بولي رباعي فلورو الإيثيلين: الفرق بين النسختين
| [نسخة منشورة] | [مراجعة غير مفحوصة] |
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
إضافة من مقالة مادة التفلون للمستخدم:Munirah m |
هذه ترجمة لصفحة التيفلون باللغة الإنكليزية أرجوا تعديلها وتنقيحها بالشكل المناسب الذي يتعامل معه موقع ويكيبيديا |
||
سطر 1:
بسم الله الرحمن الرحيم
بوليمر رباعي فلور الإيثلين (C2F4)n
بوليمر رباعي فلور الإيثلين (أو متعدد رباعي فلور الإيثلين)،
هو بوليمر فلور صناعي من مادة رباعي فلور الإيثلين وله استخدامات عديدة.
أفضل تركيبة تستخدم لتصنيعه اسمها التيفلون
وهو الاسم التجاري المسجل من قبل شركة دوبونت، الشركة التي اكتشفت هذ المركب.
يعد هذا البوليمر مركباً صلباً من فلور الكربون، ذو وزن جزيئي مرتفع، ويتألف من
عدد هائل من ذرات الفلور والكربون، كما وأنه مضاد للماء حيث لا يمكن للماء أو أي مادة تحتوي على الماء أن تبلل هذا البوليمر أو أن يمتصها بسبب الكهرسلبية العالية للفلور، ويمتاز بمعامل احتكاك يعد من أخفض المعاملات تجاه المواد الصلبة.
يتميز بوليمر رباعي فلور الكربون بسعره المرتفع،
ويستخدم كعازل كهربائي، كما ويستخدم بكثرة في أدوات الطبخ والمقالي بشكل خاص كطبقة خارجية للقاع (طبقة إكساء)، وذلك بسبب ميله الشديد لعدم التفاعل مع المواد الأخرى، يعود ذلك لعدة أمور؛ أهمها هو قوة الروابط الكيميائية بين الفلور والكربون، لذا يستخدم أيضاً كطبقة عازلة في الحاويات وأنابيب الصرف التي يمكن أن تحتوي على مواد كيميائية شديدة التفاعل وتسبب التآكل.
عندما يتم استخدام متعدد رباعي فلور الكربون كمادة للتشحيم في آلة ما فإنه يقلل من
الاحتكاك والاهتراء وضياعات الطاقة لهذه الآلة، ومن الاستخدامات الشائعة له أن يستخدم كمادة زراعية في العمليات الجراحية.
لمحة عن البوليمرات:
بدأت البوليمرات من الطبيعة
مثل الصمغ العربي والمطاط الطبيعي، وفي القرن التاسع عشر بدأ العلماء محاولة تقليد الطبيعة، حتى جاء القرن العشرين عندما زادت الحاجة للمطاط في الحرب العالمية الثانية، فاستطاع العلماء الألمان إنتاج المطاط الصناعي، وهو يعطي نفس مواصفات المطاط الطبيعي ونفس التركيب الكيميائي تقريباً، وأصبحت تعرف البوليمرات على أنها مركبات كيميائية تمتاز بطول السلسلة، ولكن طول السلسلة المسبب لكبر الوزن الجزيئي للمركب ناتج عن تكرار وحدات متشابهة بنفس الترتيب على طول السلسلة وبالتالي يسمى المركب مبلمر.
البوليمر هو مركب ذو وزن جزيئي
مرتفع مكون من وحدات جزئية مكررة،
قد تكون هذه المواد عضوية أو غير عضوية، وقد تكون طبيعية أو صناعية.
أصبحت البوليمرات تلعب دورا أساسياً في استخدامات الحياة اليومية وذلك بسبب
مجموعة خواصها الفريدة، فهي مواد أساسية في الاستخدامات اليومية مثل المواد اللاصقة والورق والملابس والسيراميك.
تشمل البوليمرات الطبيعية غير العضوية الألماس والرمل والميكا.
تشمل البوليمرات الطبيعية العضوية النشا والسيليلوز والحموض الأمينية
والبروتينات.
وتشمل البوليمرات الصناعية غير العضوية العديد من الموصلات الفائقة لدرجات
الحرارة العالية، والعديد من الزجاجيات.
نشأ وتطور علم البوليمرات في بيئة صناعية، ولذلك من
الطبيعي أن يكون لكل بوليمر اسم شائع واسم معتمد على بنيته والأخير يحدده الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية.
تتكون البوليمرات من بنى تتمثل في وحدات بنائية متطابقة
متكررة، وهذه الوحدات بدورها تتكون من جزيئات أصغر تتفاعل مع بعضها لتشكل البوليمر.
توجد عدة تقنيات معملية تستخدم لتحديد خواص البوليمر كتحديد التركيب البلوري
للبوليمر مثلاً أو تحديد الخواص الحرارية مثل درجة حرارة التحول الزجاجي.
