علم البوليمر

علم البوليمر
ملكيات بنيان التكتيك علم التشكل التدهور سلوك المرحلة نظرية مارك-هوينك جامعة العلوم والتكنولوجيا في كاليفورنيا إل سي تي نظرية الحل فلوري-هوجينز انتقال الملف-الكرة
توليف بلمرة نمو السلسلة بلمرة الجذور الحرة Controlled radical polymerization ATRP RAFT Nitroxide-mediated radical polymerization Step-growth polymerization Condensation polymerization Addition polymerization
Classification Functional type Polyolefin Polyethylene Polypropylene Polyisobutylene Polyurethane Polyester Polycarbonate Vinyl polymers PVC PVA PVAc Polystyrene Structure Homopolymer Copolymer Gels Hydrogels Self-healing hydrogels
Characterization GPC FTIR X-ray crystallography DSC NMR TGA DMA Rheology Rheometry Viscometry
Scientists Flory Heeger MacDiarmid Shirakawa Natta Edwards de Gennes Ziegler Staudinger Goodyear Baekeland Hayward Braconnot
Applications Industrial production Extrusion Blow molding Applied coatings Protective Coatings 3D printing Consumer products Tires Whitewalls Cookware and bakeware Bakelite Food Container Vinyl record Kevlar Plastic bottle Plastic bag
v t e

علم البوليمرات أو علم الجزيئات الكبيرة هو أحد فروع علم المواد الذي يهتم بالبوليمرات ، وخاصة البوليمرات الاصطناعية مثل البلاستيك والإيلاستومرات . يشمل مجال علم البوليمرات الباحثين في تخصصات متعددة بما في ذلك الكيمياء والفيزياء والهندسة .

يشتمل هذا العلم على ثلاثة فروع رئيسية:

• كيمياء البوليمرات أو كيمياء الجزيئات الكبرى تهتم بالتركيب الكيميائي والخصائص الكيميائية للبوليمرات.
• تهتم فيزياء البوليمر بالخصائص الفيزيائية للمواد البوليمرية وتطبيقاتها الهندسية . وعلى وجه التحديد، تسعى إلى تقديم الخصائص الميكانيكية والحرارية والإلكترونية والبصرية للبوليمرات فيما يتعلق بالفيزياء الأساسية التي تحكم البنية الدقيقة للبوليمر. وعلى الرغم من نشأتها كتطبيق للفيزياء الإحصائية على هياكل السلسلة، ^[1] فقد تطورت فيزياء البوليمر الآن إلى تخصص قائم بذاته.
• يهتم توصيف البوليمر بتحليل التركيب الكيميائي والشكل وتحديد الخصائص الفيزيائية فيما يتعلق بالمعلمات التركيبية والبنيوية.

أول مثال حديث لعلم البوليمر هو عمل هنري براكونوت في ثلاثينيات القرن التاسع عشر. طور هنري، جنبًا إلى جنب مع كريستيان شونباين وآخرين، مشتقات من البوليمر الطبيعي السليلوز ، مما أدى إلى إنتاج مواد شبه صناعية جديدة، مثل السليولويد وأسيتات السليلوز . تم صياغة مصطلح "البوليمر" في عام 1833 من قبل يونس جاكوب بيرزيليوس ، على الرغم من أن بيرزيليوس لم يفعل سوى القليل مما يمكن اعتباره علم بوليمر بالمعنى الحديث. في أربعينيات القرن التاسع عشر، اكتشف فريدريش لوديرسدورف وناثانيال هايوارد بشكل مستقل أن إضافة الكبريت إلى المطاط الطبيعي الخام ( بولي إيزوبرين ) يساعد في منع المادة من أن تصبح لزجة. في عام 1844، حصل تشارلز جوديير على براءة اختراع أمريكية لفلكنة المطاط الطبيعي بالكبريت والحرارة. كان توماس هانكوك قد حصل على براءة اختراع لنفس العملية في المملكة المتحدة في العام السابق. تعمل هذه العملية على تقوية المطاط الطبيعي ومنعه من الذوبان بالحرارة دون فقدان المرونة. جعل هذا من الممكن إنتاج منتجات عملية مثل المواد المقاومة للماء. كما سهّل التصنيع العملي لمثل هذه المواد المطاطية. يمثل المطاط المبركن أول منتج ناجح تجاريًا لأبحاث البوليمر. في عام 1884، بدأ هيلير دي شاردونيه أول مصنع للألياف الاصطناعية يعتمد على السليلوز المتجدد ، أو رايون الفسكوز ، كبديل للحرير ، ولكنه كان شديد الاشتعال. ^[2] في عام 1907، اخترع ليو بايكلاند أول بلاستيك صناعي ، وهو راتينج فينول فورمالدهايد صلب بالحرارة يسمى الباكليت . [ ^3]

