انتقل إلى المحتوى

بوليستر: الفرق بين النسختين

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
تصفح التاريخ تفاعلياً
[مراجعة غير مفحوصة][مراجعة غير مفحوصة]
→ التعديل السابقالتعديل اللاحق ←
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
مرئينص الويكي
متابعة الترجمة
لا ملخص تعديل
سطر 157: سطر 157:


إلى جانب وحدات المعالجة الكبيرة المذكورة أعلاه لإنتاج الألياف أو الخيوط الأساسية ، هناك عشرة آلاف من مصانع المعالجة الصغيرة والصغيرة جدًا ، بحيث يمكن للمرء تقدير أن البوليستر تتم معالجته وإعادة تدويره في أكثر من 10000 مصنع حول العالم. هذا دون احتساب جميع الشركات العاملة في صناعة التوريد ، بدءًا من الآلات الهندسية والمعالجة وانتهاءًا بالإضافات الخاصة والمثبتات والألوان. هذا مجمع صناعي ضخم ولا يزال ينمو بنسبة 4-8٪ سنويًا ، اعتمادًا على منطقة العالم.
إلى جانب وحدات المعالجة الكبيرة المذكورة أعلاه لإنتاج الألياف أو الخيوط الأساسية ، هناك عشرة آلاف من مصانع المعالجة الصغيرة والصغيرة جدًا ، بحيث يمكن للمرء تقدير أن البوليستر تتم معالجته وإعادة تدويره في أكثر من 10000 مصنع حول العالم. هذا دون احتساب جميع الشركات العاملة في صناعة التوريد ، بدءًا من الآلات الهندسية والمعالجة وانتهاءًا بالإضافات الخاصة والمثبتات والألوان. هذا مجمع صناعي ضخم ولا يزال ينمو بنسبة 4-8٪ سنويًا ، اعتمادًا على منطقة العالم.

== اصطناع البوليستر ==
يتم تحقيق توليف البوليسترات بشكل عام عن طريق تفاعل متعدد التكثيف. انظر "تفاعلات التكثيف في كيمياء البوليمر". المعادلة العامة لتفاعل الديول مع ثنائي الحموضة هي

(n+1) R(OH)<sub>2</sub> + n R´(COOH)<sub>2</sub> → HO[ROOCR´COO]<sub>n</sub>ROH + 2n H<sub>2</sub>O.

يمكن الحصول على البوليستر من خلال مجموعة واسعة من التفاعلات التي من أهمها تفاعل الأحماض والكحوليات وتحلل الكحول أو التحلل الحمضي للإسترات منخفضة الوزن الجزيئي أو التحلل الكحولي لكلوريد الأسيل.
[[ملف:Overview polyester formation reaction.svg|حدود|285x285بك]]

=== الأسترة الأزيوتروب ===
في هذه الطريقة الكلاسيكية ، يتفاعل الكحول وحمض الكربوكسيل لتكوين إستر كربوكسيلي. لتجميع بوليمر ، يجب إزالة الماء المتكون من التفاعل باستمرار عن طريق تقطير الأزيوتروب.
[[ملف:Polyester formation via direct esterification.svg]]

=== الأسترة الذائبة ===
عندما تكون نقاط انصهار المونومرات منخفضة بدرجة كافية ، يمكن تكوين بوليستر عن طريق الأسترة المباشرة أثناء إزالة ماء التفاعل عن طريق الفراغ.

Direct bulk polyesterification at high temperatures (150 – 290&nbsp;°C) is well-suited and used on the industrial scale for the production of aliphatic polyesters, unsaturated polyesters and aromatic–aliphatic polyesters. Monomers containing [[:en:Phenol_group|phenolic]] or [[:en:Tertiary_hydroxyl_groups|tertiary hydroxyl groups]] exhibit a low reactivity with [[:en:Carboxylic_acid|carboxylic acids]] and cannot be polymerized via direct acid alcohol-based polyesterification.<ref name=":1">{{cite book|vauthors=Rogers ME, Long TE|title=Synthetic Methods in Step-Growth Polymers|publisher=John Wiley & Sons, Inc.|location=Hoboken, NJ, USA|date=2003}}</ref>⁠ In the case of PET production, however, the direct process has several advantages, in particular a higher reaction rate, a higher attainable molecular weight, the release of water instead of [[:en:Methanol|methanol]] and lower storage costs of the acid when compared to the ester due to the lower weight.<ref name=":02">{{cite book|vauthors=Köpnick H, Schmidt M, Brügging W, Rüter J, Kaminsky W|chapter=Polyesters|title=Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry|date=June 2000|publisher=Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA|location=Weinheim, Germany}}</ref>

=== استرة كحولية ===
{{main|Transesterification}}الأسترة التبادلية: أوليغومر منتهي بالكحول وأوليجومير منتهي بالإستر لتكوين ارتباط إستر ، مع فقد كحول. R و R 'هما سلسلتا oligomer ، R' 'عبارة عن وحدة قربانية مثل مجموعة الميثيل (الميثانول هو المنتج الثانوي لتفاعل الأسترة).

