وفي توليف متعدد الأطراف، لا يقتصر المحفز على مجرد أداة للتعجيل برد الفعل - بل هو العامل الرئيسي الذي يملي هيكل السلسلة، والنظام البلوري، وفي نهاية المطاف السلوك المادي للمادة، ويحدّد اختيار محفز خاص توزيع الأوزان الجزيئية، والتنويم الكيميائي، والتواتر الفرعي، وتسلسل التغليف البلاستيكي، وتترجم هذه السمات الهيكلية الدقيقة مباشرة إلى خصائص ميكانيكية قابلة للقياس مثل قوة الاختراق.

فهم المحفزات في مجال التكاثر

ويوفر عامل حفاز مسارا بديلا للرد على الطاقة الأقل نشاطا، مما يتيح للتعددية في معدلات خاضعة للرقابة وفي ظروف متناول اليد العاملة، وفي الكيمياء المتعددة، يمارس المحفزون أيضا رقابة نمطية على الدمج الاحتكاري وينظم أحداث الإنهاء المتسلسل، وتقع أكثر النظم الحفازة شيوعا في عدة أسر، حيث يتحكم كل منها في البنية المجهرية المتعددة الكلور.

محاليل زيغلر - ناتا

وهذه العوامل الحفازة المتباينة التي طورتها في الخمسينات كارل زيغلر وجوليو ناتا تتمثل عادة في وجود نصف معدني انتقالي (مثلاً، تيكل-4) مع وجود مسببات ككاتولية للكوليوم العضوي (مثلاً، مؤشر البوليديولوجيا)(3).

مصانع الميتالوكيين

ويسمح المحفزات المولدة للميدان بنظم ذات موقع واحد متجانسة تستند إلى معدن انتقالي (مثلاً، الزركونيوم، التيتانيوم، الهفنيوم) مدوّنة بين حلقتين من نوعي ثنائي الفينيل متعدد الكلور، مُنشَّطة بجهاز ميكانيكي متعدد الكلور مثل ميثيل الوميثان، وهي توفر التحكم غير المتناظر في البنيان المتعدد الأطراف(2).

المحللون المجانيون

فتعدد المقاييس الحر يعتمد على المبدعين مثل الأكسيدات أو مركبات الزرق التي تقطع عن طريق التطرف، وهذه الطريقة بسيطة وقائمة على التعددية، وهي تستخدم في عمليات البولي كلوريد الفينيل، وثنائي ميثاكريلات الميثيل، والبلورات، غير أن التعددية الراديكالية توفر رقابة محدودة على البنية المجهرية، وهي عادة ما تنتج بوليمرات ذات وزن أقل.

مصانع غير مطلية على موقع واحد

بالإضافة إلى المعادن، فإن أسرة متنوعة من المحاضنات ذات الموقع الواحد، تقوم على أساس الكبريتات مثل الفينوكسيمينات، والفوسفينيمينيات، وألفا ديمييني، وتعطي هذه النظم التحكم في البنوكة الدقيقة، مثلاً، النيكل المتعدد الديمينات ألفا، والعاملات الحفازة بالفلاديوم يمكن أن تنتج البوليثيلين مع ضغط حرارة طويل المدى من واحد

مُراقبة من مُحللي البوليمرات الإشعاعية

وتستعمل تقنيات مثل البوليمرات المتطرفة لنقل الذرات، والتكرار في الإضافة إلى التسلسل التحويلي، وتعددية البوليمرات في سلسلة الشحن، وتعددية البوليمرات ذات النيتروز الوسيطة، عوامل حفازة محددة أو عوامل نقل متداخلة من السلسلة لتنظيم ردود الفعل الميكانيكية المتطرفة، ورغم أن هذه الأساليب لا تستخدم عادة في إنتاج السلع الأساسية على نطاق واسع، فإنها تتيح مراقبة دقيقة على الأوزان المضغوطة والهيكل المصممة (بلوك).

أثر اختيار المحفزات على البنية الدقيقة

ويحدد الحفاز عدة بارامترات رئيسية للهيكل الميكروبي: التكتيكية (التكتيك، التكتيكية، التكتيكية، التكتيكية)، درجة البلورية، الوزن الجزيئي وتوزيعها، ونوع الفرع وتواتره، وتسلسل المتجانسات، وكل مظلة ترتبط ارتباطا وثيقا بالأداء الميكانيكي.

