تاريخ علم البوليمر  History of Polymer Science

يعتبر علم البوليمرات احد العلوم الكيميائية الحديثة حيث ان تركيب الجزيئات العملاقة والتي سميت بالبوليمرات (Polymers) لم يعرف بالتحديد إلا بعد عام 1920م.

لقد استخدم الانسان القديم البوليمرات الطبيعية (Natural Polymers) قبل مئات القرون، فقد صنع ملابسه من القطن والصوف والحرير وجلود الحيوانات. واستخدم البوليمرات في طعامه كالزيوت النباتية (Oils) والشحوم الحيوانية (Fats) واستعمل الراتنجات الطبيعية (Natural Resins) كاصماغ ولواصق منذ آلاف السنين كالصمغ العربي (Arabic Gum) والاصماغ الحيوانية والإسفلت الذي استخدم في طلاء القوارب.

لقد صنفت البوليمرات في القرن الثامن عشر ضمن الغرويات (Colloids) لأن الحالة الغروية في ذلك الوقت كانت معروفة بمثابة حالة مستقلة من حالات المادة إضافة إلى الحالة السائلة والصلبة، وقد كان سبب هذا الاعتقاد الخاطئ ان معظم المواد الغروية تمتاز بأوزانها الجزيئية العالية مقارنة بالمواد الاخرى البسيطة، وبقي هذا المفهوم سائداً حتى عام (1880م) عندما اكتشف راؤولت (Raoult) وفانت هوف (Vant Hoff) طرقاً لتعيين الوزن الجزيئي فقد عين بهذا الطرق الوزن الجزيئي للمطاط الطبيعي والنشأ ونترات السليلوز ووجد بأنها تتراوح بين (10000 - 40000) تعتبر هذه الخطوة اولى الدوافع التي ادت إلى الاعتقاد بفكرة وجود الجزيئات الكبيرة (Macromolecules). ولم يتقبل العلماء في لك العصر إمكانية وجود مثل هذه الاوزان الجزيئية الكبيرة واعتبروا انها اوزان غير صحيحة وفسروا ان السبب في ذلك هو ان قانون راؤولت لا ينطبق على حالات المحاليل الغروية.

وبالتالي يمكن القول بأن من الأسباب التي دعت كيميائي ذلك العصر إلى رفض فكرة الجزيئات ذات الاوزان الكبيرة:

أ) لم يكن بالإمكان وضع حد فاصل بين الجزيئات الكبيرة والمواد الغروية لذلك اعتقد البعض ان المواد البوليمرية التي سميت بالجزيئات الكبيرة هي مواد غروية لا ينطبق على محاليلها قانون راؤولت.

ب) فسر كبر وزنها الجزيئي على أساس تجمع فيزيائي للجزيئات الصغيرة، اي ان هذه المواد المعقدة تتركب من تجمع عدد كبير من جزيئات بسيطة في صورة مركبات متجمعة (Associated Complex) ترتبط فيها الجزيئات البسيطة بروابط الجذب الثانوية (Secondary Forces). واقترح ان حجم هذه المركبات المتجمعة تصل إلى حجم الجسيمات الغروية Colloidal Particles .

فقد فسر مثلاً الوزن الجزيئي للمطاط الطبيعي، الذي عرف صيغته الوضعية منذ عام (1826م) (C₅H₈) ، بأنه ناتج من تجمعات جزيئات الايزوبرين (Isoprene):

التي امكن عزلها من تقطير المطاط الطبيعي، إما بهيئة تراكيب مستقيمة (وحدات مفتوحة) او على هيئة تراكيب حلقية لتكوين المادة الغروية ذات التركيب الآتي:

وبعد ان نجح بعض الكيميائيين في تحضير بعض البوليمرات مثل بولي ستيرين Polystyrene ( 1839م) وبولي (جلايكول الايثيلين) (Polyethylene) (1860م) ومطاط الايزوبرين (Isoprene Rubber) (1879م) وبفضل جهود

العالم ستودنجر (Herman Staudinger) نالت فرضية الجزيئات الكبيرة (الجزيئات العملاقة) (Macromolecules) تأييد الكثير من العلماء.

