مواد تشکیل دهنده پلاستیک کدامند؟
پلاستیک به عنوان ماده ای شناخته میشود که هر فردی بر روی کره زمین از آن استفاده میکند و در همه مکانها یافت میشود و از دوام بسیار بالایی نیز برخوردار است. روند تولید این ماده بسیار اقتصادی میباشد و از منابعی گرفته میشود که به وفور در اطراف ما یافت میشوند . در گذشته نیز موادی همانند عاج فیل و یا لاک لاکپشت ها به منظور تولید محصولات مختلف استفاده می شدند. تمامی این موارد جزو منابع تجدید ناپذیر و محدود به شمار میآیند اما پلاستیک ها توانستند مشکل نایابی این منابع را به طور کلی حل نمایند. پلاستیکها از وزن پایین و استحکام فیزیکی بسیار متفاوتی برخوردارند و این موضوع نیز با توجه به نوع پلاستیک تولیدی تفاوت خواهد کرد. امکان تولید مواد پلاستیکی با اشکال و فرم های بسیار متمایز نیز وجود دارد و همین باعث شود تا مصارف بسیار زیادی برای تولید انواع محصولات داشته باشد.
مواد خام تشکیل دهنده ی پلاستیکها
مواد خام تشکیل دهنده پلاستیک ها با نام هیدروکربن ها یاد میشوند که به موادی بسیار معروف گفته میشود همانند نفت، گازهای طبیعی و زغال سنگ که به عنوان منابع موجود در محیط اطراف ما و در طبیعت شناخته میشود. مواد ساخته شده از هیدروکربن فرآوری میشوند تا زنجیره های بلندی از مولکولها به وجود بیاورند و زنجیرها نیز مواد پلاستیکی را تولید میکنند که ما امروز با آنها سر و کار داریم.
شیمی مواد پلاستیکی
به مولکولهای تشکیل دهنده ی مواد پلاستیکی مونومر گفته میشود. آنها توسط پیوندهایی به یکدیگر اتصال داده شده اند و این پیوند ها به صورت متفاوتی تکرار میشوند تا زنجیره هایی را به وجود بیاورند و در نهایت مادهای با نام پلیمر را بسازند . پلی به معنای چندین بوده و مر نیز فرمت خلاصه شده مونومر میباشد. آیا تا به حال توجه کرده اید که تعداد زیادی از مواد پلاستیکی نیز با واژه پلی آغاز میشوند؟ همانند پلی کربنات، پلی استر و سایر موارد و این در حالی است که ما پلاستیک ها را به عنوان یک ماده تنها و جدا می شناسیم. حقیقت این است که خود مواد پلاستیکی دارای انواع متفاوتی می باشند. مواد اصلی تشکیل دهنده پلیمرها کربن و اتم های هیدروژن می باشند و در مواردی اتمهای اکسیژن، کلرین، فلورین و سایر مواد نیز در ساختار آنها دیده می شود و این موضوع با توجه به نوع پلاستیک تولیدی میتواند تغییر کند. هیدروکربن ها با استفاده از یک روش فراوری به نام ترک برداری به مونومرها تبدیل میشوند. مثال هایی از مونومرها عبارتند از اتیلن، اتیلن گلیکول، استایرن، پروپیلن و سایر موارد. پس از آن مونومرها به همراه سایر مواد شیمیایی و کاتالیزگرها فرآوری میشوند و زنجیره های پلیمری به وجود میآیند که نوع ماده پلاستیکی را مشخص خواهد کرد.
فرآیندهای بسپارشی به روشهای متفاوت صورت میگیرد که از آن جمله می توان بسپارش اضافی، بسپارش چگال و سایر روش های موجود را نام برد. انواعی از مواد پلیمری با استفاده از روشهای متمایزی از فرآیندهای بسپارشی ساخته میشوند و به عنوان مثال میتوان عنوان کرد که در فرآیند بسپارش اضافی پلیمر با ایجاد اتصال بین مونومرها در زنجیره ای با حالت گرد به وجود می آید. در روش بسپارش چگال دو زنجیره ی کوچک از مواد هیدروکربنی به یکدیگر متصل میشوند و این در حالی است که از طریق چگالش، مولکولهای آب حذف می شود. آنچه که به دست میآید یک زنجیره هیدروکربنی بزرگتر می باشد و این فرآیند ساده می تواند آنقدر تکرار شود تا در نهایت زنجیرهای کمی بلند تر و طولانی تر ساخته شود. کاتالیزگرها و یا موادی که منجر به ایجاد واکنش ها می شوند به عواملی گفته می شود که به منظور آغاز واکنش ها در واکنش بسپارشی عمل می کنند. به زبان ساده میتوان عنوان کرد که کاتالیزگرها امکان بروز واکنش را افزایش می دهند و نرخ آن را نیز سرعت می بخشند. این امکان نیز وجود دارد که این کاتالیزگرها در واکنش دچار تغییراتی شوند اما پس از آنکه واکنش به مرحله نهایی خود برسد کاتالیزگرها نیز به حالت اولیه خود تبدیل خواهند شد. کاتالیزگر زیگلر ناتا یکی از انواع بسیار رایج و شناخته شده می باشد که برای ساخت پلیمرهای پلاستیکی به کار برده می شود. این کاتالیزگرها توسط یک شیمیدان آلمانی با نام کارل زیگلر و همکاری ایتالیایی او با نام Giulio Natta تولید و توسعه داده شد. در واقع توسعه این دسته از کاتالیزگرهای به کار برده شده در بسپارش به اندازه مهم بود که اختراع یاد شده در حوزه شیمی و در سال ۱۹۶۳ توانست جایزه نوبل را به خود اختصاص دهد.
