Table of Contents
فهم الهيكل الناموسومي
فالشعوب البوليمرية هي جزيئات كبيرة مبنية من وحدات احتكارية مكررة ترتبط بالسندات المتزامنة، وترتيب هذه الوحدات - الخيوط أو الفرع أو التعريفات المتقاطعة - - التركيبة الأساسية ذات السلاسل المتعددة الأطراف ، وتؤثر بشدة على الطريقة التي يمكن بها للأجهزة التراكمية للمواد أن تكون مجهزة بموازين ثانوية ذات كفاءة مستمرة.
كما يشمل الترتيب المكاني للمحتكرين تشكيلات قياسية مثل التليفزيون الرأسي مقابل الإضافة الرأسية إلى الرأس، إلى جانب التصنيف الكيميائي (التصنيفات، أو التكتيكات، أو التكتيكات) وتؤثر هذه التشكيلات على كيفية حزم السلاسل والتفاعل مع العوامل الكيميائية، وتعتمد سلاسل الدراية الثانوية والجامعية على المقاومة الكيميائية غير التقليدية.
How Chemicals Attack Polymers
(أ) حدوث هجوم كيميائي على البوليمرات من خلال عدة آليات للتحلل. (أ) يحدث تداعيات ) عندما يخترق الجزيئات الصغيرة المذيبة المصفوفة، ويتسبب في سلاسل تفكك متسارعة من حيث الحرارة [FLT]
وتتوقف كل آلية على مدى سهولة وصول الأنواع المتفاعلة إلى السندات المختبرية، التي تعتمد بدورها على الهيكل الجزيئي للبوليمر، والعوامل الهيكلية التي تحكم هذه الآليات - الخلية الكريستالية، وكثافة الوصلات، والعمود القطبي - هي عوامل أساسية لفهم وتحسين المقاومة الكيميائية.
الطبقات الحرجة والكيمائية المقاومة
خط اللون البوليمرات: القوة والضعف
وفي البوليمرات الخطية مثل البوليثيلين العالي الكثافة أو البوليثيلين المتعدد الأثيلين (PMMA)، تُعقد السلاسل معاً في المقام الأول بواسطة قوات وولز الفانيدر والزوايا، وعندما تتعرض لسلسلة مذيبة متوافقة، تُنشر الجزيئات الصغيرة في الحجم الحر بين السلاسل، وتضعف الجذب اللامعيئية، وتتسبب في تداعر أو فسخ.
غير أن البوليميرات ذات الصبغة البلاستيكية العالية تتصرف بطريقة مختلفة، ففي البوليثيلين الفوقية الفوقية البوليثيلين، الذي يغلب بشدة على اللاميليات، فإنه يشكل حواجز مادية تبطئ كثيراً من الدخان الكيميائي، كما أن الوزن الجزيئي يؤدي دوراً رئيسياً: فالسلاسل الطويلة جداً تخلق مزيداً من التشابك، وتعمل بفعالية كوصلات مادية مقاومة للانحراف.
Polymers: Free Volume and Permeability
وتعطل البوليثيلين في السلاسل الرئيسية البلورة وتخلق قدراً إضافياً من الأحرار، ويمكن أن يكون لذلك آثار متناقضة على المقاومة الكيميائية، وفي البوليثيلين المنخفض الكثافة، تؤدي الفروع القصيرة والطويلة إلى خفض البلورة من نحو 70 في المائة (HDPE) إلى 40 -50 في المائة، مما يجعل المواد أكثر قابلية للتداول بالنسبة للغازات والمذيبات.
وفيما يتعلق بتطبيقات الحاجز، فإن الهياكل الفرعية أقل استصواباً عموماً من الهياكل ذات النطاق العالي أو المتقاطعة لأن زيادة الحجم الحر تيسر الانتشار، غير أن الإقسام المراقب يمكن أن يكون مفيداً في التطبيقات التي تتطلب قابلية التحكم في الصلاحية، مثل فصل الخماسي أو تطلاءات تسليم المخدرات.() ويمكن العثور على بيانات الارتزاز التفصيلي لبوليثيلينات الفرعية في قواعد بيانات البحوث مثل [الصفحة الخامسة]
المولدات المتعددة الحلقات: هيكل الشبكة كحاجز
ويحول الربط عبر الشبكات إلى حرارة، ويخلق مفارقات متزامنة تحد من حركة السلاسل، وهذا الهيكل الشبكي هو أكثر الطرق فعالية لتعزيز المقاومة الكيميائية، ولا يمكن لبوليمر شديد الترابط أن يذوب إلا دولة متوازنة تحددها الكثافة المتقاطعة وثبات المطاط المذيب.
