بوليستر

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 للتفكك 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.

البولي إيثيلين تيريفثالات polyethylene terephthalate، البوليستر الذي يتمتع بأكبر حصة في السوق، هو بوليمر صناعي مصنوع من حمض التريفثاليك المنقى purified terephthalic acid (PTA) أو ثنائي ميثيل إستر ثنائي ميثيل تريفثالات dimethyl ester dimethyl terephthalate (DMT) وأحادي إيثيلين جلايكول (MEG) monoethylene glycol. مع 18 ٪ من حصة السوق من جميع المواد البلاستيكية المنتجة فهي تتراوح في المرتبة الثالثة بعد البولي إيثيلين (33.5 ٪) والبولي بروبيلين (19.5 ٪) وتعتبر من البلاستيك السلعي.

هناك عدة أسباب لأهمية البولي إيثيلين تيريفثالات polyethylene terephthalate:

• المواد الخام التي يسهل الوصول إليها نسبيًا PTA أو DMT و MEG
• العملية الكيميائية البسيطة المفهومة والموصوفة جيدًا لتركيبها
• مستوى السمية المنخفض لجميع المواد الخام والمنتجات الجانبية أثناء الإنتاج والمعالجة
• إمكانية إنتاج PET في حلقة مغلقة مع انبعاثات منخفضة للبيئة
• الخصائص الميكانيكية والكيميائية المتميزة
• إعادة التدوير
• مجموعة متنوعة من المنتجات الوسيطة والنهائية.

في الجدول التالي، يظهر الإنتاج العالمي المقدر للبوليستر. التطبيقات الرئيسية هي البوليستر النسيجي، راتنجات البوليستر الزجاجي، فيلم بوليستر بشكل أساسي للتغليف والبوليستر المتخصص للبلاستيك الهندسي. وفقًا لهذا الجدول، قد يتجاوز إجمالي إنتاج البوليستر في العالم 50 مليون طن سنويًا قبل عام 2010.

بعد المرحلة الأولى من إنتاج البوليمر في مرحلة الصهر (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.

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.

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

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

يعتبر البوليستر السائب المباشر عند درجات حرارة عالية (150 - 290 درجة مئوية) مناسبًا جيدًا ويستخدم على المستوى الصناعي لإنتاج البوليستر الأليفاتي والبوليستر غير المشبع والبوليستر العطري الأليفاتي. تُظهر المونوميرات التي تحتوي على مجموعات هيدروكسيل الفينولية أو الثلاثية تفاعلًا منخفضًا مع الأحماض الكربوكسيلية ولا يمكن بلمرتها عن طريق الاسترة الحمضية المباشرة القائم على الكحول. [17] في حالة إنتاج PET ، فإن العملية المباشرة لها العديد من المزايا، على وجه الخصوص معدل التفاعل أسرع، الوزن الجزيئي الأعلى الذي يمكن بلوغه، إطلاق الماء بدلاً من الميثانول وانخفاض تكاليف تخزين الحمض عند مقارنته بالإستر بسبب انخفاض الوزن.[18]

الأسترة التبادلية transesterification : هو تكاثف أوليغومر oligomer منتهي بالكحول وأوليغومير 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 Transesterification 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 الاصطناع 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 اصطناع (تخليق) الصهر 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]

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

تم تطبيق التفاعل بين كلوريد الدياسيل diacyl chlorides والكحوليات أو المركبات الفينولية على نطاق واسع على تخليق البوليستر وخضع للعديد من النقاش في المراجعات وفصول الكتب.[17]⁠[20][21][22]

يتم إجراء التفاعل عند درجات حرارة أقل من طرق التوازن ؛ الأنواع الممكنة هي تكثيف المحلول ذو درجة الحرارة العالية، التفاعلات المحفزة بالأمين والتفاعلات البينية interfacial reactions. بالإضافة إلى ذلك، يتم احتساب استخدام العوامل المنشطة على أنها طريقة عدم توازن. ثوابت التوازن للتكثيف المعتمد على أسيل كلوريد والذي ينتج عنه أريلات arylates وبولي أريلات polyarylates 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..[23]

الطريقة محدودة بسبب التكلفة العالية لثاني كلوريد الحمض وحساسيتها للتفكك المائي وحدوث تفاعلات جانبية.[24]

ينتج عن تفاعل درجة الحرارة المرتفعة (من 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:[22]

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).[22]

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

بلمرة فتح الحلقة

البوليستر غير المشبع عبارة عن راتنجات بالحرارة. وهي بشكل عام عبارة عن بوليمرات مشتركة يتم تحضيرها عن طريق بلمرة واحد أو أكثر من ديول مع أحماض ثنائي الكربوكسيل مشبعة وغير مشبعة (حمض الماليك، حمض الفوماريك ...) أو أنهيدريدها. تتفاعل الرابطة المزدوجة للبوليستر غير المشبع مع مونومر فينيل، عادة ستيرين، مما ينتج عنه بنية ثلاثية الأبعاد متصالبة. يعمل هذا الهيكل كصلابة حرارية. يبدأ تفاعل الارتباط المتبادل الطارد للحرارة من خلال محفز، يكون عادةً بيروكسيد عضوي مثل بيروكسيد ميثيل إيثيل كيتون أو بيروكسيد البنزويل.