مواد افزودنی
همانطور که پیش از این نیز یاد شد، پلاستیک ها برای تولید انواع محصولات به کار برده می شوند. به منظور آنکه مونومرهای ماده بتوانند ویژگی های متناسب با محصول نهایی خود را داشته باشند به خواص فیزیکی و شیمیایی خاصی مورد نیاز است و این خواص میتوانند با توجه به نوع محصول نهایی مورد نظر تغییر یایند. دستیابی به ویژگی های ظاهری و یا ساختاری نیازمند انواعی از مواد افزودنی میباشد که به هیدروکربنها قبل یا بعد از بسپارش اضافه میشود. انواع نرم کننده ها برای تولید پلی وینیل کلراید به کار برده می شوند و نرمی را به آن می بخشند. بوتادین میزان استحکام و سختی محصولات پلاستیکی را افزایش می دهد. مواد رنگ دهنده نیز برای ایجاد رنگ های روشن و یا تیره به مواد پلاستیکی اضافه میشوند و سایر مواد به کار برده شده در بسپارش شامل پایدارکننده ها نیز می باشند که از تجزیه و یا شکست ماده پلیمری در معرض نور خورشید و یا گرما جلوگیری میکند. از طرف دیگر فیلرها و یا مواد معدنی کم هزینه ای وجود دارند که گاهی اوقات به پلیمرها اضافه می شوند تا هزینه نهایی آنها را کاهش دهند زیرا افزودن یک ماده فیلر به معنای به کارگیری هیدروکربن های کمتر می باشد که در نهایت به معنای استفاده از سوختهای فسیلی گران قیمت است. زمانی که واکنش شیمیایی انجام میشود و مواد افزودنی نیز به این واکنش ها اضافه می شوند آنچه که در نهایت به وجود میآید ماده پلیمری است که در نهایت امکان فرآوری بیشتر ان نیز فراهم خواهد بود. این پلیمرها به حالتهای مختلفی همانند پودر، دانه و قرص در دسترس میباشند و برای به کارگیری در انواع ماشینهای تولیدی نیز متناسب هستند. قرص های پلیمری را می توان با استفاده از روش قالب گیری تزریقی، ریخته گری، ریسندگی و یا سایر روش ها تولید کرد تا در مرحله پایانی شکلی متناسب با محصول مورد نظر را داشته باشد.
فرایند تولیدی پلاستیک
انواعی از فرایندها همانند قالبگیری تزریقی و ریختهگری شامل حرارت دهی به ماده پلیمری می باشد تا زمانی که کاملا ذوب شود و سپس آن را در داخل قالب ریخته و به آن شکل میدهند و این در حالی است که دمای آن کاهش پیدا میکند. پس از آن ماده پلیمری حالت جامد پیدا کرده و شکل متناسب با قالب و محصول مورد نظر ما را به خود خواهد گرفت. از فرایندهای حرارت دهی و خنک کنندگی فقط در صورتی میتوان استفاده کرد که ماده پلیمری در دسته ترموپلاستیک ها قرار گرفته باشد. در این قسمت پلاستیکها از یکدیگر متمایز میشوند زیرا پلاستیک ها دارای دو نوع متفاوت هستند که با نام ترموپلاستیک ها و ترموست ها شناخته می شوند. میتوان ترموپلاستیکها را در برابر حرارت قرار داده سپس آنها را خنک کرد و مجددا در برابر حرارت قرار داد تا بدون ایجاد تنزلی در خواص این مواد، محصولات جدید تولید شوند. این کار از آنجایی ممکن میشود که زنجیره های بلندی که در مواد پلیمری وجود دارد توسط پیوندهای بسیار ضعیف به یکدیگر متصل شده اند که زمانی که این پیوندها در معرض حرارت بالا قرار میگیرند از یکدیگر گسسته میشوند. پس از آن زمانی که ترموپلاستیک ها در معرض دمای پایینتری قرار بگیرند پیوندهای شکسته آنها تجدید خواهند شد. انواعی از مواد همانند پلی اتیلن، پلی وینیل کلراید، پلی پروپیلن و سایر موارد از ترمو پلاستیک ها به شمار می آیند که از خاصیت بازیافت و کاربری ساده نیز برخوردارند. در تولید محصولات پلاستیکی از قالبگیری تزریقی، ریختگی و ریسندگی و سایر متدهای تولیدی نیز استفاده می شود. در روش calendering ماده پلیمری بین غلطک های بسیار سنگینی قرار گرفته و کاملا فشرده میشود تا ورقه ها و فیلم های نازک از مواد پلاستیک تولید شود. روزن رانی نیز به منظور فشرده سازی ماده پلیمری از طریق یک افشانک صورت می گیرد و در نهایت محصولاتی همانند لوله و یا نی تولید می شوند. سایر فرآیندهای مشابه شامل فشرده سازی ماده پلیمری از طریق اسپینرت ها می شوند که در نهایت الیاف نازک و ظریفی را تولید میکنند که ما در مسواک ها و محصولات نایلونی میبینیم. بطری های پلاستیکی نیز به کمک فرایندی به نام قالبگیری بادی ساخته میشوند که در آن ماده پلیمری داغ از طریق یک افشانک تحت فشار زیادی قرار می گیرد.
پلاستیک های طبیعی
اگر ما در خصوص روشهای فرآوری و تولید انواعی از محصولات پلاستیکی صحبت می کنیم این بدین معنا نیست که تمامی پلاستیک ها ساخته دست انسان میباشند و تعدادی از مواد پلاستیکی هم وجود دارند که به صورت طبیعی در اطراف ما دیده میشوند. به عنوان مثال میتوان سلولز را نام برد که به عنوان پلیمری طبیعی شناخته شده و برای تولید نوار چسب در بخش های مختلف به کاربرد میشود.
مترجم: ف.آل احمد