التكتيكية والكريستال

أما المحفزات الفوقية - التي تتسم بشكل خاص بالتنوع - زيغلر - ناتا وبعض البوليمرات المولدة من المعادن - حيث يتكرر المستبدون في نمط منتظم على طول العمود الفقري، أما السلاسل البوليبروبيلية، والهوائية فيتغل في الهيلبلوري، فتعطي نقطة تحول حول 165 درجة مئوية من الكلورة، ودرجة حرارة مائلة فوق 1.5 درجة من التكتيكية.

الفرع والهيكل التنظيمي

:: إنَّ كثافة الفرع ونوعه يغيِّران بشكل كبير البنية الدقيقة - إنَّ تعددية الإيثيلين الصاروخية التي تنتجها زيغلر - ناتا أو محفزات الكروماتية لا تؤدي إلا إلى عدد قليل جداً من الفروع الحفازة (أقل من 1 إلى 000 ذرة من الكربون) والبلورة التي تصل إلى 80 في المائة، مما يؤدي إلى ارتفاع مستوى البلورة وضوعية (الرمز 1 GPa) وتولد القوة: 30 في المائة).

الوزن الجزيئي والتوزيع

ويقضي النوع الأول من أنواع التحفيز بالوزن الجزيئي وتعدد الاختلاف (Mw/Mn) - ويؤدي توزيع السهام من عوامل محفزة في موقع واحد إلى زيادة التماثل في المورفولوجيا الكريستالية، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى تحسين قوة التأثير والوضوح.() ويمكن أن توفر التوزيعات الواسعة النطاق من المحفزات التقليدية توازناً في التكافلات وقابلية التجهيز:

Comonomer Sequence in Copolymers

(و) تُنظم عملية الفرز، سواء كانت المُنظمة مُدمجة عشوائياً، أو في مُتعاقبات مُتناوبة، ونسبة المُتطوّرات الارتطام المُتَوَقَّدَة، ونسبة التُكَسُّن المُتَوَلِّعَة، ونسبة التكَسُّف المُوَرَفَة المُثِّة،

كيف أن البنية الدقيقة تؤثر على الاختبارات الميكانيكية

إن السلوك الميكانيكي لبوليمر هو نتيجة مباشرة لملامحه المتعلقة بالهيكل المصغر، إذ إن فهم هذه العلاقات يتيح تصميما رشيدا للمواد اللازمة لحملها أو ازدهارها في الطاقة أو تطبيقاتها المرنة.

Tensile Strength and Modulus

كما أن مناطق الكريستاللين تعمل كوصلات مادية وتقوية المواسير، فالبوليمرات ذات البلورة العالية والفرائس الكبيرة والحسنة الشكل تظهر في شكل موصلات أولية عالية وقوام من حيث العائد، وعلى سبيل المثال، فإن البوليبروبيلية المتفرقة من النسيج المميز بدرجة عالية من التعددية، قد تؤدي إلى زيادة وزن النسيج التراكمي بدرجة أقل.

مقاومة الأثر والجحة

فالقدرة على امتصاص الطاقة قبل كسرها تتطلب في كثير من الأحيان توازناً من البوليلورية والجزائز العنيفة، وتسمح المناطق الأمروفية بانهيار السلاسل وتفسخ الطاقة، بينما توفر المناطق البلورية القدرة على التكتل، ويمكن أن يؤدي توزيع الأوزان الجزيئية على نطاق واسع إلى تحسين الصلبة لأن السلاسل الأطول تربط بين اللامبريلين متعددين، وتشكل جزيئات المسببة للتكات التي تقاوم للتكراكب.

المرونة والتواضع

السلوك الخفيف ينشأ من شبكة من السلاسل المرنة ذات البلوريات المحدودة أو الوصلات الفيزيائية المميتة التي تستحدث نظاماً غير نظامي للكيمياء أو الفرع المتحكم فيه تنتج البوليمرات الهلامية ذات درجات حرارة تحول زجاجية منخفضة، على سبيل المثال، البوليمرات الإيثيلينية - الأوكتينية التي صنعت مع عوامل حفز المعادن لها مواد توزع قصيرة السلسلة مما يوقف البلورة

Thermal Properties

ويحدّد ارتفاع درجة الحرارة (الدرجة) ودرجة الحرارة في الانتقال الزجاجي (الزئبق) بتداخل نظام التسلسل وكثافة الفرع والوزن الجزيئي، إذ إن الأصفاد البوليبروبيلية العالية التكتيكية تقترب من 165 درجة مئوية؛ وقد يخفض التكتيكية إلى 90 في المائة من درجة الحرارة إلى 158 درجة مئوية، وبالمثل، يقل الفرع من نقاط الارتطام عن طريق الحد من سميك البلوري.

