پلاستیک چیست؟

پلاستيكها ، موادي حقيقي هستند كه نخستين بار به وسيله ي انسان ساخته شده اند. ساختار مواد پلاستيك بر پايه ي عناصر شيميايي همانند كربن، هيدروژن، اكسيژن ، نيتروژن ، كلر و گوگرداستوار است. اين عناصر از هوا ، آب ، گاز ، نفت ، ذغال سنگ و حتي از گياهان زنده به دست مي آيند. اين انديشه ي خلاق بشر و آرزوي ديرينه ي او بود كه بتواند اين عناصر را تهيه و خالص سازي كند و سپس آنها را از طريق واكنش ها ي شيميايي گوناگون ، با هم مخلوط و تركيب سازد تا تقريبا رشته هاي متعدد و بي پاياني از تركيب عناصر گوناگون را توليد كند و در طيف گسترده اي از درشت مولكولها يا پليمرها (بسپارها) به كار برد كه امروزه تحت عنوان پلاستيك (plastic) شناخته شده اند.
به وجود آوردن پليمرهاي مختلف از تركيبهاي متنوعي از عناصر، امكان پذير است تا تقريبا هر خاصيت مطلوبي را در محصول نهايي پديد آورد.اين پليمرهاي جديد خواص مشابهي را نسبت به مواد رايج موجود،دارند وليكن درجه آزادي بزرگتري را در طراحي و انگيزه هاي مالي قويتري را به لحاظ سود آوري و قيمت ، براي فرآيندهاي ساخت و توليد به ارمغان مي آورند.پلاستيكهايي وجود دارند كه خواص آنها نسبت به مواد موجود ، به طور قابل توجهي بهبود يافته است، در حالي كه پليمرهاي ديگر را مي توان تنها به عنوان مواد بي نظير و منحصر به فردي با خواص استثنايي توصيف كرد كه قبلا براي دنياي صنعت كاملا ناشناخته بودند.
پلاستيكهايي وجود دارند كه در200 F ذوب مي شوند در حالي كه مواد پلاستيكي ديگري نيز ساخته شده اند كه دماي 1000 F را مي توانند به خوبي تحمل كنند . محافظها يا سپرهاي حرارتي كه از فضانوردان به هنگام سفر به فضا ، حفاظت مي كنند، مواد پلاستيكي اي هستند كه بر پايه ي تكنولوژي مرسوم، متداول و شناخته شده تحت عنوان پلاستيكهاي سايشي (Ablative plastics) ساخته شده اند.پليمرهايي طراحي و تهيه شده اند كه از آنها براي ساخت حفاظهايي كه مي توانند يك گلوله را متوقف كنند استفاده مي شود. فيلمهاي پلاستيكي انعطاف پذيري ساخته شده اند كه مي توانند در حفاظت و نگهداري غلات و ساير مواد غذايي و نيز اجناس و محصولات خواربارفروشي به دفعات مورد استفاده قرار گيرند. همچنين پلاستيكهاي صلب و سختي ساخته شده اند كه استحكام مكانيكي و سختي آنها به اندازه اي است كه مي توانند ،تير عمارتها را در يك ساختمان نگهداري و پشتيباني كنند.
پلاستيكها، از جمله بهترين مواد عايق الكتريكي مي باشند كه تا كنون براي نوع بشر، شناخته شده اند.در هر صورت ، ما نوع ديگري از مواد پلاستيكي خاصي را مي توانيم بيابيم كه قادر به هدايت الكتريسيته مي باشند.مواد مركب يا مواد كامپوزيتي پلاستيكي (Plastic Composite Materials) به عنوان چوبهاي گلف مورد استفاده قرار گرفته اند در حالي كه ساير پليمرهاي انعطاف پذير به عنوان مواد روكش مبلها يا پارچه روبلي در صنعت مبلمان به كار رفته اند. پليمرهاي شفاف و ضد ضربه اي نيز ساخته شده اند كه از آنها به عنوان برف پاك كن و محافظ در برابر باد يا همان شيشه جلو و مقابل روي راننده يا خلبان در هواپيماها، خودروها و دربها يا پرده هاي ضد بارش دوش در حمامها استفاده شده است.همچنين مواد بسته بندي شفافي نيز تهيه شده اند كه براي دفعات محافظت مخصوص مشتريان از آنها استفاده مي شود.
