ما هو البلاستيك؟ المواد البلاستيكية أو البوليمرية التي عادة ما تكون لديها القدرة على التشكيل أو التشكيل عن طريق تطبيق الحرارة والضغط. خاصية اللدونة هذه، والتي غالبًا ما توجد مع خصائص خاصة أخرى مثل الكثافة المنخفضة، وانخفاض التوصيل الكهربائي، والشفافية، والمتانة، تسمح للمواد البلاستيكية بإنتاج مجموعة واسعة من المنتجات. وتشمل هذه المنتجات زجاجات المشروبات الصلبة والخفيفة الوزن المصنوعة من البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، وخراطيم الحدائق المرنة المصنوعة من البولي فينيل كلورايد (PVC)، وحاويات الطعام المعزولة المصنوعة من البوليسترين الرغوي، والنوافذ المقاومة للكسر، وهي مصنوعة من مادة البولي ميثيل ميثاكريلات.
تقدم هذه المقالة مراجعة مختصرة للخصائص الأساسية للمواد البلاستيكية، متبوعة بوصف أكثر تفصيلاً لمعالجتها وتحويلها إلى منتجات مفيدة وإعادة تدويرها لاحقًا.
ما هو تكوين وهيكل وخصائص البلاستيك؟
العديد من الأسماء الكيميائية للبوليمرات المستخدمة كمواد بلاستيكية مألوفة لدى المستهلكين، على الرغم من أن بعضها معروف بشكل أفضل بمختصراتها أو أسمائها التجارية. وبالتالي، يُعرف البولي إيثيلين تيريفثاليت والبولي فينيل كلورايد باسم PET وPVC، في حين يُعرف البوليسترين الموسع والبولي ميثيل ميثاكريلات بأسمائهما التجارية، الستايروفوم والزجاج الزجاجي (أو البرسبيكس).
انقر على الرابط للحصول على معلومات شاملة عن خصائص وخصائص وأنواع التطبيقات البلاستيكية
يميل المصنعون الصناعيون للمنتجات البلاستيكية إلى التفكير في البلاستيك على أنه راتنجات “سلعة” أو راتنجات “متخصصة”. (يعود مصطلح الراتنج إلى السنوات الأولى لصناعة البلاستيك؛ وكان يشير في الأصل إلى المواد الصلبة غير المتبلورة التي تحدث بشكل طبيعي مثل اللك والراتنج.) والراتنجات السلعية هي مواد بلاستيكية يتم إنتاجها بكميات كبيرة وبتكلفة منخفضة للمواد الأكثر شيوعًا والتي يمكن التخلص منها والمتينة. . يكون. وتتمثل منتجاتها بشكل رئيسي في البولي إيثيلين والبولي بروبيلين والبولي فينيل كلورايد والبوليسترين. الراتنجات المتخصصة هي مواد بلاستيكية تم تصميم خصائصها لتطبيقات محددة ويتم إنتاجها بكميات منخفضة وتكلفة أعلى. ومن بين هذه المجموعة، يمكننا أن نذكر اللدائن الهندسية أو الراتنجات الهندسية، وهي مواد بلاستيكية يمكنها التنافس مع المعادن المصبوبة في تطبيقات السباكة والأجهزة والسيارات. المواد البلاستيكية الهندسية الهامة التي هي أقل دراية للمستهلكين من المواد البلاستيكية المذكورة أعلاه هي البوليستر، والبولي أميد (خاصة تلك المعروفة تحت اسم العلامة التجارية نايلون)، والبولي تترافلوروإيثيلين (العلامة التجارية تفلون)، والبولي كربونات، وكبريتيد البولي فينيلين، والإيبوكسي والبولي إيثركيتون. عضو آخر من الراتنجات المتخصصة هو اللدائن المرنة بالحرارة، وهي بوليمرات لها الخصائص المرنة للمطاط ولكن يمكن تشكيلها مرارًا وتكرارًا بعد التسخين.
