أصبحت المواد البلاستيكية الآن جزءًا من حياتنا اليومية و تم اكتشاف بعض البوليمرات بالمصادفة. كلمة “بلاستيك” مشتقة من الكلمة اللاتينية وهي نفسها مشتقة من الكلمة اليونانية القديمة “المتعلقة بالنمذجة”) ، المشتقة من الفعل والتي تشتق منها أيضًا الكلمة بلازما. يغطي البلاستيك مجموعة واسعة جدًا من المواد البوليمرية الاصطناعية أو الاصطناعية. يمكننا الآن أن نلاحظ نفس خصائص المواد التي لم يتم دمجها من قبل ، على سبيل المثال الشفافية ومقاومة التأثير.
المنسوجات (الخيوط والألياف) وكذلك اللدائن ليست بلاستيكية مناسبة. بشكل عام ، لا يتم استخدام البوليمرات الصناعية في الحالة “النقية” ، ولكن يتم خلطها بمواد قد تكون أو لا تكون قابلة للامتزاج في مصفوفة البوليمر. التركيب النموذجي للمعادلة: مادة بلاستيكية = بوليمر خام (راتنج (راتنج) + مواد مالئة + مواد ملدنة + مواد مضافة. يوجد عدد كبير من المواد البلاستيكية.
جدول المحتويات
اشكال البلاستيك
حقق البعض نجاحًا تجاريًا كبيرًا. يأتي البلاستيك في أشكال عديدة: أجزاء مصبوبة بالحقن ، وأنابيب ، وأفلام ، وألياف ، وأقمشة ، ومانعات تسرب ، وطلاءات ، إلخ. إنهم موجودون في العديد من القطاعات ، حتى في أكثر التقنيات تقدمًا. إذا كان من الممكن إرجاع تاريخ البلاستيك إلى العصور القديمة ، فإن استخدامه بشكل خاص منذ نهاية القرن التاسع عشر قد تطور مع تطور البلاستيك الصناعي.
إقرأ أيضا:ديغول ريشيليو النموذج الحقيقيالمئات من الباحثين والعبقرية هم من يقفون وراء هذا الازدهار. نتجت المواد البلاستيكية الأولى ، الاصطناعية ، عن التحول الكيميائي للبوليمرات الطبيعية مثل السليلوز والكازين (الهيكل العظمي الجزيئي الذي تم الحفاظ عليه أثناء هذا التحول). أول مادة بلاستيكية صناعية تعتمد على بوليمر صناعي هي الباكليت. يعود تاريخ البلاستيك إلى مصر القديمة: في القرن الخامس عشر قبل الميلاد.
استخدم المصريون الغراء على أساس الجيلاتين أو الكازين أو الألبومين. استخدموا الجيلاتين العظمي للصق الخشب. وثيقة مؤرخة 1470 ق. يصف J.-C تصنيع غراء العظام في بناء الأثاث 1،2 ؛ نهاية القرن الخامس عشر: جلب كريستوفر كولومبوس نباتات مطاطية تسمى كاو (خشب) تشو (التي تبكي) من قبل الهنود الحمر. يكتشف الكيميائي البلجيكي ، الأمريكي المتجنس Leo Baekeland ، الراتنجات الفينولية فورمو (تحت الاسم التجاري الباكليت) ، أقدم البوليمرات الصناعية ينتج عن طريق التكثيف المتعدد للفينول والفورمالديهايد (عائلة الفينوبلاست) ؛ تستخدم في الأصل لحالات الهاتف وأغطية الحلاقة ومقابض الأواني والمنافذ الكهربائية ومنافض السجائر وما إلى ذلك. ؛ في العام نفسه ، أنتج الكيميائي الألماني فريتز هوفمان أول مطاط صناعي عن طريق بلمرة دايين مترافق. 1908: اكتشاف السيلوفان بواسطة الكيميائي السويسري جاك إي براندنبرغر.