تعداد دفعات تغيير دادن، پس و پيش كردن تبديل يا جايگشت ممكن در تركيب كردن عناصر شيميايي براي ايجاد و توليد پلاستيكها با خواص متفاوت، تقريبا بي پايان است.وجود چنين تنوعي،موجب شده است تا پلاستيكها براي دامنه گسترده اي از كاربردهاي نهايي و محصولات گوناگون ، بسيار كاربردي و قابل استفاده باشند. اين تنوع در ساختار شيميايي پليمرها ، باعث شده است كه نتوان، به آنها فقط به صورت خانواده ي واحدي از مواد كه بتوانند دامنه ي نامحدودي از خواص، ويژگيها و فرآيندهاي تبديل را تحت پوشش خود قرار دهند، تكيه نمود، به عبارت ديگر فقط يك گروه مشخص از درشت مولكولها نيستند كه در ساخت پلاستيكها، به كار مي روند بلكه با توجه به كاربرد ويژه و نهايي اي كه از ماده پلاستيكي انتظار مي رود، ممكن است لازم باشد تا از انواع گروههاي مختلف پليمرها استفاده شود تا بتوان به خاصيت مطلوب در يك قطعه پلاستيكي رسيد. يعني همه انواع مختلف پلاستيك ها را نمي توان در يك گروه واحد قرار داد.
  سرآغاز و خاستگاه تاريخي پليمرهاي صنعتي
 مواد پلاستيكي، نقش مهمي را در توسعه تمدن جديد امروزي ايفا نموده اند. اين نوع از پليمرها دامنه ي گسترده اي از خواص و خودكارسازي يا اتوماسيون فرآيند را در پي داشته اند و اين در حالي است كه مزاياي مالي متعددي را به لحاظ قيمت و هزينه ، با خود به همراه آوردند. درك اين موضوع بسيار شگفت آور خواهد بود ، اگر بدانيد كه اندكي پيش از يك قرن پيش ، هيچ يك از انواع پلاستيكهايي كه امروزه در سرتاسر دنيا به چشم مي خوردند ، وجود نداشتند. تاريخچه و سرآغاز صنعت پلاستيك به قبل از سال 1868 بر مي گردد، زماني كه جانوزلي هيآت (Joh Wesley Hyatt) ، پيروكسيلين(Proxylin) حاصل از كتان و نيتريك اسيد را با كافور(camphor)، مخلوط ساخت تا ماده اي كاملا متفاوت و محصولي تازه به نام سلولوئيد را پديد آورد.
 
در حقيقت ، بسط و توسعه سلولوئيد در پاسخ به رقابت ايجاد شده ميان شركتهاي مختلف براي ساخت و توليد توپهاي بيليارد از آن استفاده مي شد. با توجه به نياز ايجاد شده براي يك ماده ي تازه و يك روش توليد براي چنين كاربردي ، سلولوئيد توسعه يافت و بدين ترتيب صنعت پلاستيك زاده شد !
سلولوئيد سريعا روانه ي بازارهاي ديگر شد و كاربردهاي تازه اي پيدا كرد كه عبارت بودند از‌ : يقه هاي پيراهن مردانه يرآستينها و جلوي پيرانهاي مردانه، عروسكهاشانه ها ، دگمه ها و پرده هاي پنجره اي كه در خودروها ي اوليه به كار مي رفتند.
وليكن ، مهمترين كاربرد سلولوئيد ، نخستين فيلم عكاسي بود كه توسط Eastmen براي توليد فيلم تصاوير متحرك در سال 1882 مورد استفاده قرار گرفت. امروزه ، اين ماده ، هنوز هم در صنعت تصاوير متحرك تحت نام شيميايي سلولز نيترات به كار مي رود.
