جنس پلاستیک از چیست؟

جنس پلاستیک از چیست؟

نخستین گام برای تهیه ی پلاستیک مطالعه در چگونگی مولکول است.« مولکول» کوچک ترین جزء هر ماده ای است که عیناً تمام خواص همان ماده را دارا می باشد. امروزه شیمی دانان توانسته اند مولکول های برخی از مواد را زنجیره وار به هم پیوند دهند، به گونه ای که زنجیره مولکول ها، خواصی غیر از خواص تک تک مولکو ل ها را پیدا می کند. این عمل را « بسپاری » می نامند. گاهی هم مولکول های چند جسم مختلف را زنجیره وار به هم پیوند می دهند. این عمل را « همبسپاری » می خوانند. بر اثر همبسپاری، جسم جدیدی پیدا می شود که خواصش با اجسام نخستین فرق می کند. البته مولکول های زنجیره ای که نتیجه عمل بسپاری یا همبسپاری هستند، بسپار نام دارد. دانشمندان قادرند که با این شیوه ها پیوسته اجسم تازه و نو ظهوری پدید بیاورند. بسپار یا جسم پدید آمده از بسپاری، سرآغاز ساختن پلاستیک نیز بوده است. مواد خام اولیه برای تهیه پلاستیک عبارتند از نفت و گاز .این سوخت های فسیلی بعضا با اکسیژن و کلر برای ساخت انواع پلاستیک ترکیب می شوند.خیلی از چیزهایی که می خریم در پوششها و بسته بندی های پلاستیکی معمولا عرضه می شوند البته برای آن که بتوان آن را نرم و شکل پذیر هم نمود، باید آن را ساییده وبه صورت گرد و یا حبه های ریزی در آورد. آن گاه ماده مخصوصی نیز بر آن می افزایند تا پلاستیکی کاملاً نرم و انعطاف پذیر به عمل آید.پلاستیک دارای خواص بسیاری است. از این رو در بسیاری از موارد به کار می آید. پلاستیک انواع گوناگونی دارد و ازهر نوعی مواد مخصوصی به دست می آورند. برخی را از زغال سنگ، برخی دیگر را از نمک، یا از الیاف پنبه و یا چوب تهیه می کنند. اما به هر حال، در تمام موارد مهم آن است که مولکول ها به ترتیب صحیحی زنجیره وار پهلوی هم قرار گیرند و بعد هم مواد شیمیایی لازم را بر آن ها بیفزایند.

موادی هستند جامد و پایدار با منشاء نفت و گاز که امروز جانشین بسیار مناسبی برای چوب و فلز و شیشه و سرامیک ها می باشند. منشاء اصلی پلاستیک اتیلن (C2 H4) می باشد که خود از اتان و پروپان تشکیل می شود.

طبقه بندی پلاستیک ها در مهمترین تقسیم بندی به دو گروه اصلی تقسیم می شوند:

الف) ترموپلاست ها (پلاستیک های گرما نرم): یعنی پلاستیک هایی که در اثر حرارت نرم شده و در اثر از دست دادن حرارت سخت می شود؛ مثل: نایلون.

ب) ترموست ها (پلاستیک های گرما سخت): منظور پلاستیک هایی که برای اولین بار در اثر حرارت شکل پودری آنها به قطعه ای یک پارچه تبدیل می شود. اما این قطعه دیگر هرگز توسط گرما ذوب نخواهد شد؛ مانند: ملامین، باکالیت. (به علت وجود پیوند های عرضی و شبکۀ سه بعدی

ترموپلاست ها

مواد پلاستیکی هستند که توسط حرارت به مایع تبدیل می شوند، پس از شکل گیری و حذف گرما شکل نهایی خود را می یابند و هر چند بار که بخواهیم می توانیم آن را بارها ذوب کرده و تغییر فرم داد. ترموپلاست ها دارای مجموعۀ 10خانواده ای می باشند.

که از هر خانواده مهمترین عضوها را به اختصار توضیح داده ایم:

پلی الفین ها

الف) پلاستیک پلی اتیلن (PE) : پلاستیکی است ارزان و سبک که مصارف بسیار زیادی دارد. یک نوع از آن که با وزن مولکولی زیاد تولید می شود دارای سختی بالایی بوده و در برابر سایش مقاوم است و در ساخت قطعات اتصال زانو و پزشکی کاربرد دارد.

همچنین تولید فیلم، صنعت بسته بندی، پوشش کاغذ، لوازم آشپزخانه، آزمایشگاه، اسباب بازی، انواع ظروف بادی و تزریقی و ظروف مقاوم در برابر مواد شیمیایی خورنده نظیر اسید فلوئویدریک (HF) و آمونیاک (NH3) کاربرد دارد.