دراسات حالة في اختيار محلل

من HDPE إلى LLDPE: Tailoring Polyethylene

(أ) إنتاج ثنائي إيثيلين عالي الكثافة مع عوامل حفز أكسيد الزغلر - نتا أو الكروم، مما يؤدي إلى سلاسل خطية مع فروع قليلة، ويجعلها ذات مرونة عالية وقوام، مما يجعلها مناسبة للزجاجات والأنابيب والصناديق، وعندما تكون هناك حاجة إلى المرونة ومقاومة الإجهاد، ينتج البوليثيلين المتدني الكثافة بواسطة البوليفات

Polypropylene Homopolymer and Impact Copolymer

ويظهر البوليبروبيلين من مادة محفزة عالية النشاط زيغلر - ناتا درجة عالية من الحساسية ومقاومة الحرارة، ولكن مقاومة التأثير السيئة في درجات الحرارة المنخفضة، ومن خلال إدراج الإيثيلين كثوم في مرحلة المفاعل الثانية، ينتج خامات الارتطام، ويجب أن ينجو المحفز من عملية المرحلتين وأن ينتج مواد مطاطية متجانسة بشكل متزايد في مصفوفة هومبوليمر.

Thermoplastic Elastomers: Olefin-Based Block Copolymers

ومن بين التطبيقات المثبطة للتصميم الحفاز إنتاج مبيدات الفولفين باستخدام عوامل حفز متداخلة، وفي هذه العملية يعمل محفزان في مادة تانديم - واحد تنتج مثقفات متعددة الكلورات ثنائية الفينيل - أوكتينية، كما أن هناك تطبيقات أخرى تنتج عن تغيرات في درجة الحرارة الوبائية العالية.

الاعتبارات العملية لاختيار محلل الصناعة

وعند اختيار حافز لصف البوليمر التجاري، يجب على المصنعين أن يوازنوا بين التحكم في الهياكل الأساسية الدقيقة وبين اقتصاديات العمليات، حيث توفر الحفازات في الموقع الواحد خصائص أعلى، ولكنها تتطلب في كثير من الأحيان أحادياً أعلى من النقاء ومنشطات باهظة الثمن، وما زالت عوامل التحفيز التي تُستخدم في إنتاج مواد حفازة ذات مستويات عالية من الكمال، تدعمها في السنوات الأخيرة الثغرة الميكانيكية الضيقة.

وعامل آخر هو حساسية الحفاز للثدييات وإمكانات ترك المخلفات، بالنسبة لحزمة المواد الغذائية أو الأجهزة الطبية، يجب اختيار المحفزات للتقليل من المواد المستخرجة وضمان الامتثال للمعايير التنظيمية، بالإضافة إلى ذلك، الأداء الحفاز في عمليات السائل المطاطي أو الأشعة المقطعية أو الحل يفرض حجم الجسيمات المتعددة المركّبات ومقاييس الكثافة التي تؤثر على تركيبات المركبة والتطبيقات النهائية.

الاتجاهات المستقبلية في تصميم محلل بوليمر

ويستمر البحث في دفع حدود مراقبة الهياكل الأساسية الدقيقة، إذ يجري تطوير محفزات الانتقال المتأخرة، مثل تلك القائمة على الحديد أو الكوبالت أو النيكل، من أجل تمكينها من إنتاج ثنائي إيثيلين ذي فرع رفيع بتكلفة منخفضة، كما أن البوليمرات المحفزة للاختراع والكهربية بدأت في الظهور كطرق لتحقيق السيطرة المكانية والزمنية على نمو السلاسل، مما يمكن من إقامة علاقات جديدة مع أجهزة توليد الطاقة الكهرومائية.

خاتمة

إن أثر اختيار الحفاز على البنية الدقيقة المتعددة البوليمر والخصائص الميكانيكية هو أثر عميق ومتعدد الأوجه، فمن نظام التوليف الثابت الذي تزرعه نظم زيغلر - ناتا إلى التوزيع الضيق للوزن الجزيئي للمعادن، والتحكم غير المسبوق في مجمعات المعادن الانتقالية المتأخرة، فإن كل أسرة حفازة توفر أداة فريدة لتصميم المواد.