هنالك بوليمرات لها استخدامات خاصة مثل البوليمر المعروف باسم "مادة البوليمر"
الذي يستخدم في صنع الاوراق النقدية.
تاريخ بوليمر رباعي فلور الكربون:
اكتُشِف مركب متعدد رباعي فلور الكربون بمحض الصدفة عام 1938 على يد
"روي بلنكيت" عندما كان يعمل في مختبرات الكيمياء الحركية التابعة لشركة دوبونت، حيث كان يحاول صنع مادة مبردة باستخدام مركب كلور فلور الكربون؛ أحد الأدوات التي كان يستخدمها كانت عبوة مدرجة تحتوي على غاز رباعي فلور الكربون المضغوط، وفجأة وأثناء استخدامه لها توقفت العبوة عن إعطاء الغاز وكأنها أصبحت فارغة، ولكن تدريج العبوة لم يكن يشير للصفر، عندها ذهب روي ليقيس وزن العبوة للتأكد وبالفعل وجد هنالك وزن زائد عن وزن العبوة الصافي مع أنها فرغت من الغاز، فانتابه الفضول ليعرف ما الذي يسبب الزيادة في وزن العبوة، فقام بفتحها بواسطة منشار صغير ليجد أن السطح الداخلي للعبوة مكسو بمادة شمعية بيضاء زلقة بشكل غريب.
لاحقا أظهر التحليل لهذه المادة أنها فلور إيثلين مبلمر داخل العبوة نتيجة الضغط
العالي وعَمِلَ الحديد المكوِّن للعبوة من الداخل كوسيط محفز للتفاعل، وقامت مختبرات الكيمياء الحركية بتسجيل براءة اختراع لبلاستيك الفلور الجديد هذا والذي كان يشبه إلى حد ما المركب المعروف مسبقا في تلك الفترة وهو البولي إيثلين، وذلك في عام 1941، وتم تسجيله كعلامة تجارية باسم تيفلون في عام 1945.
بحلول العام 1948 كانت شركة دوبونت (التي أنشأت مختبرات الكيمياء الحركية
بمدينة نيوجيرسي الأمريكية بالتعاون مع شركة جنيرال موتورز) تنتج أكثر من 900 طن من مادة التيفلون في العام الواحد بمعامل شيدت في مدينة فيرجينيا، ومن الاستخدامات المبكرة لهذه المادة كان في مشروع مانهاتن، حيث استخدمت كمادة تكسو السطح الداخلي للأنابيب التي تحوي اليورانيوم المخصب المشع بشدة وتُحْكِمْ إغلاقها.
في العام 1954 حثّت زوجة المهندس الفرنسي "مارك غريغوري" زوجها على
استخدام مادة التيفلون والتي كان يستخدمها في أدوات الصيد خاصته، ليضعها على مقلاة كانت موجودة عندها، أدى ذلك بالنهاية لتسجيل علامة تجارية باسم مقلاة التيفال (الحروف الأولى من كلمتي تيفلون وألمنيوم)، لاحقاً في الولايات المتحدة وفي عام 1961 قام "ماريون تروزولو" والذي كان يستخدم مادة التيفلون لأغراض علمية، بالتسويق لمقلاة مكسوة بالتيفلون أسماها المقلاة السعيدة، وكان ذلك بداية استخدام التيفلون في أدوات المطبخ.
في العام 1990 تم اكتشاف أن بوليمر رباعي فلور الكربون يتحول لمادة مشعة إذا
وُضِعَ فوق درجة حرارة انصهاره ضمن بيئة غنية بالأوكسجين، ويبدأ بإصدار أشعة من الإلكترونات (أشعة بيتا)، ولكن أثبتت التجارب أن الخصائص الميكانيكية والفيزيائية للبوليمر ضمن درجات الحرارة العالية هي خصائص مستقرة اشعاعياً، أي أنه لا يشكل أي خطر، وكان هذا أمراً مهماً جداً لأنه ولعدة سنوات كان الخوف من خصائص بوليمر رباعي فلور الكربون الإشعاعية تحت درجات الحرارة العالية يمنع من إعادة تصنيعه، أما الآن فقد أصبحت عملية إعادة التصنيع والإنتاج عن طريق الصَّهر عملية آمنة ومستخدمة بكثرة.
عملية الإنتاج:
تتم عملية إنتاج بوليمر رباعي فلور الإيثلين عن طريق البلمرة الحرة لمادة رباعي
فلور الإيثلين تحت ضغط عالٍ وحرارة عالية وفق المعادلة:
n F_2 C=CF_2 ⟹1/n —{F_2 C—CF_2}n—
إن رباعي فلور الكربون يمكن أن ينفجر متفككاً إلى رباعي فلور الميثان والكربون،
لذا فإن عملية البلمرة تتم باستخدام جهاز خاص يمنع ارتفاع الحرارة في مناطق معينة أثناء التفاعل قد تؤدي لحدوث تفاعلات جانبية خطيرة.
خصائص متعدد رباعي فلور الكربون:
يعد بوليمر رباعي فلور الكربون بوليمر
بلاستيك حراري، صلب أبيض اللون ضمن درجة حرارة الغرفة وشفاف إذا تواجد بطبقات رقيقة، لا يتأثر بالضوء ولا بتقلبات الطقس وليس له أي ضرر فيزيولوجي، يتأثر فقط بالفلور النقي والمعادن القلوية المنصهرة، كثافته تبلغ حوالي (2200 kg⁄m^3 )، ووفقاً للشركة المُصنِّعة فإن درجة حرارة انصهاره تساوي 600 كلفن أي ما يعادل 327 سيليسيوس، كما ويحافظ على قوته العالية ومتانته وقدرته على التشحيم الذاتي تحت درجات حرارة منخفضة جداً تصل إلى 5 كلفن ([-268.15] سيليسيوس)، وتكون مرونته جيدة – بحيث يمكن التحكم بشكله – فوق درجة حرارة 194 كلفن ([-79] سيليسيوس)، وكما هو حال أغلب المركبات التي تحتوي على الفلور والكربون فإن بوليمر رباعي فلور الكربون يكتسب معظم خصائصه من محصلة قوى الروابط بين ذرات الفلور والكربون، معامل احتكاكه يتراوح بين 0.05 و 0.10 ويعد ثالث أخفض معامل احتكاك معروف تجاه المواد الصلبة، يمتاز بمقاومة عالية تجاه قوى فاندرفالس أي أنه من الصعب جداً أن يلتصق به أي شيء لذا فإنه يستخدم أحياناً لطلاء الجدران الخارجية للطوابق الأرضية لبعض المباني أو لطلاء الجدار الداخلي للبيوت المكشوفة التي تعرض فيها الحشرات والزواحف حيث أنه زلق جداً لدرجة أن الزواحف والحشرات لا تستطيع أن تضع أو تلصق أطرافها عليه لتتسلق.
وهنا جدول ببعض خصائصه الحرارية والميكانيكية:
مُعامِل التمدد الحراري 135×〖10〗^(-6) K^(-1)
التمدد الحراري 0.124 〖mm〗^2⁄s
مُعامِل يونغ 0.5 GPa
حد الخضوع 23 MPa
التطبيقات والاستخدامات:
يعود الفضل في الاستخدام الصناعي الواسع لمتعدد
رباعي فلور الإيثلين إلى معامل احتكاكه المنخفض فيستخدم في التطبيقات التي تحتاج الانزلاق كالمساند المفصليّة ونواقل الحركة – في السيارات مثلاَ – والشرائح المنزلقة... الخ، كما ويستخدم بكثرة كشريط لإحكام عزل الأنابيب، ولتغليف المواد الحساسة للضغط
الخصائص والاستخدامات الكهربائيّة:
إن الغالبية العظمى من
التطبيقات التي يستخدم فيها بوليمر رباعي فلور الكربون هي كهربائية (أكثر من 50% من الإنتاج السنوي) وتذهب لقطاع الاتصالات وعزل الأسلاك (التوصيلات الراديويّة والكابلات المحوريّة) والاستخدامات الحاسوبية وفي الفضاء الخارجي (التوصيل في الأقمار الصناعية)، ويتضح من هذه الاستخدامات أن بوليمر رباعي فلور الكربون عازل ممتاز وله خواص عزل ممتازة مما يجعله أكثر من ملائم للاستخدام في تطبيقات الترددات العالية (الموجات الراديوية والميكروية).
وهنا جدول بأهم الخصائص الكهربائية:
المتانة الكهربائية عند سماكة 2.03 mm 24 kV⁄mm
ثابت العزل عند 60→2∙〖10〗^9 Hz 2.1
عامل الفقد عند 60→2∙〖10〗^9 Hz <0.0001
مدة بقاء المادة سالمة عند تعرضها لقوس كهربائية 300 sec
المراجع العلمية والروابط الخارجية:
https://google.com
https://images.google.com
https://en.wikipedia.org/wiki/Polytetrafluoroethylene
https://ar.wikipedia.org/wiki/متعدد_رباعي_فلورو_الإيثيلين
https://ar.wikipedia.org/wiki/المبلمر
http://pslc.ws/macrog/ptfe.htm
Teflon® PTFE Properties Handbook, by DuPont®.
خواص المواد الكهربائية العازلة، د. محمّد نضال الرّيس، منشورات جامعة دمشق.
== الاستخدامات ==
| |||