الشمع

الشمع هو فئة متنوعة من المركبات العضوية التي هي مواد صلبة محبة للدهون وقابلة للطرق بالقرب من درجات الحرارة المحيطة. وهي تشمل الألكانات والدهون الأعلى ، وعادة ما تكون نقاط انصهارها أعلى من حوالي 40 درجة مئوية (104 درجة فهرنهايت )، والتي تذوب لإعطاء سوائل منخفضة اللزوجة . الشمع غير قابل للذوبان في الماء ولكنه قابل للذوبان في المذيبات العضوية غير القطبية مثل الهكسان والبنزين والكلوروفورم . يتم إنتاج الشمع الطبيعي من أنواع مختلفة من قبل النباتات والحيوانات ويوجد في البترول .

الشمع عبارة عن مركبات عضوية تتكون بشكل مميز من سلاسل ألكيل أليفاتية طويلة، على الرغم من أن المركبات العطرية قد تكون موجودة أيضًا. قد تحتوي الشمع الطبيعية على روابط غير مشبعة وتشمل مجموعات وظيفية مختلفة مثل الأحماض الدهنية والكحولات الأولية والثانوية والكيتونات والألدهيدات وإسترات الأحماض الدهنية . غالبًا ما تتكون الشمع الاصطناعي من سلسلة متجانسة من الهيدروكربونات الأليفاتية طويلة السلسلة ( الألكانات أو البارافينات) التي تفتقر إلى المجموعات الوظيفية . [ 1 ^]

يتم تصنيع الشمع من قبل العديد من النباتات والحيوانات. تتكون الشمع من أصل حيواني عادةً من إسترات الشمع المشتقة من مجموعة متنوعة من الأحماض الدهنية والكحوليات الكربوكسيلية. في الشمع من أصل نباتي، قد تسود الخلطات المميزة للهيدروكربونات غير المستيرة على الإسترات. ^[2] لا يعتمد التركيب على الأنواع فحسب، بل يعتمد أيضًا على الموقع الجغرافي للكائن الحي.

أشهر شمع حيواني هو شمع العسل ، والذي يستخدم في بناء أقراص العسل في خلايا النحل، ولكن الحشرات الأخرى تفرز الشمع أيضًا. المكون الرئيسي لشمع العسل هو ميريسيل بالميتات وهو إستر من ترياكونتانول وحمض البالمتيك . نقطة انصهاره 62-65 درجة مئوية (144-149 درجة فهرنهايت). يوجد سبيرماسيتي بكميات كبيرة في زيت رأس حوت العنبر . أحد مكوناته الرئيسية هو سيتيل بالميتات ، وهو إستر آخر لحمض دهني وكحول دهني . اللانولين هو شمع يتم الحصول عليه من الصوف، ويتكون من إسترات الستيرولات . ^[1]

تفرز النباتات الشمع داخل وعلى سطح بصيلاتها كوسيلة للتحكم في التبخر وقابلية البلل والترطيب. ^[3] شمعات النباتات هي عبارة عن خليط من الهيدروكربونات الأليفاتية طويلة السلسلة المستبدلة، والتي تحتوي على الألكانات وإسترات الألكيلات والأحماض الدهنية والكحولات الأولية والثانوية والديولات والكيتونات والألدهيدات. ^[2] من المنظور التجاري، فإن أهم شمع نباتي هو شمع الكارنوبا ، وهو شمع صلب يتم الحصول عليه من نخيل البرازيل كوبرنيسيا برونيفيرا . يحتوي على إستر ميريسيل سيروتات، وله العديد من التطبيقات، مثل الحلويات وطلاءات الطعام الأخرى، وتلميع السيارات والأثاث، وطلاء الخيط، وشمع ألواح التزلج على الأمواج . تشمل الشمع النباتي الأكثر تخصصًا زيت الجوجوبا وشمع كانديلا وشمع أوريكوري .

يمكن أن تخضع الشمع أو الزيوت النباتية والحيوانية لتعديلات كيميائية انتقائية لإنتاج شمع بخصائص مرغوبة أكثر من تلك المتوفرة في المادة الأولية غير المعدلة. ^[4] اعتمد هذا النهج على أساليب الكيمياء الخضراء بما في ذلك تفاعلات الأوليفينات والتفاعلات الأنزيمية ويمكن استخدامه لإنتاج الشمع من مواد أولية غير مكلفة مثل الزيوت النباتية. ^{[5] [6]}

على الرغم من أن العديد من الشمع الطبيعي تحتوي على إسترات، فإن شمع البارافين عبارة عن هيدروكربونات، وهي عبارة عن خليط من الألكانات عادةً في سلسلة متجانسة من أطوال السلسلة. تمثل هذه المواد جزءًا كبيرًا من البترول. يتم تكريره عن طريق التقطير الفراغي . شمع البارافين عبارة عن خليط من الألكانات المشبعة n- و iso- ، والنفثينات ، والمركبات العطرية المستبدلة بالألكيل والنفثين. يتكون التركيب الكيميائي النموذجي لشمع البارافين الألكاني من هيدروكربونات ذات الصيغة العامة C _n H _{2 n + 2} ، مثل الهينترياكوتان ، C ₃₁ H _64. درجة التفرع لها تأثير مهم على الخصائص. الشمع الميكروبلوري هو شمع أقل إنتاجًا قائمًا على البترول يحتوي على نسبة أعلى من الهيدروكربونات الأيزوبارافينية (المتفرعة) والهيدروكربونات النفثينية.