التركيب الكيميائي للبلاستيك
ما هي المركبات الكيميائية للبلاستيك؟ كما يمكن تقسيم المواد البلاستيكية إلى فئتين منفصلتين بناءً على تركيبها الكيميائي. تتكون فئة من البلاستيك من بوليمرات تحتوي فقط على ذرات الكربون الأليفاتية (الخطية) في سلاسلها الأساسية. جميع المواد البلاستيكية المذكورة أعلاه مدرجة في هذه الفئة. يمكن أن يكون هيكل مادة البولي بروبيلين مثالاً على ذلك. هنا، ترتبط مجموعة الميثيل المعلقة (CH3) بكل ذرة كربون أخرى:
فئة أخرى من البلاستيك تتكون من بوليمرات ذات سلسلة مغايرة. وبالإضافة إلى الكربون، تحتوي هذه المركبات على ذرات مثل الأكسجين أو النيتروجين أو الكبريت في سلاسلها الأساسية. تتكون معظم اللدائن الهندسية المذكورة أعلاه من بوليمرات متغايرة السلسلة. على سبيل المثال يمكن أن نذكر البولي كربونات الذي تحتوي جزيئاته على حلقتين عطريتين (البنزين):
ينعكس التمييز بين بوليمرات سلسلة الكربون والبوليمرات غير المتجانسة في الجدول، الذي يوضح الخصائص والتطبيقات المختارة لأهم سلسلة الكربون والبلاستيك غير المتجانس ويوفر روابط مباشرة للإدخالات التي تصف هذه المواد بمزيد من التفصيل. من المهم ملاحظة أنه لكل نوع من البوليمرات المدرجة في الجدول، يمكن أن يكون هناك العديد من الفئات الفرعية، حيث أن كل واحدة من العشرات من المنتجين الصناعيين لأي بوليمر يمكن أن تقدم 20 أو 30 نوعًا مختلفًا للاستخدام في تطبيقات محددة. ولهذا السبب، ينبغي اعتبار الخصائص المبينة في الجدول تقريبية.
ما هو تعريف البلاستيك؟
البلاستيك عبارة عن مجموعة من المواد الاصطناعية والطبيعية، والتي يمكن أن تتشكل عند تليينها ثم تصلبها للاحتفاظ بالشكل المحدد. البلاستيك عبارة عن بوليمرات. البوليمر عبارة عن مادة مصنوعة من العديد من الوحدات المتكررة. كلمة بوليمر تأتي من كلمتين يونانيتين: poly وتعني العديد وميروس وتعني أجزاء أو وحدات. يمكن اعتبار البوليمر بمثابة سلسلة حيث تكون كل حلقة عبارة عن “مير” أو مونومر (وحدة واحدة). يتم تصنيع هذه السلسلة عن طريق ربط أو بلمرة ما لا يقل عن 1000 رابط معًا. يمكن إثبات البلمرة عن طريق صنع سلسلة باستخدام مشابك الورق أو عن طريق ربط العديد من شرائح الورق معًا لتشكيل حلقة ورقية.
من اليوم الأول إلى اليوم الأخير للبلاستيك (تاريخ البلاستيك)، انظر هنا
البوليمرات الطبيعية والاصطناعية
تشمل البوليمرات الطبيعية القار والجلد والسلحفاة وقرون الحيوانات والسليلوز والعنبر واللاتكس من عصارة الأشجار. تشمل البوليمرات الاصطناعية البولي إيثيلين (المستخدم في الأكياس البلاستيكية). البوليسترين (يستخدم لصنع أكواب البوليسترين)؛ البولي بروبلين (يستخدم للألياف والزجاجات)؛ كلوريد البولي فينيل (يستخدم لتغليف المواد الغذائية والزجاجات وأنابيب الصرف)؛ والبولي تترافلوروإيثيلين أو التيفلون (يستخدم للأسطح غير اللاصقة). على الرغم من أن العديد من البوليمرات عبارة عن هيدروكربونات تحتوي على الكربون والهيدروجين فقط، إلا أن البوليمرات الأخرى قد تحتوي على الأكسجين والكلور والفلور والنيتروجين والسيليكون والفوسفور والكبريت.
تم تعديل البوليمرات الطبيعية، مثل السليلوز واللاتكس، كيميائيًا لأول مرة في القرن التاسع عشر لتكوين السليولويد والمطاط المفلكن. تم إنتاج أول بوليمر اصطناعي بالكامل، الباكليت، في عام 1907. أول ألياف شبه صناعية، الرايون، تم تصنيعها من السليلوز في عام 1911. كان من الصعب الحصول على الحرير والمواد الأخرى بسبب إنتاج المواد الاصطناعية بكميات كبيرة. كانت هناك حاجة إلى المطاط الصناعي للمطاط، وكانت هناك حاجة إلى النايلون كبديل للحرير للمظلات. اليوم، تستخدم البوليمرات الاصطناعية على نطاق واسع في شكل مواد بلاستيكية، وتعد صناعة البلاستيك واحدة من أسرع الصناعات نموا في الولايات المتحدة وحول العالم. وتنتج الصناعة حوالي 150 كيلوجرامًا من البوليمر للشخص الواحد في الولايات المتحدة سنويًا.
هيكل من البلاستيك
ما هو هيكل البلاستيك؟ يمكن ربط المونومرات ببعضها البعض بطريقتين كيميائيتين: بلمرة الإضافة أو بلمرة التكثيف. تحتوي بلمرة الإضافة على ثلاث خطوات أساسية: البدء، والانتشار، والإنهاء. في هذا النوع من البلمرة، يتم ربط المونومرات معًا بإضافة آخر “مير” في السلسلة إلى النهاية، تمامًا مثل صنع سلسلة من مشابك الورق. يعد البولي إيثيلين والبوليسترين والأكريليك أمثلة على المواد البلاستيكية التي يتم تشكيلها عن طريق البلمرة الإضافية. غالبًا ما تكون هذه البوليمرات لدنة بالحرارة بطبيعتها: يمكن تسخينها وتليينها وتصلبها بعد التبريد. تتم معالجتها بسهولة أو إعادة معالجتها أو إعادة تدويرها. وللتعرف على أمثلة لكل نوع أنظر الجداول المرفقة وبعض بوليمرات الإضافة وبعض بوليمرات التكثيف.
