تأثير القوى بين الجزيئات على خواص البوليمرات

The Effect of Molecular Forces on the Polymer Properties

ان للقوى الجزيئية تأثير كبير على خواص البوليمرات الفيزيائية كدرجة الانصهار ودرجة الانتقال الزجاجي واللزوجة، والذوبان والثبات الحراري والتبلور وغيرها. يعبر عادة عن مقدار القوى الجزيئية في البوليمرات بدلالة طاقة التماسك (cohesive energy) والتي تعرف بأنها كمية الطاقة اللازمة بعيد عن الجزيئات المجاورة وتكون هذه الطاقة مقاسة عادة لوحدة الحجوم وتدعى عندئذ بطاقة التماسك مقاسة عادة لوحدة الحجوم وتدعى عندئذ بطاقة التماسك النوعية (Specific cohesive energy) او كثافة طاقة التماسك (cohesive energy density) وتكون هذه الطاقة عادة مكافئة لحرارة التبخر (heat of vaporization) بالنسبة للمواد السائلة ومكافئة لحرارة التسامي (heat of sublimation) بالنسبة للمواد الصلبة.

إن طاقة التماسك بالنسبة للبوليمرات تختلف نسبياً عما للمركبات البسيطة لأن البوليمرات تمتاز عادة بأوزانها الجزيئية العالية. لذلك فتكون طاقة التماسك للجزيء الواحد كبير جداً حتى اكبر من طاقة الاواصر الأساسية الموجودة في سلسلة البوليمر. وعليه يبدأ جزيء البوليمر بالتفكك قبل ان يتطاير وينفصل عن الجزيئات الاخرى. أن لطاقة التماسك في البوليمرات تأثير كبير على درجة انصهار البوليمر ودرجة انتقاله الزجاجي . ويبين الجدول (4) مدى اعتماد بعض الخواص الفيزيائية للبوليمر على كثافة طاقة التماسك.

يمكن حساب كثافة طاقة التماسك للبوليمرات من حاصل جمع كثافة طاقة التماسك للمجاميع المكونة لسلسلة البوليمر ويمكن تعيينها عملياً باعتبارها مساوية لكثافة طاقة تماسك المذيب القادر انتفاخ (swelling) البوليمر. ويعبر عادة عن قيم كثافة طاقة التماسك بدلالة وسيط الإذابة (solubility parameter) والذي يرمز له بالرمز (δ) حسب العلاقة التالية:

^1/2(كثافة طاقة التماسك) = δ

جدول (1): تأثير كثافة طاقة التماسك على بعض الخواص الفيزيائية لبعض البوليمرات المهمة صناعياً

يلاحظ في الجدول (1):

• للبوليمرات المطاطية (elastic polymers) كثافة طاقة  تماسك منخفضة نسبياً. أي ان القوى الجزيئية في هذه البوليمرات ضعيفة نسبياًً أو ان للجزيء حرية اكثر في الحركة الموضعية.
• أما بالنسبة للبوليمرات البلاستيكية الصلدة فتكون كثافة طاقة التماسك لها أعلى نسبياً أي تكون سلال البوليمرات اقل مرونة.
• للبوليمرات الثلاث الاخيرة طاقة تماسك عالية جداً وذلك بسبب وجود مجاميع مستقطبة في هذه البوليمرات. فإن مثل هذه البوليمرات تمتاز بالمتانة والقوة، لذلك فإنها تكون ملائمة لصناعة الألياف الصناعية التي تتطلب مثل هذه الخصائص.