يتم إنتاج ملايين الأطنان من شمع البارافين سنويًا. يتم استخدامها في الأطعمة (مثل علكة المضغ وتغليف الجبن)، وفي الشموع ومستحضرات التجميل، وطلاءات غير لاصقة ومانعة لتسرب الماء وفي مواد التلميع.

شمع مونتان هو شمع متحجر يتم استخراجه من الفحم والليغنيت . ^[7] وهو شديد الصلابة، مما يعكس التركيز العالي للأحماض الدهنية المشبعة والكحوليات. وعلى الرغم من لونه البني الداكن ورائحته الكريهة، إلا أنه يمكن تنقيته وتبييضه للحصول على منتجات مفيدة تجاريًا.

اعتبارًا من عام 1995 ^[تحديث]، تم استهلاك حوالي 200 مليون كيلوغرام من شمع البولي إيثيلين سنويًا. ^[3]

يتم تصنيع شمع البولي إيثيلين بإحدى الطرق الثلاث التالية:

1. البلمرة المباشرة للإيثيلين، بما في ذلك ربما المكونات المشتركة؛
2. التحلل الحراري لراتنج البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي؛
3. استعادة الكسور ذات الوزن الجزيئي المنخفض من إنتاج الراتنج ذو الوزن الجزيئي المرتفع.

تنتج كل تقنية إنتاج منتجات ذات خصائص مختلفة قليلاً. الخصائص الرئيسية لشمع البولي إيثيلين منخفض الوزن الجزيئي هي اللزوجة والكثافة ونقطة الانصهار.

تحتوي شمعات البولي إيثيلين المنتجة عن طريق التحلل أو الاسترداد من تيارات راتنج البولي إيثيلين على مواد ذات وزن جزيئي منخفض للغاية يجب إزالتها لمنع التطاير ومخاطر الحرائق المحتملة أثناء الاستخدام. عادة ما يتم تجريد شمع البولي إيثيلين المصنوع بهذه الطريقة من الكسور ذات الوزن الجزيئي المنخفض للحصول على نقطة وميض >500 درجة فهرنهايت (>260 درجة مئوية). تنتج العديد من مصانع راتنج البولي إيثيلين تيارًا منخفض الوزن الجزيئي يشار إليه غالبًا باسم شمع البوليمر المنخفض (LPW). LPW غير مكرر ويحتوي على أوليغومرات متطايرة وحفاز تآكلي وقد يحتوي على مواد غريبة أخرى وماء. تتضمن تنقية LPW لإنتاج شمع البولي إيثيلين إزالة أوليغومرات وحفاز خطير. يعد التكرير المناسب لـ LPW لإنتاج شمع البولي إيثيلين مهمًا بشكل خاص عند استخدامه في التطبيقات التي تتطلب شهادة إدارة الغذاء والدواء أو أي هيئة تنظيمية أخرى. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تُستخدم الشمعات بشكل أساسي في الصناعة كمكونات لتركيبات معقدة، وغالبًا ما تُستخدم في الطلاءات. الاستخدام الرئيسي لشمع البولي إيثيلين والبولي بروبيلين هو في صياغة الملونات للبلاستيك. تمنح الشمعات تأثيرات التكتل (أي إضفاء لمسات نهائية غير لامعة) ومقاومة التآكل للدهانات. يتم دمج شمع البولي إيثيلين في الأحبار في شكل مستحلبات لتقليل الاحتكاك. يتم استخدامها كعوامل إطلاق ، وتستخدم كعوامل انزلاق في الأثاث، وتمنح مقاومة للتآكل. ^[3]

تُستخدم الشمع مثل شمع البارافين أو شمع العسل ، والدهون الصلبة مثل شحم الخنزير في صناعة الشموع المستخدمة للإضاءة والديكور. ومن أنواع الوقود الأخرى المستخدمة في تصنيع الشموع فول الصويا . ويتم تصنيع شمع الصويا عن طريق عملية الهدرجة باستخدام زيت فول الصويا.

تُستخدم الشمعات في التشطيبات والطلاءات لمنتجات الأخشاب. ^[8] ويُستخدم شمع العسل بشكل متكرر كمواد تشحيم على شرائح الأدراج حيث يحدث تلامس بين الخشب والخشب.