أثناء بلمرة التكثيف، تتم إزالة جزيء صغير عندما تتحد المونومرات معًا. النايلون، وبعض البوليستر، واليوريثان هي أمثلة على البوليمرات الكثيفة. يمكن أن تكون هذه البوليمرات لدنة بالحرارة أو بالحرارة. على الرغم من أن جميع المواد البلاستيكية تكون سائلة في إحدى مراحل المعالجة وصلبة في النهاية، إلا أنه بمجرد تكوين البوليمر المتصلد بالحرارة، لا يمكن صهره وإعادة تشكيله.
يمكن ترتيب المونومرات في البوليمر بطرق مختلفة. على سبيل المثال، قد يكون للمونومرات ترتيب خطي مثل سلسلة طويلة من مشابك الورق، على الرغم من أن روابط الكربون رباعية السطوح تعطي السلسلة في الواقع تكوينًا متعرجًا. البولي إيثيلين هو أبسط مثال على البوليمر الخطي.
هيكل متعرج من البولي إيثيلين
ما هو الهيكل المتعرج للبلاستيك؟ لا تشكل المونومرات سلاسل مستقيمة فحسب، بل تشكل أيضًا سلاسل جانبية طويلة من العمود الفقري الرئيسي، ويوصف البوليمر الناتج بأنه متفرع وقد يشبه فرع شجرة أو سيقان عنقود عنب. يحدث ترتيب آخر عندما يتم ربط السلاسل الطويلة كيميائيًا معًا لتكوين بنية تشبه الشبكة تُعرف باسم التكوين المتشابك. يعتبر المطاط المفلكن، الذي يتكون من تفاعل المطاط الطبيعي (الأيزوبرين) مع الكبريت، مثالاً على بوليمرات الشبكة.
يتم ربط كحول البولي فينيل بشكل متقاطع باستخدام البوراكس Na2B4O7x10H2O (رباعي بورات الصوديوم).
رؤية المزيد من المعلومات حول ألياف النايلون هنا
يمكن أن يكون لجزيئات البوليمر أيضًا ترتيبات مختلفة. إذا لم يكن للترتيب ترتيب أو شكل معين، مثل ترتيب السباغيتي على طبق، فإن البوليمر يسمى غير متبلور. غالبًا ما تكون البوليمرات غير المتبلورة شفافة، ولذلك تستخدم في تغليف المواد الغذائية والمصابيح الأمامية والعدسات اللاصقة. تميل هذه المواد أيضًا إلى الحصول على نقاط انصهار أقل. إذا كان الترتيب في نمط معين، يسمى البوليمر بلوري. كلما زادت درجة التبلور، قل مرور الضوء عبرها. هذه المواد تكون إما شفافة أو معتمة. تعتمد هذه الجودة على درجة التبلور ووجود المواد المضافة. البوليمرات البلورية أقوى وتميل إلى الحصول على نقاط انصهار أعلى.
خصائص البوليمرات
ما هي خصائص البوليمرات البلاستيكية؟ يبدو أن البوليمرات تتمتع بمجموعة غير محدودة من الخصائص، بما في ذلك الخصائص التي تسمح بصبغها بمجموعة لا حصر لها من الألوان. ويمكن زيادة خصائصها مع المواد المضافة. إن القدرة على تصميم أو هندسة البوليمرات لتطبيقات محددة تجعل من البلاستيك مواد فريدة من نوعها. على الرغم من أن كل بوليمر له خصائص فريدة، إلا أن معظم البوليمرات تشترك في بعض الخصائص العامة:
فهي مقاومة للمواد الكيميائية.
وهي عوازل حرارية وكهربائية.
وزنهم خفيف ولديهم درجات مختلفة من القوة.
يمكن معالجتها بعدة طرق لإنتاج الألياف أو الصفائح أو الرغاوي أو الأجزاء المقولبة المعقدة.
تسمى المادة الخام لإنتاج المنتجات البلاستيكية بالراتنج. بعض الراتنجات الأكثر شيوعًا هي البولي إيثيلين (PE)، والبولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، والبولي بروبيلين (PP)، وكلوريد البولي فينيل (PVC)، والبوليسترين (PS). وغالبا ما تستخدم هذه الراتنجات في التعبئة والتغليف. يُظهر مخطط رمز إعادة التدوير في ملف PDF المرتبط رمز إعادة التدوير لهذه الراتنجات.
