سرآغاز و خاستگاه تاریخی پلیمرهای صنعتیReviewed by دیدبان on May 13Rating: 5.0سرآغاز و خاستگاه تاریخی پلیمرهای صنعتی درک این موضوع بسیار شگفت آور خواهد بود ، اگر بدانید که اندکی پیش از یک قرن پیش ، هیچ یک از انواع پلاستیکهایی که امروزه در سرتاسر دنیا به چشم می خوردند ، وجود نداشتند. تاریخچه و سرآغاز صنعت پلاستیک به قبل از سال ۱۸۶۸ بر می گردد، زمانی که جانوزلی هیآت (Joh Wesley Hyatt) ، پیروکسیلین(Proxylin) حاصلسرآغاز و خاستگاه تاریخی پلیمرهای صنعتی درک این موضوع بسیار شگفت آور خواهد بود ، اگر بدانید که اندکی پیش از یک قرن پیش ، هیچ یک از انواع پلاستیکهایی که امروزه در سرتاسر دنیا به چشم می خوردند ، وجود نداشتند. تاریخچه و سرآغاز صنعت پلاستیک به قبل از سال ۱۸۶۸ بر می گردد، زمانی که جانوزلی هیآت (Joh Wesley Hyatt) ، پیروکسیلین(Proxylin) حاصل

سرآغاز و خاستگاه تاریخی پلیمرهای صنعتی

درک این موضوع بسیار شگفت آور خواهد بود ، اگر بدانید که اندکی پیش از یک قرن پیش ، هیچ یک از انواع پلاستیکهایی که امروزه در سرتاسر دنیا به چشم می خوردند ، وجود نداشتند.

تاریخچه و سرآغاز صنعت پلاستیک به قبل از سال ۱۸۶۸ بر می گردد، زمانی که جانوزلی هیآت (Joh Wesley Hyatt) ، پیروکسیلین(Proxylin) حاصل از کتان و نیتریک اسید را با کافور(camphor)، مخلوط ساخت تا ماده ای کاملا متفاوت و محصولی تازه به نام سلولوئید را پدید آورد.

 

در حقیقت ، بسط و توسعه سلولوئید در پاسخ به رقابت ایجاد شده میان شرکتهای مختلف برای ساخت و تولید توپهای بیلیارد از آن استفاده می شد. با توجه به نیاز ایجاد شده برای یک ماده ی تازه و یک روش تولید برای چنین کاربردی ، سلولوئید توسعه یافت و بدین ترتیب صنعت پلاستیک زاده شد !

سلولوئید سریعا روانه ی بازارهای دیگر شد و کاربردهای تازه ای پیدا کرد که عبارت بودند از‌ : یقه های پیراهن مردانه یرآستینها و جلوی پیرانهای مردانه، عروسکهاشانه ها ، دگمه ها و پرده های پنجره ای که در خودروها ی اولیه به کار می رفتند.

ولیکن ، مهمترین کاربرد سلولوئید ، نخستین فیلم عکاسی بود که توسط Eastmen برای تولید فیلم تصاویر متحرک در سال ۱۸۸۲ مورد استفاده قرار گرفت. امروزه ، این ماده ، هنوز هم در صنعت تصاویر متحرک تحت نام شیمیایی سلولز نیترات به کار می رود.

صنعت پلاستیک با دومین جهش اصلی خود، چهل و یک سال بعد روبرو شد ، یعنی زمانی که دکتر لئوهندریک بالکلند نخستین فنل فرمالدئید (PF) ،مرسوم به “فنولیک” (phenolic) را در سال ۱۹۰۹ ، به دنیا معرفی کرد. این ماده ، نخستین ماده پلاستیکی بود که موفق به اخذ پذیرش از جامعه جهانی گردید و مقبول واقع شد. آن چیزی مهمتر بود ، آن بود که وی فنونی را برای کنترل و اصلاح واکنش PF بسط و توسعه داد. این تکنولوژی ، امکان تولید کالاهای مفید همانند پایه های ساعت با نمای مرمری شده یا دستگیره های اطو برقی را تحت حرارت و فشار از PF پدید آورد. فرآیند مایع کردن یا ذوب ماده تحت تأثیر حرارت و فشار به منظور تشکیل شکلهای گوناگون ، دقیقا همان فرآیندی است که تا به امروز ، هنوز هم در صنعت ، برای تولید مواد پلاستیکی ترموست (گرما سخت) که به آنها Duromer نیز گفته می شود ، مورد استفاده قرار می گیرند.

