ما هي آلية الملدنات في البوليمرات

البوليمرات ، في حالتها الأصلية ، غالباً ما تمتلك شخصية صلبة وهشة في بعض الأحيان يمكن أن تحد من فائدتها في التطبيقات المختلفة. للتغلب على هذه القيود ونقل المرونة المطلوبة ، قابلية المعالجة ، والمتانة ، الملدنات يتم دمجها في تركيباتها. هذه الإضافات ، التي عادة ما تكون المركبات العضوية المنخفضة التحول المنخفضة ، تعمل بشكل أساسي على تغيير الخواص الفيزيائية للبوليمر عن طريق تعديل بنيتها الداخلية وقوى الجزيئات. يعد فهم الآلية المعقدة التي تحقق بها الملدنات هذه التغييرات أمرًا بالغ الأهمية للتصميم العقلاني وتطبيق المواد البوليمرية.

فهم صلابة البوليمر

قبل الخوض في دور الملدنات ، من المهم فهم مصادر الصلابة في البوليمرات غير المرنة. تتكون البوليمرات من سلاسل جزيئية طويلة ، ويتم تحديد خصائصها إلى حد كبير من خلال التفاعلات بين هذه السلاسل. في البوليمرات الصلبة ، قوية القوى الجزيئية مثل قوى Van der Waals ، أو ترابط الهيدروجين ، أو تفاعلات ثنائي القطب-تخلق شبكة متماسكة للغاية. هذا يقيد الحركة القطاعية من سلاسل البوليمر ، وهذا يعني أن الأجزاء الفردية من السلاسل غير قادرة على التغلب بحرية على بعضها البعض. هذا التنقل المحدود يترجم إلى ارتفاع درجة حرارة انتقال الزجاج (TG) ، درجة حرارة حرجة يتصرف بها البوليمر مثل الصلبة الصلبة والزجاجية.

دور الملدنات: زيوت تشحيم جزيئية

تعمل الملدنات في المقام الأول باسم "مواد التشحيم الداخلية" أو "الفواصل" داخل مصفوفة البوليمر. عندما يتم خلط الملدنات مع البوليمر ، فإن جزيئاته تتقاطع بين سلاسل البوليمر. هذا الإدراج له العديد من العواقب الرئيسية:

1. تقليل القوى الجزيئية

التأثير الأكثر أهمية للملدنات هو توهين القوى الجذابة بين سلاسل البوليمر. جزيئات الملدنات ، كونها أصغر وغالبًا ما يكون قطبيًا من مقاطع البوليمر ، تقوم بفحص أو تخفيف تفاعلات البوليمر القوية بفعالية. من خلال إدخال تفاعلات جديدة وأضعف للتلوين بوليمر (أو ببساطة فصل سلاسل البوليمر) ، يتم تقليل كثافة الطاقة المتماسكة الشاملة للنظام.

2. زيادة الحجم الحر

إن تقاطع جزيئات الملدنات يؤدي أيضًا إلى زيادة في الحجم الحر داخل مصفوفة البوليمر. يشير الحجم الحر إلى المساحة الفارغة بين سلاسل البوليمر التي لا تشغلها جزيئات البوليمر نفسها. بينما تقوم جزيئات الملدنات بإدخال نفسها ، فإنها تدفع سلاسل البوليمر إلى أبعد من ذلك. هذه المساحة الفراغ المتزايدة تسمح بتنقل قطاعي أكبر لسلاسل البوليمر.

3. تعزيز الحركة القطاعية

مع انخفاض القوى الجزيئية وزيادة الحجم الحر ، يزداد تنقل شرائح البوليمر بشكل كبير . يمكن لسلاسل البوليمر الآن أن تنزلق بسهولة وتدوير بعضها البعض. تتجلى حركة السلسلة المحسنة هذه على أنها متزايدة من المرونة ، والمرونة ، وانخفاض معامل البوليمر (الصلابة).

