تاریخچه پیدایش پلاستیک

هر ماده ای که به دست بشر ساخته شده است یک اولین باری دارد، همان اولین گروه یا فردی که بر اساس یک سوال یا یک نیاز با انجام آزمایشات و تحقیق فراوان در نهایت به فرمول تولید محصول می رسند. ما در این مقاله سعی کرده ایم که به تاریخچه پیدایش پلاستیک بپردازیم. تا پایان همراه ما باشید قطعا مطالب خواندنی و مهمی در انتظار شما هستند.

پلاستیک چیست؟

پلاستیک باید بگوییم پلاستیک‌ها موادی مصنوعی و نیمه مصنوعی هستند که در فرایند شیمیایی از پلیمرها به دست می‌آیند. پلاستیک ماده‌ای است که با اهداف مختلفی تولید می‌شود. جنس این ماده می‌تواند نرم یا سخت باشد، شفاف یا مات باشد و غیره. با این توصیف در حال حاضر بیش از ۱۰۰۰ نوع پلاستیک مختلف وجود دارد که در مواد خام اولیه آن از نفت و گاز استفاده می‌شود.

معنای کلمه پلاستیک چیست؟

پلاستیک کلمه ای است که در اصل به معنای قابل انعطاف و به راحتی قابل شکل گیری است. اما  اخیراً نامی برای دسته‌ای از مواد به نام پلیمرها شده است.

پلیمر چیست؟

پلیمر ها از زنجیره های بلند مولکول ساخته شده اند. پلیمرها در طبیعت فراوان هستند. سلولز، ماده ای که دیواره های سلولی گیاهان را می سازد، یک پلیمر طبیعی بسیار رایج است.

اولین پلاستیک چگونه ساخته شد؟

اولین پلیمر مصنوعی در سال 1869 توسط جان وسلی هایت اختراع شد که از پیشنهاد 10000 دلاری یک شرکت نیویورکی برای هر کسی که می توانست جایگزینی برای عاج تهیه کند الهام گرفته شد. هایت با سلولز مشتق شده از الیاف پنبه با کافور، پلاستیکی را کشف کرد که می‌توان آن را به اشکال مختلف ساخت و به تقلید از مواد طبیعی  موادی مانند لاک‌ لاکپشت، شاخ، کتان و عاج ساخت.

این کشف انقلابی بود. برای اولین بار ساخته انسان توسط محدودیت های طبیعت محدود نشد. طبیعت فقط چوب، فلز، سنگ، استخوان، عاج و شاخ را تامین کرده است. اما اکنون انسان ها می توانند مواد جدیدی بسازند. این توسعه نه تنها به مردم بلکه به محیط زیست نیز کمک کرد. در تبلیغات از سلولوئید به عنوان ناجی فیل و لاکپشت عنوان می شد. پلاستیک ها می توانند از دنیای طبیعی در برابر نیازهای مخرب انسان محافظت کنند. ایجاد مواد جدید همچنین به رهایی مردم از محدودیت های اجتماعی و اقتصادی ناشی از کمبود منابع طبیعی کمک کرد. سلولوئید ارزان بود و ثروت را گسترده تر و قابل دستیابی تر کرد. انقلاب پلاستیک تازه شروع شد.

اولین پلاستیک باکالیت چیست؟

در سال 1907 لئو باکلند اولین پلاستیک کاملاً مصنوعی، به این معنی که هیچ مولکولی در طبیعت وجود نداشت را به نام باکالیت اختراع کرد. باکلند به دنبال جایگزینی مصنوعی برای شلاک، یک عایق الکتریکی طبیعی بود تا نیازهای ایالات متحده را که به سرعت در حال رشد بود، برآورده کند. باکالیت یک عایق خوب بود. همچنین بادوام، مقاوم در برابر حرارت بود و برخلاف سلولوئید، برای تولید انبوه مکانیکی ایده آل بود. باکالیت که به عنوان ماده هزار کاربرد به بازار عرضه می‌شود، می‌تواند تقریباً به هر چیزی شکل داده یا قالب‌گیری شود و امکانات بی‌پایانی را فراهم کند.