كما أن درجة الحرارة في التحول الزجاجي (Tg) قد ترتفع بكثافة وصلات وصلية؛ والمواد التي تظل زجاجية في درجة حرارة الخدمة توفر مقاومة أكبر لأن حركة القطع المطلوبة لنشرها قد تكون مجمدة، والانتكاسة هي الكثافة التي يديرها المهندسون عن طريق التحكم في الكثافة الشاملة للوصلات، وإدراج أجزاء مرنة من الفول المطاط.
النجوم، والتجمع، والمعمارات الدندرية
فبجانب التفرع الخطي والعشوائي، توفر البنايات الدقيقة ملامح فريدة من نوعها للمقاومة الكيميائية، وتشتت بلوائح النجوم، وتشتت الأسلحة ذات الخط المتعدد من النواة المركزية، وتخلق أحجاما مائية مدمجة تماما، تقلل من تشابك السلاسل، ويمكن أن تحد من التغلغل في المنطقة الأساسية، وتضع البوليمرات الطرفية المثبتة بانتظام على طول العمود الخلفي، وتظهر من الطلقات.
وفي حين أن هذه البنايات أكثر شيوعا في تطبيقات التخصص مثل تسليم المخدرات وقطع الطلاء، فإن علاقات هيكلها وقابليتها للاختراق تُعلم تصميم المواد المقاومة كيميائيا في النانوباك، ويمكن أن يوفر التغليف الشبيه على بوليمر تقليدي درعا كيميائيا فعالا دون تغيير خصائص السوائب.
عوامل هيكلية إضافية تتجاوز علم التأوج
مناطق الكريستال والآمورفوس
وتعاني معظم المواد الكيميائية من عدم القدرة على معالجة البوليمرات شبه الخلوية لأن السلاسل تُحزم في صفائف مجهزة بالطلب والكثافة ذات الحجم الحر الأدنى، ويؤثر الهجوم الكيميائي أساساً على المناطق ذات الحجم الحر والتنقل المتسلسل، ويزيد من درجة البلورة من خلال التبريد، أو عوامل التخدير، أو مقاومة الاختناقات التراكمية في البوليثيرات.
غير أنه يمكن أيضاً مهاجمة البوليمرات الكريستالية العالية إذا كانت المادة الكيميائية تعطل التمرين البلوري أو إذا حدث الاستيعاب في مواقع العيوب. [الضبابية العالية]]، وهي تتفاعل مع البلورة؛ كما أن سلاسل الأوزان الجزيئية الأعلى لها وزن أكثر من ذي قبل، وهي عوامل تزيد من سميكة المقاومة، [الضبة:]
التكتيكية والجماعية
ويؤثر الترتيب المكاني للمواقع الفرعية على طول البوليمر - التكتيكي - التكتيكي - تأثيراً شديداً على البلورة والمقاومة الكيميائية، ويحدث البوليمرات العازلة (جميعها بدائل من نفس الجانب) وتعدد الرؤوس البلاستيكية (الجانب المختلف) البلورة، بينما تظل البوليمرات (التوجه إلى الشبه) غير قابلة للاختراق.
الوزن الجزيئي والتوزيع
ويزيد الوزن الجزيئي المرتفع عدد المتشابكات في كل سلسلة، التي تعمل كوصلات مادية، وحتى بدون مقاطعات متزامنة، فإن البوليمرات ذات الوزن الجزيئي العالي جداً تُظهر مقاومة شديدة للتفكك والإجهاد، وتظهر الأوسمة، التي لها وزن جزائي في الملايين، عدم وجود توتر كيميائي ومقاومة للخداع، مما يجعلها مناسبة لمكونات الضخ الكيميائي ولحلول المشتركة.
