مقدمه
پلاستیک ها گروهی از مواد غذایی هستند که به گروه بزرگتری موسوم به بسپارها تعلق دارند. بسپار مولکول غول آسایی است که از هزاران مولکول کوچکتر تشکیل شده است، این مولکول های کوچک این خاصیت منحصر به فرد را دارند که می توانند با هم ترکیب شده مولکول های بزرگ به وجود آورند. مولکول های دارای این خاصیت تکپار و فرآیند ترکیب آنها برای ایجاد مولکول های غول آسا بسپارش نام دارد. این لغت از دو بخش «پار» به معنی تکه، و «بس» به معنی بسیار گرفته شده است. بنابراین، تکپار به معنی یک تکه و بسپار به معنی تعداد بسیاری تکه می باشد. بعضی بسپارها از دهها هزار تکپار تشکیل شده اند، این تعداد به نوع بسپار و آنچه تولید کننده می خواهد بستگی دارد. قبل از بررسی پلاستیک ها باید این مولکول های بزرگ موسوم به بسپار را بررسی کنیم.
بسپارها در واقع دو دسته اند، بسپارهای طبیعی و بسپارهای مصنوعی. اگر تمام توان کارخانه های سازنده بسپارهای دنیا «که کم نیستند و مقادیر زیادی بسپار تولید می کنند» را روی هم بگذاریم تولیدشان در مقابل بسپارهایی که مادر طبیعت می سازد ناچیز است. این بسپارهای طبیعی عبارتند از سلولز «بخش اصلی چوب، گیاهان و پنبه که تقریباً سلولز شکل خالص است» چرم، پشم، ابریشم و پوست. سلولز چوب تقریباً ماده اصلی کاغذ و محصولات کاغذی مثل مقواست. می بیند که بسپارها و فرآورده های آنها چقدر در ساختن بناها، لباس و دیگر مایحتاج جامعه به کار می روند.
انواع بسپارهای مصنوعی
بسپارهای مصنوعی را نیز می توان به دو بخش تقسیم کرد: لاستیک ها و پلاستیک ها. گرچه خیلی ها ادعا می کنند که لاستیک در واقع یک پلاستیک گرماسخت (Thermoset) است که بعداً تعریف خواهد شد، ولی جامعه قبول دارد که لاستیک و پلاستیک دو مادة متفاوت هستند. البته می دانید که پلاستیک هایی هستند که خاصیت کشسانی دارند «یعنی می توان بخشی از آنها را کشید و رها کرد تا به اندازه اول برگرداند و به لاستیک شباهت دارند.
بسپارش
فرآیند بسپارش فرآیند بسیار ویژه ای است که در آن تنها چند ترکیب موسوم به تکپار شرکت دارند. این فرآیند شیمیایی ویژه، این تکپارها را به هم پیوند داده مولکول جدیدی به وجود می آورد که در آن تکپار تکرار شده است. بیایید با بررسی متداول ترین تکپار، اتیلن، چگونگی واکنش آن را بررسی کنیم. فرمول مولکولی اتیلن C2H4 است و فرمول ساختمانی زیر را دارد.
آنچه اتیلن و دیگر تکپارها را از بقیه ترکیب ها متمایز می کند این است که تحت شرایط خاصی از دما، فشار و افزودن مواد شیمیایی خاصی برای شروع و کنترل آهنگ فرآیند برای آنها اتفاق خاصی رخ می دهد. با بسپارش این تکپار پیوند دوگانة مشخصه آلکن دستخوش تغییر بزرگی می شود. به جای این که هر دو پیوند بشکند، چیزی که در احتراق رخ می دهد، «تکپارها در شرایط معمولی می سوزند» تنها یک پیوند شکسته و دو الکترون پیوند شکسته شده به لایه آخر اتم های کربن رفته، هر اتم کربن یک الکترون زوج نشده پیدا می کند. برای تمام مولکول های شرکت کننده در واکنش همین اتفاق رخ می افتد. می دانیم که مولکولی با الکترون های زوج نشده بسیار ناپایدار است، بنابراین می توان این مولکول ها را رایکال های آزاد به حساب آورد. چون تمام این مولکول ها آمادة واکنش اند و تنها چیزی که می توانند با آن واکنش کنند رادیکال های آزاد مشابه خودشان است، با مولکول های مشابه ترکیب می شوند. در فرآیند بسپارش این واکنش به دقت کنترل می شود، به نحوی که تمام تکپارها با هم به رادیکال آزاد تبدیل نشوند بلکه این عمل با آهنگ کنترل شده ای انجام شود. اگر این فرآیند کنترل نشده انجام شود، حاصل، انفجار مخربی موسوم به «فرار بسپارش» خواهد بود.