البلاستيك الكيميائي
1919: قدم الكيميائي الألماني هيرمان ستودينجر ، الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1953 ، فكرة الجزيء الكبير ثم قام بتنفيذ بلمرة العديد من المونومرات الإيثيلينية. يمكن اعتباره والد علم الجزيئات. 1920: الدراسات الأولى لتفاعلات الفينول – إيبيكلوروهيدرين بواسطة بول شلاك من شركة IG Farben ، مما أدى إلى إنتاج راتنجات الايبوكسي 1931: أول تصنيع صناعي لمادة البولي فينيل كلوريد (PVC) ؛ 1932: بعد أكثر من عشرين عامًا من البحث ، طور أوتو روم وهاس ، بالتعاون مع شركة IG Farben ، عددًا كبيرًا من مشتقات البولي أكريليك
إقرأ أيضا:ما هو الواي فايبما في ذلك بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) ، المعروف تجاريًا باسم زجاجي ؛ الاستخدام: مصابيح الذيل والمؤشر ، بعض أغلفة المركبات ، نوافذ الطائرات ، الألياف البصرية ، اللافتات المضيئة ؛ صناديق بلاستيكية قياسية (قاعدة PE أو PP). 1933: الحصول عن طريق البلمرة الجذرية للبولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) (LDPE للأنجلو ساكسون) (الكثافة d ~ 0.92) من قبل المهندسين الإنجليز إريك فوسيت وريجينالد جيبسون من شركة ICI من خلال العمل تحت ضغط مرتفع جدًا عند حوالي 200 درجة مئوية 3. البولي إيثيلين أو البولي إيثيلين (PE) هو البولي أوليفين الوحيد الذي يمكن الحصول عليه بالطريق الجذري
خصائص البلاستيك
صفات خصائص المواد البلاستيكية تتحسن باستمرار. هناك استخدام متزايد للأجزاء البلاستيكية بدلاً من الأجزاء المعدنية ، وغالبًا ما تكون أكثر تكلفة ، أو أكثر حساسية للتآكل ، أو أثقل. تختلف بعض الخصائص التقنية اختلافًا كبيرًا عن خصائص المعادن: كثافة اللدائن غير الممتدة أقل بكثير من كثافة المعادن (باستثناء المغنيسيوم): من 0.83 (حالة poly-4-methyl-pentene-1 المشار إليها بواسطة PMP) إلى 2.15 (PTFE) ، مع 1 ، 2 كقيمة متوسطة. كثافة البوليمر هي دالة مباشرة لدرجة التبلور.
علاوة على ذلك ، تزداد الصلابة والمقاومة الميكانيكية مع هذا المعدل ؛ درجة حرارة معالجة أقل: عادة ما بين 100 درجة مئوية (PS سهل العمل: قابل للبثق من 85 درجة مئوية) و 300 درجة مئوية (يتم حقن الكمبيوتر عند حوالي 300 درجة مئوية). تتم معالجة البلاستيك الحيوي عند 160 إلى 200 درجة مئوية ، مقارنة بحوالي 220 درجة مئوية للمركبات العادية المكافئة ؛ مرونة أعلى (استطالة تصل إلى 800٪ عند الكسر لـ HDPE) ؛ المقاومة الحرارية للبوليمرات المتلدنة بالحرارة أقل بكثير من المعادن.
إقرأ أيضا:تكييف هواء السياراتالمواد البلاستيكية المقاومة
قليل من المواد البلاستيكية مقاومة لأكثر من 250 درجة مئوية لفترات طويلة في الهواء. تتيح التعديلات الهيكلية ، خاصة بين المواد البلاستيكية الحرارية ، توسيع النطاق الحراري للاستخدام نحو درجات حرارة منخفضة أو عالية ؛ معامل المرونة المنخفض (معامل البولي إثيلين المنخفض الكثافة منخفض: E ~ 200 ميجا باسكال ؛ على النقيض من ذلك ، تحتوي الخلايا الأمينوبلاستية على معامل مرتفع جدًا).
زيادة دمج الألياف يزيد من معامل المرونة وقوة الشد (الصلابة) للمركب. التمدد الحراري للمواد يتناسب عكسياً مع معامل الشد. معامل تمدد البوليمرات الحرارية أكبر من المعادن المقاومة (أو المقاومة) للعوامل الكيميائية: كقاعدة عامة ، البوليمرات مقاومة للأحماض والقواعد [خمول كيميائي كبير لـ PTFE و PE (بسبب تركيبها البارافيني)]. ومع ذلك فهي حساسة للمذيبات (مقاومة جيدة لـ PTFE و PBT و PA-6،6) .
