مقاله کامل پلاستیک ها

مقدمه
پلاستيك ها گروهي از مواد غذايي هستند كه به گروه بزرگتري موسوم به بسپارها تعلق دارند. بسپار مولكول غول آسايي است كه از هزاران مولكول كوچكتر تشكيل شده است، اين مولكول هاي كوچك اين خاصيت منحصر به فرد را دارند كه مي توانند با هم تركيب شده مولكول هاي بزرگ به وجود آورند. مولكول هاي داراي اين خاصيت تكپار و فرآيند تركيب آنها براي ايجاد مولكول هاي غول آسا بسپارش نام دارد. اين لغت از دو بخش «پار» به معني تكه، و «بس» به معني بسيار گرفته شده است. بنابراين، تكپار به معني يك تكه و بسپار به معني تعداد بسياري تكه مي باشد. بعضي بسپارها از دهها هزار تكپار تشكيل شده اند، اين تعداد به نوع بسپار و آنچه توليد كننده مي خواهد بستگي دارد. قبل از بررسي پلاستيك ها بايد اين مولكول هاي بزرگ موسوم به بسپار را بررسي كنيم.
بسپارها در واقع دو دسته اند، بسپارهاي طبيعي و بسپارهاي مصنوعي. اگر تمام توان كارخانه هاي سازنده بسپارهاي دنيا «كه كم نيستند و مقادير زيادي بسپار توليد مي كنند» را روي هم بگذاريم توليدشان در مقابل بسپارهايي كه مادر طبيعت مي سازد ناچيز است. اين بسپارهاي طبيعي عبارتند از سلولز «بخش اصلي چوب، گياهان و پنبه كه تقريباً سلولز شكل خالص است» چرم، پشم، ابريشم و پوست. سلولز چوب تقريباً ماده اصلي كاغذ و محصولات كاغذي مثل مقواست. مي بيند كه بسپارها و فرآورده هاي آنها چقدر در ساختن بناها، لباس و ديگر مايحتاج جامعه به كار مي روند.
انواع بسپارهاي مصنوعي
بسپارهاي مصنوعي را نيز مي توان به دو بخش تقسيم كرد: لاستيك ها و پلاستيك ها. گرچه خيلي ها ادعا مي كنند كه لاستيك در واقع يك پلاستيك گرماسخت (Thermoset) است كه بعداً تعريف خواهد شد، ولي جامعه قبول دارد كه لاستيك و پلاستيك دو مادة متفاوت هستند. البته مي دانيد كه پلاستيك هايي هستند كه خاصيت كشساني دارند «يعني مي توان بخشي از آنها را كشيد و رها كرد تا به اندازه اول برگرداند و به لاستيك شباهت دارند.
بسپارش
فرآيند بسپارش فرآيند بسيار ويژه اي است كه در آن تنها چند تركيب موسوم به تكپار شركت دارند. اين فرآيند شيميايي ويژه، اين تكپارها را به هم پيوند داده مولكول جديدي به وجود مي آورد كه در آن تكپار تكرار شده است. بياييد با بررسي متداول ترين تكپار، اتيلن، چگونگي واكنش آن را بررسي كنيم. فرمول مولكولي اتيلن C2H4 است و فرمول ساختماني زير را دارد.
آنچه اتيلن و ديگر تكپارها را از بقيه تركيب ها متمايز مي كند اين است كه تحت شرايط خاصي از دما، فشار و افزودن مواد شيميايي خاصي براي شروع و كنترل آهنگ فرآيند براي آنها اتفاق خاصي رخ مي دهد. با بسپارش اين تكپار پيوند دوگانة مشخصه آلكن دستخوش تغيير بزرگي مي شود. به جاي اين كه هر دو پيوند بشكند، چيزي كه در احتراق رخ مي دهد، «تكپارها در شرايط معمولي مي سوزند» تنها يك پيوند شكسته و دو الكترون پيوند شكسته شده به لايه آخر اتم هاي كربن رفته، هر اتم كربن يك الكترون زوج نشده پيدا مي كند. براي تمام مولكول هاي شركت كننده در واكنش همين اتفاق رخ مي افتد. مي دانيم كه مولكولي با الكترون هاي زوج نشده بسيار ناپايدار است، بنابراين مي توان اين مولكول ها را رايكال
هاي آزاد به حساب آورد. چون تمام اين مولكول ها آمادة واكنش اند و تنها چيزي كه مي توانند با آن واكنش كنند راديكال هاي آزاد مشابه خودشان است، با مولكول هاي مشابه تركيب مي شوند. در فرآيند بسپارش اين واكنش به دقت كنترل مي شود، به نحوي كه تمام تكپارها با هم به راديكال آزاد تبديل نشوند بلكه اين عمل با آهنگ كنترل شده اي انجام شود. اگر اين فرآيند كنترل نشده انجام شود، حاصل، انفجار مخربي موسوم به «فرار بسپارش» خواهد بود.