در فرآیند کنترل شده، بسپارش با آهنگ تعیین شده توسط مهندس شیمی پیش می رود، تا بسپاری با خواص مطلوب به دست آید.
با شکست پیوند دوگانه، دو الکترون زوج نشده در دو طرف اتم های کربن قرار می گیرد و شکل ساختمانی زیر به وجود می آید.
برای این که در حمل و نقل تکپارها انفجار فرار بسپارش رخ ندهد، با تکپارها ماده ای موسوم به بازدارنده مخلوط می شود که از شروع بسپارش جلوگیری می کند. اگر بازدارنده به تکپار افزوده نشود یا پس از افزودن در طی یک وضعیت اضطراری تبخیر شود، احتمال بسپارش آنی تمام تکپارهای موجود در تانک وجود دارد و وضعیت بسیار خطرناکی پیش می آید. تکپارها با هم واکنش انجام داده انرژی حرارتی آزاد می کنند، این حرارت سرعت واکنش را زیاد می کند و واکنش به سرعت از کنترل خارج شده انفجاری شبیه BLEVE پیش می آید. بسیاری از تکپارها گازهایی هستند که به سادگی مایع می شوند، بنابراین به هر حال در معرض BLEVE هستند. به هر حال انفجار حاصل، هر اسمی که برایش بگذارید، تمام افراد واقع در منطقه خطر را می کشد و خطرات مالی فراوانی به بار می آورد.
دسته بندی پلاستیک ها
پلاستیک ها به دو گروه بزرگ تقسیم می شوند: ترموپلاستیک ها یا پلاستیک های گرمانرم و ترموست ها یا پلاستیک های گرماسخت. ترموپلاستیک ها طبق تعریف پلاستیک هایی هستند که با اعمال حرارت و فشار ساخته می شوند و پس از ساخته شدن می توان با استفاده از حرارت و فشار آنها را تغییر داد. یعنی اگر سازنده ای که با اعمال حرارت و فشار پودر، یا رزین های پلاستیک را به شکل خاصی درآورده (به کمک دستگاه هایی به نام اکسترودر یا ریخته گری تزریقی یا دستگاه های دیگر) اگر از ساخته خود راضی نباشد می توان آن را آسیاب کرده و با اعمال فرآیندی مشابه آن را به شکلی جدید درآورد. بسته به نوع ترموپلاستیک می توان این کار را دو یا سه یا چند بار تکرار کرد.
ولی ترموست را فقط یک بار می توان با اعمال حرارت و فشار شکل داد. اگر به این محصول دوباره حرارت اعمال شود تجزیه می شود و حتی ممکن است بسوزد. ترموپلاستیک یا ترموست بودن یک پلاستیک به خواص شیمیایی تکپار و فرآیند بسپارش هستند که هر دو نوع را دارند مثل پلی استر که هم پلی استر ترموپلاستیک وجود دارد و هم پلی استر ترموست. پلی اتیلن ها، پلی پروپیلن ها، پلی استایرن ها، پلی وینیل کلریدها، پلی اورتان ها، پلی استرها، اکریلیک ها، پلی آمیدها، سلولزی ها و فلوئور و پلی مرها از ترموپلاستیک ها هستند «پلی اورتان ترموست هم وجود دارد.» آلکیدها، فنولیک ها، اپوکسی ها، و پلاستیک های اوره- فرمالدئید از پلاستیک های ترموست هستند.
ترموپلاستیک ها
فعلاً ترموپلاستیک ها بزرگترین گروه پلاستیک ها هستند. تمام پلاستیک های متداول که با نامشان آشنایید و پلاستیک های مهندسی همه از این دسته اند. پلاستیک های مهندسی آنهایی هستند که برای کاری غیر از بسته بندی یا تزئینی تهیه شده اند و می توانند فشار را تحمل کنند، بعضی از این پلاستیک ها در ساختن چرخ، چرخ دنده و دیگر بخش های کاری دستگاه ها به کار می روند.
