مقدمة فى كيمياء البلمرات

كيمياء فى مقدمةالبلمرات

•: المعتمدة الساعات ( + 2 : 3عدد عملي 3نظري)

األهداف

بالخطوط • الطالب$ تعريف$تكنولوجيا و لكيمياء العريضة

االساسية المبادئ و البوليمراتالتقنية الظروف و البلمرة لعملية

و البلمرة عمليات$ في المتبعةالبوليمرات خصائص كذلك$

. الحرارية و الكيميائية و الفيزيائية

و polymers)تعريف البوليمرات )الهدف :•تصنيفها ودراسة ميكانيكية البلمرة

(1920يعتبر علم البوليمرات من العلوم الحديثة ) •ان كلمة بوليمر عبارة عن كلمة التينية تتكون من •

مقطعين :جزء , أي انها ( Merومير )متعدد (=Polyبولي )

مركبات عديدة االجزاء وهى تسمى فى بعض االحيان بالجزئ العمالق.

ان جزيئة البوليمر عبارة عن جزيئة كبيرة تتكون من جزيئات صغيرة مرتبطة مع بعضها البعض باواصر

كيميائية

Monomerالمونيمر- 1•تبنى • بسيطة جزيئة جزيئات منها

الجزيئة ) ( احادي البوليمرالبلمرة- )2• (polymerizationعمليةالمونيمر • جزيئات اتحاد عمليات

البوليمر جزيئة لتكوين

تعريفات اساسية

polystyrene

المتكررة( ٣ التركيبية الوحدة

متكررة • وحدات من البوليمرات سلسلة تتكون ) لجزيئة) مكافئة تكون قد قوسين بين توضع

ذرتين او ذرة تنقصها او المونيمر•٤( البلمرة( Degree of Polymerization)درجة

بالرمز • لها عدد ( DP)يرمز تمثل وهيالبوليمر ) سلسلة في التركيبية (, nالوحدات

الوزن كبر على ذلك دل قيمتها ازدادت كلماللبوليمر الجزيئي

Structural repeating Unit

الجزيئات )-5 عن (: oligomerمعدود عبارةالجزيئي الوزن قليلة بوليمرات

للبوليمر = الجزيئي المتكررة X Dpالوزن للوحدة الجزيئي الوزن

البوليمرات تصنيفمصادرها • حيث من البوليمرات تصنف$

رئيسية أصناف$ ثالثة الىالطبيعية ا-1• الى :لبوليمرات البوليمرات هذه وتنقسمعضوي( ا• مصدر من بوليمراتنباتي • او حيواني مصدر من طبيعية منتجات عن عبارة

مثل :المطاط , , , , • و القطن الجلود الشعر النشا السليلوز

الطبيعيعضوية( ب• غير مصادر من بوليمرات•. الزجاج : – – الجرافيت األسبستوس مثل

صناعيا( 2 المحضرة البوليمراتالصناعية) البوليمرات

مركبات • من تحضيرها يتم التي البوليمرات وتشملالصناعي , المطاط البالستيك تشمل و بسيطة كيميائية

الى . : وتنقسم الصناعية االلياف وعضوية( : ١• استر بوليمرات البولي و ايثلين البولي مثل

عضوية( :2 غير البوليسليكون بوليمرات مثلالمحورة( :3• الطبيعية من البوليمرات تحويرها يتم

الكيميائي تركيبها بتغيير اما الطبيعية البوليمراتالمجاميع , بعض تركييب بتغيير جديدة مجاميع كادخال

بوليمر على طبيعي بوليمر بتطعيم او الموجودة الفعالةمثل السليلوز صناعي نترات و السليلوز خالت

بوليمرات • كونها أساس على البوليمرات تصنفرئيسية أصناف ثالثة الى عضوية غير او عضوية