صنعت پلاستيك با دومين جهش اصلي خود، چهل و يك سال بعد روبرو شد ، يعني زماني كه دكتر لئوهندريك بالكلند نخستين فنل فرمالدئيد (PF) ،مرسوم به "فنوليك" (phenolic) را در سال 1909 ، به دنيا معرفي كرد. اين ماده ، نخستين ماده پلاستيكي بود كه موفق به اخذ پذيرش از جامعه جهاني گرديد و مقبول واقع شد. آن چيزي مهمتر بود ، آن بود كه وي فنوني را براي كنترل و اصلاح واكنش PF بسط و توسعه داد. اين تكنولوژي ، امكان توليد كالاهاي مفيد همانند پايه هاي ساعت با نماي مرمري شده يا دستگيره هاي اطو برقي را تحت حرارت و فشار از PF پديد آورد. فرآيند مايع كردن يا ذوب ماده تحت تأثير حرارت و فشار به منظور تشكيل شكلهاي گوناگون ، دقيقا همان فرآيندي است كه تا به امروز ، هنوز هم در صنعت ، براي توليد مواد پلاستيكي ترموست (گرما سخت) كه به آنها Duromer نيز گفته مي شود ، مورد استفاده قرار مي گيرند.
سومين جهش اصلي و تحول بزرگ در صنعت پلاستيك و توسعه پلاستيكها، با ورود سلولز استات (CA) (Cellulose Acetate) در دهه ي 1920 اتفاق افتاد. اين پليمر به لحاظ ساختاري به سلولز نيترات شبيه بود وليكن فرآيند نمودن و استفاده از آن با ايمني بيشتري انجام مي شد. اوره- فرمالدئيد را مي توان همانند فنوليك ، فرآيند نمود وليكن به صورت قطعات رنگي سبك كه نسبت به رنگهاي سياه و قهوه اي فنوليك ، بسيار جذاب تر است.
پلي وينيل كلرايد(PVC) براي كاربردهايي همانند كفپوش ، صنعت مبلمان و روكش مبل ، سيم و كابل ، عايق نمودن سيم و پوشش دادن آن ، توليد لوله و لوله سازي (Tubing) ، لوله هاي خرطومي و شيلنگ اتصالات (Fittings) به دومين پلاستيك با بالاترين سطح فروش تبديل شد.
پلي آميد يا نايلون (نام تجاري كه شركت دوپونت به اين نوع پليمر داد) ، نخستين بار ، به عنوان يك ماده ي ليفي يا فيبري بسط و توسعه داده شد . نايلون (Nylon) نمايانگر يكي از مهمترين تحولات جديد در توسعه ي صنعت پلاستيك مي باشد. كار توسعه ي تحقيقاتي آن توسط W.T. Carothers در اواخر دهه 1920 انجام شد كه نهايتا، معرفي و ورود تكنولوژي ساخت نايلون را امكان پذير نمود.
سرعت توسعه ي پلاستيكها در دو دهه 1930 و 1940 به طور قابل ملاحظه اي بيشتر شد. در هر دهه، پلاستيكهاي تازه تر ، مهيج تر ، متنوع تر و چندكاره تري (پلاستيكهاي چند منظوره) پديد آمد. در دهه 1930 ، رزينهاي اكريليك براي تابلوها (Signs) و كالاهاي شفاف معرفي شدند .ورود پلي استارين به جرگه پلاستيكها، اين پليمر را به سومين بزرگترين پلاستيك به لحاظ فروش ارتقا داد كه از آن در لوازم خانگي ، اسباب بازيها و صنعت بسته بندي استفاده شد.
رزينهاي ملامين نيز براي استفاده در ظروف غذاخوري ، رنگها و كاغذهاي مقاوم در برابر رطوبت به بازار معرفي گرديد.بعدها ، ملامين به يك جزء اساسي و پراهميت در توسعه طبقات تزئيني فراپيشخوانهاي آشپزخانه ، روميزيها و پوششها در آمد.