برای شناخت ترموپلاستیک ها باید از خواص شیمیایی آنها اطلاع داشته باشید. البته لازم نیست که یک شیمیدان بسپارها یا مهندس پلاستیک شوید، ولی دانستن این که بسپارها از چه ساخته شده اند کمک بزرگی است. ماده اولیه اساسی ترموپلاستیک ها تکپارها هستند، مولکول های کوچکی که با خود واکنش کرده، به هم متصل شده و زنجیرهای طولانی به وجود می آورند. تکپارها بسیار فعال و گاهی اوقات بسیار ناپایدارند، مواد خطرناکی که باید با دقت با آنها رفتار کرد. تحت شرایط مناسب دما و فشار و در حضور فعال کننده، ماده ای که برای غلبه بر بازدارنده اضافه شده به تکپار «برای جلوگیری از بسپارش ناخواسته و زود هنگام» به کار می رود، و در بعضی موارد یک کاتالیزور مولکول های تکپار به هم زنجیر شده و یک مولکول بزرگ زنجیر به وجود می آورند. کاتالیزور ماده است که برای سرعت دادن به یک وانکش به کار می رود ولی خود در واکنش شرکت ندارد. مهندس شیمی می داند که با تغییر درجه حرارت و فشار و زمانی که مواد در راکتور قرار دارند می تواند تغییراتی در بسپار ایجاد شده به وجود آورد. مثلاً یک کارخانه می تواند با تغییر اندکی در وسائل و فرآیند خود پلی اتیلن کم چگال خطی (LLDPE)، پلی اتیلن کم چگال (LDPE) پلی ایتلن با چگالی بالا (HDPE)، پلی اتیلن با چگالی بالا و مولکول سنگین (HMWHDPE) و پلی اتیلن با موکول های فوق سنگین (VHMWPE) به وجود آورد. تمام این بسپارها از یک تکپار اتیلن (اتن)، به وجود می آیند ولی پلاستیک های با خواص بسیار متفاوت هستند. انواع پلی اتیلن (PE) را می توان برای مقاصد بسیار متنوعی به کار برد، یعنی هر یک خواسته های متفاوتی را برآورده می کنند.
تمام پلی اتیلن های برشمرده در بالا از یک تکپار، اتیلن، ساخته می شوند، با شروع از اتیلن تنها فقط می توان از پلی اتیلن ساخت. پس هر ترموپلاستیک، تکپار مخصوص به خود دارد. تکپار پلی پروپیلن، پروپیلن «پروپن»، و تکپار پلی استایرن، استایرن است. برای ساختن پلی وینیل کلرید باید از تکپار وینیل کلرید (VCM) استفاده کرد؛ برای ساختن پلاستیک های ABS سه تکپار اکریلونیتریل، بوتادی ان و استایرن لازم است. بعضی دیگر از پلاستیک ها نیز به بیش از یک تکپار احتیاج دارند، و آنها ممکن است طبق تعریف ما تکپار به حساب نیایند. برای مثال در ساختن بعضی ترموپلاستیک های پلی اورتان برای تشکیل بسپار، ایزوسیانات و پلی ان «نوعی الکل» لازم است؛ بعضی پلی استرهای ترموپلاستیک ممکن است برای تشکیل پلی اتیلن ترفتالات (PET)، پلی اتیلن گلیکول و اسید ترفالات بخواهند. بسپار به هر صورت و با هر تکپاری ساخته شده باشد، در صورتی که قابلیت بازسازی با اعمال گرما و فشار مجدد داشته باشد، ترموپلاستیک خوانده می شود.
ترموپلاستیک های خاص
1- اکریلونیتریل- بوتادی ان- استایرن (ABS)
این یک، سه بسپار (بسپار متشکل از بسپارش سه تکپار متفاوت) ترموپلاستیک است که بسته به نوع محصول نهایی خواسته شده نسبت تکپارهایش را تغییر می دهند. این پلاستیک بسیار سختی است که در کارهای خشن کاربرد دارد. ABS در ساخت بخش های سازه ای مانند قایق های کوچک، تلفن، یخچال و دیگر وسائل خانگی، کالاهای بهداشتی، لوله، ابزارهای قدرتی و بخش های هواپیما به کار می رود. اگر خواصی لازم باشد که نتوان با تغییر نسبت سه تکپار به آنها دست یافت، مواد دیگری به ترموپلاستیک افزوده می شود. در این صورت مادة ترموپلاستیکی حاصل یک ماده مرکب خوانده می شود. این مطلب نه تنها برای ABS که برای تمام ترموپلاستیک ها صادق است. ABS می تواند خواص افزایشی چون اطفاء شعله، رنگ و ضد اکسایش پیدا کند. متأسفانه ABS نمی تواند هوای آزاد را تحمل کند، بنابراین کاربردهای فضای آزاد آن محدود است، مگر این که لایه نازکی از یک مادة مقاوم در مقابل هوازدگی بر روی آن کشیده شود.