سومین جهش اصلی و تحول بزرگ در صنعت پلاستیک و توسعه پلاستیکها، با ورود سلولز استات (CA) (Cellulose Acetate) در دهه ی ۱۹۲۰ اتفاق افتاد. این پلیمر به لحاظ ساختاری به سلولز نیترات شبیه بود ولیکن فرآیند نمودن و استفاده از آن با ایمنی بیشتری انجام می شد. اوره- فرمالدئید را می توان همانند فنولیک ، فرآیند نمود ولیکن به صورت قطعات رنگی سبک که نسبت به رنگهای سیاه و قهوه ای فنولیک ، بسیار جذاب تر است.

پلی وینیل کلراید(PVC) برای کاربردهایی همانند کفپوش ، صنعت مبلمان و روکش مبل ، سیم و کابل ، عایق نمودن سیم و پوشش دادن آن ، تولید لوله و لوله سازی (Tubing) ، لوله های خرطومی و شیلنگ اتصالات (Fittings) به دومین پلاستیک با بالاترین سطح فروش تبدیل شد.

پلی آمید یا نایلون (نام تجاری که شرکت دوپونت به این نوع پلیمر داد) ، نخستین بار ، به عنوان یک ماده ی لیفی یا فیبری بسط و توسعه داده شد . نایلون (Nylon) نمایانگر یکی از مهمترین تحولات جدید در توسعه ی صنعت پلاستیک می باشد. کار توسعه ی تحقیقاتی آن توسط W.T. Carothers در اواخر دهه ۱۹۲۰ انجام شد که نهایتا، معرفی و ورود تکنولوژی ساخت نایلون را امکان پذیر نمود.

سرعت توسعه ی پلاستیکها در دو دهه ۱۹۳۰ و ۱۹۴۰ به طور قابل ملاحظه ای بیشتر شد. در هر دهه، پلاستیکهای تازه تر ، مهیج تر ، متنوع تر و چندکاره تری (پلاستیکهای چند منظوره) پدید آمد. در دهه ۱۹۳۰ ، رزینهای اکریلیک برای تابلوها (Signs) و کالاهای شفاف معرفی شدند .ورود پلی استارین به جرگه پلاستیکها، این پلیمر را به سومین بزرگترین پلاستیک به لحاظ فروش ارتقا داد که از آن در لوازم خانگی ، اسباب بازیها و صنعت بسته بندی استفاده شد.

رزینهای ملامین نیز برای استفاده در ظروف غذاخوری ، رنگها و کاغذهای مقاوم در برابر رطوبت به بازار معرفی گردید.بعدها ، ملامین به یک جزء اساسی و پراهمیت در توسعه طبقات تزئینی فراپیشخوانهای آشپزخانه ، رومیزیها و پوششها در آمد.

در خلال سالهای جنگ جهانی دوم مربوط به دهه ۱۹۴۰ ، تقاضا برای پلاستیکها رو به فزونی گذاشت به طوری که تحقیقات زیادی بر روی ساخت پلاستیکهای جدید انجام شد که نتیجه ی آن به صنعت دفاعی و صنایع نظامی کمک شایانی نمود. امروزه ، پلی اتیلن و فلوئوروپلیمرها که از جمله مهمترین نوع پلاستیکها به شمار می آیند، در زمان جنگ توسعه یافتند. انگیزه ی اصلی علت رشد و توسعه این مواد پلیمری، نیازی بود که برای یک ماده ی عایق عالی در زمان جنگ برای کاربردهایی نظیر کابلهای رادار پدید آمد. در دهه بعد، رزینهای پلی استر گرماسخت نیز وارد بازار شدند.تغییرات ریشه ای و بنیادی در صنعت ساخت قایق نیز در زمان جنگ پدید آمد و سبب گسترش این صنعت شد که کاربرد کاملا نظامی داشت.امروزه ، اکریلونیتریل – بوتا دی ان – استارین (ABS) به عنوان ماده ی پلاستیکی برای کاربردهایی همانند وسایل خانگی ، پوششهای پلاستیکی درون یخچال ، کلاهخودهای ایمنی ، لوله سازی چمدان به کار رفته اند.

