخل ثنائي الاستقطاب لقياس التغيرات التركيبية أو التجميع الذاتي لهذه المواد عندما يتم تحفيزها بواسطة الأس الهيدروجيني أو درجة الحرارة أو القوة الأيونية أو شركاء الربط الآخرين.

كمواد
يمكن استخدام بعض البوليمرات الحيوية – مثل عديد حمض اللبنيك، و بروتين البرولامين الذي يحدث بشكل طبيعي، ومتعدد-3- هيدروكسي بوتيرات كدائن، لتحل محل الحاجة للبوليستيرين أو متعدد الإيثيلين القائم على البلاستيك.

يشار الآن إلى بعض أنواع البلاستيك بأنها «قابلة للتحلل» أو «قابلة للتحلل بالأكسجين» أو «قابلة للتحلل بالأشعة فوق البنفسجية». وهذا يعني أنها تتكسر عند تعرضها للضوء أو الهواء، ولكن هذه المواد البلاستيكية لا تزال تعتمد أساسًا على النفط (بنسبة 98 بالمائة) ولا يتم اعتمادها حاليًا على أنها «قابلة للتحلل البيولوجي» بموجب توجيه الاتحاد الأوروبي بشأن نفايات التعبئة والتغليف ( 94/62 / EC). سوف تتكسر البوليمرات الحيوية، وبعضها مناسب كسماد محلي.

يتم إنتاج البوليمرات الحيوية (وتسمى أيضًا البوليمرات المتجددة) من الكتلة الحيوية لاستخدامها في صناعة التعبئة والتغليف. تأتي الكتلة الحيوية من محاصيل مثل بنجر السكر والبطاطا أو القمح: عندما تستخدم لإنتاج البوليمرات الحيوية، تصنف هذه المحاصيل كمحاصيل غير غذائية. يمكن تحويل هذه في المسارات التالية:

بنجر السكر> حمض الغليكوليك> حمض متعدد الغليكُوليك

النشا> (التخمير)> حمض اللاكتيك> متعدد حمض اللاكتيك

كتلة حيوية> (التخمير)> الإيثانول> الإيثيلين> متعدد الإيثيلين

يمكن تصنيع العديد من أنواع التغليف من البوليمرات الحيوية: صواني الطعام، كريات النشا المنفوخة في شحن البضائع الهشة، والأغشية الرقيقة للتغليف.

التأثيرات البيئية
يمكن أن تكون البوليمرات الحيوية مستدامة ومحايدة للكربون وتكون دائمًا متجددة، لأنها مصنوعة من مواد نباتية يمكن زراعتها إلى أجل غير مسمى. هذه المواد النباتية تأتي من المحاصيل الزراعية غير الغذائية. لذلك، فإن استخدام البوليمرات الحيوية من شأنه أن يخلق صناعة مستدامة. في المقابل، فإن المواد الأولية للبوليمرات المشتقة من البتروكيماويات ستستنفد في النهاية. بالإضافة إلى ذلك، فإن البوليمرات الحيوية لديها القدرة على تخفيضانبعاثات الكربون والحد من كميات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي: وذلك لأن ثاني أكسيد الكربون الذي يتم إطلاقه عندما تتحلل يمكن إعادة امتصاصه من قبل المحاصيل التي تزرع لتحل محلها: وهذا يجعلها قريبة من الكربون المحايد.

البوليمرات الحيوية قابلة للتحلل الحيوي، وبعضها قابل للتحويل إلى سماد. بعض البوليمرات الحيوية قابلة للتحلل البيولوجي: فهي مقسمة إلى ثاني أكسيد الكربون والماء بواسطة الكائنات الحية الدقيقة. بعض هذه البوليمرات الحيوية القابلة للتحلل هي سماد: يمكن وضعها في عملية تصنيع السماد الصناعي، وسوف تتحلل بنسبة 90٪ في غضون ستة أشهر. يمكن تمييز البوليمرات الحيوية التي تقوم بذلك برمز سماد طبيعي “compostable”، تحت المواصفة الأوروبية EN 13432 (2000). يمكن وضع العبوة التي تحمل هذا الرمز في عمليات تصنيع الكومبوست الصناعية وسوف تتحلل في غضون ستة أشهر أو أقل. من الأمثلة على البوليمر القابل للتحويل إلى السموم هو غشاء متعدد حمض اللاكتيك (PLA ) الذي يقل سمكه عن 20 سم: الأغشية التي تكون أكثر سمكًا من تلك التي لا تؤهل لتكون سمادًا، على الرغم من أنها قابلة للتحلل الحيوي. [10] في أوروبا، يوجد معيار للسماد الطبيعي المنزلي والشعار المصاحب الذي يمكن المستهلكين من تحديد والتخلص من التغليف في كومة السماد الخاصة بهم.