در فرآيند كنترل شده، بسپارش با آهنگ تعيين شده توسط مهندس شيمي پيش مي رود، تا بسپاري با خواص مطلوب به دست آيد.
با شكست پيوند دوگانه، دو الكترون زوج نشده در دو طرف اتم هاي كربن قرار مي گيرد و شكل ساختماني زير به وجود مي آيد.
براي اين كه در حمل و نقل تكپارها انفجار فرار بسپارش رخ ندهد، با تكپارها ماده اي موسوم به بازدارنده مخلوط مي شود كه از شروع بسپارش جلوگيري مي كند. اگر بازدارنده به تكپار افزوده نشود يا پس از افزودن در طي يك وضعيت اضطراري تبخير شود، احتمال بسپارش آني تمام تكپارهاي موجود در تانك وجود دارد و وضعيت بسيار خطرناكي پيش مي آيد. تكپارها با هم واكنش انجام داده انرژي حرارتي آزاد مي كنند، اين حرارت سرعت واكنش را زياد مي كند و واكنش به سرعت از كنترل خارج شده انفجاري شبيه BLEVE پيش مي آيد. بسياري از تكپارها گازهايي هستند كه به سادگي مايع مي شوند، بنابراين به هر حال در معرض BLEVE هستند. به هر حال
انفجار حاصل، هر اسمي كه برايش بگذاريد، تمام افراد واقع در منطقه خطر را مي كشد و خطرات مالي فراواني به بار مي آورد.
دسته بندي پلاستيك ها
پلاستيك ها به دو گروه بزرگ تقسيم مي شوند: ترموپلاستيك ها يا پلاستيك هاي گرمانرم و ترموست ها يا پلاستيك هاي گرماسخت. ترموپلاستيك ها طبق تعريف پلاستيك هايي هستند كه با اعمال حرارت و فشار ساخته مي شوند و پس از ساخته شدن مي توان با استفاده از حرارت و فشار آنها را تغيير داد. يعني اگر سازنده اي كه با اعمال حرارت و فشار پودر، يا رزين هاي پلاستيك را به شكل خاصي درآورده (به كمك دستگاه هايي به نام اكسترودر يا ريخته گري تزريقي يا دستگاه هاي ديگر) اگر از ساخته خود راضي نباشد مي توان آن را آسياب كرده و با اعمال فرآيندي مشابه آن را به شكلي جديد درآورد. بسته به نوع ترموپلاستيك مي توان اين كار را دو يا سه يا چند بار تكرار كرد.
ولي ترموست را فقط يك بار مي توان با اعمال حرارت و فشار شكل داد. اگر به اين محصول دوباره حرارت اعمال شود تجزيه مي شود و حتي ممكن است بسوزد. ترموپلاستيك يا ترموست بودن يك پلاستيك به خواص شيميايي تكپار و فرآيند بسپارش هستند كه هر دو نوع را دارند مثل پلي استر كه هم پلي استر ترموپلاستيك وجود دارد و هم پلي استر ترموست. پلي اتيلن ها، پلي پروپيلن ها، پلي استايرن ها، پلي وينيل كلريدها، پلي اورتان ها، پلي استرها، اكريليك ها، پلي آميدها، سلولزي ها و فلوئور و پلي مرها از ترموپلاستيك ها هستند «پلي اورتان ترموست هم وجود دارد.» آلكيدها، فنوليك ها، اپوكسي ها، و پلاستيك هاي اوره- فرمالدئيد از پلاستيك هاي ترموست هستند.
ترموپلاستيك ها
فعلاً ترموپلاستيك ها بزرگترين گروه پلاستيك ها هستند. تمام پلاستيك هاي متداول كه با نامشان آشناييد و پلاستيك هاي مهندسي همه از اين دسته اند. پلاستيك هاي مهندسي آنهايي هستند كه براي كاري غير از بسته بندي يا تزئيني تهيه شده
اند و مي توانند فشار را تحمل كنند، بعضي از اين پلاستيك ها در ساختن چرخ، چرخ دنده و ديگر بخش هاي كاري دستگاه ها به كار مي روند.