کار تحقیقاتی اولیه بر روی ABS ، برنامه ی ضربتی و ناگهانی ای بود که برای توسعه لاستیک مصنوعی و سنتتیک در حین جنگ انجام شد.

تا شروع دهه ۱۹۵۰ ، پلاستیکها به عنوان مواد صنعتی پایه ، همچنان مسیر خودشان را در جهت پذیرفته شدن توسط طراحان و مهندسین پیموده و خیلی خوب، مورد توجه و قبول آنها قرار گرفتند.در این دهه ، همچنین پلی پروپیل معرفی و وارد بازار شد، که موجب اعطای جایزه نوبل به “کارل زینگلر” (Karl Ziegler) از کشور آلمان و جولیو ناتا (Giulio Natta) از ایتالیا گردید.این دو نفر به علت کار تحقیقاتی خاص خود بر روی ” نظم دادن و مرتب سازی و آرایش مولکولی پلاستیکها” برنده ی جایزه نوبل شدند. در ادامه ، توسعه دو پلیمر استال و پلی کربنات ، بیش از پیش این دهه را مشخص تر و نمایان نمود. این دو پلیمر در کنار نایلون ، هسته ى مرکزی زیرگروهی از خانواده ی پلاستیکها را مرسوم به ترموپلاستیکها یا گرمانرمهای مهندسی را تشکیل دادند. مقاومت در برابر ضربه یا استحکام ضربه ای برجسته و فوق العاده عالی آنها در کنار پایداری حرارتی و ابعادی خوبشان موجب شد تا رزینهای پلاستیکی مهندسی قادر به رقابت مستقیم با مواد فلزی باشند.

دهه های ۱۹۶۰ و۱۹۷۰ نیز سهم خاص خود را در توسعه ی محصولات پلیمری جدید داشتند. مهمترین پلیمرهای این دو دهه، پلی استرهای گرمانرم یا ترموپلاستیک بودند که در قطعات بیرونی خودرو، در قطعات زیر کاپوت و نیز اجزای الکتریکی و الکترونیکی مورد استفاده قرار گرفتند.

درون بطری های پلی استر با فیلمی از رزینهای با درصد نیتریل بالا که مقاومت بسیار عالی در برابر نفوذ گاز داشتند پوشش داده شدند که در بسته بندی بطریهای نوشابه جدید مورد استفاده قرار گرفتند. در طی این دوره زمانی ، زیر گروه دیگری از خانواده پلاستیکها موسوم به پلاستیکهای با کارایی بالا کاربردهای جدیدی پیدا کردند و روانه بازار شدند ، این گروه شامل پلیمرهایی همچون پلی ایمید، پلی آمید – ایمید ، پلی استر آروماتیک ، پلی فنیلن سولفاید و پلی اترسولفون می باشد. این مواد به لحاظ تاریی به انتظارات فنی که در طی تولیدشان مد نظر بود ، جواب مثبت دادند، مثلا در برطرف کردن نیازهای حرارتی در کاربردهای هوا فضا و صنایع تولید هواپیما و نیز پاسخگویی به تقاضاهای تکنیکی و کاربردهای ویژه ای که انتظار می رفت این مواد در آنجا مورد استفاده قرار گیرند، کاملا موفق عمل کردند و به واقع ، دورنمای استفاده از پلاستیکها را در آینده بیش از پیش تثبیت و تقویت نمودند.

 

ویژگی پلاستیک

 

ویژگیهای منحصر بفرد پلیمرها ، آنها را در رده پرمصرف ترین مواد در جهان قرار داده است. این ویژگیها عبارتند از :

۱- سبکی آنها نسبت به موادی چون فلزات که مصرف پلاستیکها را در شرایط و مکانهای مختلف امکانپذیر نموده است.

۲- عایق بودن پلاستیکها در برابر الکتریسته که موجب استفاده فراوان از این پلیمر در صنایع الکتریکی و الکترونیکی مانند روکش انواع سیمها، کابلها، وسایل و ابزار الکتریکی، ساخت انواع مختلف کلید، سرپیچ ، پریز و … شده است.

۳- به علت شفافیت برخی از پلاستیکها، می توان آنها را حتی جایگزین شیشه نمود.

۴- قابلیت رنگ پذیری، که به خاطر آن می توان از پلاستیکها درتولید قطعات استفاده کرد که نیاز به رنگ آمیزی نداشته باشد.