قضى فريق من جامعة بليموث في المملكة المتحدة 12 شهرًا في تحليل ما حدث عندما تم غسل عدد من المواد الاصطناعية في درجات حرارة مختلفة في الغسالات المنزلية، باستخدام مجموعات مختلفة من المنظفات، لتحديد كمية الألياف الدقيقة. ووجدوا أن متوسط حمل الغسيل البالغ 6 كجم يمكن أن يطلق ما يقدر بنحو 137951 من الألياف من مزيج البوليستر والقطن، و 496030 أليافًا من البوليستر و 728789 من الألياف من الأكريليك. تضيف هذه الألياف إلى التلوث العام للمواد البلاستيكية الدقيقة.[27][28][29]

النفايات البلاستكية أكبر تحدٍ للبيئة

البوليستر عبارة عن ألياف بترولية صناعية، وبالتالي فهي مورد غير متجدد كثيف الكربون.[30] يتم استخدام ما يقرب من 70 مليون برميل من النفط سنويًا في صناعة البوليستر حول العالم، وهو الآن أكثر الألياف استخدامًا في صناعة الملابس. لكن الأمر يستغرق أكثر من 200 عام حتى تتفكك.[31]

يُصنّف البوليستر إلى نوعين رئيسيين، هما: البوليستر المُشبَع، والبولستر غير المُشبَع:[33]

• البوليستر المُشبَع: يُشير هذا النوع إلى عائلة البوليستر التي تتكوّن بشكلٍ أساسيّ من البوليستر المُشبَع، وهو غير تفاعُليّ كما هو الحال في البوليستر غير المُشبَع، وتتكوّن من السوائل الجُزئيّة مُنخفضة الوزن التي تُستخدَم كمُلدِنات ومفاعلات في تشكيل إيثان البوليمرات، والجُزيئات الخطيّة الحراريّة عالية الوزن مثل البولي ايثيلين، وعادةً ما تكون المَواد المُتفاعِلة للبوليسترات المُشبعة هي الغليكول، والحمض أو الحمض لا المائي.

• البولستر غير المُشبَع: يُشير هذا النوع إلى عائلة البوليستر التي تتكوّن بشكلٍ أساسي من راتنجات التصلّد الحراري الألكيلية التي تتميّز بعدم تشبُّع الفينيل، ويُستخدَم هذا النوع من البوليستر في البلاستيك المّقوّى خاصّةً، ويتمّ استخدامه بشكل كبير نظراً لكونه اقتصاديّاً جدّاً.

يتمّيز قماش البوليستر بالعديد من الميّزات والخصائص الفريدة، ومن أبرزها ما يأتي:

قماش البلويستر وأليافه قويّة جداً.

• يُعدّ ذا قدرةٍ تحمُليّة عالية، فهو مُقاوم لمُعظم المواد الكيميائية، ويتمدّد ويَتقلّص.

• البوليستر ذو طبيعة نافرة من المياه، ولذلك هو سريع الجَفاف، ويُمكن استخدامه للعَزل عن طريق تَصنيع الألياف المجوّفة.

• يحتفظ البوليستر بشكله والطيّات التي توجد فيه، وبالتالي هو جيّد لصُنع الملابس للمناخات القاسية.

• يتمتّع بمرونةٍ عالية سواءً كان رطباً أم جافّاً. هو من الأقمشة سَهلة الغسيل والتنشيف.

• يُعد مُقاوماً للتجاعيد. يُعد مُقاوماً للعفن. يُعد مُقاوماً للتآكل.

يُعتبر قُماش البوليستر غير مُريح بالنسبة للعديد من الأشخاص، وذلك لأنّه لا يسمح بتهوية الجسد عند ارتدائه ممّا يُؤدّي إلى الشعور بالحر والتعرُق بكثرة، كما أنّ خاصية امتصاص الرطوبة فيه مُنخفضة مُقارنةً بالأقمشة الطبيعية كالقُطن، لذلِكَ بدأت العديد من الشركات المُصنعة للأقمشة بصُنع قماش بوليستر يمتص الرطوبة ليكون مُناسباً للعمل والرياضة، هذا ويُعتبر هذا القماش قابلاً للاشتعال لذلك يجب أخذ الحيطة عند ارتدائه أو استخدامه بالقُرب من النار.