براي شناخت ترموپلاستيك ها بايد از خواص شيميايي آنها اطلاع داشته باشيد. البته لازم نيست كه يك شيميدان بسپارها يا مهندس پلاستيك شويد، ولي دانستن اين كه بسپارها از چه ساخته شده اند كمك بزرگي است. ماده اوليه اساسي ترموپلاستيك ها تكپارها هستند، مولكول هاي كوچكي كه با خود واكنش كرده، به هم متصل شده و زنجيرهاي طولاني به وجود مي آورند. تكپارها بسيار فعال و گاهي اوقات بسيار ناپايدارند، مواد خطرناكي كه بايد با دقت با آنها رفتار كرد. تحت شرايط مناسب دما و فشار و در حضور فعال كننده، ماده اي كه براي غلبه بر بازدارنده اضافه شده به تكپار «براي جلوگيري از بسپارش ناخواسته و زود هنگام» به كار مي رود، و در بعضي موارد يك كاتاليزور مولكول هاي تكپار به هم زنجير شده و يك مولكول بزرگ زنجير به وجود مي آورند. كاتاليزور ماده است كه براي سرعت دادن به يك وانكش به كار مي رود ولي خود در واكنش شركت ندارد. مهندس شيمي مي داند كه با تغيير درجه حرارت و فشار و زماني كه مواد در راكتور قرار دارند مي تواند تغييراتي در بسپار ايجاد شده به وجود آورد. مثلاً يك كارخانه مي تواند با تغيير اندكي در وسائل و فرآيند خود پلي اتيلن كم چگال خطي (LLDPE)، پلي اتيلن كم چگال (LDPE) پلي ايتلن با چگالي بالا (HDPE)، پلي اتيلن با چگالي بالا و مولكول سنگين (HMWHDPE) و پلي اتيلن با موكول هاي فوق سنگين (VHMWPE) به وجود آورد. تمام اين بسپارها از يك تكپار اتيلن (اتن)، به وجود مي آيند ولي پلاستيك هاي با خواص بسيار متفاوت هستند. انواع پلي اتيلن (PE) را مي توان براي مقاصد بسيار متنوعي به كار برد، يعني هر يك خواسته هاي متفاوتي را برآورده مي كنند.
تمام پلي اتيلن هاي برشمرده در بالا از يك تكپار، اتيلن، ساخته مي شوند، با شروع از اتيلن تنها فقط مي توان از پلي اتيلن ساخت. پس هر ترموپلاستيك، تكپار مخصوص به خود دارد. تكپار پلي پروپيلن، پروپيلن «پروپن»، و تكپار پلي استايرن، استايرن است. براي ساختن پلي وينيل كلريد بايد از تكپار وينيل كلريد (VCM) استفاده كرد؛ براي ساختن پلاستيك هاي ABS سه تكپار اكريلونيتريل، بوتادي ان و استايرن لازم است. بعضي ديگر از پلاستيك ها نيز به بيش از يك تكپار احتياج دارند، و آنها ممكن است طبق تعريف ما تكپار به حساب نيايند. براي مثال در ساختن بعضي ترموپلاستيك هاي پلي اورتان براي تشكيل بسپار، ايزوسيانات و پلي ان «نوعي الكل» لازم است؛ بعضي پلي استرهاي ترموپلاستيك ممكن است براي تشكيل پلي اتيلن ترفتالات (PET)، پلي اتيلن گليكول و اسيد ترفالات بخواهند. بسپار به هر صورت و با هر تكپاري ساخته شده باشد، در صورتي كه قابليت بازسازي با اعمال گرما و فشار مجدد داشته باشد، ترموپلاستيك خوانده مي شود.
ترموپلاستيك هاي خاص
1- اكريلونيتريل- بوتادي ان- استايرن (ABS)
اين يك، سه بسپار (بسپار متشكل از بسپارش سه تكپار متفاوت) ترموپلاستيك است كه بسته به نوع محصول نهايي خواسته شده نسبت تكپارهايش را تغيير مي دهند. اين پلاستيك بسيار سختي است كه در كارهاي خشن كاربرد دارد. ABS در ساخت بخش هاي سازه اي مانند قايق هاي كوچك، تلفن، يخچال و ديگر وسائل خانگي، كالاهاي بهداشتي، لوله، ابزارهاي قدرتي و بخش هاي هواپيما به كار مي رود. اگر خواصي لازم باشد كه نتوان با تغيير نسبت سه تكپار به آنها دست يافت، مواد ديگري به ترموپلاستيك افزوده مي شود. در اين صورت مادة ترموپلاستيكي حاصل يك ماده مركب خوانده مي شود. اين مطلب نه تنها براي ABS كه براي تمام ترموپلاستيك ها صادق است.

فایل : 28 صفحه

فرمت : Word