البولة (لدائن-)
بوله (لداين)
-
فواز الديري
البولة urea (أو الكرباميد carbamide أو ثنائي أميد الكربونيل carbonyl diamide) مركب عضوي صيغته وله أسماء تجارية أخرى، وهو مادة موجودة في البول. تكوّن البولة العديد من البوليمرات polymers يذكر منها:
بوليمرات البولة - فورم ألدهيد formaldehyde؛ بدأ استعمالها تجارياً مواد لاصقة ورباطات binders في عشرينيات القرن العشرين، وهي تُصنع بطريقة شبيهة ببوليمرات الريزولات (بوليمرات الفينول- فورم ألدهيد) resoles (أي الفورم ألدهيد).
تعد راتنجات الفينول فورم ألدهيد أقدم البوليمرات الصناعية؛ فقد بدأ استعمالها منذ عام 1906 عندما سجّل الكيميائي الأمريكي بيكلاند L.H. Baekeland أول براءة اختراع في هذا المجال. كما يعد تفاعل تكاثف الفينولات مع الفورم ألدهيد لإنتاج الراتنجات الفينولية أقدم تفاعل تكاثف condensation معروف، ويعد الناتج أهم بوليمرات التصلب الحراري thermosetting. ويحصل على راتنجات الريزول بتفاعل التكاثف بين الفينول والفورم ألدهيد وفق المعادلة (1):
تتميز بوليمرات البولة- فورم ألدهيد بلونها الفاتح، ويُستَحسن عدم استعمالها في الأماكن المفتوحة لأنها ضعيفة المقاومة للعوامل الجوية .
وتستعمل بوليمرات البولة-فورم ألدهيد أيضاً لمعالجة الألياف النسيجية لتحسين مقاومتها للتجعد والانكماش shrink، وتمزج بدهانات الألكيد alkyd paints لتحسين قساوة الطبقة الكاسية coating.
إن نواتج التكاثف التي يُحصل عليها بتفاعل البولة مع الفورم ألدهيد، ونواتج تكاثف الفورم ألدهيد مع مركبات تحوي الآزوت (نتروجين) مثل الأنيلين والأميدات؛ تصنّف أيضاً ضمن هذه الزمرة من البوليمرات إلا أنها محدودة الاستعمال. وستفصّل هنا اللدائن المشتقة من تكاثف الفورم ألدهيد مع كلٍّ من البولة والميلامين، وكذلك نواتج تكاثف مواد أخرى تحوي زمراً مع الفورم ألدهيد؛ فتتكون مشتقات الميثيلول methylol التي يمكنها الاستمرار بالتفاعل لتشكل بوليمرات، وهي أقل أهمية من البوليمرات السابقة، يُذكر منها: بوليمرات الأنيلين aniline، مع الفورم ألدهيد formaldehyde وفق المعادلة (2):
Ṕ,P دي أمينو دي فينيل ميتان | فورم ألدهيد فينيل أمين (أنيلين) |
ويستطيع الناتج الاستمرار في التفاعل مكوّناً بوليمراً ثلاثياً حلقياً، وبتسخين الثلاثي trimer يستمر تفاعل التكثف ويتكوّن بوليمر للموحود فيه -على الأغلب- الصيغة (1):
الصيغة (1) |
لا تمتص هذه البوليمرات الماء؛ لذا تُستعمل في التطبيقات الكهربائية، مثل أجزاء في لوحة المفاتيح حيث يبقى لونها البني غير مرئي.
وتستحصل البوليمرات أيضاً بمعالجة مشتقات الميثيلول methylol derivatives الناتجة من تكثف
بارا - تولوين سلفون أميد para-toluene sulfonamide مع الفورم ألدهيد. والموحود monomer في البوليمر الناتج -على الأغلب- صيغته.
راتنجات الأمينوبلاست aminoplast
يعطى هذا الاسم لراتنجات البولة - فورم ألدهيد والميلامين – فورم ألدهيد. إن تقانة هذه المواد وتصنيعها شبيهة بتلك المتعلقة براتنجات الفينول فورم ألدهيد؛ ولكن لهذه الراتنجات ميزات على راتنجات الفينول فورم ألدهيد بكونها عديمة الرائحة.
إن كيمياء تشكل هذه المنتجات كيمياء معقدة، وتفاعلاتها تماثل تفاعلات صنع راتنجات الفينول فورم ألدهيد، وهي تتألف من التفاعل بين الفورم ألدهيد الثنائي الوظيفة والبولة أو الميلامين لإعطاء منتجات متفرعة لكنها غير متصالبة الارتباط ذات وزن جزيئي منخفض نسبياً، يمكن أن تتفاعل لاحقاً لإعطاء بنية متصالبة الارتباط في أثناء القولبة أو عملية التشكيل.
راتنجات البولة - فورم ألدهيد urea-formaldehyde resins
تُحضّر هذه الراتنجات من تفاعل البولة مع المحلول المائي للفورم ألدهيد عند درجات حرارة تقع بين 50° و100°س، وبنسبة مولية فورم
ألدهيد/بولة 1.6/1، ويجري التفاعل في محلول ذي باهاء (pH) 7.5 عند 100°س. وعندما يصل الناتج إلى الدرجة المرغوبة من البلمرة يُبَرَّد مزيج التفاعل، وتُجرى عليه بعض العمليات الضرورية. تبيّن المعادلة (3) خطوات التشكل.