موفقیت هایت و باکلند باعث شد شرکت های بزرگ شیمیایی روی تحقیق و توسعه پلیمرهای جدید سرمایه گذاری کنند و پلاستیک های جدید به زودی به سلولوئید و باکالیت پیوستند. در حالی که هایت و باکلند در جستجوی موادی با ویژگی‌های خاص بودند، در برنامه‌های تحقیقاتی جدید به دنبال پلاستیک های جدید بودند.

چه عاملی باعث گسترش صنعت پلاستیک شد؟

جنگ جهانی دوم نیاز به گسترش عظیم صنعت پلاستیک در ایالات متحده داشت، زیرا قدرت صنعتی برای پیروزی به اندازه موفقیت نظامی مهم بود. نیاز به حفظ منابع طبیعی کمیاب، تولید جایگزین های مصنوعی را در اولویت قرار داد. پلاستیک ها این جایگزین ها را فراهم کردند. نایلون که توسط والاس کاروترز در سال 1935 به عنوان ابریشم مصنوعی اختراع شد، در طول جنگ برای چتر نجات، طناب، زره بدن، آستر کلاه ایمنی و غیره استفاده شد. پلکسی گلاس جایگزینی برای شیشه برای پنجره های هواپیما بود. مقاله‌ای در مجله تایم اشاره کرد که به دلیل جنگ، پلاستیک ها به استفاده های جدیدی دارند و سازگاری پلاستیک‌ها دوباره نشان داده شده است.

افزایش تولید پلاستیک پس از پایان جنگ ادامه یافت. پس از تجربه رکود بزرگ و سپس جنگ جهانی دوم، آمریکایی ها آماده بودند تا دوباره خرج کنند و بسیاری از چیزهایی که خریداری می کردند از پلاستیک ساخته شده بود. به گفته برخی از محصول به محصول، بازار به بازار، پلاستیک مواد سنتی را به چالش کشید و برنده شد و جای فولاد را در خودروها، کاغذ و شیشه در بسته بندی و چوب را در مبلمان گرفت.

چند نوع پلاستیک تولید می شود؟

پلاستیک ها از موادی که در طبیعت پیدا می شوند، ساخته می شود. این مواد می تواند گاز های طبیعی، ذغال سنگ، مواد معدنی و گیاهی، نفت و غیره باشد. حال ما در ادامه برای شما انواع پلاستیک را معرفی می کنیم تا شما بهتر با تاریخچه تولید پلاستیک آشنا شوید.

• پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE)
• پلی اتیلن فشرده (HDPE)
• پلی اتیلن ترفتالات یا پلی استر(PETE,PET)
• پلی وینیل کلراید(PVC)
• پلی استیرن (PS)
• پلی پروپیلن(PP)

داستان جالب اولین کاشف پلاستیک

اولین پلاستیک مصنوعی در سال 1862 توسط یک شیمیدان انگلیسی به نام الکساندر پارکز کشف شد. پارکز در حال تلاش برای ایجاد یک نوع جدید از لاک برای استفاده در مبلمان بود که با ترکیب نیتروسلولز و اتر به یک ماده شبیه پلاستیک رسید.

این ماده جدید که پارکلین نامیده شد، بسیار شفاف و محکم بود و می توانست برای اهداف مختلفی استفاده شود. در ابتدا از پارکلین برای ساخت لاک استفاده می شد، اما به زودی کاربردهای دیگری نیز برای آن پیدا شد. از پارکلین برای ساخت عینک، دندان مصنوعی، صفحه کلید و حتی لباس استفاده می شد.

در سال 1869 یک شیمیدان آمریکایی به نام ایلی هویت یک نوع پلاستیک جدید به نام سلولویید را اختراع کرد. سلولویید از نیترات سلولز ساخته می شد و نسبت به پارکلین ارزان تر و انعطاف پذیرتر بود. سلولویید به سرعت محبوب شد و برای ساخت اسباب بازی، لوازم آرایشی و فیلم استفاده شد.

