تعرّف على مادة البوليستر وأهم مزاياها
بُنية بوليمر البوليستر:
المجموعات الكيميائية الموجودة في بوليمر البـوليستر هي مجموعات الميثيلين، الكربونيل، والإستر، وبما أنّ قطبية البـوليستر ضعيفة، فإنّ هذه المجموعات تعتبر مرتبطة ببعضها بشكلٍ أساسيّ بواسطة قوى فاندرفالز، وبدرجةٍ أقل، ببعض الروابط الهيدروجينيّة الضعيفة.[2]
خصائص البوليستر
- أقمشة البوليسـتر وأليافه قويّة للغاية.
- البوليسـتر يتمتع بمقاومة جيّدة لمعظم المواد الكيميائيّة، كما أنّه مقاوِم للتجاعيد والعفن والتآكل.
- البوليـستر سريع الجفاف، ويحتفظ بشكله، فهو جيّد لصنع الملابس المستخدمة المناخات القاسية.
- أقمشة البوليـستر يتم غسلها وتجفيفها بسهولة.[3]
الخصائص الكيميائية:
تساعد مقاومة البوليستر للحموض في حماية منسوجات البولـيستر من الطبيعة الحمضيّة للأجواء الملوثة، كما أنَّ حلقات البنزين في البوليمير تعطيه ثباتًا عاليًّا ضد أشعةِ الشمس فوق البنفسجية، ومنسوجات البولـيستر لا تحتاج عادةً إلى أن يتم تبييضها باستخدام المبيضات أثناء الغسيل.
تتميز مجموعة الإستر في بوليمر البوليسـتر بأنّها مقاومة للتحلل الحمضي، ترجع هذه المقاومة إلى التبلور الشديد في نظام بلمرة البوليستر، والذي يمنع دخول أيّ جزيئات حمضيّة ومائيّة بين الألياف.[4]
الخصائص الحراريّة:
يتصف البوليـستر بناقليّة حراريّة ضعيفة، ومقاومة حراريّة منخفضة، على الرغم من ذلك لا يتأثر البوليستر بدرجةٍ كبيرةٍ بدرجات الحرارة التي تصل إلى 180 درجة مئوية،
إلّا في حالة التعرّض لفترة طويلة، إذ أنَّ نقطة انصهار البوليستر هي 250 درجة مئوية، وتؤدي الحرارة إلى تحفيز البوليمر، مما يسبب انهيار الترابط بين جزيئاته. [4]
الخصائص الفيزيائيًة:
نظام البوليمر عالي التبلور يمنح منسوجات البوليسـتر القدرة على مقاومة التجاعيد، لأنً التبلور الشديد يمنع ألياف البوليستر من الانحناء مما يؤدي إلى مقاومة التجاعيد أو الثَنْيَات.
إنّ الطبيعة اللدنة لخيوط البوليستر الخام غير المشبعة تؤدي إلى حدوث تشوّه عند تطبيق عمليات شد وتقلّص متكررة، ويرجع ذلك إلى وجود قوى فاندر فالز التي تربط نظام بوليمر البوليستر،
وعدم قدرتها على تحمل التمدد المتكرر، مما يؤدي لحدوث انزلاقات في بنية البوليمر.
كما أن الروابط الهيدروجينية غير قادرة على منع هذه الانزلاقات، لأنها روابط ضعيفة في طبيعتها.[4]
الطبيعة الهيدروفوبية:
الطبيعة اللاقطبية ودرجة التبلور العالية للبوليمر البوليسـتر تقاوم دخول جزيئات الماء إلى نظام البوليمر، مما يجعل خيوط البوليستر والمواد النسيجيّة المصنوعة منها موادًا هيدروفوبيّة.