ABS را می توان به روش اکستروژن از قالب بیرون آورد «خمیر کردن و آن را در قالب ریختن» یا آن را به صورت تزریقی شکل داد «به داخل یک قالب بسته تزریق کردن». ABS را معمولاً به صورت ورقه های صاف قالب ریزی و بیرون آورده و سپس با گرم کردن و فشار به شکل دلخواه در می آورند. ABS را می توان با دیگر ترموپلاستیک ها مخلوط کرد و خواصی چون مقاومت در مقابل شعله و افزایش قدرت به آن داد.
2- استال
این ترموپلاستیک زمانی یک ترموپلاستیک مهندسی به شمار می آمد ولی اکنون به عنوان یک ترموپلاستیک تزیینی که می تواند کارا هم باشد مورد قبول قرار گرفته است. یک ترموپلاستیک بلورین است که می تواند بسیار سخت باشد، مقاومت شیمیایی خوب، سختی و خواص الکتریکی مناسبی دارد. استال یک بسپار فرمالدئید است و به همین دلیل ترموپلاستیک مهندسی خوبی به شمار می رود. می توان آن را به صورت اکستروژن، تزریقی و یا با دمیدن هوا قالب ریزی کرد. قالب ریزی با دمیدن هوا فرآیندی است که در آن یک لولة توخالی از پلاستیک داغ به داخل قالب برده شده و با دمیدن هوا شکل قالب به خود می گیرد. از این فرآیند برای ساختن محفظه های ائروسل، خودکار، فندکهای گازی و اسباب بازی استفاده می شود.
3- اکریلیک
انواع مختلفی ترموپلاستیک اکریلیک وجود دارد، ولی محبوبترین، و در نتیجه متداول ترین آنها بسیاری بر اساس تکپار متیل متاکریلات، یعنی پلی متیل متاکریلات یا PMMA است. این ترموپلاستیک خواص اپتیکی و هوازدگی خوبی دارد، در مقابل حرارت و بسیاری مواد شیمیایی مقاوم است و هدایت الکتریکی کمی دارد. اکریلیک ها به خاطر خواص فوق العاده خوب اپتیکی و هوازدگی، جنس مناسبی برای جانشینی شیشه در تابلوها هستند. اکریلیک ها را می توان به صورت اکستروژن یا تزریقی شکل داد ولی اکثر آنها به صورت مایع بر روی تسمه نقاله ریخته شده یا بین صفحات شیشه ای به صورت ورق در می آید، سپس به صورت خلاء یا فشاری شکل داده می شود. تابلوها، کالاهای بهداشتی، شیشه های ساختمانی، عدسی های نوردهی خودکار و ابزارهای نوری با اکریلیک ها ساخته می شوند.
4- سلولزی ها
ترموپلاستیک های سلولزی در واقع گروهی از ترموپلاستیک ها هستند که با هم از لحاظ آرایش اساسی بسپارهایشان تفاوت دارند. نقطة شروع این مواد، بسپار طبیعی آنها، یعنی سلولزی است که در ابتدای فصل در موردش صحبت کردیم. البته این مواد از لحاظ خواص فیزیکی آن قدر شباهت دارند که آنها را با هم بررسی می کنیم. آنها شفاف اند، از لحاظ الکتریکی عایق خوبی هستند، سطح سختی دارند که در مقابل خشن مقاوم است، مشخص انتقال بخار آنها متوسط است.
سلولز نیترات، پلاستیکی با پایداری ابعادی خوب ولی پایداری در مقابل حرارت و نور بد، از سلولزیهاست. بسیار قابل اشتغال است، مگر این که به نحو مناسب پایدار شده باشد. از کاربردهای آن می توان خط کش T، نقاله و دیگر وسائل نقشه کشی، قابل عکش و تزیین وسائل موسیقی را برشمرد.
اتیل سلولز ترکیبی دارد که به آن قدرت مقاومت در برابر حرارت و ضربه را می بخشد. این ماده سخت و تا حدی انعطاف پذیر بوده، سختی آن در دماهای پایین بی نظیر است. در ساختن بدنه وسائل الکتریکی خانگی، وسائل اطفاء حریق و بدنة چراغ قوه کاربرد دارد.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 28 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلودمقاله پلاستیک