در سال 1907 یک شیمیدان بلژیکی به نام لئون بلک یک نوع پلاستیک جدید به نام پلی وینیل کلراید PVC را اختراع کرد. PVC یک ماده بسیار مقاوم و انعطاف پذیر است که می تواند برای ساخت لوله، پنجره، کابل و سایر محصولات استفاده شود.

در سال 1920 یک شیمیدان آمریکایی به نام «چارلز کندلر» یک نوع پلاستیک جدید به نام پلی اتیلن را اختراع کرد. PE یک ماده بسیار سبک و بادوام است که می تواند برای ساخت کیسه، بطری، و سایر محصولات استفاده شود.

معضلات گسترش و کشف پلاستیک بعد از جنگ جهانی

در سال‌های بعد از جنگ به دلیل بروز مشکلات متعدد استفاده از پلاستیک، تغییرات بسیاری در نگرش آمریکایی نسبت به این ماده به وجود آمد. در دهه 1960، برای اولین بار زباله‌های پلاستیکی در اقیانوس‌های مختلف کره زمین مشاهده شد.

در سال 1969 یکی از نفت‌کش‌های بسیار بزرگ در سواحل کالیفرنیا، دچار نشتی شد و رودخانه کویاهوگا بعد از آلوده شدن، آتش گرفت. این مسئله علاوه بر ایجاد آلودگی در سطح دریاها، آلودگی گسترده‌ای نیز در هوا به وجود آورد. بعد از گذشت سال‌‌ها، به دلیل استفاده مکرر از پلاستیک، این واژه به محصولاتی نسبت داده می‌شد که کیفیت پایین دارند.

با افزایش نگرانی‌های درباره آلودگی‌های زیست‌محیطی ناشی از پلاستیک در دهه 1970 و 1980 نام ماده پلاستیک بر سر زبان‌ها به عنوان ماده‌ای مضر، جاری شد. با اینکه بسیاری از محصولات تولید شده با این ماده، یک‌بارمصرف هستند، اما تقریبا برای همیشه، در محیط‌زیست باقی می‌مانند. به همین دلیل، مجموعه‌های تولید‌کننده پلاستیک، بازیافت کردن آن را به عنوان یک راه حل، پیشنهاد دادند. به همین دلیل در دهه 1980، این مجموعه‌ها مردم را برای جمع‌آوری زباله‌های پلاستیکی تشویق کردند.

برخی از کاربردهای پلاستیک در صنایع

1- کاربرد پيزوالکتريک و پيروالکتريک و ينليدن فلوئوريد در ساخت انواع بلند گو و آشکارسازي

2- مصارف وسيع پلاستيک ها در ساختمان سازي مثل لوله آب فاضلاب لايه هاي ضد رطوبت، کفپوش ها، عايق کاري، تزئين ديوار و ....

3- کاربرد پلاستيک در بسته بندي انواع بطري، ظروف حمام، انواع گالن پلاستیکی، انواع ظروف پلاستیکی آشپزخانه، انواع بشکه های پلاستیکی، انواع تانکرهای پلاستیکی و....

4- کاربرد عمده پلاستیک در صنعت خودروسازی:

• باطري
• سيم هاي نرم دو شاخه
• سوئيچ برق
• کلاهک هاي تقسيم
• لوازم چراغ
• روکش صندلي
• تودوزي و تزئين بدنه
• پروانه رادياتور
• لوله آب
• لوله بنزين
• مخازن آب سرد کن
• کمربند ايمني
• سپر اتومبيل
• شبکه رادياتور

مطالعه کنید: صفر تا صد پلی اتیلن و انواع آن

5- مبلمان و لوازم خانگي و اداري

6- وسايل حمل و نقل ترابري آبي و هوايي مثل قايق ها و هواپيما ها

7- تجهيزات صنعتي مثل لوله هاي صنعتي، پمپ ها، شير ها، شيشه اتاق هاي کنترل که از موادي همچون PTFE –PVC استفاده مي شود.

8- صنايع عکاسي

9- تجهيزات پزشکي مثل سرنگ تزريق و ....

