مثبط البلمرة

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

في كيمياء البوليمرات ، تُعرف مثبطات البلمرة بأنها مركبات كيميائية تُضاف إلى المونومرات لمنع بلمرتها الذاتية . تتطلب المونومرات غير المشبعة ، مثل الأكريلات ، وكلوريد الفينيل ، والبيوتادين ، والستايرين ، مثبطاتٍ لكلٍ من عمليات التصنيع والنقل والتخزين الآمن. تُنقى العديد من المونومرات صناعيًا بالتقطير ، مما قد يؤدي إلى بلمرة حرارية. على سبيل المثال، يُقطر الستايرين عند درجات حرارة أعلى من 100 درجة مئوية، حيث يخضع لبلمرة حرارية بمعدل 2% تقريبًا في الساعة. [ 1 ] تُعد هذه البلمرة غير مرغوب فيها، إذ يُمكن أن تُسبب انسدادًا في برج التقطير ؛ كما أنها عادةً ما تكون طاردة للحرارة ، مما قد يؤدي إلى تفاعل متسارع وانفجار محتمل إذا لم يتم التحكم فيه. بمجرد بدء البلمرة، تكون عادةً جذرية في آليتها، ولذلك تعمل العديد من مثبطات البلمرة ككاسحات للجذور الحرة. 

المثبطات مقابل المؤخرات

يُستخدم مصطلح "المثبط" عادةً بشكل عام لوصف أي مركب يُستخدم لمنع البلمرة غير المرغوب فيها، إلا أن هذه المركبات تُصنف غالبًا إلى "مُبطئات" و"مثبطات حقيقية". يتميز المثبط الحقيقي بفترة تحفيز محددة لا تحدث خلالها أي بلمرة ملحوظة. يُستهلك المثبط خلال هذه الفترة، وبمجرد زواله، تستمر البلمرة بشكل طبيعي. أما المُبطئات، فلا تُظهر فترة تحفيز، ولكنها تُقلل بشكل دائم من معدل البلمرة، بينما تتحلل هي نفسها ببطء. وقد بُذلت محاولات لتحديد الفرق بينهما كميًا من حيث معدل التفاعل. [ 2 ] في البيئة الصناعية، تُستخدم عادةً مركبات من كلا النوعين معًا، حيث يوفر المثبط الحقيقي الأداء الأمثل للمصنع، بينما يعمل المُبطئ كآلية أمان.

مثبطات المعالجة

مثبطات حقيقية

تنتشر عملية البلمرة الجذرية للمونومرات غير المشبعة عمومًا بواسطة الجذور الحرة الموجودة على ذرات الكربون. ويمكن إيقاف هذه العملية بفعالية عن طريق دمجها مع جذور حرة أخرى لتكوين جزيئات متعادلة ( إنهاء السلسلة ). تعمل معظم المثبطات الحقيقية من خلال هذه الآلية. في أبسط مثال، يمكن استخدام الأكسجين لأنه موجود بشكل طبيعي في حالته الثلاثية (أي أنه جذر حر ثنائي ) . يُشار إلى هذا باسم تثبيط الهواء أو تثبيط الأكسجين، [3] وهو تفاعل مُتحكم فيه بالانتشار بمعدلات تتراوح عادةً بين 10⁷ و10⁹ مول⁻¹ ثانية⁻¹ ، [ 4 ] وتكون جذور البيروكسي الناتجة ( ROO • ) أقل تفاعلًا تجاه البلمرة. قد يكون الأكسجين ضروريًا أيضًا لتنشيط أو تجديد أنواع معينة من المثبطات مثل بارا-فينيلين ديامينات ، والهيدروكسيلامينات مثل HPHA و DEHA ، والتي يُعتقد أنها تتفاعل من خلال جذور الأمينوكسيل كوسيط .

لا يُعدّ تثبيت الهواء مناسبًا للمونومرات التي يمكن أن تُشكّل معها بيروكسيدات عضوية متفجرة ، مثل كلوريد الفينيل والأكريلات. لذا، يجب استخدام جذور حرة مستقرة أخرى لهذه المواد، ومن أمثلتها TEMPO وTEMPOL والفينوثيازين [ 5 ] ، وهي مواد فعالة للغاية في إزالة الجذور الحرة. ليست كل المثبطات جذورًا حرة، ومن الأمثلة المهمة على ذلك الكينونات [ 6 ] وميثيدات الكينون [ 7 ] .

مثبطات السرعة

قد تعمل بعض الهيدروكسيلامينات [ 8 ] وبارا -فينيلين ديامين كمثبطات. أما بالنسبة للستايرين، فقد استُخدمت مركبات النيتروفينول مثل ثنائي نيترو-أورثو-كريسول وثنائي نيترو-سيك-بوتيل فينول (DNBP أو دينوسيب) لفترة طويلة، ولكنها شديدة السمية وملوثة للبيئة. [ 9 ]

مثبطات النقل والتخزين

تكون المونومرات النقية المخزنة في درجات حرارة الغرفة أقل عرضة للبلمرة، ولذلك نادرًا ما تُستخدم مثبطات التفاعل الشديدة في هذه المرحلة. وبشكل عام، تُختار المركبات التي يمكن إزالتها بسهولة قبل عملية البلمرة الصناعية مباشرةً لإنتاج البلاستيك. وتميل المركبات الحاملة لمجموعة هيدروكسيل ، والتي يمكن إزالتها بالغسل القلوي، إلى أن تكون هي السائدة. ومن الأمثلة على ذلك: 4-ثالثي بوتيل كاتيكول (TBC)، و4-ميثوكسي فينول (MEHQ)، وبوتيل هيدروكسي تولوين (BHT)، وهيدروكينون (HQ).

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ خونغ، كيلي س.؛ جونز، والتر هـ.؛ براير، ويليام أ.؛ هوك، ك. ن. (فبراير 2005). "آلية البلمرة الحرارية الذاتية للستايرين: حل نظري لمشكلة كلاسيكية". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 127 (4): 1265-1277 . doi : 10.1021/ja0448667 .
  2. ↑ تودوس، ف؛ فولديسبيريزنيتش، ت (1989). "بلمرة الجذور الحرة: التثبيط والتأخير". التقدم في علوم البوليمرات . 14 (6): 717-761 . doi : 10.1016/0079-6700(89)90008-7 .
  3. ↑ بهانو، ف.أ.؛ كيشور، ك. (1 مارس 1991). "دور الأكسجين في تفاعلات البلمرة". مراجعات كيميائية . 91 (2): 99-117 . doi : 10.1021/cr00002a001 .
  4. ↑ إنجولد، كيث يو. (مايو 2002). "جذور البيروكسي". حسابات البحوث الكيميائية . 2 (1): 1-9 . doi : 10.1021/ar50013a001 .
  5. ↑ ليفي، ليون ب. (30 مارس 1992). "تثبيط بلمرة حمض الأكريليك بواسطة الفينوثيازين وبارا-ميثوكسي فينول. الجزء الثاني: التثبيط التحفيزي بواسطة الفينوثيازين". مجلة علوم البوليمرات، الجزء أ: كيمياء البوليمرات . 30 (4): 569-576 . Bibcode : 1992JPoSA..30..569L . doi : 10.1002/pola.1992.080300407 .
  6. ↑ بيكر، هـ.؛ فوغل، هـ. (أكتوبر 2006). "دور أحادي ميثيل إيثر الهيدروكينون في تثبيت حمض الأكريليك". الهندسة الكيميائية والتكنولوجيا . 29 (10): 1227-1231 . doi : 10.1002/ceat.200500401 .
  7. ↑ بوسبيشيل، يان؛ نيشبوريك، ستانيسلاف؛ تسفايفل، هانز (أكتوبر 1996). "دور ميثيدات الكينون في التثبيت الحراري لبوليمرات الهيدروكربون - الجزء الثاني: الخصائص وآليات النشاط". تحلل البوليمر واستقراره . 54 (1): 15-21 . doi : 10.1016/0141-3910(96)00108-5 .
  8. ↑ أوكاتسو، ياسوكازو؛ بابا، ري؛ واتانابي، كيجي (2011). "آلية إزالة الجذور الحرة لمضاد الأكسدة ثنائي ستيريل هيدروكسيلامين" . مجلة معهد البترول الياباني . 54 (1): 15-21 . doi : 10.1627/jpi.54.15 .
  9. ↑ جاكسون، ر. أ.؛ ووترز، ويليام أ. (1960). "332. خواص وتفاعلات جذور الألكيل الحرة في المحلول. الجزء الثالث عشر. التفاعلات مع مركبات النيترو العطرية". مجلة الجمعية الكيميائية (مستأنفة) : 1653. doi : 10.1039/JR9600001653 .