كما أنّ عدم قابلية المواد الدهنية للذوبان بالماء والطبيعة الهيدروفوبية للبوليستر تجعل من الصعب جدًّا إزالة البقع الدهنية من منسوجات البوليسـتر المتسخة، وتتطلّب إزالتها استخدام مذيب عضوي.[4]
تصنيع بوليمير البوليستر
يُحضَّر بوليمير البوليـستر بطريقتين:
يُحضَر أوّلًا المونومير بتفاعل مركب Ethane-1,2-diol إمّا مع حمض التيرفثاليك،
أو مع مركب الديميتيل استر، بوجود محفز، لإنتاج المونومير والألويغوميرات المنخفضة الوزن الجزيئي (الأوليغومير مكون من 5 مونومرات أو أكثر).
استخدام الحمض يؤدي لتفاعل أسترة مباشر، بينما تفاعل الديميتيل استر يتضمّن تبادل لمجموعة الاستر وتفاعل أسترة غير مباشر. [5]
التفاعل المباشر:
عمليّة البلمرة:
تتم البلمرة بطريقة البلمرة التكاثفية، والتي تتطلَّب محفِّز تحت درجات حرارة عالية(535-575 كلفن)، حيثُ ينصهر المونومير والبوليمر، ودرجة البلمرة تتراوح بين 115 و 140، وينتُج عنها بوليمر بطولٍ يتراوح بين 120 إلى 150 نانومتر، وسُمكة حوالي 0.6 نانومتر.[4]
استخدامات البوليستر:
بوليميرات البوليستر هي بوليمرات مُهمّة للغاية، ولها العديد من التطبيقات، وأكثر تطبيقاتها شيوعًا هي أقمشة الملابس وأغلفة المواد الغذائية وعبوات المياه البلاستيكية وزجاجات المشروبات الغازية.
أكثر أنواع البوليسترات استخدامًا هو ما يُعرَف باسم البولي ايثيلين تيريفثالات، وله الصيغة (PET).
يبلُغ الإنتاج السنوي العالمي من PET حوالي 40 مليون طن ويتزايد هذا الإنتاج بمعدل 7٪ سنويًا، يُستخدم منه حوالي 65 ٪ لصنع الألياف، و30 ٪ لمواد التعبئة، و5 ٪ لصناعة أفلام البوليسـتر.
تعتمد الاستخدامات المختلفة البوليمرات البوليستر على هيكلها، إذ تُعطي حلقات البنزن في السلسلة الجزيئية هيكل متين، ممّا يؤدي إلى نقاط انصهار عالية (أكثر من 500 كلفن) وقوة كبيرة.[5]
في ألياف PET، يتم ترتيب الجزيئات بشكلٍ رئيسي في اتجاهٍ واحد،أما في الفيلم فهي في اتجاهين، وفي مواد التعبئة ففي ثلاثة اتجاهات.
ألياف البوليستر:
يتم إنتاج البوليستر على شكل حبيبات صغيرة، يتم صهرها وتمريرها من خلال ثقوبٍ دقيقة، وتُنسَج الخيوط الناتجة لتشكيل الألياف.
هذه الألياف، المعروفة باسم تيريلين أو دكرون، تُستخدم على نطاقٍ واسعٍ في الملابس، على سبيل المثال (في البدلات والقمصان والجوارب) بشكلٍ منفردٍ أو مختلطة مع أليافٍ أخرى مصنّعة أو طبيعيّة، مثل القطن.
وتشمل الاستخدامات الأخرى حبال إطارات السيارات وأحزمة النقل والخراطيم .[5]
أفلام البوليستر:
ُممكن تصنيع البوليسـتر أيضًا بشكل أغشيةٍ رقيقة يُمكن استخدامها في تغليف الطعام، وأشرطة الصوت والفيديو، والعزل الكهربائي، وأفلام الأشعة السينية.[5]
البوليستر في مواد التعبئة:
وهو الاستخدام الأحدث نسبيًّا، حيث يتم تسخين حُبيبات البولـيستر الصغيرة إلى حوالي 500 كلفن، وإجراء المزيد من عملية البلمرة.
يتم تذويب البوليمر، صبّه ثم مدّه، وبذلك تتوجه الجزيئات في ثلاثةِ اتجاهات، ممّا يُعطي البلاستيك قوّة كبيرة.
يُستخدم على نطاقٍ واسعٍ في صنع عبوات المشروبات.[5]