يستخدم مصطلح ترانسستيري عادة لوصف تفاعلات تبادل الهيدروكسي - إستر ، الكربوكسي - الإستر ، وتفاعلات التبادل الإستر. يمتلك تفاعل تبادل الهيدروكسي والإستر أعلى معدل تفاعل ويستخدم لإنتاج العديد من البوليسترات العطرية - الأليفاتية والعطرية بالكامل.<ref name=":1" /> يعتبر التوليف المعتمد على الأسترة التبادلية مفيدًا بشكل خاص عند استخدام أحماض ثنائي الكربوكسيل عالية الذوبان وذوبان ضعيفة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الكحوليات كمنتج تكثيف تكون أكثر تطايرًا وبالتالي يسهل إزالتها من الماء.<ref>{{cite book|vauthors=Ravve A|title=Principles of Polymer Chemistry|publisher=Springer|location=New York, New York, NY|date=2012}}</ref>

إن تخليق الذوبان عالي الحرارة بين ثنائي أسيتات ثنائي الأسيتات وأحماض ثنائي الكربوكسيل العطرية أو في الاتجاه المعاكس بين ثنائي الفينول وإسترات ثنائي فينيل حمض الكربوكسيل العطري (يتم إجراؤه عند 220 إلى 320 درجة مئوية عند إطلاق حمض الأسيتيك) ، إلى جانب التخليق المعتمد على أسيل كلوريد ، الطريق المفضل للبوليستر العطري بالكامل.<ref name=":1" />

=== أسيلة ===
في الأسيلة ، يبدأ الحمض في صورة كلوريد حمض ، وبالتالي يستمر التكثيف المتعدد بانبعاث حمض الهيدروكلوريك (HCl) بدلاً من الماء.

تم تطبيق التفاعل بين كلوريد الدياسيل والكحوليات أو المركبات الفينولية على نطاق واسع على تخليق البوليستر وخضع للعديد من المراجعات وفصول الكتب..<ref name=":13">{{cite book|vauthors=Rogers ME, Long TE|title=Synthetic Methods in Step-Growth Polymers|publisher=John Wiley & Sons, Inc.|location=Hoboken, NJ, USA|date=2003}}</ref>⁠<ref name=":4">{{cite journal|vauthors=Vinogradova SV|title=The basic principles of non-equilibrium polycondensation.|journal=Polymer Science USSR|date=January 1977|volume=19|issue=4|pages=769–808|doi=10.1016/0032-3950(77)90232-5}}</ref><ref name="Duda_2005">{{cite book|vauthors=Duda A, Penczek S|chapter=Mechanisms of Aliphatic Polyester Formation|title=Biopolymers Online|veditors=Doi Y, Steinbüchel A|publisher=Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA|location=Weinheim, Germany|date=2005|pages=371–383|doi=10.1002/3527600035.bpol3b12}}</ref><ref name=":5">{{cite book|vauthors=Pilati F|chapter=Polyesters|title=Comprehensive Polymer Science and Supplements|publisher=Elsevier|date=1989|volume=5|pages=275–315}}</ref>

يتم إجراء التفاعل عند درجات حرارة أقل من طرق التوازن ؛ الأنواع الممكنة هي تكثيف المحلول ذو درجة الحرارة العالية ، التفاعلات المحفزة بالأمين والتفاعلات البينية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم احتساب استخدام العوامل المنشطة على أنها طريقة عدم توازن. ثوابت التوازن للتكثيف المعتمد على أسيل كلوريد والذي ينتج عنه أريلات وبولي أريلات عالية جدًا بالفعل ويبلغ عنها 4.3 × 10<sup>3</sup> و 4.7 × 10<sup>3</sup> ، على التوالي. وبالتالي ، غالبًا ما يشار إلى هذا التفاعل على أنه بوليسترة "غير متوازنة". على الرغم من أن التخليق المعتمد على أسيل كلوريد يخضع أيضًا للتقارير الواردة في وثائق براءات الاختراع ، فمن غير المحتمل أن يتم استخدام التفاعل على نطاق الإنتاج..<ref>{{cite book|vauthors=Lienert KW|chapter=Poly (ester-imide)s for industrial use.|veditors=Kricheldorf HR|title=Progress in Polyimide Chemistry II|series=Advances in Polymer Science|date=1999|volume=141|pages=45–82|publisher=Springer|location=Berlin, Heidelberg|doi=10.1007/3-540-49814-1_2|isbn=978-3-540-64963-2}}</ref>

الطريقة محدودة بسبب التكلفة العالية لثاني كلوريد الحمض وحساسيتها للتحلل المائي وحدوث تفاعلات جانبية.<ref name="pmid25473252">{{cite journal|vauthors=Sokolsky-Papkov M, Langer R, Domb AJ|title=Synthesis of aliphatic polyesters by polycondensation using inorganic acid as catalyst|journal=Polymers for Advanced Technologies|volume=22|issue=5|pages=502–511|date=April 2011|pmid=25473252|pmc=4249767|doi=10.1002/pat.1541}}</ref>

ينتج عن تفاعل درجة الحرارة المرتفعة (100 إلى> 300 درجة مئوية) لكلوريد ثنائي الأسيل مع كحول الديال البوليستر وكلوريد الهيدروجين. في ظل هذه درجات الحرارة المرتفعة نسبيًا ، يستمر التفاعل سريعًا بدون محفز:<ref name=":52">{{cite book|vauthors=Pilati F|chapter=Polyesters|title=Comprehensive Polymer Science and Supplements|publisher=Elsevier|date=1989|volume=5|pages=275–315}}</ref>
[[ملف:Polyester formation via neat acyl chloride.svg|بدون|تصغير|917x917بك]]