10-استفاده از فيلم پلاستيک جهت کاغذ چاپ

11- صنايع توليد کفش

12- لباس هاي زمستاني

چه عواملی تا این حد پلاستیک را پرمصرف کرده است؟

• ارزاني
• سبک بودن
• شفاف بودن
• رنگ پذبري
• کاربرد متنوع
• عايق حرارت بودن
• عايق الکتريسته بودن
• بهداشتي بودن
• سهولت شناخت
• سازگاري با شرایط مختلف
• مقاوم در برابر شرايط جوي
• مقاوم در برابر حلال هاي شيميايي

چه عواملی در انتخاب پلاستیک برای تولیدکنندگان اهمیت دارد؟

• ويسکوزيته مذاب

که اين خاصيت نحوه فرايند پليمر را مشخص مي کند. TFF ويسکوزيته مذاب بسيار بالايي دارد و نايلون ويسکوزيته مذاب پاييني دارد.

• دماي قالب گيري

که عبارت است از حداقل دماي فرايند براي ويسکوزيته مذاب در اين زمينه پلاستيک هاي مهندسي دماي بالايي نياز دارند و در عين حال پليمر PE دماي کمي نياز دارد تا به سطح مطلوب قالب گيري برسد.

• سختي و انعطاف پذيري

PVC نرم نشده و پلي استرهاي گرما سخت بسيار سخت و چقرمه هستند. و پلاستيک هاي EVA و LDPE نرم شده بسيار انعطاف پذيرند.

• استحکام

 پلاستيک هاي مهندسي استحکام بالايي نياز دارند در حالي که پليمرهاي اولفيني ( PE و PP ) استحکام زيادي لازم ندارند.

مطالعه کنید: بهترین چمدان برای سفر کدام است؟

• سختي

 گرما نرم هاي غالبا داراي سطح بسيار سختي هستند.

• مقاومت خراشيدگي

گرما سخت هاي پلي استر و UF مقاومت خراشيدگي خوبي دارند و پلي استايرن ها عليرغم سختي بالا مقاومت خراشيدگي ضعيفي دارند.

• براق بودن

استات سلولزها-پلي سولفون ها براق و سطحي شفاف دارند.

• شفافيت

شفافيت پلاستيک با درصد انعکاس نور مشخص مي شود تعداد کمي از پلاستيک ها شفافيت خوبي دارند مثل MMA-PS و پلي کربنات ها.

• مقاوم در برابر زرد شدن

 پلي استايرن ها وقتي درمقابل نور قرار ميگيرند زرد مي شوند ولي پلي متيل متاکريلات ها در مقابل نور زرد شدن مقاوم هستند.

• استحکام ضربه اي

 پلي استايرن ها استحکام ضعيفي دارند و در عين حال پلاستيکي مثل ABS استحکام ضربه اي خوبي دارد با وجود اينکه سختي زيادي دارد.

نقش پلاستیک در صنعت آبکاری چیست؟

با توجه به اينکه پلاستيک ماده اي است که ماهيتا نارسانا مي باشد. با روش آبکاري يک لايه رسانا(فلزي) روي جسم پلاستيکي رسوب داده مي شود.

امروزه استفاده از قطعات پلاستيکي آبکاري شده در صنايع مختلف گسترش چشمگيري يافته است از جمله صنايعي که اين قطعات در آنها به وفور يافت مي شود مي توان به صنايع اتوموبيل سازي، صنايع الکترونيک، صنايع توليد لوازم خانگي و توليد وسايل شخصي اشاره کرد.

به دلائل زير استفاده از پلاستيک و ابکاري آن براي ساخت قطعات مورد توجه قرار گرفته است.

1-آزادي بيشتر در طراحي و انتخاب قطعه

2-وزن کمتر در مقايسه با قطعات از جنس ديگر

3-حذف عمليات دوباره کاري مانند(پرداختکاري سطح)

4-قابليت انعطاف بيشتر در قياس با قطعات مشابه فلزي

5-هزينه کمتر

از روش هايي که امروز براي آبکاري قطعات پلاستيکي استفاده مي شود مي توان به دو روش 1-الکتروليتي 2-الکترولس اشاره کرد. بايد توجه داشت که بسياري از پلاستيک ها قابليت آبکاري دارند اما در عين حال قابليت و ميزان چسبندگي لايه آبکاري به آن دسته از پلاستيک هاي گفته مي شود که بعد از آبکاري چسبندگي مناسبي بين پوشش و قطعه پلاستيکي بوجود آيد.

