بلمرة المستحلبات والمعلقات
بلمرة المستحلبات والمعلقات هي عمليات غير متجانسة تعتمد على الماء، حيث يتشتت المونومر على شكل مذيلات أو قطرات؛ تسمح بلمرة المستحلبات بشكل فريد بأن يكون المعدل والكتلة المولية مرتفعين معًا عن طريق تقسيم الجذور الحرة، بينما تنتج بلمرة المعلقات خرزات بوليمرية.
Definition
بلمرة المستحلبات هي عملية جذرية غير متجانسة يتم فيها استحلاب المونومر في الماء مع فاعل بالسطح ويتَبلمر داخل جسيمات مثبتة بالفاعل بالسطح؛ بلمرة المعلقات هي عملية غير متجانسة تتبلمر فيها قطرات المونومر المثبتة بواسطة عامل تعليق، كل منها يتَبلمر كـمفاعل كتلي صغير لإنتاج خرزات بوليمرية.
Scope
يغطي هذا الموضوع العمليتين المائيتين غير المتجانستين الرئيسيتين. بالنسبة لبلمرة المستحلبات، يشمل مذيلات الفاعل بالسطح، وتكوين الجسيمات، والفترات الثلاث لوصف سميث-إيوارت، وتقسيم الجذور الحرة. بالنسبة لبلمرة المعلقات، يشمل تثبيت قطرات المونومر بواسطة عوامل التعليق، وتكوين الخرزات، والحركية الشبيهة بالكتلة داخل كل قطرة. يوفر الماء كطور مستمر نقل حرارة ممتازًا في كلتا العمليتين.
Core questions
- كيف يسمح تقسيم الجذور الحرة في الجسيمات لبلمرة المستحلبات بتحقيق معدل عالٍ وكتلة مولية عالية في آن واحد؟
- أين تتكون الجسيمات وكيف تصف صورة سميث-إيوارت نموها؟
- كيف تحدد عوامل التعليق والتحريك حجم الخرزة في بلمرة المعلقات؟
- لماذا يعمل الماء بشكل جيد كطور مستمر في كلتا العمليتين؟
Key theories
- نظرية سميث-إيوارت لبلمرة المستحلبات
- تستمر البلمرة في العديد من الجسيمات الصغيرة المنتفخة بالمونومر، يحتوي كل منها في المتوسط على حوالي نصف جذر حر، لذا فإن الجذر الحر الذي يدخل جسيمًا يتكاثر حتى يدخل آخر وينهيه؛ هذا التقسيم يفصل المعدل عن الإنهاء وينتج في نفس الوقت معدلًا عاليًا وكتلة مولية عالية.
Mechanisms
في بلمرة المستحلبات، يشكل الفاعل بالسطح فوق تركيزه المذيلي الحرج مذيلات تدخلها الجذور الحرة البادئة القابلة للذوبان في الماء وتبدأ البلمرة؛ ينتشر المونومر من خزانات القطرات عبر الماء لتغذية الجسيمات النامية. نظرًا لأن كل جسيم يحتوي على عدد قليل من الجذور الحرة على الأكثر، وتنهي الجذور الحرة الداخلة بعضها البعض بشكل متقطع فقط، فإن العمر الفعال للجذور الحرة لكل جسيم طويل، مما يعطي كتلة مولية عالية بمعدل عالٍ. في بلمرة المعلقات، يؤدي التحريك الميكانيكي إلى تكسير المونومر القابل للذوبان في الزيت إلى قطرات مثبتة بواسطة غرواني واقي؛ تتبلمر كل قطرة بحركية كتلية إلى خرزة صلبة، مع تحديد الحجم عن طريق التحريك والمثبت.
Clinical relevance
تنتج بلمرة المستحلبات اللاتكسات المستخدمة في الدهانات المائية، والمواد اللاصقة، وطلاءات الورق والمنسوجات، والمطاط الصناعي مثل مطاط الستايرين-بوتادين، مما يوفر البوليمر في تشتت جاهز للاستخدام ومنخفض المركبات العضوية المتطايرة (VOC). تنتج بلمرة المعلقات خرزات بولي(فينيل كلوريد) والبولسترين، والبولسترين القابل للتمدد، والخرزات المتشابكة المستخدمة في راتنجات التبادل الأيوني والكروماتوغرافيا.
History
تم توسيع نطاق بلمرة المستحلبات خلال الحرب العالمية الثانية لإنتاج المطاط الصناعي، وتم توضيح آليتها من خلال الصورة النوعية لهاركينز لتكوين المذيلات ثم من خلال نظرية سميث-إيوارت الحركية الكمية التي نُشرت عام 1948، والتي لا تزال الإطار القياسي.
Key figures
- Wendell Smith
- Roswell Ewart
- William Harkins
Related topics
Seminal works
- odian2004
- young2011
Frequently asked questions
- لماذا يمكن لبلمرة المستحلبات تحقيق معدل عالٍ وكتلة مولية عالية في نفس الوقت؟
- تُعزل الجذور الحرة في جسيمات منفصلة، لذا فإن الجذر الحر النامي لا يتم إنهاؤه بسرعة بواسطة جذر حر آخر. وبالتالي، تنمو كل سلسلة لفترة طويلة (كتلة مولية عالية) بينما تتبلمر العديد من الجسيمات بالتوازي (معدل عالٍ) — وهو مزيج مستحيل في طور متجانس واحد.
- ما الفرق بين بلمرة المستحلبات وبلمرة المعلقات؟
- تستخدم بلمرة المستحلبات مذيلات الفاعل بالسطح وبادئًا قابلاً للذوبان في الماء، وتنتج جسيمات لاتكس بحجم دون الميكرون. تستخدم بلمرة المعلقات غروانيًا واقيًا وبادئًا قابلاً للذوبان في الزيت، وتنتج خرزات أكبر بكثير، يتصرف كل منها كمفاعل كتلي صغير.