הכימיה של כדור המשחק הרשמי של המונדיאל – גביע העולם בכדורגל 2014 – הבראזוקה

לא שכחנו את משחקי גביע העולם בכדורגל 2014, המונדיאל, שביום שישי הקרוב יחל בו שלב רבע גמר. הכיסוי, הביטנה ושלפוחית הכדור משיגים מטרה פיזיקלית של מהירות וחוזק, אך כל אלה לא היו אפשרים ללא הכימיה. פירוט הפולימרים השונים המשמשים בכל אחד מחלקי הכדור

בכתבות קודמות בסדרה תיארנו את האווירודינמיקה של כדור המשחק של גביע העולם בכדורגל 2014, כפי שבא לידי ביטוי במנהרת הרוח של נאס”א ואת הפיסיקה של הכדורגל. עם תחילת שלב רבע הגמר בגביע העולם, אנו חוזרים לנושא, והפעם מההיבט הכימי.

מספר חומרים כימיים משמשים בייצור של הבראזוקה [Brazuca], כדור המשחק הרשמי למונדיאל 2014.‏ מרבית החומרים הללו הם פולימרים – מולקולות ארוכות מאוד המורכבות ממולקולות קטנות יותר רבות במספרן. דוגמה פשוטה, יומיומית, היא הפולימר פוליאתן המשמש לייצור שקיות פלסטיק. קבוצות שונות של פולימרים משמשות להשגת תכונות ייחודיות עבור הכדור.

כדורגל מורכב משלושה חלקים עיקריים: הכיסוי (השכבה החיצונית ביותר), הביטנה ושלפוחית הכדור (הפנימית). ברור מאליו כי כל שלושת החלקים הללו יעוצבו באופן שיספק את התכונות האווירודינמיות המועדפות ביותר עבור הכדור, אולם, מכאן אנו נכנסים כבר לטריטוריה של תחום הפיזיקה. אף אחת מתכונות אלו לא תושג מבלי הכימיה המספקת את החומרים הנדרשים, וכאן אנו מפרטים את סוגי הפולימרים השונים המשמשים בכל אחד מחלקי הכדור.

הכיסוי

הכיסוי מורכב משישה מקטעי פוליאוריטן (וויקיפדיה) המחוברים יחדיו באופן תרמי. כיסוי זה חשוב מאוד לשם הגנה על הכדור, והוא נועד למנוע ממנו מלספוג כמות גדולה של מים ולחות – שיעור ספיגת המים של כדור הבראזוקה (ויקיפדיה) הוא 0.2% בלבד. תכונה זו הופכת את הכדור להרבה יותר קל-משקל מאשר הכדורים הקודמים שהיו מכוסים בשכבת עור. לחלק מהכדורים יש גם שכבה של קצף פוליאוריטני מתחת לשכבת הכיסוי. פוליאוריטנים מורכבים מתרכובות הקרויות איזוציאנטים (ויקיפדיה) ופוליאולים (ויקיפדיה). החלקים המרכזיים של מולקולות אלו ניתנים לשינוי ולהתאמה המעניקים לפוליאוריטנים השונים את התכונות השונות. לפוליאוריטנים יש מגוון רחב של יישומים, לרבות קצף בתוך חומרי-הדבקה, בסיבים סינתטיים ואפילו בגלגלים של סקייטבורד.

כדורים זולים יותר משתמשים ב-PVC [פוליויניל כלוריד] במקום פוליאוריטן עבור הכיסוי. בכדורים אלו מקטעי הכיסוי תפורים יחדיו אחד לשני ולא עוברים איחוי באופן תרמי כמו בכדור החדש. התפירה של מקטעים אלו נעשית בעזרת סוג נוסף של פולימרים הקרויים פוליאסטרים (ויקיפדיה), שאותם ניתן לחזק בסיבי קוולאר [Kevlar].

הביטנה
מתחת לשכבת הכיסוי, לכדור תהיינה מספר שכבות של ביטנה. אלו נועדו לשפר את יכולות הניתור והחוזק של הכדור. בכדור החדש שכבות אלו מורכבות מסוג אחר של פולימרים הקרויים פולי-אמידים, מה שבחיי היומיום מכונה ניילון. למטרה זו ניתן להשתמש גם בפולימרים מסוג פוליאסטרים. ניילון ופוליאסטרים נפוצים גם בתור רכיבים בייצור של חולצות כדורגל, וכן בייצור של פריטי לבוש אחרים. בחומר ניילון משתמשים גם במצנחים, בחבלים וברשתות דיג, בעוד שפוליאסטרים משמשים בסדיני מיטה, שטיחים ובקבוקי פלסטיק.

שלפוחית הכדור (הפנימית)
השלפוחית היא החלק של הכדור האוצר בתוכו את האוויר. בכדור הבראזוקה חלק זה מורכב מגומי בוטילי, אולם ניתן ליצר אותו גם מהחומר לטקס. לכל אחד מהם יש את היתרונות שלו: גומי בוטילי שומר על האוויר שבתוכו למשך זמן ארוך יותר, בעוד שלטקס מספק מתח פנים טוב יותר. את החומר גומי בוטילי ניתן למצוא גם בשסתום דרכו ניתן להכניס את האוויר לתוך הכדור, שם הוא מסייע לכליאת האוויר. ניתן להשתמש גם בשסתומים מסיליקון.
גם בתוך רוב הסוגים של גומי לעיסה ניתן למצוא גומי בוטילי ברמת מזון שנועד לספק למסטיק את האלסטיות שלו. לצערנו, חומר זה הוא גם האחראי לדביקות הבלתי רצויה של גומי לעיסה. גומי זה מצוי גם בחלקים הפנימיים של צמיגים.

כאן סיפקנו לכם רק הצצה לעולם של הפולימרים – כל סוג של פלסטיק שאנו משתמשים בו על בסיס יומיומי מורכב מפולימרים, כמו גם הלבוש שלנו ומוצרים יומיומיים אחרים.

מקור הידיעה