پلاستيکهايي که آبکاري آنها ميسر مي باشد عبارتند از:

• آلياژ ABS

• پلي سولفون

• نايلون

• پلي استر

• پلي اتراترکتون ( Polyethere therkeetone )

• پلي پروپيلن

• پلي آريل اتر

• پلي فنيل اکسيد

• PTFE

• پلي اتريميد

بهر حال بهترين پلاستيکي که قابل آبکاري باشد بايد مخلوطي از پرکننده ها و رزين ها باشد و با مخلوطي از پليمرها و کوپليمرها را شامل مي شود که در اين بين پلاستيک ABS بهترين نوع پلاستيک براي آبکاري مي باشد که از جمله محاسن آن مي توان به موارد زير اشاره کرد

• هزينه پائين
• چسبندگي بالا
• کيفيت ظاهري خوب
• پايداري ابعادي
• توليد آسان

مراحل آبکاري روی سطح پلاستيک

1-تميز کاري (چربي گيري)

 2-آماده سازي اوليه

3-اچ کردن

 4-خنثي کردن

5-کاتاليز کردن

 6-شتاب دهي

 7-پوشش الکتروليس

8-ايجاد يک لايه ضربه اي به روش الکتروليتي

 9-آبکاري مورد نظر

شکل ظاهري قطعه بعد از هر مرحله متفاوت است در مرحله اول داراي يک لايه يکنواخت آب در مرحله دوم کمي تيره در مرحله سوم غير يکنواخت بودن سطح قطعه وغير شفاف بودن در مرحله چهارم و پنجم سطحي خرمايي شکل دارد در مرحله ششم به حالت قبل روشنتر و در مرحله هفتم بايد پوشش يکنواخت و کاملي روي قطعه تشکيل شود.

در حال حاضر کرم - نيکل براق متداولترين پوشش آبکاري پلاستيک ها مي باشند. اين پوشش معمولا شامل مس-نيکل و لايه نازکي از کرم مي باشد. عمدتا ضخامت پوشش و مشخصات آن را مي توان در گستره وسيعي تغيير داد و پوشش هايي ايجاد نمودکه بتوانند در شرايط متناسب کاري و عملکرد قطعه نقش مناسبي را داشته باشد. در انتها بايد اشاره کرد که پلاستيک بايد از موادي ساخته شود که استحکام بالايي داشته باشد و بعضا بتوانند جايگزين مناسبي براي فلزات باشند. در حال حاضر استفاده از پلاستيک هاي آبکاري به سرعت رشد کرده و چشم انداز درخشاني در پيش رو دارد.

فرآیند جوشکاری مواد پلاستیکی چگونه است؟

جوشکاری و اتصال بین قسمت های قطعه کار و یا بین قطعه کار و فلز پرکننده صورت می گیرد این کار با فلز پرکننده یا بدون آن صورت می پذیرد. بدین ترتیب که تهیه انرژی در شکل گرما دهی موضعی در دمایی که کمتر از وقتی که قسمت گرم شده فلز اصلی در شرایط ذوب کامل نباشد ( دمای حالت مایع). به عنوان گزینه دیگر این کار می توان در محیط های پلاستیکی و یا نفوذ اسمیک انجام داد. بعضی از مزایای این جوشکاری وزن کم و اتصال محکم است. فرایند جوشکاری معمولا سریع و ماده و همچنین با قیمت مناسب صورت می گیرد. محدودیت جوشکاری این است که مواد غیر مشابه بندرت می تواند جایگزین شود و مواد مشابه باید در مواد پلاستیکی مختلف بکار گرفته شود. بعضی از مواد مانند پلاستیک ترموست را نمی توان جوشکاری کرد، اتصالات جوشکاری می تواند به همین ترتیب طراحی شود. به هر حال برای انجام این جوشکاری باید ابزار ویژه ای بکار برد. خواص مواد پلاستیکی و بویژه نقطه جوش پایین آنها این فرایند را از دیگر فرایندهایی که از مواد فلزی در آنها استفاده می شود مجزا می کند.

