تاریخچه پلاستیک
اولین قدم در مورد صنعت پلاستیک ، توسط فردی به نام وایسا هیکات انجام گرفت که تلاش می‌کرد ماده‌ای بجای عاج فیل تهیه کند. چون عاج فیل بعنوان ماده‌ای سخت ، گرانقیمت و همینطور کمیاب کاربردهای فراوانی داشت. وی توانست نیترات سلولز را (که به غلط نیتروسلولز گفته می‌شود) از سلولز تهیه کند. پس نیترات سلولز اولین پلاستیک با منشا طبیعی است.
ویژگیهای مواد پلاستیکی
یک ویژگی مهم مواد پلاستیکی در صنعت ، فرآیند پذیر بودن یا Processible بودن آن است. اگر ماده‌ای قابل ذوب یا قابل حل باشد، در صنعت قابل استفاده است و گرنه نمی‌توان از آن استفاده صنعتی کرد. چون نمی‌توانیم 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 می‌شود. 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.
نگاه کلی
پلاستیکها امروزه کاربرد فراوانی در زندگی انسان پیدا کرده‌اند. موارد مصرف این مواد آنقدر گسترده است که بدون آنها زندگی انسان امروزی فلج می‌شود. استفاده گسترده در لوازم خانگی از ساده‌ترین وسیله تا وسایل پیچیده ، استفاده از الیاف مصنوعی بصورت روز افزون در صنایع نساجی و استفاده‌های 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 زباله‌های پلاستیکی تجزیه‌ناپذیر در طبیعت از این جمله می‌باشد.
پلیمرها ، پایه پلاستیکها می‌باشند. پیش از آنکه انسان بتواند پلیمرهای سنتزی را بسازد، طبیعت پلیمرهایی مانند سلولز را ساخته بود. سلولز ، جزء اصلی لیف چوب و پنبه می‌باشد. از سایر پلیمرهای طبیعی می‌توان پروتئینها ، کائوچو ، قیر ، قطران و رزینهای طبیعی را نام برد.
تاریخچه
انسانهای اولیه با استفاده از پلیمرهای طبیعی ابزار زندگی و سلاح می‌ساختند. 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 می‌باشد. با نیترودار کردن آن ، اولین پلاستیک تجارتی به نام نیترو سلولز پدید آمد که قابل انحلال و شکل‌پذیر می‌باشد.
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 قالب‌پذیر در تهیه اشیای مصنوعی مانند برس و شانه ، الیاف ، لاک و … کاربرد دارد.
پلاستیکهایی که کاملا بصورت سنتزی ساخته می‌شوند، 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 می‌شود. 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 می‌شوند، بوجود می‌آید. پلیمرها بطور عمده شامل عناصر کربن ، هیدروژن ، گوگرد ، فسفر و … هستند و با تغییر اندازه مولکول ویژگیهای پلیمر هم تغییر می‌کند. نقطه ذوب ، استحکام و خصوصیات فیزیکی دیگر پلیمر ، تابع اندازه و ابعاد مولکول (طول زنجیر) می‌باشد.
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
ساخت پلاستیک از چغندر قند
برای اولین بار در دنیا این دانشمندان توانستند ماده Pha (پلی هیدروکسی آلکانوات) را از این گیاه و مشتقات آن به دست آورند.
"ماینروفا" نام اولین و تنها پلیمر زیستی دنیا است که از چغندر قند تولید شده است. این پلاستیک زیستی که محصول Co.Pro.B ، شرکت ایتالیایی فعال در بخش بیوتکنولوژیهای مدرن است توانست گواهینامه Ok Biodegradabile Water سازمان بین المللی "وینکوت" بلژیک را به عنوان اولین پلاستیک تجدید پذیر زیستی دریافت کند.
این پلاستیک زیستی در سال 2007 و با اجرای یک پروژه تحقیقاتی شکل گرفت. هدف از اجرای این پروژه تولید پلاستیک تجدید پذیر زیستی از چغندر قند بود. در حقیقت تاکنون از چغندر قند تنها برای تهیه قند و شکر استفاده می شد اما برای اولین بار در دنیا این دانشمندان توانستند ماده Pha (پلی هیدروکسی آلکانوات) را از این گیاه و مشتقات آن به دست آورند. تاکنون این ماده از روغنها و آمیدهای غلات تولید می شد و بیشترین پلیمرهای زیستی که امروزه در بازار وجود دارند از این مواد روغنی غلات هستند.