ومن المهم بنفس القدر ] توزيع الوزن الناعم (MWD) ].() وتشمل وزارة الدفاع الواسعة سلاسل قصيرة يمكن أن تعمل كعامل بلاستيكي وتحل على نحو تفضيلي أولاً، وتخلق مسارات لهجمات كيميائية أعمق.() وتزيد تعددات أسلحة الدمار الشامل في مقاومتها وسلوكها الفشل.() أما بالنسبة للتطبيقات الحرجة، فإن الارتدادات التي يمكن التنبؤ بها ضمان وجودها.
القطبية والقوات المتعددة الأبعاد
وتخضع المقاومة الكيميائية لمبدأ " مثل المنشقين مثل " ، وقد تؤدي البوليمرات القطبية مثل البوليميرات والكحول المتعددة الفينيل إلى مقاومة الهيدروكربونات غير القطبية، ولكن الارتفاع أو الانحلال في الماء والكحول والمذيبات القطبية الأخرى.
Hildebrand solubility parameters and ]Hansen solubility parameters]]] هي أدوات عملية للتنبؤ بما إذا كان البوليمر سيقاوم مذيباً معين.
الاستراتيجيات المتقدمة لتعزيز المقاومة الكيميائية
Polymer Blends and Copolymerization
ويمكن أن ينتج هذان البوليمران أو أكثر مواد ذات مقاومة كيميائية محسنة عن طريق الجمع بين أفضل خصائص كل عنصر من العناصر، أما تركيبات الفلوريد المتعددة الفينيل التي تُنتجها البوليميرات الفوقية الخافضة للسكر، فهي تشكل عوامل ميكانيكية شديدة الاختراق، حيث توفر المرحلة المفلورة مقاومة كيميائية في حين تتحسّن مرحلة الارتداد والصعوبة.
Interpenetrating Polymer Networks (IPNs) and Semi-IPNs
وتتكون شبكة البوليمر المتشابكة من جهازين أو أكثر من البوليمرين يربط أحدهما الآخر دون سندات متزامنة بينهما، ويمكن أن يجمع هذا الهيكل بين المقاومة الكيميائية لبوليمر واحد وبين قوة الآخر، كما أن الشبكة الدولية للشبكة القائمة على التوكسي وجهاز البوليوريثان توفر مقاومة أعلى للمذيبات العدوانية مقارنة بمعدات البوليمر وحدها، وتخلق الشبكات المترابطة حاجزاً ثابتاً بين الوصلات الفوقية، حيث تُعُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتُ
مفرقعات النانويات والحواجز
(ب) دمج مشغلات ذات حجم ناو - غنائي مثل المناورات المطبق عليها (نانوكيات)، أو أكسيد الغرافين، أو نانووبات الكربون في مصفوفة متعددة الأطراف، مما يُحدِّد من قابلية التداول في المواد ذات الحجم الكبير، ويُحدث مساراً متتالياً يُجبر على نشر الجزيئات إلى السفر في مسارات أطول بكثير من أجل اختراق المواد.
التلويث والتحديث السطحي
فبدلاً من تغيير هيكل السوائب، يمكن أن تؤدي تقنيات تعديل السطح إلى تحسين المقاومة الكيميائية بشكل كبير، إذ أن تذبذب السطح من البوليفين يحل محل ذرات الهيدروجين ذات الفلور، ويخلق جلداً غير متصلب كيميائياً يقاوم الهجوم بواسطة الأحماض والقواعد والعديد من المذيبات، حيث يمكن أن تُودع طبقات سميكة عالية الوصلات من مادة النسيج العضوي أو كربون المحتوي على خام.
اختبار المقاومة الكيميائية
(ب) أساليب الاختبار الموحدة ضرورية لمقارنة المواد. (يصف نظام ASTM D543 اختبارات الارتحال حيث توضع العينات في المواد الكيميائية في ظروف خاضعة للرقابة وتقييم التغييرات في الوزن والأبعاد والقوة المتشابكة والمظهر. (ISO 175 و ISO 62) توفر بروتوكولات مماثلة.