برای افزایش مقاومت پلی اتیلن در مقابل هوازدگی و اشعۀ ماوراء بنفش معمولا 2% دوده به آن اضافه می کنند

ب) پلاستیک پلی پروپیلن (PP) : سبک ترین پلاستیک تولید شده می باشد (0/9 g/cm³) که خواص آن شبیه پلی اتیلن بوده اما سخت و دمای نرم شدن آن بیشتر است.

پلیمرهای وینیلی

الف) پلی ونیل کلراید (P.V.C) : در دو نوع عمده تولید می شود؛ نوع غیر نرم P.V.C که سخت و شکننده بوده و مقاومت آن در برابر ضربه کم است؛ مانند: انواع لوله ها و اتصالات پلاستیکی مورد استفاده در ساختمان و یا ورق های خشک P.V.C

نوع نرم آن که بر اثر افزودن مواد نرم کننده، نرم و ارتجاعی شده است و در تولید انواع شیلنگ، پرده حمام، بارانی و فیلم های بسته بندی مناسب است. (ماده نرم کننده = دی اکتیل فتالات)

ب) پلی ونیل استات (P.V.A) : همان چسب مصرفی معروف که در ساخت لوازم خانگی استفاده می شود.

ج) پلی وینیل بوتیرال (P.V.B) : چسبی است که در چسباندن شیشه های ایمنی خودرو ها استفاده می شود.

پلی وینیل کلراید

پلاستیکی سخت است که اگر آنرا با 30- 50 درصد P.V.C به صورت کوپلیمر در آوریم، محصول پلاستیکی کاملا نرم و انعطاف پذیر بدست می آید که آن را \"ساران\" نامیده اند، و در برابر بخار آب و گازها کاملا نفوذ ناپذیر است.

پلیمرهای فلئوردار

با افزودن یک یا چند اتم فلوئور به مولکول \"وینیل\" پلاستیک هایی نسوز، مقاوم در برابر حلال ها و مقاوم در برابر عوامل جوی و ماوراء بنفش ایجاد می شود. (برخلاف پلیمرهای تکراردار)

الف) پلی وینیل فلوراید (P.V.F) : پلاستیکی دارای ویژگی های عالی، مقاومت کششی بالا و مقاوم در برابر دما و سایش.

ب) پلی تترا فلورواتیلن (P.T.F.E) : به نام تفلون مشهور است و ماده ای کدر رنگ است که تا دمایº260 سانتی گراد حرارت را بخوبی تحمل نموده. ظریب اصطحکاک آن بسیار پایین بوده و در برابر عوامل شیمیایی خورنده، کاملا مفاوم است؛ کاربرد : پوشش ظروف آشپزخانه و واشرهای لوله کشی.

ج) A.B.S : کوپلیمری سخت و چقر که از آن برای لوله کشی پساب و فاضلاب، دستۀ ابزار و پایه مبلمان استفاده می شود.

پلی استایرن

پلاستیکی روشن، سخت و شکننده است که از آن اسفنج (استایروفوم) تهیه کرده که دارای وزن حجمی کمی بوده و عایق مناسبی به حساب می آید و به علت محبوس شدن گازها در آن ضریب هدایت حرارتی پایین داشته و در صنایع عایق ساختمانی یا صنایع برودتی (یخچال ها و سرد خانه ها) کاربرد دارد.

پلاستیک های آکریلیکی

نام تجاری آنها \"پلاکسی گلاس\" یا \"لوسیت\" می باشد. شفاف بوده و بهتر از شیشه نور را از خود عبور می دهد و از آن در ساخت تابلوی علائم، چراغ عقب اتومبیل استفاده می شود. مقاومت آن در برابر اشعۀ ماوراء بنفش خوب اما در برابر خراش و سایش ضعیف است.

نایلون(پلی آمید)

به گروهی از پلیمرها اطلاق می گردد که در مونومر آنها نیتروژن وجود دارد. نایلون ها ساختمانی شبیه پلیمرهای پروتئینی داشته همچنین دارای استحکام بالا. مقاومت به سایش خوب بوده و به علت ظریب استحکاک پایین در قطعات درگیر ماشین (دنده ها) ساچمه ها و ... کاربرد دارند. نایلون ها همچنین در تولید الیاف مصنوعی استفاده می شوند. (انواع البسه و جوراب) و می تواند تا 8% وزن خود رطوبت جذب نمایند.

پلی فرمالدئید (استال)

با نام تجاری \"درلین\" تولید و عرضه شده و از آن چرخدنده و برنه ماشین های صنعتی را می سازند.