بحث عن البوليمراتDOC

اعتاد الناس منذ القدم استخدام المواد الخام الطبيعية لإنتاج أشياء ومواد ساهمت كثيرًا في تحسين جودة حياتهم. لكن خلال القرن التاسع عشر حصلت أحداث هامة، آثارها معروفة لنا جيِّدًا. هذه الأحداث كانت نقطة انطلاق لثورة كبيرة. لقد حولتنا هذه الثورة من مستهلكين نعتمد على المواد الخام الطبيعية إلى مُنتجي مواد جديدة لها صفات رائعة. هذه المواد تسمى بوليميرات.

سجّلَ المخترع الأمريكي تشارلز غوديير (وهو الذي سميت باسمه شركة الإطارات الشهيرة Goodyear) سنة 1844 براءة اختراع للتفاعل بين المطاط الطبيعي وبين الكبريت في عملية سميت بـ “البركنة” أو “الفلكنة” (Vulcanization). لقد أدت هذه العملية إلى تغيير صفات المطاط الطبيعي تغييرًا كبيرًا، إذ تم الحصول بواسطتها على مطاط مرن، قوي وثابت. على الرغم من الأهمية الصناعية لعملية الفلكنة، لم يعرف جوديير ماهي البوليميرات ولم يفهم، حقًّا، لماذا تغيرت صفات المطاط، في الواقع لم يتمكّن أحد في تلك الفترة من أن يُعرّف ماهية البوليمر وما هي صفاته.

لقد كان الكيميائي السويدي يانس برسيليوس، الذي يعتبر أحد أسلاف الكيمياء الحديثة، أول من طبع مصطلح البوليمر، وذلك سنة 1833. الكيميائي الألماني هيرمان شتاودينجر، الحائز على جائزة نوبل سنة 1953 لمساهمته الكبيرة في فهم صفات البوليميرات، عرضَ تفسيرًا أكثر دقة لهذا المصطلح. يعود فضل ما نعرفه اليوم عن التعريف الدقيق للبوليمرات وعن صفاتها وكيفية التحكم بها إلى أعمال شتاودينجر ومن تبعه في نفس المجال.

يتيح لنا فهم صفات البوليميرات الكيميائية والفيزيائية إنتاج مواد متنوعة تتم مُلاءَمتها بشكل دقيق للحاجة الشخصية والصناعية. إذا نظرنا حولنا سوف نلاحظ عددًا كبيرًا من الأغراض البلاستيكية والمطاط والنايلون، مصنوعة من أنواع مختلفة من البوليميرات. البوليميرات موجودة في كل مكان.

كيمياء البوليمرات

لا يمكن تقييم الأهمية الهائلة للبوليمرات في حياتنا تقييمًا دقيقًا. يستخدم جميعنا المنتجات المصنوعة من البوليمرات، كما أن حياتنا بدونها تكون صعبة، غير مريحة و مملة.

تعني كلمة “بوليمر” في اللغة اليونانية الوحدات الكثيرة (بولي= كثير; مير= وحدة). ويتطرق هذا المصطلح في الكيمياء إلى السلسلة الطويلة أو الجزيء الكبير أو الماكرو – جزيء، وهو جزيء ضخم مكوّن من وحدات متكررة لجزيء معين. يُطلَق على هذه السلسلة، أو الجزيء الطويل، الاسم “بوليمر” ويسمى الجزيء الصغير الذي يتكرر على طول السلسلة بالـ “موحود” أو كما وردَ في الأصل باللغة الإغريقية “المونومر” (مونو= واحد). عملية الربط بين المونومرات لتكوين البوليمر تسمى “تفاعل البلمرة”.