يمكن أن يتبع تحويل التفاعل معايرة كلوريد الهيدروجين المتطور. تم وصف مجموعة متنوعة من المذيبات بما في ذلك البنزين المكلور (مثل ثنائي كلورو بنزين) ، النفثالينات المكلورة أو ثنائي فينيل ، بالإضافة إلى العطريات غير المكلورة مثل التيرفينيل أو البنزوفينون أو ثنائي بنزيل بنزين. تم تطبيق التفاعل أيضًا بنجاح على تحضير بوليمرات شديدة التبلور وضعيفة الذوبان والتي تتطلب درجات حرارة عالية ليتم الاحتفاظ بها في المحلول (على الأقل حتى يتم الوصول إلى وزن جزيئي مرتفع بدرجة كافية).<ref name=":53">{{cite book|vauthors=Pilati F|chapter=Polyesters|title=Comprehensive Polymer Science and Supplements|publisher=Elsevier|date=1989|volume=5|pages=275–315}}</ref>
[[ملف:Polyester formation via interfacial acyl chloride.svg|بدون|تصغير|633x633بك]]


[[ملف:Polyester formation via amine acyl chloride.svg|بدون|تصغير|517x517بك]]
'''طريقة Silyl'''

في هذا البديل من طريقة حمض الهيدروكلوريك ، يتم تحويل كلوريد حمض الكربوكسيل مع ثلاثي ميثيل سيليل الأثير لمكون الكحول ويتم الحصول على إنتاج كلوريد ثلاثي ميثيل سيليل

=== طريقة خلات (الأسترة) ===
[[ملف:Polyester formation via transesterification.svg|يمين|لاإطار|430x430بك]]

=== بلمرة فتح الحلقة ===


== المراجع ==
== المراجع ==

نسخة 10:40، 17 ديسمبر 2020

Ester group (blue) which defines polyesters.
صورة لألياف من البولي استر بالمجهر الإلكتروني الماسح تبين الصورة انحناء في أحد أنواع ألياف البولي استر ذو سطح جانبي كبير
Close-up of a polyester shirt


البولي إستر أو ألياف البولي إستر أو ألياف عديد الإستر (بالإنجليزية: Polyester)‏ هو أحد أنواع البوليميرات التي تحتوي زمرة الإستر في سلسلتها الرئيسية.

طبقًا لمعايير الأيزو ISO 2067 فإن ألياف عديد الاستر التي يرمز لها عادة بالرمز PES تعرف بأنها: ألياف تتألف من جزيئات خطية ضخمة تحتوي في سلسلتها مانسبته على الأقل 85% من الوزن من الأملاح العضوية ester مكونة من ديول Diol ومن حمض التيريفتاليك.[1]

يجب الإشارة إلى أن مصطلح بولي إستر يشير اصطلاحا إلى نوع محدد من مجموعة البولي إستر وهو البولي إيتيلين تيرفثالات (بالإنجليزية: Polyethylene terephtalate)‏. البولي إستر من مجموعة المبلمرات المتلدنة حراريا، والتي تغير شكلها عند تعرضها للحرارة. ينكمش البولي إستر مبتعدًا عند تعرضه للهب وينطفئ ذاتيا في حال الاشتعال، وهذه خصائص مهمة في اختيار الألبسة المضادة للحريق.

البوليستر هو فئة من البوليمرات التي تحتوي على مجموعة وظيفية استر في كل وحدة مكررة من سلسلتها الرئيسية.[2] كمواد محددة ، فإنه يشير في الغالب إلى نوع يسمى البولي إيثيلين تيريفثالات (PET). تشتمل مادة البوليستر على مواد كيميائية طبيعية ، كما هو الحال في كوتين بشرة النبات ، وكذلك المواد التركيبية مثل بولي بيوتيرات. البوليسترات الطبيعية وعدد قليل من المواد الاصطناعية قابلة للتحلل ، لكن معظم البوليسترات الاصطناعية ليست كذلك. المواد المستخدمة على نطاق واسع في الملابس.

يتم نسج ألياف البوليستر أحيانًا مع ألياف طبيعية لإنتاج قطعة قماش ذات خصائص مخلوطة. يمكن أن تكون خلائط القطن والبوليستر قوية ومقاومة للتجاعيد والتمزق وتقلل من الانكماش. تتميز الألياف الاصطناعية التي تستخدم البوليستر بمقاومة عالية للماء والرياح والبيئية مقارنة بالألياف المشتقة من النباتات. فهي أقل مقاومة للحريق ويمكن أن تذوب عند الاشتعال. [3]


تعد البوليسترات البلورية السائلة من أوائل البوليمرات البلورية السائلة المستخدمة صناعياً. يتم استخدامها لخصائصها الميكانيكية ومقاومة الحرارة. هذه السمات مهمة أيضًا في تطبيقها كسداد قابل للتآكل في المحركات النفاثة.[4]

يمكن أن يكون للبوليستر الطبيعي دور مهم في نشأة الحياة. [5] من المعروف أن سلاسل البوليستر الطويلة غير المتجانسة والهياكل عديمة الأغشية تتشكل بسهولة في تفاعل أحادي الوعاء بدون محفز في ظل ظروف حيوية بسيطة. [6][7]

أنواع Typs

البوليسترات هي واحدة من أهم فئات البوليمرات من الناحية الاقتصادية ، مدفوعة بشكل خاص بـ PET ، والتي تعد من بين المواد البلاستيكية الأساسية ؛ في عام 2000 تم إنتاج حوالي 30 مليون طن في جميع أنحاء العالم. تنوع الهياكل والخصائص في عائلة البوليستر كبير جدًا ، اعتمادًا على طبيعة المجموعة R (انظر الشكل الأول مع مجموعة الإستر الأزرق).[2]

تتكون عائلة البولي إستر من:[2]

  • البوليسترات الخطية الأليفاتية عالية الوزن الجزيئي (Mn> 10000) هي بوليمرات نصف متبلورة منخفضة الذوبان (م. ص 40-80 درجة مئوية) وتظهر خصائص ميكانيكية ضعيفة نسبيًا. إن قابليتها للتحلل المتأصل ، الناتجة عن عدم استقرار حالتها المائية ، تجعلها مناسبة للتطبيقات حيث يكون التأثير البيئي المحتمل مصدر قلق ، على سبيل المثال التعبئة والتغليف والمواد التي يمكن التخلص منها أو أغشية النشارة الزراعية [8] ⁠ أو في التطبيقات الطبية الحيوية والصيدلانية.[9]
  • يتم استخدام البوليسترات ذات الكتلة المولية المنخفضة الخطية الأليفاتية (Mn <10000) هيدروكسي المنتهية كإعدادات كبيرة لإنتاج البولي يوريثان.

تُستخدم البوليسترات مفرطة الامتياز كمعدلات ريولوجيا في اللدائن الحرارية أو كوصلة متشابكة في الطلاءات [10] بسبب لزوجتها المنخفضة بشكل خاص وقابلية ذوبان جيدة ووظائف عالية [11] البوليستر الأليفاتية العطرية، بما في ذلك بولي (الاثيلين تيريفثاليت) وبولي (بوتيلين البولي)، هي مواد semicrystalline (م. ص. 160-280 ° C) ذوبان العالية التي وتبين استخدام مثل اللدائن الحرارية الهندسية، BERS فاي وLMS فاي.

  • تقدم البوليسترات الخطية العطرية بالكامل خصائص ميكانيكية فائقة ومقاومة للحرارة وتستخدم في عدد من التطبيقات عالية الأداء.
  • يتم إنتاج البوليسترات غير المشبعة من كحول متعدد الوظائف وأحماض ثنائية القاعدة غير مشبعة ويتم ربطها فيما بعد ؛ يتم استخدامها كمصفوفات في المواد المركبة. تصنع راتنجات الألكيد من الكحوليات متعددة الوظائف والأحماض الدهنية وتستخدم على نطاق واسع في الطلاء والصناعات المركبة حيث يمكن ربطها في وجود الأكسجين. توجد أيضًا بوليستر شبيهة بالمطاط ، تسمى اللدائن البلاستيكية الحرارية (استر TPEs). البوليسترات غير المشبعة (UPR) هي راتنجات بالحرارة. يتم استخدامها في الحالة السائلة كمواد صب ، وفي مركبات تشكيل الألواح ، وراتنجات تصفيح من الألياف الزجاجية وفي حشوات جسم غير معدنية. كما أنها تستخدم كمصفوفة بوليمر حرارية في pregs. تجد البوليسترات غير المشبعة المقواة بالألياف الزجاجية تطبيقًا واسعًا في أجسام اليخوت وأجزاء جسم السيارات.


اعتمادًا على التركيب الكيميائي ، يمكن أن يكون البوليستر لدن بالحرارة أو بالحرارة. هناك أيضًا راتنجات بوليستر تمت معالجتها بواسطة مواد صلبة ؛ ومع ذلك ، فإن البوليسترات الأكثر شيوعًا هي اللدائن الحرارية.[12] تتفاعل مجموعة OH مع مركب وظيفي Isocyanate في نظام مكون من مكونين ينتج طلاءات يمكن أن تكون مصطبغة بشكل اختياري. قد يتغير شكل البوليسترات مثل اللدائن الحرارية بعد تطبيق الحرارة. في حين أنه قابل للاحتراق في درجات حرارة عالية ، تميل البوليسترات إلى الانكماش بعيدًا عن اللهب وتنطفئ ذاتيًا عند الاشتعال. تتميز ألياف البوليستر بمقاومة عالية ومعامل E بالإضافة إلى امتصاص منخفض للماء وتقليل الانكماش مقارنة بالألياف الصناعية الأخرى.

تؤدي زيادة الأجزاء العطرية من البوليستر إلى زيادة درجة حرارة التحول الزجاجي ، ودرجة حرارة الانصهار ، والاستقرار الحراري ، والاستقرار الكيميائي ...

يمكن أيضًا أن تكون البوليسترات عبارة عن أوليغومرات تليفونية مثل بولي كابرولاكتون ديول (PCL) والبولي إيثيلين أديبات ديول (PEA). ثم يتم استخدامها كبوليمرات أولية.

مقابل البوليمرات الأليفاتية

تسمى البوليمرات المستقرة حرارياً ، والتي تحتوي على نسبة عالية من الهياكل العطرية ، أيضًا بالبلاستيك عالي الأداء ؛ يقارن هذا التصنيف الموجه للتطبيق هذه البوليمرات مع اللدائن الهندسية والبلاستيك السلعي. يُذكر عمومًا أن درجة حرارة الخدمة المستمرة للمواد البلاستيكية عالية الأداء أعلى من 150 درجة مئوية ، [13] بينما يتم تعريف اللدائن الهندسية (مثل البولي أميد أو البولي كربونات) على أنها لدائن حرارية تحتفظ بخصائصها فوق 100 درجة مئوية.[14] ⁠ المواد البلاستيكية السلعية (مثل البولي إيثيلين أو البولي بروبلين) لها قيود أكبر في هذا الصدد ، ولكنها تُصنع بكميات كبيرة بتكلفة منخفضة.

يحتوي Poly (ester imides) على مجموعة imide العطرية في وحدة التكرار ، وتحتوي البوليمرات القائمة على imide على نسبة عالية من الهياكل العطرية في السلسلة الرئيسية وتنتمي إلى فئة البوليمرات المستقرة حرارياً. تحتوي هذه البوليمرات على هياكل تنقل درجات حرارة انصهار عالية ، ومقاومة للتحلل التأكسدي واستقرار للإشعاع والكواشف الكيميائية. من بين البوليمرات المستقرة حرارياً ذات الأهمية التجارية بوليميدات ، بولي سلفون ، بولي إيثير كيتون ، بولي بنزيميدازول. من بين هؤلاء ، يتم استخدام البوليميدات على نطاق واسع. [15] ينتج عن هياكل البوليمرات أيضًا خصائص معالجة رديئة ، ولا سيما نقطة انصهار عالية وقابلية منخفضة للذوبان. تعتمد الخصائص المذكورة بشكل خاص على نسبة عالية من الكربون العطري في العمود الفقري للبوليمر والتي تنتج صلابة معينة.[16]⁠ أو دمج الهياكل غير المتماثلة.[15] تسمح هذه المجموعات بتناوب الروابط بين الحلقات العطرية. الهياكل الأقل تناسقًا ، على سبيل المثال المبنية على المونومرات المرتبطة بالميتاتور أو الأورثو ، تسبب اضطرابًا بنيويًا وبالتالي تقلل من التبلور.[17] إن قابلية المعالجة الضعيفة عمومًا للبوليمرات العطرية (على سبيل المثال ، نقطة انصهار عالية وقابلية منخفضة للذوبان) تحد أيضًا من الخيارات المتاحة للتوليف وقد تتطلب مذيبات مشتركة قوية للتبرع بالإلكترون مثل HFIP أو TFA للتحليل (على سبيل المثال مطياف الرنين المغناطيسي النووي 1H) والتي أنفسهم يمكن أن يقدموا المزيد من القيود العملية.

تطبيقاته

تعتبر ألياف البولي إستر من الألياف الاصطناعية الأكثر شيوعا. تستخدم أقمشة البولي إستر في الثياب وأقمشة المفروشات مثل أغطية الأسرة، والملاءة، والستائر والأغطية. ويستخدم في التطبيقات الصناعية كما في دواليب السيارات، والسيور الناقلة، وأحزمة الأمان في جميع السيارات، والأقمشة المطلية (بالإنجليزية: Coated textile)‏، واللدائن الداعمة ذات قدرة الامتصاص العالية. وتستخدم ألياف البولي إستر أيضا كمواد مالئة كما في الوسائد والحشوات والدثائر المريحة واللحف.

تعرف أقمشة البولي إستر لأنها أقل راحة من مثيلاتها المصنوعة من الألياف الطبيعية مثل القطن، ولكنها تتميز عنها بعدة مزايا مثل مقاومة الاهتراء، ومقاومة التجعيد. وللاستفادة من خصائص كلا النوعين من الألياف، عمد إلى إنتاج غزول تحتوي على كلا النوعين وبنسب مختلف طبقا للمواصفات والتطبيقات المختلفة.

ويستخدم البولي إستر في صناعة القوارير، والأغشية الرقيقة، والقماش المشمع، والمصافي والمرشحات، والأغشية العازلة كهربائيا، وأغلفة الأسلاك الكهربائية، إلخ.

يستخدم البولي إستر المقسى حراريا (بالإنجليزية: Thermosetting Polyester)‏ في المواد المؤلفة، كمادة للتقوية أو كمادة أساس (أنظر المواد المؤلفة). وجد هذا النوع من المبلمرات تطبيقات عديدة في صناعة هيكل القوارب، والعديد من أجزاء السيارات.

خصائص ألياف البولي استر

تمتاز ألياف البولي إستر بمتانتها ومرونتها وتختلف هذه المتانة والمرونة باختلاف مقدار الشد الواقع عقب الغزل وتمتص ألياف البولي إستر الرطوبة في الظروف العادية بمقدار 0.5 % رطوبة ممتصة في درجات الحرارة العادية كما لا تزيد درجة التشبع عن 0.8 % ولا تنتفخ في الماء إلا بنسبة ضئيلة.

تتحمل ألياف البولي إستر التسخين فترة طويلة بدون أن يحدث بها تحلل محسوس حيث تبلغ درجة انصهار البولي إستر 249 درجة مئوية وهي أعلى درجة انصهار للألياف الكيماوية.

لا يمكن صباغة ألياف البولي إستر بسهولة بسبب عدم انتفاخها وتفتحها وتحتاج عملية صباغتها إلى بعض المواد المساعدة على الانتفاخ وأحيانا الصباغة في درجات الحرارة المرتفعة للمساعدة على تحلل المادة الصابغة داخل مسام الألياف.

الصناعة

أساسيات

بعد المرحلة الأولى من إنتاج البوليمر في مرحلة الذوبان ، ينقسم تيار المنتج إلى منطقتين مختلفتين للتطبيق وهما بشكل أساسي تطبيقات النسيج وتطبيقات التغليف. في الجدول التالي ، يتم سرد التطبيقات الرئيسية للمنسوجات وتغليف البوليستر.

إنتاج البوليستر في العالم حسب السنة
Product type 2002 (million tonnes/year) 2008 (million tonnes/year)
Textile-PET 20 39
Resin, bottle/A-PET 9 16
Film-PET 1.2 1.5
Special polyester 1 2.5
Total 31.2 59

معالجة البوليستر

بعد المرحلة الأولى من إنتاج البوليمر في مرحلة الذوبان ، ينقسم تيار المنتج إلى منطقتين مختلفتين للتطبيق وهما بشكل أساسي تطبيقات النسيج وتطبيقات التغليف. في الجدول التالي ، يتم سرد التطبيقات الرئيسية للمنسوجات وتغليف البوليستر.

Textile and packaging polyester application list (melt or pellet)
Textile Packaging
Staple fiber (PSF) Bottles for CSD, water, beer, juice, detergents, etc.
Filaments POY, DTY, FDY A-PET film
Technical yarn and tire cord Thermoforming
Non-woven and spunbond biaxial-oriented film (BO-PET)
Mono-filament Strapping


Abbreviations:

PSF
بوليستر الألياف الغذائية الأساسية؛
POY
خيوط موجهة جزئيًا؛
DTY
خيوط منسوجة؛
FDY
خيوط مسحوب بالكامل؛
CSD
المشروبات الغازية؛
A-PET
فيلم البولي إيثيلين تيريفثاليت غير متبلور ؛
BO-PET

فيلم البولي إيثيلين تيريفثاليت ثنائي المحور ؛

يتم استخدام جزء صغير مماثل من السوق (أقل بكثير من مليون طن / سنة) من البوليستر لإنتاج اللدائن الهندسية وماسترباتش.

من أجل إنتاج ذوبان البوليستر بكفاءة عالية وخطوات معالجة عالية الإنتاج مثل الألياف الأساسية (50-300 طن / يوم لكل خط غزل) أو POY / FDY (حتى 600 طن / يوم مقسمة إلى حوالي 10 آلات غزل) وفي الوقت نفسه ، المزيد والمزيد من العمليات المباشرة المتكاملة رأسياً. وهذا يعني أن البوليمر المصهور يتم تحويله مباشرة إلى ألياف أو خيوط نسيجية بدون الخطوة الشائعة لتكوير. نحن نتحدث عن التكامل الرأسي الكامل عندما يتم إنتاج البوليستر في موقع واحد بدءًا من الزيت الخام أو منتجات التقطير في زيت السلسلة ← بنزين ← PX ← PTA ← PET تذوب ← ألياف / خيوط أو راتينج بدرجة الزجاجة. في غضون ذلك ، يتم إنشاء هذه العمليات المتكاملة في عمليات متقطعة إلى حد ما في موقع إنتاج واحد. كانت شركة Eastman Chemicals أول من قدم فكرة إغلاق السلسلة من PX إلى راتينج PET من خلال ما يسمى بعملية INTEGREX. تبلغ قدرة مواقع الإنتاج المتكاملة رأسياً هذه> 1000 طن / يوم ويمكن أن تصل بسهولة إلى 2500 طن / يوم.


إلى جانب وحدات المعالجة الكبيرة المذكورة أعلاه لإنتاج الألياف أو الخيوط الأساسية ، هناك عشرة آلاف من مصانع المعالجة الصغيرة والصغيرة جدًا ، بحيث يمكن للمرء تقدير أن البوليستر تتم معالجته وإعادة تدويره في أكثر من 10000 مصنع حول العالم. هذا دون احتساب جميع الشركات العاملة في صناعة التوريد ، بدءًا من الآلات الهندسية والمعالجة وانتهاءًا بالإضافات الخاصة والمثبتات والألوان. هذا مجمع صناعي ضخم ولا يزال ينمو بنسبة 4-8٪ سنويًا ، اعتمادًا على منطقة العالم.

اصطناع البوليستر

يتم تحقيق توليف البوليسترات بشكل عام عن طريق تفاعل متعدد التكثيف. انظر "تفاعلات التكثيف في كيمياء البوليمر". المعادلة العامة لتفاعل الديول مع ثنائي الحموضة هي

(n+1) R(OH)2 + n R´(COOH)2 → HO[ROOCR´COO]nROH + 2n H2O.

يمكن الحصول على البوليستر من خلال مجموعة واسعة من التفاعلات التي من أهمها تفاعل الأحماض والكحوليات وتحلل الكحول أو التحلل الحمضي للإسترات منخفضة الوزن الجزيئي أو التحلل الكحولي لكلوريد الأسيل.

الأسترة الأزيوتروب

في هذه الطريقة الكلاسيكية ، يتفاعل الكحول وحمض الكربوكسيل لتكوين إستر كربوكسيلي. لتجميع بوليمر ، يجب إزالة الماء المتكون من التفاعل باستمرار عن طريق تقطير الأزيوتروب.

الأسترة الذائبة

عندما تكون نقاط انصهار المونومرات منخفضة بدرجة كافية ، يمكن تكوين بوليستر عن طريق الأسترة المباشرة أثناء إزالة ماء التفاعل عن طريق الفراغ.

Direct bulk polyesterification at high temperatures (150 – 290 °C) is well-suited and used on the industrial scale for the production of aliphatic polyesters, unsaturated polyesters and aromatic–aliphatic polyesters. Monomers containing phenolic or tertiary hydroxyl groups exhibit a low reactivity with carboxylic acids and cannot be polymerized via direct acid alcohol-based polyesterification.[17]⁠ In the case of PET production, however, the direct process has several advantages, in particular a higher reaction rate, a higher attainable molecular weight, the release of water instead of methanol and lower storage costs of the acid when compared to the ester due to the lower weight.[18]

استرة كحولية

المقالة الرئيسة: Transesterification

الأسترة التبادلية: أوليغومر منتهي بالكحول وأوليجومير منتهي بالإستر لتكوين ارتباط إستر ، مع فقد كحول. R و R 'هما سلسلتا oligomer ، R' 'عبارة عن وحدة قربانية مثل مجموعة الميثيل (الميثانول هو المنتج الثانوي لتفاعل الأسترة).

يستخدم مصطلح ترانسستيري عادة لوصف تفاعلات تبادل الهيدروكسي - إستر ، الكربوكسي - الإستر ، وتفاعلات التبادل الإستر. يمتلك تفاعل تبادل الهيدروكسي والإستر أعلى معدل تفاعل ويستخدم لإنتاج العديد من البوليسترات العطرية - الأليفاتية والعطرية بالكامل.[17] يعتبر التوليف المعتمد على الأسترة التبادلية مفيدًا بشكل خاص عند استخدام أحماض ثنائي الكربوكسيل عالية الذوبان وذوبان ضعيفة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الكحوليات كمنتج تكثيف تكون أكثر تطايرًا وبالتالي يسهل إزالتها من الماء.[19]

إن تخليق الذوبان عالي الحرارة بين ثنائي أسيتات ثنائي الأسيتات وأحماض ثنائي الكربوكسيل العطرية أو في الاتجاه المعاكس بين ثنائي الفينول وإسترات ثنائي فينيل حمض الكربوكسيل العطري (يتم إجراؤه عند 220 إلى 320 درجة مئوية عند إطلاق حمض الأسيتيك) ، إلى جانب التخليق المعتمد على أسيل كلوريد ، الطريق المفضل للبوليستر العطري بالكامل.[17]

أسيلة

في الأسيلة ، يبدأ الحمض في صورة كلوريد حمض ، وبالتالي يستمر التكثيف المتعدد بانبعاث حمض الهيدروكلوريك (HCl) بدلاً من الماء.

تم تطبيق التفاعل بين كلوريد الدياسيل والكحوليات أو المركبات الفينولية على نطاق واسع على تخليق البوليستر وخضع للعديد من المراجعات وفصول الكتب..[20]⁠[21][22][23]

يتم إجراء التفاعل عند درجات حرارة أقل من طرق التوازن ؛ الأنواع الممكنة هي تكثيف المحلول ذو درجة الحرارة العالية ، التفاعلات المحفزة بالأمين والتفاعلات البينية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم احتساب استخدام العوامل المنشطة على أنها طريقة عدم توازن. ثوابت التوازن للتكثيف المعتمد على أسيل كلوريد والذي ينتج عنه أريلات وبولي أريلات عالية جدًا بالفعل ويبلغ عنها 4.3 × 103 و 4.7 × 103 ، على التوالي. وبالتالي ، غالبًا ما يشار إلى هذا التفاعل على أنه بوليسترة "غير متوازنة". على الرغم من أن التخليق المعتمد على أسيل كلوريد يخضع أيضًا للتقارير الواردة في وثائق براءات الاختراع ، فمن غير المحتمل أن يتم استخدام التفاعل على نطاق الإنتاج..[24]

الطريقة محدودة بسبب التكلفة العالية لثاني كلوريد الحمض وحساسيتها للتحلل المائي وحدوث تفاعلات جانبية.[25]

ينتج عن تفاعل درجة الحرارة المرتفعة (100 إلى> 300 درجة مئوية) لكلوريد ثنائي الأسيل مع كحول الديال البوليستر وكلوريد الهيدروجين. في ظل هذه درجات الحرارة المرتفعة نسبيًا ، يستمر التفاعل سريعًا بدون محفز:[26]


يمكن أن يتبع تحويل التفاعل معايرة كلوريد الهيدروجين المتطور. تم وصف مجموعة متنوعة من المذيبات بما في ذلك البنزين المكلور (مثل ثنائي كلورو بنزين) ، النفثالينات المكلورة أو ثنائي فينيل ، بالإضافة إلى العطريات غير المكلورة مثل التيرفينيل أو البنزوفينون أو ثنائي بنزيل بنزين. تم تطبيق التفاعل أيضًا بنجاح على تحضير بوليمرات شديدة التبلور وضعيفة الذوبان والتي تتطلب درجات حرارة عالية ليتم الاحتفاظ بها في المحلول (على الأقل حتى يتم الوصول إلى وزن جزيئي مرتفع بدرجة كافية).[27]


طريقة Silyl

في هذا البديل من طريقة حمض الهيدروكلوريك ، يتم تحويل كلوريد حمض الكربوكسيل مع ثلاثي ميثيل سيليل الأثير لمكون الكحول ويتم الحصول على إنتاج كلوريد ثلاثي ميثيل سيليل

طريقة خلات (الأسترة)

بلمرة فتح الحلقة

المراجع

  1. ^ أندريولي، تشيزري؛ فريتي، فابريتسيو (2004)، الألياف الكيميائية، سلسلة كتيبات تقنيات النسيج، ميلانو، إيطاليا: جمعية المصنعين الإيطاليين لماكينات النسيج ACIMIT
  2. ^ ا ب ج Köpnick H، Schmidt M، Brügging W، Rüter J، Kaminsky W (يونيو 2000). "Polyesters". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
  3. ^ Mendelson C (17 مايو 2005). Home Comforts: The Art and Science of Keeping House. Simon and Schuster. ISBN:9780743272865. مؤرشف من الأصل في 2020-12-17.
  4. ^ "Thermal Spray Abradable Coatings". www.gordonengland.co.uk. مؤرشف من الأصل في 2020-01-20. اطلع عليه بتاريخ 2018-12-12.
  5. ^ Chandru K، Mamajanov I، Cleaves HJ، Jia TZ (يناير 2020). "Polyesters as a Model System for Building Primitive Biologies from Non-Biological Prebiotic Chemistry". Life. ج. 10 ع. 1: 6. DOI:10.3390/life10010006. PMC:7175156. PMID:31963928.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: دوي مجاني غير معلم (link)
  6. ^ Jia TZ، Chandru K، Hongo Y، Afrin R، Usui T، Myojo K، Cleaves HJ (أغسطس 2019). "Membraneless polyester microdroplets as primordial compartments at the origins of life". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. ج. 116 ع. 32: 15830–15835. DOI:10.1073/pnas.1902336116. PMC:6690027. PMID:31332006.
  7. ^ Chandru K، Guttenberg N، Giri C، Hongo Y، Butch C، Mamajanov I، Cleaves HJ (31 مايو 2018). "Simple prebiotic synthesis of high diversity dynamic combinatorial polyester libraries". Communications Chemistry. ج. 1 ع. 1. DOI:10.1038/s42004-018-0031-1.
  8. ^ Kong X، Qi H، Curtis JM (أغسطس 2014). "Synthesis and characterization of high‐molecular weight aliphatic polyesters from monomers derived from renewable resources". Journal of Applied Polymer Science. ج. 131 ع. 15: 40579–40586. DOI:10.1002/app.40579.
  9. ^ Park HS، Seo JA، Lee HY، Kim HW، Wall IB، Gong MS، Knowles JC (أغسطس 2012). "Synthesis of elastic biodegradable polyesters of ethylene glycol and butylene glycol from sebacic acid". Acta Biomaterialia. ج. 8 ع. 8: 2911–8. DOI:10.1016/j.actbio.2012.04.026. PMID:22522011.
  10. ^ Gurunathan T، Mohanty S، Nayak SK (يناير 2016). "Hyperbranched polymers for coating applications: a review". Polymer-Plastics Technology and Engineering. ج. 55 ع. 1: 92–117. DOI:10.1080/03602559.2015.1021482. S2CID:100936296.
  11. ^ Testud B، Pintori D، Grau E، Taton D، Cramail H (2017). "Hyperbranched polyesters by polycondensation of fatty acid-based AB n-type monomers". Green Chemistry. ج. 19 ع. 1: 259–69. arXiv:1911.07737. DOI:10.1039/C6GC02294D. S2CID:102450135.
  12. ^ Rosato DV، Rosato DV، Rosato MV (2004). Plastic product material and process selection handbook. Elsevier. ص. 85. ISBN:978-1-85617-431-2. مؤرشف من الأصل في 2020-12-17.
  13. ^ Parker, David; Bussink, Jan; van de Grampel, Hendrik T.; Wheatley, Gary W.; Dorf, Ernst-Ulrich; Ostlinning, Edgar; Reinking, Klaus; Schubert, Frank; Jünger, Oliver (15 Apr 2012), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (ed.), "Polymers, High-Temperature", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (بالإنجليزية), Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, pp. a21_449.pub3, DOI:10.1002/14356007.a21_449.pub4, ISBN:978-3-527-30673-2, Retrieved 2020-12-13
  14. ^ H.-G. Elias and R. Mülhaupt, in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany, 2015, pp. 1–70.
  15. ^ ا ب P. E. Cassidy, T. M. Aminabhavi and V. S. Reddy, in Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, USA, 2000.
  16. ^ T. Whelan, Polymer Technology Dictionary, Springer Netherlands, Dordrecht, 1994.
  17. ^ ا ب ج د Rogers ME، Long TE (2003). Synthetic Methods in Step-Growth Polymers. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc.
  18. ^ Köpnick H، Schmidt M، Brügging W، Rüter J، Kaminsky W (يونيو 2000). "Polyesters". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
  19. ^ Ravve A (2012). Principles of Polymer Chemistry. New York, New York, NY: Springer.
  20. ^ Rogers ME، Long TE (2003). Synthetic Methods in Step-Growth Polymers. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc.
  21. ^ Vinogradova SV (يناير 1977). "The basic principles of non-equilibrium polycondensation". Polymer Science USSR. ج. 19 ع. 4: 769–808. DOI:10.1016/0032-3950(77)90232-5.
  22. ^ Duda A، Penczek S (2005). "Mechanisms of Aliphatic Polyester Formation". في Doi Y، Steinbüchel A (المحررون). Biopolymers Online. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. ص. 371–383. DOI:10.1002/3527600035.bpol3b12.
  23. ^ Pilati F (1989). "Polyesters". Comprehensive Polymer Science and Supplements. Elsevier. ج. 5. ص. 275–315.
  24. ^ Lienert KW (1999). "Poly (ester-imide)s for industrial use.". في Kricheldorf HR (المحرر). Progress in Polyimide Chemistry II. Advances in Polymer Science. Berlin, Heidelberg: Springer. ج. 141. ص. 45–82. DOI:10.1007/3-540-49814-1_2. ISBN:978-3-540-64963-2.
  25. ^ Sokolsky-Papkov M، Langer R، Domb AJ (أبريل 2011). "Synthesis of aliphatic polyesters by polycondensation using inorganic acid as catalyst". Polymers for Advanced Technologies. ج. 22 ع. 5: 502–511. DOI:10.1002/pat.1541. PMC:4249767. PMID:25473252.
  26. ^ Pilati F (1989). "Polyesters". Comprehensive Polymer Science and Supplements. Elsevier. ج. 5. ص. 275–315.
  27. ^ Pilati F (1989). "Polyesters". Comprehensive Polymer Science and Supplements. Elsevier. ج. 5. ص. 275–315.

انظر أيضًا

مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=بوليستر&oldid=52013995»