:العضوية( • البوليمرات أ• ) بحتة( ) عضوية ال العضوية غير البوليمرات : ب

العضوية غير العناصر بعض تكوينها في يدخلو , , الفسفور النتروجين السيليكون مثل

البورون.العضوية( – : • غير العضوية البوليمرات ج

عضوية مجاميع على المتكررة وحداتها تشتملمثل عضوية غير اخرى و

الطبيعة : على المعتمد التصنيف ثانياللبوليمر الكيميائية

العضوية – البوليمرات على اخر مثالالعضوية غير

التكنولوجي : التصنيف ثالثاللبوليمرات

لتأثره • بالنسبة الناتج البوليمر لخواص وفقا البوليمرات تصنيفالتسخين : بعملية

للحرارة( • المطاوعة البالستيكات :Thermoplasticsأتلين ولكنها العادية الحرارة درجات عند القوام صلبة مواد وهي

وعند , حبالحرارة اكثر الحرارة درجة برفع تسيل و تنصهر تىعليها مثال االعتيادية حالتها الى ترجع اكثر الحرارة درجة انخفاض

استيرين , . البولي و ايثلين البوليالمطاوعة( ) • غير حراريا المتصلبة البوليمرات ب

:Thermosetting Polymersللحرارة(لكن • و بالتسخين تنصهر ال التي البوليمرات من النوع هذا يشمل

بوليمرات ) النهائي شكلها في ثباتها على التسخين يساعدالحرارة حالثيرموسيت ( , بفعل البوليمرية سالسلها تتشابك يث

فورمالدهيد , . اليوريا و الفورمالدهيد الفينول راتنجات عليها مثال

المطاوعة ) غير حراريا المتصلبة البوليمرات صفاتللحرارة(

البوليمرات :• هذه وتكونالجزيئات- 1• ومتشابكة التركيب معقدةغير- ) 2 • الحرارة تجاه عالية مقاومة وذات

الحرارة ( بفعل لالنصهار قابلةفي- 3• الذوبان عديمة و القوام صلبة

الشائعة المذيباتلذلك- 4• الكهرباء و للحرارة التوصيل رديئة

االجهزة و االدوات صناعة في تستخدملل الكهرباء .حالعازلة و رارة

للحرارة المطاوعة الب$الستيك$ات تحويلللحرارة مطاوعة غي$ر بولي$مرات إلى

كيميائية طرق فيزيائية طرقالمركبات بعض اضافة

الشابكة الكيميائيةذات اشعة الى البوليمر تعريض

عالية طاقة

المطاطية( المرنة البوليمرات Elastomersجوقابليتها , بالضغط االستطالة على قدرتها منها معينة بصفات تتميز

التقلص و االستطالة على

األلياف( • Fibersدالخيوط • لصناعة الصالحة البو$ليمرات هذه تشمل

والفرش المالبس صناعة في المستخدمةخاصة • بمواصفات البوليمرات من الصنف$ هذا يتميزالمتانة- 1• و القوةالتبلور- 2• على قابليتهاتستطيع- 3• حتى عالية الزجاجية انتقالها درجة تكون

الكوي . و كالغسل االستخدام ظروف مقاومةغالبا- 4• خطية بانها تتميز البلوليمرية سالسلهايجب- , 5• لذلك عالية$ ف$يها الجزيئية$ القوي تكون ان يجب

مستقطبة مجاميع على البوليمر سالسل تحتوي$ انبعضها . مع البوليمر سالسل ربط على قادرة

الرطوبة$- 6• امتصاص و االصباغ لتقبل قابلية لها

الصنف هذا بوليمرات أهم ومن

• . .) الخطية ) أ$سترات ا$لبولي أ$ميدات ا$لبولي النايلون$•. ) وغيرها ) بروبيلين البولي نتريل اكريلو بوليالطالئية( • والمواد اللوا$صق Adhesive and Coatingsهطبيعة • تحدد التي هي الالصقة الس$طوح نوعية ان

اللتص$اقها المناسب$ :البوليمر

ا$لطبيعي , , المطاط$ النش$ا العربي الص$مغ$ ام$ثلته$ا من

السطوح نوعالمستخدمة

المناسب البوليمر االلتصاق طبيعة

و الخشبنفاذة) ( الورق

انواع جميعالبوليمرات

فيزيائي تداخل

المعادن و ج الزجانفاذة) ( غير

على حاوية بوليمراتمستقطبة مجاميع

كيميائي تداخل

الشكل : على المعتمد التصنيف رابعاالبوليمر لجزيئات البنائي

الخطية( • البوليمرات Linear Polymers أعلى , • قابلية لها خطي بشكل مرتبطة المتكررة الوحدات تكون

البولي , امثلتها من و مرغوبة ميكانيكية صفات ولها التبلورالكثافة . عالي ايثلين

المتفرعة( • البوليمرات Branched Polymersبالكثافة • منخفض ايثلين البولي امثلتها منالمتشابكة( )• البوليمرات (crosslinked polymersجالتشابك :• درجة ازدياد• . المطاطية الصفات تقل• . اإلنصهار درجة ترتفعقابل • غير البوليمر يصبح عالية التشابك درجة تكون عندما

. والكهرباء للحرارة موصل وغير لالنصهارالمتصلبة : • البوليمرات الصنف هذا بوليمرات على األمثلة ومن

مثل : حراريامثل :•• . فورمالدهيد الفينول و فورمالدهيد اليوريا راتنجات

أنواع للبوليمرات

خطى متفرع

شبكه

للبوليمرات الهندسية االشكالالمتفرعه

مشطيه سلميه

سلميه شبهنجميه

(c) ladder polymer

(a ) star polymer

F. Representation of polymer architectures

POLYMER CHEMISTRY

مشطيه

سلميه

نجميه

شبه سلميه

تجانس : على المعتمد التصنيف$ خامساالبوليمرات

المتجانسة( • البوليمرات ((Homopolymersأمثل • المتكررة الوحدات من واحد نوع من تتكون

االيثلين تيرفثاالت بولي

) الكوبوليمرات( ) المشتركة البوليمرات بCopolymers

الوحدات من واحد نوع من اكثر من تتكون) المتكررة دايين بيوتا استيرين مطاط ( SBمثل

هي التركيبية الوحدات من نوعين من يتكون :فإنه

المركبات( البوليمرات جتكون وهي اكثر او المواد من نوعين من تتكونبعض اضافة من تتكون وهي متجانسة غير عادة

المتجانسة البوليمرات الي الموادالمضافات من مختلفة أنواع وهناك

المالئات- : تعمل ا صلدة مواد عادة تكونمثل البوليمر صالدة زيادة على

االسود , , الكربون الرمل الزجاجذات الملدنات( :٢ سوائل عن عبارة

اضافتها عند تعمل عالية غليان درجاتوتزداد صالدتها تقليل للبوليمرمن

الزجاجية انتقالها درجة وتنخفض مرونتهاانصهارها ودرجة

اسالك( 3 هيئة على المضافات بعض تكونمعدنية

البوليمرية( المخاليط داو • نوعين مزج من البوليمرات من الصنف هذا يتكون

من , مزيج مثل فيزيائيا مزجا البوليمرات من اكثراستر . البولي و القطن

التماسك * عديمة بأنها العادية العضوية تتميزالمركباتالضغط والتتحمل

: ب* فتتميز البولمرات اماالمتانه•والدوام • المقاومهالحجم • كبيرة السالسل طويلةمتشابكه • او متفرعهالفراغ • ومالء اإلمتداد على المقدره لهاالمذيبات • فى للذوبان مقاومه

صالبتها* من يذيد ذلك كل

: هي البوليمرات صفات عليها تتوقف التى العواملللبوليمر- 1 الجزيئي الوزن

الجزيئى الوزن تعيين فى المستخدمة الطرقللبوليمر

. و فيها التركيبية الو$حدات عدد و أطوالها فى البوليمرية السالسل تختلفمنخفضة قصيرة أخرى سالسل و جدا طويلة البوليمرسالسل نفس فى نجد

. لألوزان معدل بأخذ للبوليمر الجزيئى الوزن عن يعبر لهذا الجزيئى الوزن: كاألتى السالسل لجميع الجزيئية

الجزيئى - 1 للوزن العددى :المعدل

2-

Wt =(M X V)NaOH X (Mol. Wt)polymer

1000

Wt = Weight of the plymer sample in gm, M = Molarity, V = Volume in mL

أمثلة:للوزن- 1 الوزنى المعدل و العددى المعدل من كال احسب

سالسل لثالث الجزيئى الوزن توزيع نسبة كذلك و الجزيئىهى الجزيئية أوزانها و المولى الكسر متساوية 50000بوليمرية

.10000و 20000و

للوزن- 2 الوزنى المعدل و العددى المعدل من كال احسبسالسل لثالث الجزيئى الوزن توزيع نسبة كذلك و الجزيئى

هى الجزيئية أوزانها و 10000و 20000و 50000بوليمريةالترتيب على هى المولية .0.5و 0.3و 0.2كسورها

إذابة- )3 ( 5عند و مقطر ماء فى جليكول ايثيلين البولى من جمصوديوم ) هيدروكسيد بمحلول المحلول استهلك( M 0.1معايرة

(2 mL . الجزيئى( الوزن احسب الصوديوم هيدروكسيد محلول من.للبوليمر

فى وتتمثل

المتكرره • الوحدات تركيبهندستها•العضويه • المجاميع نوعيهالكيميائيه • االواصر

والفيزيائيه الكيميائيه الخواص فى تؤثر جميعهاللبوليمر

البوليمرية- 2 الجزيئية السلسلة طبيعة

القوى- 3الجزيئيه نوعين • إلى تصنف

1 : الضمنيه- intramolecular forcesالقوةالجزيئي ضمن تعمل قوه .اتآى نفسها

2 : الجزيئات- بين المؤثره intermolecular forcesالقوى: . أنواع وهى للماده المتجمعه الجزيئات بين تؤثر قوه آى

الجزيئات • بين األقطاب dipole effectتاثيرالهيدروجينيه • hydrogen bondingالرابطهالحث • بواسطة induced dipoleاإلستقطابدرفآل • فان Van der waals forcesقوى

لتحضيرالبولمرات العامه الطرق

•: عامتان طريقتان.1 : البلمره على تقوم التكاثف بلمرة

الفعاله المجموعات خالل من.2 : البلمره على تقوم اإلضافه بلمرة

المزدوجه الرابطه خالل من

Condensation polymerization

خالل • من التكاثف بلمرة تتمالفعاله المجموعات

بين • رابطه مجاميع بوجود تمتازوتصنف التركيبيه الوحدات طبقا

الخطويه بالبلمره التفاعل لمكانيكيه

التكاثف بلمرة

Stepwise polymerization المتسلسله بالبلمره تعرف للبلمره االخرى المكانيكيه

Chain Polymerization

الرابطه المجموعه للوحدات الكيميائى التركيبالمتكرره

البوليمر

استر بولى

بولى كربونات

اميد بولى

استال بولى

سليلوز

R O C

O

On

C (CH2)4 C

O

O CH2CH2On

H N

H

R C

O

R C OH

n

N

H

O

O C

H

R

On

C6H10O4 On

C

O

O

O C

O

O

HN C

O

O C

H

O

R

C O C

التكاثفيه البولمرت لبعض الرابطه المجاميع يوضح جدول

بلمرات • تكون او خطيه بولمرات تعطى ان إما بالتكاثف البلمره نواتجمتشابكه عرضيه بروابط

بالتسخين • تلين التى باللدائن الخطيه البلمرات thermoplasticتدعى

على • إلحتوائها عاليه تبلر درجات لها ليفيه بلمرات إلى البلمرات هذه تتحول قديوريثان وبولى كربونات ،بولى استر بولى ، أميد بولى مثال قطبيه مجموعات

الراتنجات • او الحراريه باللدائن المتشابكه الروابط ذات البلمرات تدعىاليوريا : thermosetting resinsالحراريه بلمرات وتشمل

فورمالدهاليد، الفينول بلمرات فورمالدهاليد، الميالمين بلمرات فورمالدهاليد، ( أكسى ( اإلب راتنجات بلمرات

الخطيه البلمرات تحضير طرق

:1مثال : المباشره األميده طريق عن إما يحضر أميد direct amidation بولى

الذاتيه األميده و أ أمين ثنائى حمضمع self amidationلثنائىاألميديه الرابطه ذات الحلقات طريق عن او األمينيه للحموض

أمينى حمض إلى تنكسر حيث

المباشره األميدهأميدات البولى أهم الطريقه بهذه تتم

Polyamides: النايلون .وهوللمعادله وفقا

:2مثال : إسترات مجموعتى بولى ذات أغوال تفاعل خالل من يحضر

كربوكسيل مجموعتى ذات حموضعضويه مع أكثر او هيدروكسيل

:3مثال : كربونات مجموعتى بولى ذات أغوال تفاعل خالل من يحضر

كقاعده البيريدين بوجود الفوسجين مع بسفينول او هيدروكسيلعكسى تفاعل حدوث دون ليحول الهايدروجين كلوريد إلقتناص

المتشابكه الروابط ذات البلمرات

قابليتها بعدم وتتميز ومتشابكه متشعبه طويله سالسل من تتكونللعوامل مقاومه إنها كما المذيبات فى الذوبان لالنصهاراو

الجويه.

:1مثاليوريثان ثنائى : polyurethaneبولى تفاعل خالل من يحضر

. الهيدروكسيل ثنائى كحول مع آيزوسيانات

:2مثال : فورمالدهيد الفينول الفورمالدهيد راتنجات مع الفينول تكاثف من تتكون

بالباكاليت وتسمى

التكاثف لبلمرات الصناعيه اإلستخداماتاإلستخدامات البولمر نوع

صناعيه ألياف 66النايلون صناعيه ألياف خطية إسترات بولى

الطالء وفى للتغليف متشابكه إسترات بولىللتنجيد المستخدمه الرغاوى يوريثان بولى

علب – طالء الصقه مواداالطعمه

فورمالدهيد فينول

مشغوالت و الصقه موادراتنجيه

فورمالدهيد يوريا

السطوح طالء االيبوكسى راتنجات

اإلضافه Addition polymerizationبلمرة

بعضها االحاديه الجزئيات خاللها تنضم حيث ضم بلمرة أحيانا تسمىبولمر سلسله بعضمكونه إلى

+ + +

+++

+++

خطيه

متفرعه

A A A A A A A A

monomers polymer

إيثلين إيثلين بولى

بروبين بروبين بولى

n A (A)nmany (n)

monomerspolymer

باإلضافه تتفاعل التى البولمرات بعض يوضح جدول

الماده لنوع تبعا ميكانىكات عدة إلى اإلضافه تفاعل يخضع

200 °C2000 atm

R2O2

بيروكسيد

إيثلين بولى

H2C CH2

CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2

Free-Radical AdditionPolymerization of لإليثلين الجذريه Ethyleneالبلمره

polypropylene

H2C CHCH3

CH CH CHCHCHCH CH

CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3

للبروبين الجذريه البلمره

•..RO..H2C CHCH3

Mechanism

H2C CHCH3

..RO:

•

H2C CHCH3•

..RO:

CHCH3H2C

H2C CHCH3

H2C CHCH3

• H2C CHCH3

..RO: Mechanism

H2C CHCH3

H2C CHCH3

• H2CCHCH3

..RO: Mechanism

CHCH3H2C

بالمثل ...و

•H2C=CHCl polyvinyl chloride

•H2C=CHC6H5 polystyrene

•F2C=CF2 Teflon

Catalyst

لإلستايرين الجزريه البلمره

R R

etc.استايرين بولى

إستيارين

بالرنين مستقر).().(

).(

. .

. .

R-O-O-R

2 R-O .حفاز عامل

حفاز عامل

الكاتيونيه المكانيكيهCatalyst

+

H2SO4

R

+

R

+ etc.

styrene الحامض بروتون

بالتأرجح مستقره)+()+(

)+(

حفاز tعامل+

استايرين بولى

n

وحدات متكرره

Rاستايرين بولى

االنيونيه المكانيكيهفورمالدهيد: بولى مثال

الحلقة فتح خالل من البلمرة؟ سايكلوهكسان من إيثلين البولى تحضير بإستطاعتنا هل

الكربون ذرات عدد ذات ،الحلقات مستقر مركب سايكلوهكسان 3 فتح 5و ،4 خالل من بولمر تكون أن يمكن