ويبين الشكل (2) صيغة الموحود monomer:
الشكل (2) موحود (monomer) البولة - فورم ألدهيد. |
ويبين المخطط (1) مراحل الإنتاج الصناعي لراتنجات البولة - فورم ألدهيد.
المخطط (1) إنتاج راتنجات بولة - فورم ألدهيد. |
تُستخدم راتنجات البولة- فورم ألدهيد مادة لاصقة للخشب الرقائقي plywood، كما تُستخدم في صناعة الصحون والورق المقاوم للتبلل، وفي صنع التجهيزات الكهربائية والمطبخية.
راتنجات ميلامين - فورم ألدهيد Melamine-Formaldehyde (MF):
يتم اصطناع راتنجات ميلامين- فورم ألدهيد من تفاعل الميلامين مع المحلول المائي للفورم ألدهيد بنسبة 2.5 مول من الفورم ألدهيد لكلِّ مول من الميلامين، ويجري التفاعل عند 90°س و، وبتفاعلهما بوجود هدروكسيل الصوديوم تتكون مادة متوسطة تخلط بالمواد المالئة مثل السلّولوز ثم تُقولَب وتُسخَّن عند 150°س، وتحت الضغط يتم الحصول على مادة قاسية يصعب خدش سطحها، وتكون مقاومة لفعل المحلات والمواد الكيميائية والعوامل الجوية. تبيّن المعادلة (4) تشكل الراتنج والشكل (3) موحوده:
راتنج الميلامين - فورم ألدهيد المتصالب cross – linked. |
الشكل (3) موحود ميلامين - فورم ألدهيد. |
ويبين المخطط (2) مراحل الإنتاج الصناعي لراتنجات الميلامين - فورم ألدهيد:
المخطط (2) إنتاج راتنجات ميلامين - فورم ألدهيد. |
تستخدم راتنجات ميلامين فورم ألدهيد في صنع الألواح المستخدمة في التجهيزات المنزلية (والمسماة الفورمايكا)، كما تستخدم في الصناعات الخفيفة وفي صناعة الأزرار، ومقابض لكثير من الأدوات الكهربائية، وفي صناعة الأكواب والأدوات المطبخية وسلال المهملات وهياكل أجهزة التلفزيون.
بولي يوريتان (polyurethane (PUR:
تَنتج ضروب البولي يوريتان بتفاعل تكاثف؛ إلا أنها لا تعد بوليمرات تكاثف لعدم حذف جزيء صغير خلال تشكلها. ويتم الحصول على منتجات البولي يوريتان من تفاعل ثنائي إيزوسيانات مع مركبات متعدد الأمين؛ إذ ترتبط وحدات من الإيزوسيانات مع الأمينات وتتشكل ارتباطات بوليمرية المعادلة (5).
يمكن أن تتشكل ضروب متعدد (عديد) البولة polyurea من تفاعل ضروب الإيزوسيانات مع الماء فتتشكل مادة وسطية: هي حمض الكرباميك. ويتفكك حمض الكرباميك وينطلق ثنائي أكسيد الكربون مخلفاً الأمين. يتفاعل هذا الأمين مع زمرة إيزوسيانات لتكوين رابطة عديد البولة. يستعمل هذا التفاعل بمرحلتيه لاستحصال رغوات foams تدعى رغوات البولي يوريتان. وغاز الكربون المنطلق هو العامل الأولي لتكوين رغوة البولي يوريتان، والتسمية الأدق لهذه الرغوة هي رغوة بولي يوريتان /بولة .polyurethane/ urea foams
ويتم إنتاج ضروب البولي يوريتان اللدنة بطريقة القذفة الواحدة في تفاعل ثنائي إيزوسيانات ومركبات متعدد الأمين بسرعة وبوجود غاز يحول البوليمر المتشكل إلى رغوة، ثم يترك المزيج يتدفق على حزام ناقل أو في قالب مناسب. تأخذ الرغوة شكل ألواح يبلغ ثخنها عادة 60 سم وعرضها 2م، ثم تقطع الألواح وفق القياسات المطلوبة.
يتصف البولي يوريتان ببنية خطية ومتشابكة، ويمكن تصنيعه بتقانة الحقن والقولبة. تستخدم ضروب البولي يوريتان مواد عازلة وقطعاً في الغسالات والأطراف الصناعية والصناعة المنزلية مثل المفروشات وصناعة الأحذية والصناعات النسيجية.
مراجع للاستزادة: - فواز الديري، منال الحموي، الغرويات والجزيئات الضخمة، جامعة دمشق،2008. - H. Allcock, F. Lampe, J. Mark, Contemporary Polymer Chemistry, Prentice Hall, 2003. - C. E. Carraher Jr., Carraher’s Polymer Chemistry, CRC Press 2017. -J. McMurry, Organic Chemistry, Thomson Learning, Brook/ Cole, 2008. - M. P. Stevens, Polymer Chemistry: An Introduction, Oxford University Press 2009. - A. E. Tonelli, G. Narayanan, Host-Guest Polymer Complexes, Mdpi AG 2018. |
- التصنيف : الكيمياء والفيزياء - النوع : الكيمياء والفيزياء - المجلد : المجلد الخامس مشاركة :