۵- به علت مقاومت بالای برخی از این نوع پلیمرها ، قابلیت استفاده از آنها در شرایط مختلف جوی وجود دارد.

۶- مقاومت بالا در برابر خوردگی مواد شیمیایی، ویژگی دیگری است که کاربرد آنها را در صنایع شیمیایی، غذایی و بهداشتی میسر نموده است.

۷- پلاستیکها در ساخت وسایل پزشکی و جراحی، دندانپزشکی، صنایع داروسازی و … میوانند استفاده شوند چرا که میکروبها، باکتریها، انگلها، قارچها و جلبکها، توانایی رشد روی پلاستیکها را ندارند.

۸- عایق بودن در برابر حرارت کاربرد این نوع پلیمر را افزایش داده، چرا که از آن در ساخت اشیایی که در مجاورت حرارت قرارگرفته، اما خود نباید گرم شوند مانند فرمان اتومبیل، دسته ظروف، میز، صندلی و … میوان استفاده کرد.

۹- و سرانجام ارزانی، سرعت بالای ساخت و قیمت پایین مواد اولیه است که باعث استفاده گسترده از پلاستیکها میشود.

 

پلاستیکهای سلولزی

 

سلولز فراوانترین جزء تشکیل دهنده سبزیجات یا گیاهان است. میزان سلولز از یک گیاه به گیاه دیگر متفاوت است. میزان آن در کتان بیشتر از ۹۰ % و در چوب معمولی ۵۰ % است. متداول ترین منابع سلولز برای کارهای شیمیایی و تغییر شکل دادن ، کرک پنبه و مغز چوب اند.

از تعداد بسیار زیاد مشتقات سلولز که تهیه شده اند فقط استرها و اترها معمولا مهم ترند.

استرهای سلولز ، کاربرد گسترده ای همچون پلاستیکهای قالب پذیری ، فیبرهای مصنوعی ، فیلمها ، ورقه ها و همچنین پوششها و لایه ها پیدا کرده اند. از جمله مهم ترین استرهای سلولز ، نیترات سلولز ، استات سلولز ، سلولز استات – بوتیرات و پروپیونات سلولزند.

 

سلولز استر

 

بیش از هزار سال پیش ، نخستین تلاش موفقیت آمیز بشر در اصلاح یک پلیمر طبیعی به منظور بهبود فرآیندهای آن منجر به شناسایی و ساخت سلولز استر گردید. سلولوئید و پیروکسیلین دو شکل از این رزین بودند که تاکنون ، در بساری از قطعات قالبگیری شده و کالاهای پوشش داده شده به کار رفتهاند.سلولز استر همچنین به Gun cotton ، مشهور است. امروزه ، از آن به ندرت در کاربردهای پلاستیکی استفاده می شود که این امر به علت اشتعال پذیری بالای آن می باشد. تقریبا ، در بسیاری از کاربردهای ترموپلاستیکی ، این ماده به طور کامل با مواد دیگری از خانواده ترکیبات ترموپلاستیکی سلولز ، همچون سلولز استات ، سلولز بوتیرات و سلولز پروپیونات جایگزین شده است.

 

مزایای سلولز استر :

 

· خواص الکتریکی خوب

· استحکام ضربه ای خوب

· فرآیندپذیری خوب

· پرداخت سطحی عالی

· پایه غیر پتروشیمیایی ( غیر نفتی )

· قیمت متوسط رزین

 

معایب و محدودیتهای سلولز استر:

 

· مقاومت شیمیایی ضعیف در برابر حلالها، مواد قلیایی و قارچ

· نفوذپذیری و جذب رطوبت بالا

· قابلیت هوازدگی پذیری ضعیف در درازمدت( مقاومت پایین در برابر شرایط نامساعد محیطی درطولانی مدت )

· اشتعال پذیری ضعیف

 

 

کاربردهای نوعی سلولز استر :

 

· قطعات تلفن ، فریمهای عینک ، قابهای نوار صوتی ، دستگیره های ابزار

· طرحها یا ماکتهای ساختاری خودرو

· غشاها و فیلترها

· بایندر یا چسباننده سایر اجزا در پوششهای تزیینی و محافظتی برای چوب ، فلز ، لباس ، کاغذ ، پلاستیک و چرم

· پروفیلهای اکسترون.