يمكننا تخيل البوليمر كقطار يتكون من مائة عربة متشابهة تمامًا. العربة الواحدة هي بمنزلة المونومر والقطار هو البوليمر. يجب أن تكون العربات متصلة بقوة وبثبات أثناء سفر القطار، للحفاظ على تكامله. يمكن للبوليمر، بشكل مشابه، أن يكتسب الثبات والمتانة بفضل ترابط المونومرات التي تكوّنه بروابط تساهمية (كوفلنتية) قوية جدًّا.

يتحدد اسم البوليمر عادة بحسب المونومر الذي يكوّنه، بإضافة المقدمة “بولي”. “البوليستيرين”، على سبيل المثال، هو بوليمر مكوّن من الوحدات المتكررة من المونومر ستيرين. يمكن كتابة صيغة البوليمر الكيميائية بصورة مختصرة، إذا كان عدد المونومرات كبيرًا، عن طريق تحديد عدد الوحدات المتكررة، كما يظهر في التخطيط التالي:

أهمية الحجم – العلاقة بين طول البوليمر وبين صفاته

ليست البوليمرات جزيئات عادية. غالبًا ما يكون للجزيئات حجم وبنية محدَّدان ومعروفان، ولكن البوليمرات هي جزيئات طويلة جدًّا ليس لها طول محدد. يمكن أن يكون البوليستيرين، مثلاً، مكونًا من ست وحدات ستيرين متكررة أو من مليون وحدة ستيرين، ويسمى الجزيء في هاتين الحالتين بنفس الإسم، البوليستيرين. لكن هل تطابق صفات البوليسترين طويل السلسلة صفات البوليستيرين القصير؟

يحدد حجم الجزيء، في هذه الحالة، صفاته – لا تتشارك السلاسل الطويلة والسلاسل القصيرة بنفس الصفات، على الرغم من تطابق تركيبها الكيميائي. هيا نخطط تجربة خيالية لنفهم مصدر الفرق بين صفات البوليمر طويل السلاسل والبوليمر القصير. تخيلوا للحظة أن سلاسل البوليمر هي خيوط من المعكرونة نريد أن نُحضّر صحنيْن منها- أحدهما يحتوي على خيوط معكرونة طويلة والآخر يحتوي على خيوط قصيرة. إذا حاولنا إخراج خيط معكرونة واحد من كل واحد من الصحنين، سوف يتبين لنا، على الفور، أن عملية إخراج الخيط الطويل ستكون أصعب، بشكل ملحوظ، من عملية إخراج الخيط القصير. لماذا؟

تلتف خيوط المعكرونة الطويلة بعضها حول البعض مُكوّنةً مجموعةً متشابكةً تجعل عملية إخراج خيط واحد منها مهمةً صعبة، وذلك على الرغم من كونها مصنوعة من نفس المادة. بالإضافة إلى ذلك، عندما نبدأ بسحب خيط المعكرونة الطويل إلى الخارج، يحدث احتكاك بينه وبين خيوط أخرى، الأمر الذي يُصَعّب عملية إخراجه. في المقابل، تكاد لا تلتف الخيوط القصيرة بعضها حول البعض، وعند سحب الخيط، يكون الاحتكاك بينها قليلاً جدًّا.

خيوط المعكرونة التي تحاكي سلوك سلاسل البوليمر

لا تختلف البوليمرات، في هذا السياق، كثيرًا عن خيوط المعكرونة. كلما كانت سلاسل البوليمر أطول ازداد التفافها وتشابكها، كما تزداد التأثيرات المتبادلة فيما بينها. تنجم الصفات المختلفة للمواد المُكَوّنة من بوليمرات، مثل اللزوجة والمرونة والمتانة ودرجة الانصهار والكثافة وغيرها، عن هذا السلوك الخاص، بحسب طول البوليمر.

البوليمرات في حياتنا اليومية

توجد البوليمرات في أجسامنا وفي طعامنا ولباسنا وفي المنتجات التي نستخدمها، وبدونها لن تكون حياتنا كما نعرفها.

تتكون أجسامنا من بوليمرات مهمة، مثل، الزلاليات (البروتينات)، السكريات وغيرها. لكن البوليمر الأكثر أهمية لنا، بدون أدنى شك، والموجود في أجسامنا، هو الدي. إن. إيه (DNA)، المكوّن من أربعة مونومرات مختلفة تسمى “الأحماض النووية”. الأحماض الأربعة تكوّن الشيفرات التي تتَرجَم إلى الزلاليات المسؤولة عن تحريك العمليات المختلفة في الجسم.