4. خفض درجة حرارة انتقال الزجاج (TG)

النتيجة المباشرة لزيادة الحركة القطاعية هي الاكتئاب من درجة حرارة انتقال الزجاج (TG) . نظرًا لأن الملدنات تسمح لسلاسل البوليمر بالتحرك بحرية أكبر في درجات حرارة منخفضة ، فإن الانتقال من حالة زجاجية صلبة إلى حالة مطاطية أكثر مرونة يحدث عند درجة حرارة أقل. هذا تأثير حاسم للمعالجة ، لأنه يسمح لتشكيل البوليمرات وتشكيلها في درجات حرارة أكثر قابلية للإدارة.

آليات عمل الملدنات: النظريات ووجهات النظر

تحاول العديد من النظريات شرح الآلية المعقدة لعمل الملدنات:

• نظرية التشحيم: تفترض هذه النظرية الكلاسيكية أن جزيئات الملدنات تعمل كمواد تشحيم داخلية ، مما يقلل من الاحتكاك بين سلاسل البوليمرات أثناء انزلاقها عبر بعضها البعض. هذا مماثل للأجزاء الميكانيكية التي تشحيم الزيت.

• نظرية هلام: تشير هذه النظرية إلى أن الملدنات تعطل المناطق المرتبة أو البلورية أو الكاذبة البلورية (المواد الهلامية) داخل البوليمر ، مما يسمح بزيادة تنقل السلسلة.

• نظرية الحجم المجاني: ربما هذه هي النظرية الأكثر قبولًا على نطاق واسع. يفترض أن الملدنات تزيد من الحجم الحر داخل البوليمر ، مما يوفر مساحة أكبر للحركة القطاعية وبالتالي خفض TG.

• نظرية الفحص (أو نظرية الحل): تؤكد هذه النظرية على قدرة جزيئات الملدنات على "الشاشة" أو تغليف المجموعات القطبية على سلاسل البوليمر ، مما يقلل من تفاعلات ثنائي القطب البوليمر القوية والسماح للسلاسل بالفصل.

من المهم أن نلاحظ أن هذه النظريات ليست حصرية بشكل متبادل وغالبًا ما تكمل بعضها البعض ، مما يوفر فهمًا شاملاً لعمل الملدنات.

العوامل التي تؤثر على فعالية الملدنات

تتأثر فعالية الملدنات بعدة عوامل ، بما في ذلك:

• التوافق: يجب أن يكون الملدنات متوافقًا مع البوليمر ، مما يعني أنه يمكن أن يشكل مزيجًا مستقرًا ومتجانسًا دون فصل الطور. هذا يعتمد في كثير من الأحيان على تشابه معلمات قابلية الذوبان.

• الحجم الجزيئي والشكل: توفر جزيئات الملدنات الأصغر حجماً بشكل عام كفاءة تصليح أكبر.

• قطبية: يجب أن تكون قطبية الملدنات مناسبة للتفاعل بفعالية مع البوليمر في حين لا تكون قوية لدرجة أنها تسبب الترشيح أو النضح.

• تركيز: هناك تركيز ملتحقة مثالي. لن يكون هناك تأثير ضئيل للغاية ، في حين أن الكثير يمكن أن يؤدي إلى الإفراز ، وتقليل القوة الميكانيكية ، وغيرها من الخصائص غير المرغوب فيها.

خاتمة

في جوهرها ، تحول الملدنات بشكل أساسي الخصائص العيانية للبوليمرات عن طريق تغيير بنية المجهرية بمهارة. من خلال العمل كفروقة الجزيئية ومواد التشحيم ، فإنها تعطل القوى الجزيئية القوية ، وتزيد من الحجم الحر ، وتعزز التنقل القطاعي ، مما يقلل في نهاية المطاف من درجة حرارة الانتقال الزجاجي وإضفاء المرونة وقابلية المعالجة. لا غنى عن الاختيار الحكيمة ودمج الملدنات لتصميم المواد البوليمرية لتلبية المتطلبات المتنوعة للهندسة الحديثة والمستهلكين.