این ماده جدید می تواند در ساخت اشیای پلاستیکی سخت یا انعطاف پذیر مورد استفاده قرار گیرد و جایگزین پلاستیکهای نفتی مثل "پی وی سی"، "پی پی" و "پی ای تی" آلاینده محیط زیست شود.
پلیمرها یا بسپارها ، ترکیباتی هستند که از بهم پیوستن چندین مولکول منومر بوجود می‌آیند. پلیمرها را به طرق مختلف طبقه‌بندی می‌کنند. یکی از روشهای تقسیم بندی پلیمرها ، تقسیم بندی از نظر خواص است. پلیمرها از نظر خواص به سه دسته عمده تقسیم بندی می‌شوند.
پلاستیکها ، دسته‌ای از پلیمرها
توموپلاستها
ترموپلاستها ، پلیمرهایی هستند که در اثر فشار ، تغییر شکل (Deformation) می‌دهند و بعد از حذف نیروی خارجی ، این تغییر شکل ، همچنان باقی می‌ماند. به عبارت دیگر این پلیمرها ، خاصیت پلاستیسیتی دارند. این پلیمرها در اثر گرما بتدریج نرم می‌شوند. با افزایش دما به حالت مذاب در می‌آیند. بعد از حذف گرما به حالت فیزیکی جامد خود تبدیل می‌شوند. این خصلت ، کاربرد صنعتی این نوع پلیمرها را تضمین می‌کند.
اگر ترموپلاستیکی را به صورت پودر یا حلقه‌های کوچک در آوریم و سپس حرارت دهیم، ابتدا نرم و سپس مذاب و ویسکوز می‌شود و اگر آنرا در قالب بگیریم، شکل قالب را به خود می‌گیرد و این علت کاربرد بسیار زیاد این مواد است.
الاستومرها
الاستومرها ، پلیمرهایی هستند که در اثر نیروی خارجی تغییر شکل پیدا می‌کنند. بعد از حذف نیرو ، تغییر شکل از بین می‌رود و دوباره به حالت اولیه باز می‌گردند. این پلیمرها در اثر گرما ، نرم می‌شوند، ولی برخلاف ترموستها (ترموپلاستیکها) به حالت ویسکوز یا مایع سیال در نمی‌آیند. موقعی که این پلیمرها در اثر حرارت نرم شدند، آنرا با اضافه کردن افزودنیهای مورد نیاز در داخل قالب پخت می‌کنند. عملیات پخت را Curing گویند.
کلید و پریز برق ، از گروه ملامینها
ترموسیتینگها
این پلیمرها ، پلیمرهایی هستند که در اثر گرما نرم نمی‌شوند. بلکه با افزایش دما ، سختتر و محکمتر می‌شوند و با بالا رفتن بیشتر دما ، درجه سختی آنها افزایش می‌یابد. این پلیمرها برای قالب گیری ، درون قالب ریخته می‌شوند و قالب گیری می‌شوند. گاهی ممکن است فرایند پلیمریزاسیون نیز همزمان درون قالب انجام شود و بعد از پلمریزاسیون ، پلیمر شکل قالب را به خود می‌گیرد.
مقایسه ترموستها ، الاستومرها و ترموسیتینگها از نظر ساختمانی
ترموستها و الاستومرها ، پلیمرهای یک‌بعدی هستند. بنابراین در حلالهای مرسوم شیمیایی که بسته به نوع ساختمان پلیمر تعیین می‌شود، حل می‌گردند. اما ترموسیتینگها ، جزو پلیمرهای سه بعدی یا مشبک می‌باشند و بنابراین در هیچ حلالی حل نمی‌شوند.
فرایند پلیمریزاسیون
دید کلی
اصولا هر کسی که سر رشته‌ای از شیمی دارد، فرق بین یک جسم ساده اورگانیک مانند بنزن و ... و یک جسم پلیمری را می‌داند. اولین و عمده‌ترین فرقی که بین این دو نوع ماده وجود دارد، جرم مولکولی آنهاست. پلیمرها جرم مولکولی بسیار بالا از 10000 تا چندین میلیون دارند. پس جرم مولکولی ، شاخص تمایز بین جسم ساده اورگانیک و اجسام پلیمری است.