البوليمرات لها سلوك لزج مطاطي. في الواقع ، يظهرون في نفس الوقت خصائص مرنة وشخصية لزجة. في الحالة الأخيرة ، تتدفق المادة استجابة للإجهاد ؛ بعض اللدائن مخمدات الاهتزاز. أمثلة: ABS ، بوليمر كتلة SIS [أو بولي (ستيرين ب-إيزوبرين-ب-ستايرين)] ؛ الاهتمام بالصوتيات الاهتزازية ؛ معظم البوليمرات الحرارية غير المتبلورة غير المشحونة (وغير الملونة) شفافة (PMMA ، PC ، PS “الكريستال” ، إلخ) ؛ تظهر بعض المواد البلاستيكية مقاومة كبيرة للتأثير (PC ، PET ، PMMA ، إلخ) ؛ بعضها مقاوم للتآكل (PTFE ، PVC صلب ، بولي أميد ، PET ، aminoplasts ، إلخ). يحتوي PTFE على معامل احتكاك منخفض بشكل خاص مما يسمح له بأن يكون مادة تشحيم صلبة ؛ يمكن أن تظل النفايات البلاستيكية شديدة الاستقرار في البيئة لعدة قرون
يمكنهم السفر عبر الكائنات الحية ، وتلك التي تعلق على نفسها لها تأثير غير معروف. المصفوفات العضوية هي عوازل حرارية وكهربائية ، وكذلك ألياف تقوية (باستثناء ألياف الكربون) 10: الموصلية الحرارية للبوليمرات أقل بحوالي مائة مرة من تلك الخاصة بالمعادن ؛ وبالتالي ، يتم استخدام العديد من المواد البلاستيكية ، وخاصة الرغاوي ، كعوازل ؛ الموصلية الكهربائية منخفضة جدا. تُستخدم المواد البلاستيكية تقليديًا لعزل الأسلاك والكابلات الكهربائية
المادة الاساسية للمواد البلاستيكية
المادة الأساسية (الراتنج) عبارة عن بوليمر 15. تأتي راتنجات البلاستيك من المنتجات الوسيطة (الإيثيلين ، والبروبيلين ، والأسيتيلين ، والبنزين ، وما إلى ذلك) التي تكون موادها الخام من البترول (على وجه الخصوص بفضل عملية التكسير البخاري للنافثا) والغاز الطبيعي والفحم. البوليمر مادة مكونة من جزيئات كبيرة. تتكون سلسلة البوليمر من عدد كبير من وحدات المونومر.
تزداد اللزوجة والقوة الميكانيكية للبوليمر مع درجة البلمرة (DP أو n) ؛ هذا الأخير يحدد طول الأوتار 17. إذا كانت درجة البلمرة أكبر من 3000 ، فسيكون المنتج من البلاستيك ؛ يمكن أن تصل موانئ دبي إلى ستة ملايين. يتم تصنيع البلاستيك عن طريق بلمرة المونومرات أو البوليمرات (المسبقة): بوليمرات أحادية البعد (خطية أو متفرعة) تنتج عن بلمرة المونومرات ثنائية التكافؤ ؛ تتكون البوليمرات ثلاثية الأبعاد من بلمرة المونومرات التي يكون متوسط تكافؤها أكبر من اثنين ، أو عن طريق التشابك (كيميائيًا أو فيزيائيًا) للبوليمرات الخطية.
الصناعة الكيميائية في المواد البلاستيكية
تعتبر البلمرة عملية مهمة في الصناعة الكيميائية لأن البوليمرات الناتجة يجب أن تظهر الخصائص المرغوبة ، بما في ذلك المتانة والقصور الذاتي الكيميائي تجاه العديد من المنتجات والمرونة .والشفافية والقوة الميكانيكية والحرارية. هناك فئتان من البلمرة: البلمرة التدريجية ، باستخدام التكثيف المتعدد (مما يؤدي على سبيل المثال إلى البولي أميد ؛ يتم إجراء التفاعل عن طريق إزالة الجزيئات . البسيطة ، وخاصة الماء) . أو إلى إضافات متعددة (لإنتاج البولي يوريثان ، على سبيل المثال). غالبًا ما تحتوي البوليمرات التي يتم الحصول عليها على ذرات غير متجانسة . مثل بولي أميدات مع ذرة نيتروجين ؛ سلسلة البلمرة.