پلی کربنات

ماده ای شفاف، چقر، مقاوم به حرارت دارای ثبات ابعاد؛ کار آن در تولید کلاه های ایمنی سخت، پیچ و مهره و پرۀ پمپ استفاده می شود.

پلی سولفان ها

دارای سختی و چقری بوده ودر برابر حرارت مقاومند و ضد شعله بوده به نحوی که بخوبی خود شعله را خاموش می کنند.

ترموست ها

ترموست ها پلاستیک هایی هستند که پس از پخت و شکل گیری، دیگر نمی توان با استفاده از حرارت شکل آنها را تغیر داد. ترموست ها دارای سختی بالا، سفتی، مقاومت در برابر حرارت و حلال های شیمیایی و مقاومت الکتریکی بالایی هستند.

ترموست ها بر خلاف ترموپلاست ها از لحاظ شیمیایی پایدار نبوده و فعالند و با گذشت زمان در آنها اتصالات عرضی ایجاد می شود. معمولا به ترموست ها مواد افزودنی از جمله : خاک اره، خاک رس، خاک چینی و الیاف پنبه اضافه می کنند. ترموست ها معمولا شکننده هستند اما لاستیک با آنکه یک ترموست می باشد به علت وجود اتصالات عرضی در مولکول های زنجیره ای آن که به آن \"ولگانیزه\" می گویند و عامل ایجاد اتصال آن گوگرد است؛ شکننده نبوده و آوای حرکت داشته و کاملا ارتجاعی است.

رزین های فرمالدئیدی

از سخت ترین مواد پلاستیکی بوده که همگی شکننده می باشند.

الف) فنل فرمالدئید (P.F) : از اولین و ارزانترین رزین های مصنوعی به شمار می رود. نام تجاری آن \"باکالیت\" است که در تولید کلید، پریز، پایه لامپ، پیچ رادیو، لنت ترمز، زیر سیگاری و نیز به عنوان چسب جهت تخته چند لایه کاربرد دارد.

ب) اوره فرمالدئید (U.F) : کاربردی شبیه P.F دارد.

ج) ملامین فرمالدئید (M.F) : پلاستیکی سخت و مقاوم که از آن در تهیه ظروف غذا خوری آشپزخانه استفاده می شود.

کاربرد های پلاستیک ها :

پلی اتیلن ( pe ) با پلیمریزاسیون گاز اتیلن تحت فشار و دمای بالا و در حضور کاتالیست های فلزی تولید می شود. تحت این شرایط مولکول های اتیلن به صورت زنجیره های به طول 50 تا 50000 واحد تبدیل می شوند و گاز اتیلن به یک ماده جامد سفید کریستالی تغییر حالت می دهد. تصویر زیر مولکول اتیلن را نمایش می دهد.

ضمن انجام واکنش پلیمریزاسیون تعدادی شاخه های جانبی نیز در طول زنجیره اصلی ایجاد می شود.

پلی اتیلنی که تعداد زنجیره های جانبی آن کم و طول آن ها کوتاه باشد، پلی اتیلن سنگین ( hdpe ) نامیده می شود.

در دما و فشار بالاتر در پلیمریزاسیون شاخه های جانبی بیشتر و بلند تر ایجاد می شود در نتیجه زنجیره ها نخواهند توانست به هم نزدیک شوند، در نتیجه بلورینگی کم بوده و چگالی آن پایین خواهد بود که این پلی اتیلن، پلی اتیلن سبک ( ldpe ) نامیده می شود.

تفاوت های خواص hdpe و ldpe آن قدر زیاد است که کاربرد های آن ها کاملا متفاوت بوده تا جایی که می توان آن ها را از دو خانواده مختلف فرض کرد. دامنه ی خواص پلی اتیلن ها بسیار گسترده می باشد و قیمت آن نیز مناسب است به همین علت در بسیاری از مصارف از آن استفاده می شود. تصویر زیر پلی اتیلن را نمایش می دهد

مهم ترین ویژگی های hdpe که موجب کاربرد گسترده آن شده است، هزینه ی پایین و نفوذ ناپذیری آن در برابر رطوبت می باشد

مصارف hdpe :

بیشتر کیسه های سردستی، بسته ها و لفاف های مواد غذایی از hdpe تولید می شوند. نفوذ پذیری خوب، آن را برای کاربرد هایی که نیاز به محافظت در برابر رطوبت دارند مناسب می سازد. بیشتر جعبه های صنعتی، صندوق ها، پالت ها و لوله های انتقال آب کشاورزی از hdpe ساخته می شوند.

نگاه کلی

پلاستیکها امروزه کاربرد فراوانی در زندگی انسان پیدا کرده*اند. موارد مصرف این مواد آنقدر گسترده است که بدون آنها زندگی انسان امروزی فلج می*شود. استفاده گسترده در لوازم خانگی از ساده*ترین وسیله تا وسایل پیچیده ، استفاده از الیاف مصنوعی بصورت روز افزون در صنایع نساجی و استفاده*های فراوان دیگر ، نشان از اهمیت این ماده در جهان امروزی دارد. هرچند که این ماده مفید و پر کاربرد ، عوارض زیادی هم در زندگی انسان باقی گذاشته است که آلودگی محیط زیست با زباله*های پلاستیکی تجزیه*ناپذیر در طبیعت از این جمله می*باشد.

پلیمرها ، پایه پلاستیکها می*باشند. پیش از آنکه انسان بتواند پلیمرهای سنتزی را بسازد، طبیعت پلیمرهایی مانند سلولز را ساخته بود. سلولز ، جزء اصلی لیف چوب و پنبه می*باشد. از سایر پلیمرهای طبیعی می*توان پروتئینها ، کائوچو ، قیر ، قطران و رزینهای طبیعی را نام برد.

تاریخچه

انسانهای اولیه با استفاده از پلیمرهای طبیعی ابزار زندگی و سلاح می*ساختند. اما در اواخر قرن نوزدهم بود که انسان توانست با تغییر شکل دادن پلیمر موفق به ساخت پلاستیکها شود. سلولز در حالت طبیعی غیر قابل ذوب و در حلالهای عادی غیر قابل حل می*باشد. با نیترودار کردن آن ، اولین پلاستیک تجارتی به نام نیترو سلولز پدید آمد که قابل انحلال و شکل*پذیر می*باشد.

در سال 1870 ، پلاستیکی به نام سلولوئید وارد بازار شد که از طریق نرم کردن نیتروسلولز با کافور بدست آمده بود. این ماده شفاف ، سفت و قالب*پذیر در تهیه اشیای مصنوعی مانند برس و شانه ، الیاف ، لاک و … کاربرد دارد.

پلاستیکهایی که کاملا بصورت سنتزی ساخته می*شوند، در سال 1908 تولید شدند. "دکتر لئوبالکنر" با کامل کردن رزین فنلی ، باکلیت را وارد بازار کرد. این ماده جهت ساختن دستگاه تلفن و عایقهای الکتریکی و دسته وسایل پخت و پز استفاده می*شود. با اینکه پلاستیکها به صورت مواد با اهمیت و پر کاربرد در آمدند، اما شیمی آنها تاسال 1920 کاملا درک نشده بود.

پلیمر چیست؟

پلیمر یا بسپار ، مولکول بسیار بزرگی است که از بهم پیوستن مولکولهای کوچک که مونومر یا تکپار نامیده می*شوند، بوجود می*آید. پلیمرها بطور عمده شامل عناصر کربن ، هیدروژن ، گوگرد ، فسفر و … هستند و با تغییر اندازه مولکول ویژگیهای پلیمر هم تغییر می*کند. نقطه ذوب ، استحکام و خصوصیات فیزیکی دیگر پلیمر ، تابع اندازه و ابعاد مولکول (طول زنجیر) می*باشد.

تولید پلاستیکها پس از شناخته شدن شیمی پلیمر ، بسرعت گسترش یافت و پلاستیکهای مهم و تجارتی زیادی تولید شدند. از سال 1950 به بعد ، تولید پلاستیکها شتاب روز افزونی گرفت و موادی سخت و مقاوم در برابر گرما با کاربردهای مخصوص ساخته شدند.

برخی پلاستیکهای مهم و تاریخ تجاری شدن آنها

تاریخچه

اولین قدم در مورد صنعت پلاستیک ، توسط فردی به نام وایسا هیکات انجام گرفت که تلاش می*کرد ماده*ای بجای عاج فیل تهیه کند. چون عاج فیل بعنوان ماده*ای سخت ، گرانقیمت و همینطور کمیاب کاربردهای فراوانی داشت. وی توانست نیترات سلولز را (که به غلط نیتروسلولز گفته می*شود) از سلولز تهیه کند. پس نیترات سلولز اولین پلاستیک با منشا طبیعی است.

img/daneshnameh_up/7/7e/group.jpg

ویژگیهای مواد پلاستیکی

یک ویژگی مهم مواد پلاستیکی در صنعت ، فرآیند پذیر بودن یا Processible بودن آن است. اگر ماده*ای قابل ذوب یا قابل حل باشد، در صنعت قابل استفاده است و گرنه نمی*توان از آن استفاده صنعتی کرد. چون نمی*توانیم آن را برای تهیه مواد بکار ببریم.