استُخدم شمع الختم لإغلاق المستندات المهمة في العصور الوسطى . واستُخدمت ألواح الشمع كسطح للكتابة. كانت هناك أنواع مختلفة من الشمع في العصور الوسطى، وهي أربعة أنواع من الشمع ( راغوسان ، والجبل الأسود ، والبيزنطي ، والبلغاري )، والشمع "العادي" من إسبانيا ، وبولندا ، وريغا ، والشمع غير المكرر والشمع الملون (الأحمر والأبيض والأخضر). ^{[9] [10]} تُستخدم الشمعات في صناعة الورق المشمع ، وتشريب وتغليف الورق والكرتون لجعله مقاومًا للماء أو مقاومًا للبقع، أو لتعديل خصائص سطحه. تُستخدم الشمعات أيضًا في تلميع الأحذية ، وتلميع الخشب ، وتلميع السيارات، كعوامل فك القالب في صناعة القوالب ، وكطلاء للعديد من أنواع الجبن ، ولجعل الجلد والنسيج مقاومًا للماء . استُخدم الشمع منذ العصور القديمة كنموذج مؤقت قابل للإزالة في صب الشمع المفقود للذهب والفضة وغيرها من المواد .

تم استخدام الشمع المضاف إليه أصباغ ملونة كوسيلة في الرسم بالشمع ، ويُستخدم اليوم في تصنيع أقلام التلوين وأقلام التحديد الصينية وأقلام الرصاص الملونة . تم طلاء ورق الكربون ، المستخدم في صنع نسخ مكررة من المستندات المطبوعة ، بالكربون الأسود المعلق في الشمع، وعادةً ما يكون شمع مونتان ، ولكن تم استبداله إلى حد كبير بآلات النسخ والطابعات الحاسوبية . في سياق آخر، أحمر الشفاه والماسكارا عبارة عن مزيج من الدهون المختلفة والشمع الملون بالأصباغ، ويُستخدم كل من شمع العسل واللانولين في مستحضرات التجميل الأخرى . يستخدم شمع التزلج في التزلج على الجليد والتزلج على الجليد . أيضًا ، غالبًا ما تستخدم رياضات ركوب الأمواج والتزلج على الألواح ^[11] الشمع لتحسين الأداء.

تعتبر بعض أنواع الشمع آمنة للاستخدام مع الأطعمة، وتُستخدم في طلاء ألواح التقطيع الخشبية وغيرها من العناصر التي تلامس الأطعمة. ويُستخدم شمع العسل أو الشمع الصناعي الملون لتزيين بيض عيد الفصح في رومانيا وأوكرانيا وبولندا وليتوانيا وجمهورية التشيك. ويُستخدم شمع البارافين في صنع الحلوى المغطاة بالشوكولاتة.

يستخدم الشمع أيضًا في الرصاص الشمعي ، والذي يستخدم كمساعدات محاكاة، وفي نحت الشمع .

• شمع العسل – الذي تنتجه نحل العسل
• الشمع الصيني – تنتجه حشرة قشرية تسمى Ceroplastes ceriferus
• اللانولين (شمع الصوف ) – من الغدد الدهنية للأغنام
• شمع اللك – من حشرة اللك Kerria lacca
• Spermaceti – من تجاويف الرأس ودهن حوت العنبر

• شمع التوت البري – من الشمع السطحي لثمار شجيرة التوت البري، ميريكا فايا
• شمع كانديليلا – من الشجيرات المكسيكية Euphorbia cerifera و Euphorbia antisyphilitica
• شمع الكارنوبا – من أوراق نخيل الكارنوبا، كوبرنيسيا سيرفيرا
• شمع الخروع – زيت الخروع المهدرج تحفيزيًا
• شمع الحلفاء – منتج ثانوي لصناعة الورق من عشبة الحلفاء ( Macrochloa tenacissima )
• شمع اليابان – ثلاثي جليسريد نباتي (ليس شمعًا حقيقيًا)، من ثمار نوعي Rhus و Toxicodendron
• زيت الجوجوبا – استر شمعي سائل ، من بذور نبات السيموندسيا الصينية .
• شمع أوريكوري – من نخيل الريش البرازيلي، Syagrus coronata .
• شمع نخالة الأرز – يتم الحصول عليه من نخالة الأرز ( Oryza sativa )
• شمع الصويا – من زيت فول الصويا
• شمع شجرة الشحم – من بذور شجرة الشحم Triadica sebifera .

• شمع السيريزين
• شمع مونتان – المستخرج من الليجنيت والفحم البني
• أوزوسيريت – يوجد في طبقات الليجنيت
• شمع الخث

• شمع البارافين – مصنوع من هيدروكربونات الألكان طويلة السلسلة
• شمع ميكروكريستالي – ذو بنية بلورية دقيقة للغاية

• نقطة انصهار الانزلاق
• حمض الشمع
• حجة الشمع ، أو "مثال كرة الشمع"، هي تجربة فكرية صاغها في الأصل رينيه ديكارت.

• الشمع محفوظ في 2016-12-02 على موقع Wayback Machine