مناسبه ظروف تحت الحلقه

الحلقه فتح خالل من بولمر تعطى يمكن التى الحلقيه المركبات لبعض أمثله

االنيونيه بالمكانيكيه البلمره

الحلقى: االيثين بروكسيد مثال

الكاتيونيه بالمكانيكيه البلمره

الحلقه فتح خالل من البلمرات لبعض أمثلهبولستر

اميد بولى

Ziegler-Natta Catalysts - ناتا زقلر

AlCl

ClTi

Cl

Cl

CH2CH3CH3CH2

CH3CH2

(CH3CH2)3Al TiCl4+

الناحيه هذه من االلكين يدخل

ناتا - زقلر الحفاز العامل بإستخدام البلمره

AlCl

ClTi

Cl

Cl

CH2CH3CH3CH2

CH3CH2 CH2C 2H

CH2 CH2Al

Cl

ClTi

Cl

Cl

CH2CH2CH2CH3CH3CH2

CH3CH2

CH2 CH2

وهكذا

إدماج

للبولمرات الفراغيه الكيمياءالتي المختلفه البولمرات سالسل بين العالقه وصف بها ونعني

وفقا الذرات ترتيب في وتختلف الجزيئيه صيغتها في تتماثلالصفات على الترتيب هذا تأثير ثم ومن الثالثه لالبعادالفراغيه

البولمرات لتلك والفيزيائيه الكيميائيه و الميكانيكيه

المتماثله الجزيئيه الصيغ ذات البولمرات في التماكب انواع

•( التكتيكي ( الفني الفراغي Tacticity التماكب

البنائي • الفراغي Structural isomerismالتماكب

الهندسي • الفراغي Geometrical isomerismالتماكب

( التكتيكي ( الفني الفراغي Tacticity التماكب

بإختالف • اإلختالف هذا ياتي و قسمين الى تنقسمالبلمره : تفاعل ظروف

عشوائي 1. ترتيب ذات Atatic polymersبلمراتاأليونيه البلمره أو الحره الجذور بواسطة البلمره تتم

منتظم. 2 ترتيب ذات Tactic polymersبلمرات - الفراغي بالترتيب تتحكم التي ناتا زيقلر بواسطة البلمره تتم

عشوائي ترتيب ذات Atactic polymersبلمرات

البديله • المجموعات تصبح حيث محدد ترتيب هذه للبولمرات ليسالكيراليه CH3مثل المراكز على chiral centreالواقعه R Sوفقا

الخ S R S S R R S R R Rتكون جيده غير صفات له الناتج والبولمر عشوائيا توزيعا موزعه

منتظم ترتيب ذات Tactic polymersبلمرات

طريق • عن الكيميائي الفراغي بالتحكم النوع هذا تحضير يمكن - التفرع بقلة الناتجه البولمرات وتمتاز ناتا زقلر الحفاز العامل

نوعين الى تنقسم وهي عاليتين تبلر و إنصهار وبدرجتيالموحد 1. ISOTACTICالترتيب

واقعه • مركزكيرال كل عند البديله المجموعات تكونالفراغي والترتيب المشدوده السلسله مستوى من واحد جانب في

شكل على طرف R,R,R,R OR S,S,S,Sيكون على إعتمادانختاره الذي السلسله

C C C C C C C C C C C C

CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3H H H HHH

H H H H H HH H H H H Hواحد جانب على البديله المجموعات

المنتظم. 2 التعاقبي Syndiotacticالترتيب

التعاقب • على النوع هذا في البديله المجموعات تقعسلسلة مستوى جانبي على الكيراليه المراكز عند

الفراغي الترتيب يكون الحاله هذه وفي البولمرالكيراليه الكربون ……..R,S,R,S,R,Sلذرات

للبوليمرات الفيزيائية الخواصللبوليمرات الفيزيائي التركيب إن

: عن مسئول

فى الحرارى التحول حاالتالبوليمرات

: التالى بالشكل موضح هو كما األتى نرى المادة

النوعى الحجم فإن السابق بالشكل موضح هو كماصلبة لمادة

اإلنصهار.

: العادية الصغيرة الجزيئات أما

يكون بذلك والبوليمر:

الحرارى التحول حاالت عن التعبير يمكن بذلك وبطريقتين :للبوليمر

Tg

هو موضح

atactic

بروبيلين Tg: ملحوظة 0تساوى isotacticللبولىºC

atactic

isotactic

الصناعية البوليمرات