در خلال سالهاي جنگ جهاني دوم مربوط به دهه 1940 ، تقاضا براي پلاستيكها رو به فزوني گذاشت به طوري كه تحقيقات زيادي بر روي ساخت پلاستيكهاي جديد انجام شد كه نتيجه ي آن به صنعت دفاعي و صنايع نظامي كمك شاياني نمود. امروزه ، پلي اتيلن و فلوئوروپليمرها كه از جمله مهمترين نوع پلاستيكها به شمار مي آيند، در زمان جنگ توسعه يافتند. انگيزه ي اصلي علت رشد و توسعه اين مواد پليمري، نيازي بود كه براي يك ماده ي عايق عالي در زمان جنگ براي كاربردهايي نظير كابلهاي رادار پديد آمد. در دهه بعد، رزينهاي پلي استر گرماسخت نيز وارد بازار شدند.تغييرات ريشه اي و بنيادي در صنعت ساخت قايق نيز در زمان جنگ پديد آمد و سبب گسترش اين صنعت شد كه كاربرد كاملا نظامي داشت.امروزه ، اكريلونيتريل – بوتا دي ان – استارين (ABS) به عنوان ماده ي پلاستيكي براي كاربردهايي همانند وسايل خانگي ، پوششهاي پلاستيكي درون يخچال ، كلاهخودهاي ايمني ، لوله سازي چمدان به كار رفته اند.
كار تحقيقاتي اوليه بر روي ABS ، برنامه ي ضربتي و ناگهاني اي بود كه براي توسعه لاستيك مصنوعي و سنتتيك در حين جنگ انجام شد.
تا شروع دهه 1950 ، پلاستيكها به عنوان مواد صنعتي پايه ، همچنان مسير خودشان را در جهت پذيرفته شدن توسط طراحان و مهندسين پيموده و خيلي خوب، مورد توجه و قبول آنها قرار گرفتند.در اين دهه ، همچنين پلي پروپيل معرفي و وارد بازار شد، كه موجب اعطاي جايزه نوبل به "كارل زينگلر" (Karl Ziegler) از كشور آلمان و جوليو ناتا (Giulio Natta) از ايتاليا گرديد.اين دو نفر به علت كار تحقيقاتي خاص خود بر روي " نظم دادن و مرتب سازي و آرايش مولكولي پلاستيكها" برنده ي جايزه نوبل شدند. در ادامه ، توسعه دو پليمر استال و پلي كربنات ، بيش از پيش اين دهه را مشخص تر و نمايان نمود. اين دو پليمر در كنار نايلون ، هسته ى مركزي زيرگروهي از خانواده ي پلاستيكها را مرسوم به ترموپلاستيكها يا گرمانرمهاي مهندسي را تشكيل دادند. مقاومت در برابر ضربه يا استحكام ضربه اي برجسته و فوق العاده عالي آنها در كنار پايداري حرارتي و ابعادي خوبشان موجب شد تا رزينهاي پلاستيكي مهندسي قادر به رقابت مستقيم با مواد فلزي باشند.
دهه هاي 1960 و1970 نيز سهم خاص خود را در توسعه ي محصولات پليمري جديد داشتند. مهمترين پليمرهاي اين دو دهه، پلي استرهاي گرمانرم يا ترموپلاستيك بودند كه در قطعات بيروني خودرو، در قطعات زير كاپوت و نيز اجزاي الكتريكي و الكترونيكي مورد استفاده قرار گرفتند.
درون بطري هاي پلي استر با فيلمي از رزينهاي با درصد نيتريل بالا كه مقاومت بسيار عالي در برابر نفوذ گاز داشتند پوشش داده شدند كه در بسته بندي بطريهاي نوشابه جديد مورد استفاده قرار گرفتند. در طي اين دوره زماني ، زير گروه ديگري از خانواده پلاستيكها موسوم به پلاستيكهاي با كارايي بالا كاربردهاي جديدي پيدا كردند و روانه بازار شدند ، اين گروه شامل پليمرهايي همچون پلي ايميد، پلي آميد – ايميد ، پلي استر آروماتيك ، پلي فنيلن سولفايد و پلي اترسولفون مي باشد. اين مواد به لحاظ تاريي به انتظارات فني كه در طي توليدشان مد نظر بود ، جواب مثبت دادند، مثلا در برطرف كردن نيازهاي حرارتي در كاربردهاي هوا فضا و صنايع توليد هواپيما و نيز پاسخگويي به تقاضاهاي تكنيكي و كاربردهاي ويژه اي كه انتظار مي رفت اين مواد در آنجا مورد استفاده قرار گيرند، كاملا موفق عمل كردند و به واقع ، دورنماي استفاده از پلاستيكها را در آينده بيش از پيش تثبيت و تقويت نمودند.