 

فنل فرمالدئید ( فنولیک )

 

فنولیکها در سال ۱۹۷۰ کشف شدند ، یکی از قدیمیترین انواع ” آمیزه های گرماسخت” می باشند که امروزه ، به عنوان زیر بنای صنعت پلاستیک ، مورد توجه فراوان قرار گرفته اند.

فنولیکها برای ساخت قطعات قالبگیری شده دقیق با نوسانات ابعادی پایین مورد استفاده قرار می گیرند که قرار است در محیط های مخرب کار کنند.

 

 

مزایای فنولیکها :

 

· پایداری ابعادی : فنولیکها پایداری ابعادی خود را برای دوره زمانی نامحدودی تحت شرایط اتمسفری نرمال حفظ می کنند.

· مقاومت خزشی : فنولیکها ، درجه ی بالایی از مقاومت را در برابر تغییر شکل در زیر بار ، به ویژه در دماهای بالاتر از خود نشان میدهند.

· درجه سختی : ماهیت شبکه سه بعدی متشکل از اتصالات عرضی فنولیکها ، آنها را به یکی از سختترین پلاستیکهای قابل دسترس تبذیل نموده است.

· خواص عایق الکتریکی عالی

· مقاومت عالی در مقابل حلال و سیالات خودرو

· قیمت نسبتا پایین

 

معایب و محدودیت های فنولیک :

 

· مقاومت شیمیایی ضعیف در برابر معرفهای قلیایی

· مقاومت ضعیف در برابر بازها و اکسید کننده ها

· در حین پخت ، مواد فرار آزاد می شوند و محدود به رنگهای تیره به علت رنگ پریدگی حاصل از اکسیداسیون

 

کاربردهای نوعی فنولیک ها :

 

· کاربردهای صنعتی : تخته های چندلایی و تخته های ساخته شده از خرده چوب و خاک اره ، لنت ترمز و کلاچ ، فایبرگلاس ، سلولز ، عایق سازی با فوم ، چرخهای آسیاب و ساینده های پوشش داده شده ، چسبها و سریشها پوششها و لعابها یا جلاها.

· کاربردهای الکتریکی : وسایل سیم کشی ، کلیدهای قدرت ، قطع کننده ی جریان مدار ، نگهدارنده های زغال موتور

· لوازم خانگی : دگمه ها ، دستگیره ها و اجزای گرم شونده برای نان برشته کنها یا توسترها ، جوجه کباب کنها و اتو بخارها ، بدنه های تایمر

· کاربردهای خودرویی : پیستئنهای کالیبری ترمز دیسکی ، قطعات برقی کمک ترمز ، بدنه های پمپ آب ، زیر سیگاری ها

· کاربردهای با اهداف ویژه : ساخت بدنه های پمپ ، تبخیرکننده ها ، اطو بخارها

 

پلی وینیل کلراید

 

پلی وینیل کلراید در اوایل دهه ۱۹۳۰ معرفی شد که به واسطه قیمت رقابتی آن، خواص فیزیکی ، مکانیکی و شیمیایی آن ، توانایی فرآیندپذیری گسترده و قابل بازیافت بودن ، به یک ماده بسیار متداول در تولید مصالح ساختمانی و صنعت ساختمان مبدل شد.

دو گروه اصلی از رزینهای پلی وینیل کلراید در دسترس می باشند: ۱-رزینهای سوسپانسیونی هموپلیمری ۲-رزینهای پراکشی رزینهای سوسپانسیونی بیش از ۹۰ % کل بازار پلی وینیل کلراید را به خود اختصاص می دهند.

مزایای وینیل کلراید

· به کمک تمام روشهای ویژه ی بسپارهای گرمانرم ، آنها را می توان فرآیند نمود.

· دامنه ی گسترده ای از انعطاف پذیری ، دارند که این خاصیت به موجب افزودن مقادیر متغیری از نرم کننده امکان پذیر می شود.

· نسبتا ارزان هستند.

· غیرقابل اشتغال می باشند.

· مقاومت خوبی در برابر هوازدگی و شرایط نامساعد آب و هوایی از خود نشان می دهند.

· پایداری ابعادی مطلوبی دارند.

· مقاومت عالی در برابر آب و محلولهای آبی از خود نشان می دهند.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *