21.5: تصنيف البوليمر: البنية

يتم تصنيف البوليمرات على أنها خطية أو متفرعة على أساس بنية السلسلة الخاصة بها. تتمتع سلاسل البوليمر في البوليمرات الخطية ببنية طويلة تشبه السلسلة مع الحد الأدنى من التفرع أو عدم وجوده على الإطلاق. حتى لو كان البوليمر يتميز بمجموعات بديلة كبيرة على المونومر، والتي تظهر على شكل فروع للهيكل العظمي، فإنه لا يعتبر بوليمرًا متفرعًا. يحتوي البوليمر المتفرع على سلاسل بوليمر ثانوية تنشأ من سلسلة البوليمر الرئيسية. يحدث التفرع عندما ينتقل نمو البوليمر من حافة البوليمر المتنامي إلى مناطق أخرى في السلسلة. كما هو الحال مع الجزيئات الصغيرة، يمنع التفرع التراص المتقاربة، ويقلل الهيكل المفتوح من المواقع التي يمكن أن تعمل فيها قوى التشتت بين سلسلتي بوليمر.

النظر في مثال بلمرة الإيثيلين. يتم تحضير درجات مختلفة من البولي إيثيلين عن طريق تغيير ظروف البلمرة. البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) هو واحد منهم. كما يشير الاسم، فإنه يظهر كثافة عالية بسبب التراص المتقارب لسلاسل البوليمر الخطية مع الحد الأدنى من التفرع. يذوب هذا البوليمر عند 135 درجة مئوية ويستخدم لتصنيع أشياء صلبة نسبيًا مثل أغطية الزجاجات وخزائن التلفزيون وما إلى ذلك. البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) هو درجة أخرى من البولي إيثيلين - وهو بوليمر منخفض الكثافة بسبب التفرع الواسع النطاق في سلسلة البوليمر. تبلغ درجة حرارة ذوبان هذا البوليمر 120 درجة مئوية، وهي أقل من البولي إيثيلين عالي الكثافة. يتم استخدامه لصنع أشياء مرنة مثل الزجاجات المضغوطة وأكياس الحمل البلاستيكية وما إلى ذلك. وتظهر هياكل البولي إيثيلين عالي الكثافة والبولي إيثيلين منخفض الكثافة في الشكل 1.

الشكل 1: الهياكل الهيكلية للبولي إيثيلين عالي الكثافة (الأعلى) والبولي إيثيلين منخفض الكثافة (الأسفل)

يتم إجراء بعض التعديلات على هياكل سلسلة البوليمر عن طريق المعالجة اللاحقة؛ على سبيل المثال، فلكنة (تقسية) المطاط. أثناء الفلكنة (التقسية)، يتفاعل الكبريت مع البولي إيزوبرين ليحل محل بعض روابط C-H بروابط ثاني كبريتيد. يمكن لروابط ثاني كبريتيد هذه أن تربط سلاسل بولي أيسوبرين مختلفة، ويُعرف هذا النوع من الروابط بالتشابك. يزيد بالتشابك من صلابة البوليمر لأن معظم السلاسل مترابطة. ونتيجة لذلك، تتضاءل الحركة النسبية للسلاسل المجاورة. لذلك، يتم ضبط صلابة ومرونة المطاط من خلال التحكم في كمية الكبريت المستخدمة في الفلكنة.