وكثيرا ما توفر قواعد بيانات قابلة للمقارنة من موردي البوليمر تقديرات مقاومة تجريبية - ألف - ممتاز، باء - جيد، جيم - مشروط، دال - فقر - لآلاف البيئات الكيميائية، غير أن هذه التقديرات تأخذ بنيات جزائية موحدة؛ ويمكن للتركيبات المصممة حسب الطلب وشروط التجهيز أن تؤدي إلى أداء مختلف بشكل كبير، ويسمح فهم المبادئ الهيكلية الأساسية للمهندسين بالتخطيط المتوافق مع البيانات، ويسمح باختيار أو تعديل البوليمرات بالنسبة لتحديات المحددة التي تنطوي على الإجهاد.
تطبيقات الصناعة والتطبيقات السريعة
الفضاء الجوي والسيارات: حرائق وفلوروبوليمر
وفي الفضاء الجوي، فإن التعرض لوقود الطائرات، والسوائل الهيدروليكية، والمواد الكيميائية المشطوبة تتطلب مقاومة كيميائية استثنائية، وتسمح مصفوفة الراتنجات، وتعالج بالأمنان الحرارية لتحقيق كثافة عالية في الوصلات، وتدفع (ز) ، وتقاوم هذه السوائل العدوانية مع الحفاظ على سلامة الإنسان في درجات الحرارة المرتفعة.
المعالجة الكيميائية: التنقيب واللينرز
وفي حالة النباتات الكيميائية، يجب أن تتحمل الأنابيب وأجهزة الصهاريج الأحماض المركزة والقواعد والمذيبات عند درجات حرارة مرتفعة، كما أن مركبات الفلور أو الإيثيلين هي المعيار الذهبي نظراً إلى أن سندات الفلور أو الفلورين المحتوية على حامض شديد القوة، وأن خامات الفلور الخارجية تغذي جميع المواد الكيميائية.
التعبئة: الهياكل المتعددة المقاتلات وبوليمرات باريير
وتعتمد العبوات الغذائية والصيدلانية على البوليمرات التي تمنع الأكسجين والرطوبة والبخار العضوي من المساس بنوعية المنتجات، كما أن البوليمر البوليبار الكيميائي المحتوي على مادة البوليمير (Ethylene vinyl alcohol) الذي يستخدمه، مع وجود تماسك كبير من المواد الكيميائية من مجموعات الهيدروكسيل، هو حاجز ممتاز للأكسجين ولكنه حساسة للرطوبة.
الأجهزة الطبية الحيوية: الاستقرار في الثلوج الفيزيولوجية
(ب) البوليمرات الرئوية يجب أن تقاوم التحلل الانزيمي، والتحلل الهيدرولي، واستيعاب الصدر، والبوليثيلين البولي أكسيد الفلوري العالي الوزن، والثنائي الفلوري، والتركيب، والتركيب، والتركيب، ومقاومة البوليتار، والهيدرولين، والهيدرولين، والهيدرولين،
توجيهات البحوث المستقبلية
ويستكشف الباحثون شبكات متزامنة دينامية (المتفجرات) تجمع بين المقاومة الكيميائية للدروع الحرارية وقابلية التكاثر للزراعة، وتتضمن هذه المواد وصلات متبادلة قابلة للتنبؤ بها، يمكن أن ترتدى في إطار متغير معين دون فقدان سلامة الشبكة، وقد يكون من الممكن، عن طريق مراقبة الكيمياء المتسارعة، تصميم بدائل تلتئم بعد ظهور المواد الكيميائية المصغرة.
خاتمة
إن مقاومة البوليمر للهجوم الكيميائي ليست ملكية مادية واحدة، بل هي نتيجة تفاعل متداخل مع التركيب الجزيئي، وتاريخ التجهيز، والظروف البيئية، والتشكيلات المتفرعة والمتشابكة لكل من هذه العوامل المميزة، والتعددية، والوزن الجزيئي، والتعددية، والمجموعات الوظيفية، كلها أمور تفرض بصورة جماعية كيف ستستجيب التعددية للعوامل المذيبة، والاختيار بالأدوية، والأساسيات.