ولقد اقترح ستودنجر :

• ان هذه الجزيئات العملاقة تتكون تحت ظروف خاصة من ترابط العديد من الجزيئات الصغيرة بروابط تساهمية (Covalent).
• وكان ستودنجر اول من اقترح صيغة بنائية للمطاط الطبيعي على شكل سلسلة طويلة متشابكة من وحدات المركب البسيط الأيزوبرين.
• وفي البداية قوبل اقتراح ستودنجر لفكرة الجزيئات العملاقة باعتراضات شديدة ولكن بعد التقدم الذي تم في تطوير استخدام اشعة إكس في الكشف عن تركيب جزيئات تلك المواد المعقدة وكذلك في ابتكار طرق جديدة لتعيين الاوزان الجزيئية تأكد صحة اقتراح ستودنجر ومنح هذا العالم جائزة نوبل في الكيمياء عام (1953م) تقديراً له عن الكشف عن هذه الجزيئات العملاقة والتي عرفت فيما بعد بالبوليمرات.

ومنذ زمن ستودنجر انتشرت وتطورت الأبحاث الخاصة لدراسة البوليمرات من المصادر الطبيعية وكذلك تصنيع البوليمرات الصناعية من كل نوع وحجم.

   وقد ساهم في دعم وإثبات فرضية الجزيئات الكبيرة كلأ من العالم الامريكي كاروثرز (Carothers) عام (1929م) الذي يعتبر رائداً في مجال تصنيع البوليمرات الصناعية حيث قام في عام (1929م) بتحضير النايلون الشهير والمعروف باسم نايلون 66 (nylon). وهو بوليمر:

البولي أميد (البولي هكسا ميثيلين اديب اميد)

(Poly (hexamethylene adipamide

متكون من:

حامض الاديبيك (adipic acid):

                             HOOC-(CH₂)₄-COOH

وهكسا ميثيلين داي امين (hexamethylenediamine) :

                                      (H₂N-(CH₂)₆-NH₂

وكذلك ممن عدم فرضية الجزيئات الكبيرة العالم فلوري (Flory) عام (1937م) وغيرهم.

وأدى التطوير في أبحاث البوليمرات إلى تطوير التكنولوجيا في استخدمها في التطبيقات الصناعية، وانتشرت منذ الحرب العالمية الثانية الصناعات العديدة التي تعتمد على استخدام البوليمرات مثل صناعات البلاستيك والألياف الصناعية والمطاط والبويات واللواصق والخشب الصناعي وغيرها.

من الصعوبات التي واجهتها فرضية الجزيئات الكبيرة هو كيفية تفسير تكون المجاميع الفعالة في نهاية السلاسل وطبيعتها، لأن تعيين نسب ونوع هذه المجاميع الفعالة صعب لقلة تركيزها من ناحية، ولعدم وجود طرق كيميائية أو فيزيائية دقيقة وقتئذ لتعيين وتشخيص هذه المجاميع الفعالة. وقد اقترح ستودنجر ,عام (١٩٢٥م) بأنه لا يستوجب وجود مجاميع فعالة في نهاية السلاسل لفرض إشباع تكافؤات الذرة الأخيرة من السلسلة البوليمرية و اعتبر هذه لمجاميع، حتر٠ في حالة وجودها ، غير فعالة سبب كبر حجْم لجزيئات لمرتبطة بها ، وقد اعتقد أيضا بفكرة وجود التراكيب الحلقية (cyclic structure) الكبيرة حلأ لمشكلة لمجاميع النهائية. وبقيت  هذه الفكرة مقبولة لفترة من الزمن لغاية عام (١٩٣٧م) عندما وضع فلوري (flory) ميكانيكية للبلمرة على٠ أساس ميكانيكية التفاعلات المتسلسلة (chain reaction)

والجدول (1) يوضح تاريخ انتاج البوليمرات  بالإضافة إلى مجموعات اخرى من البوليمرات الصناعية الهامة.