على الرغم من التقدم الكبير في تركيب البوليمرات، إلا أن الطبيعة الجزيئية للبوليمرات لم تكن مفهومة حتى عمل هيرمان شتودينجر في عام 1922. ^[4] قبل عمل شتودينجر، تم فهم البوليمرات من حيث نظرية الارتباط أو نظرية التجميع، والتي نشأت مع توماس جراهام في عام 1861. اقترح جراهام أن السليلوز والبوليمرات الأخرى كانت غرويات ، وهي مجموعات من الجزيئات ذات الكتلة الجزيئية الصغيرة المرتبطة بقوة بين الجزيئات غير معروفة. كان هيرمان شتودينجر أول من اقترح أن البوليمرات تتكون من سلاسل طويلة من الذرات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية . استغرق الأمر أكثر من عقد من الزمان حتى اكتسب عمل شتودينجر قبولًا واسع النطاق في المجتمع العلمي، وحصل عن هذا العمل على جائزة نوبل في عام 1953.

لقد شهدت حقبة الحرب العالمية الثانية ظهور صناعة بوليمرية تجارية قوية. وقد أدى العرض المحدود أو المقيد للمواد الطبيعية مثل الحرير والمطاط إلى ضرورة زيادة إنتاج البدائل الاصطناعية، مثل النايلون [ ^5] والمطاط الاصطناعي . ^[6] وفي السنوات الفاصلة، استمر تطوير البوليمرات المتقدمة مثل كيفلر وتيفلون في تغذية صناعة بوليمر قوية ومتنامية.

انعكس النمو في التطبيقات الصناعية من خلال إنشاء برامج أكاديمية قوية ومعاهد بحثية. في عام 1946، أنشأ هيرمان مارك معهد أبحاث البوليمر في بوليتكنيك بروكلين ، وهو أول منشأة بحثية في الولايات المتحدة مخصصة لأبحاث البوليمر. كما يُعرف مارك بأنه رائد في إنشاء المناهج وطرق التدريس في مجال علوم البوليمر. ^[7] في عام 1950، تم تشكيل قسم بوليتكنيك في الجمعية الكيميائية الأمريكية ، ومنذ ذلك الحين نما ليصبح ثاني أكبر قسم في هذه الجمعية مع ما يقرب من 8000 عضو. قال فريد دبليو بيلماير الابن، أستاذ الكيمياء التحليلية ذات مرة، "على الرغم من أن ندرة التعليم في علوم البوليمر تتضاءل ببطء، إلا أنها لا تزال واضحة في العديد من المجالات. والأمر الأكثر سوءًا هو أنه يبدو موجودًا، ليس بسبب نقص الوعي، بل بسبب نقص الاهتمام". ^[8]

2005 (كيمياء) روبرت جروبس ، ريتشارد شروك ، إيف شوفين لعملية التبادل الأوليفيني. ^[9]

2002 (الكيمياء) جون بينيت فين ، وكويتشي تاناكا ، وكورت ووثريتش لتطوير أساليب تحديد وتحليل بنية الجزيئات الحيوية الكبيرة . ^[10]

2000 (كيمياء) آلان جي ماكديارميد ، وآلان جيه هيجر ، وهيديكي شيراكاوا لعملهم على البوليمرات الموصلة ، مما ساهم في ظهور الإلكترونيات الجزيئية . ^[11]

1991 (فيزياء) بيير جيل دي جينس لتطوير نظرية معممة للتحولات الطورية مع تطبيقات خاصة لوصف الترتيب والتحولات الطورية في البوليمرات. ^[12]

1974 (الكيمياء) بول جيه فلوري لمساهماته في الكيمياء البوليمرية النظرية. ^[13]

1963 (الكيمياء) جوليو ناتا وكارل زيجلر لمساهماتهما في تخليق البوليمر. ( تحفيز زيجلر-ناتا ). ^[14]

1953 (الكيمياء) هيرمان ستودينجر لمساهماته في فهم الكيمياء الجزيئية الكبيرة. ^[15]

• McLeish TCB (2009) فيزياء البوليمر. في: Meyers R. (المحررون) موسوعة التعقيد وعلوم الأنظمة. Springer، نيويورك، نيويورك. doi :10.1007/978-0-387-30440-3_409

• أسوا، خوسيه م. (أغسطس 2007). هندسة تفاعلات البوليمر (غلاف مقوى - 392 صفحة) . وايلي، جون وأولاده. رقم ISBN 978-1-4051-4442-1.

• قائمة المجلات العلمية المتعلقة بعلم البوليمر