ویژگی سلولز و نیترات سلولز

سلولز نه قابل حل و نه قابل ذوب است و قبل از ذوب تجزیه می*شود. پس فرآیند پذیر نیست. اما نیترات سلولز هم قابل حل و هم قابل ذوب است. یعنی وایسا هیکات ، سلولز فرآیند ناپذیر را به نیترات سلولز فرآیند پذیر تبدیل کرد.

ویژگی استات سلولز

نیترات سلولز ایراداتی دارد. از این رو تلاش برای جایگزین کردن یک پلاستیک دیگر به جای آن آغاز شد. در سال 1908 مایلز استات را تهیه کرد که هم مزیت نیتروسلولز را دارد و هم کارکردن با آن آسانتر است و خطرات کمتری دارد.

اولین پلاستیک سنتزی

اولین پلاستیک سنتزی ، رزین فنل- فرمالدئید بود که در تلاش برای ساخت مواد پلیمری کاملا سنتزی ، در سال 1907 لئو بلکند موفق شد از متراکم کردن فنل با فرمالدئید ، رزین فنل فرمالدئید را که بعدها تحت عنوان بالکیت (بعنوان محصول نهایی) نامیده شد، تولید کند. این رزین هم در محیطهای اسیدی و هم قلیایی قابل تهیه است.

محیط اسیدی         نوالاک    بالکیت

محیط بازی          رزول     رزیتول   رزیت

فنوپلاستها

از متراکم شدن فنل با فرمالدئید در محیط اسیدی یا بازی فنوپلاست یا رزین فنل-فرمالدئید حاصل می*شود. ماکزیمم PH که در صنعت با آن کار می*شود 8/5 است و برای ایجاد این PH البته در محیط بازی به محیط ، NH3 یا NaOH اضافه می*شود. برای این که چسب نجاری حاصل شود، در انتهای مولکول ، باید گروه OH باشد. هر چه گروههای OH بیشتر باشد چسبندگی بیشتر خواهد بود. پس برای تولید چسب بهتر ، باید فرمالدئید اضافی برداریم. بهترین چسب آن است که گروه فرمالدئید آزاد داشته باشد.

آمینوپلاستها

این پلاستیک*ها از متراکم شدن اوره یا ملامین با فرمالدئید در محیط اسیدی یا بازی بدست می*آیند. دمای این واکنش باید بین 60 تا 80 درجه سانتیگراد باشد. چسب فنل فرمالدئید بعلت بدبویی در بازار نیست. ولی این چسب ، در بازار موجود است. ملامین یا 8 ، 4 ، 6 _ تری آمینو _ 1 ، 3 ، 5 _ تری آزید با فرمالدئید می*تواند در محیط اسیدی یا بازی ، واکنش چند تراکمی انجام دهد و برحسب شرایط تنظیم واکنش ، پلیمر یک بعدی ایجاد کند.

وقتی که شرایط را با تنظیم PH در محیط اسیدی و دمای زیاد تغییر دهیم، پلیمر یک بعدی به سه بعدی تبدیل می*شود و همراه با 20 درصد کائولن تبدیل به فرمیکال می*شود که ماده استخوانی روی میزهای کابینت*هاست که در خلا تحت فشار بالا پرس می*شود. حال اگر 40 - 30 درصد کربنات کلسیم اضافه کنیم، تبدیل به زیر سیگاری و مواد دیر اشتعال پذیر می*شود که قیمت آن ، فوق*العاده افت می*کند. اما قدرت مکانیکی آن بالا می*رود.

کلید و پریز برق بدون استثنا از این ماده می*باشد.

ترموپلاستها

پلیمرهایی هستند که در اثر فشار ، تغییر شکل می*دهند و بعد از حذف نیروی خارجی ، این تغییر شکل همچنان ادامه می*یابد و باقی می*ماند. به عبارت دیگر ، خاصیت پلاستیسیتی دارند. این پلیمرها در اثر گرما بتدریج نرم می*شوند و با افزایش دما به حالت فیزیکی جامد خود تبدیل می*شوند. این خصلت ، کاربرد این پلیمرها را تضمین می*کند یا بوجود می*آورد. اگر ترموپلاستیکی را بصورت پودر یا حلقه*های کوچک حرارت دهیم، ابتدا نرم و سپس مذاب و وسیکوز می*شود و اگر آنها را قالب بگیریم، شکل قالب را به خود می*گیرد.