فرایندهای جوشکاری و مواد پلاستیکی

عمومی ترین فرایندهای جوشکاری برای پلاستیک ها جوشکاری اولتراسونیک جوشکاری اصطکاکی (جوشکاری دوار و جوشکاری ارتعاشی ) جوشکاری صفحه داغ، جوشکاری فرکانس بالا، جوشکاری القایی و جوشکاری هوای داغ می باشند. برای انتخاب فرایند جوشکاری باید موارد زیر را در نظر گرفت. • مکان های مورد نیاز در اتصال

• مواد اجزاء یا قسمت ها

• شکل قسمت ها و طرح اتصالات

• اندازه طبقات

• ابزار کمکی

بهترین نتیجه وقتی بدست می آید که قسمت هایی که با جوشکاری به هم متصل شد می باشنداز مواد مشابه باشند مواد غیر مشابه در یک حجم مشخص باید یکدیگر جوش داده شده اند.

جوشکاری پلاستیک ها

جوشکاری در پلاستیک ها با روش اتصال دو بدنه با نیروهای جذبی میسر می شود. که همواره این اتصال توسط دو نیروی اصلی (adhesion و Cohesion) صورت می پذیرد.

Cohesion نیروهای جذبی می باشند که بین مولکول های جسم اثر متقابل بر یکدیگر دارند. به عبارت دیگر اینگونه نیروها جسم را نگهداری می کنند. اما نیروهای adhesion اتصال بین دو بدنه در جذب بینابینی می باشند و برای اینکه اینگونه نیروها موثر باشند مولکورلها در مقابل بدنه های مختلف باید در حداکثر فاصله ۵ آنگسترومی از یکدیگر قرار بگیرند. و این خود از لحاظ تئوری در برگیرنده این نکته می باشد که دو جسم کاملا صاف به یکدیگر بچسبند که این عمل صرفا به وسیله تماس دو سطح به هم صورت می پذیرد. اما د ر عمل در هر صورت غیر ممکن به نظر می رسد. چرا که باید به این حقیقت توجه داشت که دو سطح کاملا صاف حاوی ناهماهنگی هایی است که فاصله بیش از ۵ آنگستروم را ایجاد می کند.

چگونه انواع پلاستیک را تشخیص دهیم؟

برای کمک به شناسایی نوع پلاستیک به کار رفته در مواد پلاستیکی نیمه کامل یا در قطعات قالبگیری شده پلاستیکی اثر دکتر زشتلینگ که در کتاب شناسایی پلاستیک ضمیمه شده است.

از مشخصه های مهم در شناسایی پلاستیک ها میتوان به حلالیت، چگالی و نرم شدن و رفتار به هنگام ذوب شدن می توان اشاره کرد.

مواد خام پلاستیک‌ها:

امروزه صنعت پلاستیک شدیداً با صنعت نفت در ارتباط است در حقیقت نظر عمومی این است که در صورتی که نفت در دسترس نباشد نمی توان پلاستیکها را تولید کرد.

نمونه خام پلاستیک ها معمولاً به شکل خاکه یا دانه ای و به ندرت به صورت ذرات ریز پراکنده نیز هستند.

افزودنی های پلاستیک ها:

تقسیم فیزیکی این افزودنی ها به چهار گروه انجام می شود:

جامدات، لاستیکها، مایعات و گازها که از مورد آخر در ساخت بسپارهای سلولی استفاده می شود. از نظر عملکرد با گروه های بشتری روبرو هستسم که موارد ذیل مهمترین اند:

1- پرکن ها

2- نرمسازها و نرم کننده ها .

3- روان کننده ها و روان ساز ها

4- افزودنی های ضد پیر

5- دیر سوز کنندها

6- رنگ ها

7- عوامل پف دهنده

8- عوامل شبکه ای کننده

9- افزودنی های تخریب پذیر در مقابل امواج فرابنفش