أقمشة يدخل في تركيبها البوبيستر

نظراً للخصائص العديدة التي يتمتّع بها البوليستر يتمّ استخدامه في مجالاتٍ عديدة ولأغراضٍ مُختلفة، ومن أبرز استخدامات البوليستر هي الملابس التي كانت شهيرةً جدّاً في سبعينيات القرن العشرين، وذلك لقوّته وقدرته التحملية ،كما تدخُل مادّة البوليسترين في صناعة العديد من المواد التي تُستَخدَم في مجالات عدّة، ومن أبرز تلك المجالات ما يأتي: السيارات: تُستخدم مادة البوليسترين في صناعة قطع غيار السيارات، ومقابض الأبواب، ولوحات امتصاص طاقة السيارة، وغيرها، كما يُستخدَم البوليستر في صناعة مقاعد حماية الأطفال. المواد العازلة: تُوفّر رغوة البوليسترين خفيفة الوزن عزلاً حراريّاً مُمتازاً في العديد من الأدوات، مثل بناء الجدران، والأسقف، والثلّاجات، ومرافق التخزين البارد الصناعية، ويتميّز عزل البوليستيرين بمُقاومته لأضرار المياه. الإلكترونيات: تدخُل مادّة البوليسترين في صناعة أجهزة التلفاز، والكمبيوتر، وجميع معدّات تكنولوجيا المعلومات. الطعام: تُستخدم مادة البوليسترين في صناعة أدوات تغليف الطعام، والتي تُساهم في المُحافظة على الطعام لوقتٍ أطول، وتُعدّ أفضل من بدائل حفظ الطعام الأخرى. التعبئة والتغليف: يُستخدم البوليسترين على نطاق واسع لحماية المُنتجات الاستهلاكية، مثل: علب الأقراص المضغوطة، وتغليف المواد الغذائية، وصواني اللحوم والدواجن، وصناديق البيض لأغراض الحماية من التلف. المعدات الطبيّة: تُستخدم مادة البوليسترين في صناعة صواني زراعة الأنسجة، وأنابيب الاختبار، وعلب مجموعات الاختبار، والأجهزة الطبية، وذلك نظراً لسهولة تعقيمها

يستخدم البوليستر السائل الشفاف في دهانات الأخشاب ،اما في التشطيبات البدائيه أو التشطيبات النهائيه .

التشطيبات البدائيه :

يستخدم فيها البوليستر ليسد المسامات الخشبية فيعطى ملمس سطحى ناعم ومستوى بدرجة عالية من الكفائه كما انه يساعد في حماية الأخشاب على مر السنين .

طريقة استخدامه في التشطيب البدائي للأخشاب

منتج البوليستر الخاص بالأخشاب يكون غير مشبع فتأتى مع العبوة الخاصة بالبوليستر عبوة  اخرى  بها سائل يسمى المصلب (من البارافين) .

• يتم خلط المصلب على مادة البوليستر بكميات معينة للتحكم في وقت التصلب وقوته .
• ثم يتم طلائه على السطح الخشبي بطريقه أحترافية وليست عشوائيه.
• بعد التصلب تاتى مرحلة الصنفرة والتنعيم ليتكون سطح خشبى مستوى وناعم وممتاز .

يوجد نوعين من البوليستر المستخدم في التشطيب البدائى

• بوليستر شفاف ويستخدم في الدهان الأستر للأخشاب.
• بوليستر أبيض ويستخدم في الدهان الدوكو للأخشاب.

التشطيبات النهائية

يستخدم فيها البوليستر بعد التشطيب النهائى ليعطى سطحا لامعا مقاوماً  للمياه ،وينصح أستخدامه في طلاء المطابخ واخشاب الحمام.

“يسمى عادة باسم بوليستر مط “

طريقة استخدامه

يتم تخفيف المادة بالتنر ثم يتم طلائه على الخشب بعد مرحلة التلوين ،ويستخدم في طلاء الأستر والدوكو .

ويدخل البوليستر في دهانات تسمى دهانات الدوكو فرن ، يستخدم أيضا هذا النوع من الدهانات في دهان الأخشاب ليعطى سطحا كسطح السيارات .يتم طلائه كمرحلة تلوين وتشطيب نهائي ويتم تعرضة للحرارة عن طريق ادخال الخشب إلى الفرن الخاص بالدهان (مثل السيارات ) وتاتى مرحلة التلميع .

يتم استخدامه بشكل أساسي في العزل للشركات والمنازل والمصانع

العزل المائي

هي طريقة مستخدمة لمقاومة المياه الناتجة من سقوط الأمطار والرطوبة والتي تؤدي في كثير من الأحيان تسريب المياه بأسلوب أو بآخر فتهلك الأساسات في البناء، وتظهر الشقوق في الجدران والأسطح مما يؤدي إلى تعرض أفراد الأسرة للمخاطر بسبب زيادة احتمالية حدوث انهيارات.

العزل الحراري

تُستخدم هذه الطريقة للحد من تلف أو هلاك الأبنية بسبب تعرضها لدرجات الحرارة العالية والسخونة الشديدة في أيام الصيف الحار، وللعزل الحراري مجموعة من المزايا أهمها ما يأتي: الحفاظ على درجة حرارة مناسبة لمدّة طويلة في الأسطح دون اللجوء إلى تشغيل المكيفات. رفع مستوى الراحة والأمان لمستخدمي المباني. تقليل سمك الحوائط والأسقف الخرسانية الضرورية لتقليل مقدار انتقال الحرارة داخل المباني. توفير العبء المادي وحجم الجهد المبذول في محطات إنتاج الطاقة وشبكات التوزيع، لأنّه يُقلل تكاليف استهلاك الطاقة.