البوليمرات الموجودة في أجسامنا بشكل طبيعي، أو في الطبيعة عامةً، تُسَمَّى “البوليمرات الطبيعية”. توجد مجموعة كبيرة أخرى من البوليمرات الاصطناعية تسمى “البوليمرات التخليقية”. هذه المجموعة تشمل أنواعًا كثيرةً من البوليمرات، تُحضّرُ منها أكياس النايلون، منتجات البلاستك على أنواعها، المطاط، الكلكار، الأصماغ، الأصباغ، الدهانات، الطلاء وغيرها من المنتجات. تتحدد صفات هذه المنتجات باستخدام بوليمرات من أنواع وأطوال مختلفة.

البولي إثيلين هو مثالٌ بارز للبوليمر التخليقي الذي غيّرَ الكثير في عالمنا. يتكوّن هذا البوليمر من وحدات متكررة من جزيء الإثيلين. لقد أصبح هذا البوليمر أحد البوليمرات المركزية في حياتنا بفضل تكلفته الرخيصة ووزنه الخفيف والقدرة على التحكم بصفاته عن طريق تغيير طول سلاسله. يمكن تحضير الكثير من المنتجات من هذا البوليمر مثل أكياس النايلون، الأنابيب، الألعاب البلاستيكية وأشتال العظام.

كيس نايلون من البولي إثيلين مدموغ بشعار التدوير | أخذت الصورة من ويكيبيديا; إنتاج Kriplozoik

لقد فتح لنا استخدام البولي إثيلين عالمًا جديدًا من المنتجات المتنوعة، المتينة والرخيصة، التي غيّرت حياتنا بشكل كبير. ولكن إحدى المشاكل المركزية التي ظهرت بسبب استخدامه الواسع هي مشكلة التلوث البيئي. يمكن للبوليمرات الطبيعية، ولبعض البوليمرات التخليقية، أن تتحلل في الطبيعة تحللا كاملاً عن طريق بكتيريا تمنع تراكمها. ولكن تحلّل البولي إثيلين في الطبيعة هو عملية بطيئة جدًّا، وذلك بسبب الروابط القوية بين وحداته المتكررة، الأمر الذي يؤدي إلى تراكمه وإلى تلويثه للبيئة. يزداد في أيامنا الوعي تجاه جودة البيئة. الطريقة الأكثر نجاعة لتجنب تراكم البولي إثيلين هي عملية تدوير إنتاجه.

تفاعل بلمرة البولي إثيلين

البحث عن مواد ذات صفات جديدة ومتنوعة، الذي بدأ في منتصف القرن التاسع عشر، أدَّى إلى ثورة حقيقية بدأت بالتزامن مع اكتشاف البوليمرات. استخدام البوليمرات في أيامنا رائج جدًّا، لدرجة أننا نجدها في كل مكان، بدءًا بالألعاب حتى الأدوية. تجري دراسة البوليمرات على نطاق واسع للغاية في المؤسسات الأكاديمية في أنحاء العالم، وذلك في مجالات الكيمياء، الفيزياء و البيولوجيا. لكن الطلب المتزايد على المنتجات الجديدة أدَّى إلى تعاظم إنتاج البوليمرات من عام إلى عام، وهذا الأمر، بدوره، أدَّى إلى تفاقم تلوث البيئة.

الأخطار البيئية التي تؤذي الكائنات التي تعيش على اليابسة وفي مياه البحار وفي المحيطات والأنهار تنجم عن تراكم المنتجات المصنوعة من البوليمرات، التي يساهم استخدامها كثيرًا في جودة حياتنا. لذلك، علينا التفكير في مستقبلنا وفي مستقبل الطبيعة الرائعة المحيطة بنا، والقيام بعمليات تدوير إنتاج البوليمرات، لكي نستمر في الاستفادة من الميزات الكثيرة التي تزودنا بها البوليمرات.

إذاً، عند سماعك كلمة “بوليمر”، لا تَخَف ولا ترتبك- فكّر بها باعتبارها معكرونة!