اعتمادًا على نوع المركز النشط ، يتم التمييز بين البلمرة الراديكالية أو الكاتيونية أو الأنيونية أو التنسيقية . (في هذه الحالة الرابعة ، يكون مركز التكاثر النشط عبارة عن مجمع .تنسيق بين المونومر وذرة معدنية انتقالية مثل التيتانيوم أو الزركونيوم). تتعلق هذه الفئة الثانية بشكل أساسي بمونومرات. الفينيل التي تؤدي إلى بوليمرات مكونة من سلاسل -C-C-.
اللدائن التجارية
لتحسين بعض الخصائص ، تتكون اللدائن التجارية أحيانًا من راتنج أساسي معدل بواسطة راتينج آخر أو مادة مطاطية (ميزة البلمرة المشتركة). لا توجد جزيئات كبيرة ثنائية الأبعاد يتم تحضيرها عن طريق التوليف. توجد أربع عمليات لتحضير البوليمرات: السائبة ، والمحلول ، والمعلق ، وبلمرة المستحلب.
أمثلة: يمكن تصنيع البوليمرات البلاستيكية الحرارية PE و PVC و PS من خلال طرق البلمرة الأربعة هذه. غالبًا ما يتم تنفيذ البلمرة المشتركة التي توفر ABS عن طريق عملية المستحلب المائي. وذلك بفضل تكوين المذيلات. إضافات بشكل عام ، يتم دمجها بنسب صغيرة (ولكن في بعض الأحيان تصل إلى 50٪ من وزن الراتنج) .لتحسين أو إنشاء خصائص معينة للبلاستيك.
لم يخضع الكثير منهم لتقييم سلامة كامل من حيث السموم أو السموم البيئية. في حالة عدم وجود لوائح دولية وفي انتظار تطبيق لائحة REACH ، يتم ترخيصها ومراقبتها بشكل أساسي على المستوى الوطني. في أوروبا ، كانت قائمة المواد المضافة للتوجيه 2002/72 / EC .بشأن المواد البلاستيكية والمواد التي تتلامس مع المنتجات الغذائية قائمة إيجابية (المنتجات غير المدرجة محظورة) منذ 1 يناير 2010. قائمة قديمة قابلة للبحث 21.
إنها مصدر قلق لأنها غالبًا ما تكون سامة للبيئة ويتم إطلاقها بكميات متزايدة بواسطة المواد البلاستيكية التي تتحلل ، خاصة في البحر في سياق تلوث كبير للبيئة البحرية بواسطة البلاستيك ، والذي يتزايد منذ الخمسينيات. يسمح نظام التشابك بتوليف البوليمرات ثلاثية الأبعاد ؛ هناك تشكيل لشبكة ثلاثية الأبعاد (تشابك) من البوليمرات الخطية. وتشمل هذه المواد المصلبة والمحفزات والمسرعات.
اللدائن الحرارية
عند درجة حرارة كافية (أعلى من درجة حرارة التحول الزجاجي Tg أو نقطة الانصهار Tf) ، تكون البوليمرات اللدائن الحرارية في حالة “منصهرة” (الحالة السائلة أو القابلة للتشوه) وبالتالي فهي عرضة للتدفق تحت الماء. عمل قيد. هذا يسمح لهم بالتشكيل باستخدام التقنيات المعتادة (التشكيل الحراري ، البثق ، الحقن ، إلخ).
يمكن تكرار العملية عدة مرات ؛ تتصلب بوليمرات التصلب الحراري (الارتباط المتشابك) عند التسخين الأول (أو اختياريًا عند درجة حرارة الغرفة). في مجال الدهانات ، هذه خاصية شائعة الاستخدام. يمكن أن يؤدي إدخال الحرارة إلى تفاعل بلمرة ثلاثي الأبعاد مما يخلق جسورًا بين سلاسل البوليمر ويقوي المادة بشكل لا رجعة فيه.
