پلاستيك چگونه متولد شد؟

پلاستیک‌ها مواد نوپایی هستند. بخش عمده‌ای از آن‌ها از مواد شیمیایی ساخت دست بشر تهیه می‌شوند و در نتیجه مانند چوب، سرامیک و فلزات منشأ مستقیم «طبیعی» ندارند البته پلاستیک‌های نیز وجود دارند که از مواد طبیعی مشتق می‌شوند و مانند چوب، سرامیک و فلز مورد استفاده بشر قرار گرفته‌اند. اما این دسته تنها درصد کوچکی از پلاستیک‌ها را شامل می‌شوند. اگر ظهور پلاستیک‌ها را هم زمان با آغاز تکامل شیمی آلی در نظر بگیریم می‌توان ادعا کرد که «تولید» این مواد در حدود سا ل1820 می‌باشد.

اصلا ح "پلیمر" در 1833 میلادی توسط جی. جی. برزلیوس (Jöns Jakob Berzelius) بیان شد. اگرچه درک برزلیوس با علم پلیمر مدرن تفاوت داشت.

در عمل سه رخداد را می‌توان آغازگر عصر پلاستیک‌ها توصیف کرد. نخستین آن‌ها در سال 1839 رخ داد. در آن سال گودیر ولکانش لاستیک را ابداع کرد. در دهه 1840 Nathaniel و Hayward به‌طور مستقل کشف کردند که افزودن گوگرد به لاستیک خام طبیعی (پلی ایزوپرن)، به جلوگیری از چسبیدن ماده کمک می‌کند.  لاستیک پخت شده، اولین محصول موفق تجاری پلیمری است این نخستین کوشش موفق در جهت اصلاح یک بسپار طبیعی  و به دست آوردن فرآورده‌های سودمندتر و کاربردی‌تر محسوب می‌شد.

دومین رخداد تهیه نخستین پلاستیک پیروکسیلین، «سلولوئید»، در سال 1868 توسط هیات می‌باشد. این شخص یک روش اصلاح شیمیایی را کشف کرد که سلولز را که یک ماده طبیعی است به سلولز نیتراته تبدیل می‌کرد، هم چنین با افزودن کافور ویژگی‌های ماده حاصل را بهبود بخشیده و فرآورده‌ای با ویژگی‌های از پیش تعیین شده که متضمن موفقیت تجاری آن بود به دست آورد.

سومین رخداد معرفی نخستن پلاستیک کاملاً مصنوعی توسط با کلند در سال 1909 بود. این پلاستیک از ترکیب مواد شیمیایی ساده، فنول و فرمالدهید با ترکیب درصدهای مناسب تهیه شده و حاصل کار یک پودر قالب‌گیری بود. در ضمن با کلند فرایندها و تجهیزاتی را نیز برای تبدیل این پودر به فرآورده‌های نهایی سودمند ابداع کرد.

علی رغم پیشرفت‌های قابل توجه در سنتز پلیمرها، ماهیت مولکولی آن‌ها تا زمان  فعالیت Hermann Staudinger در 1922میلادی ناشناخته بود. قبل از فعالیت او، پلیمر توسط "تئوری تجمع"، که توسط توماس گراهام در 1861 میلادی ارائه کرده بود، شناخته می‌شد. گراهام پیشنهاد کرد که سلولوز و دیگر پلیمرها به صورت"کلوئید" می‌باشند و این کلوئیدها، تجمعاتی از مولکول‌های کوچک متصل شده به‌هم، با نیروهای بین مولکولی ناشناخته هستند. Staudinger  اولین کسی بود که پلیمرها را به‌صورت زنجیرهای درازی از اتم‌ها در نظر گرفت که توسط پیوندهای کوالانسی به‌هم متصل‌اند. وارائه این تئوری موجب شد که او در 1953 میلادی به جایزه نوبل دست یابد.

در طول جنگ جهانی دوم، به علت محدودیت در تهیه مواد طبیعی نظیر ابریشم  و لاتکس، تولید پلیمرهای سنتزی افزایش یافت و پلیمرهای پیشرفته‌ای نظیر کولار و تفلون تولید شدند.

رشد کاربردهای صنعتی پلیمرها، همراه با برنامه‌های آکادمی قوی و پژوهشگاه های تحقیقاتی ادامه پیدا کرد. در 1946 میلادی، هرمن مارک پژوهشگاه پلیمر را که اولین ساختمان تحقیقاتی در زمینه پلیمر بود تاسیس کرد و او در واقع به‌عنوان پیشگام در ایجاد برنامه تحصیلاتی مطح شد. بخش پلیمری انجمن شیمی آمریکا (ACS) در 1950 تشکیل شد و دومین بخش بزرگ این مجموعه، با بیش از 8000 عضو رشد نمود.جدول 1-1، گاه شماری از رخدادهای مهم تاریخ صنعت پلاستیک می‌باشد. این صنعت نوپا در فاصله سال‌های 1909 تا 1967 به نحو محسوس و شگفت‌آوری رشد کرده است که رشد آن تا به امروز نیز ادامه یافته است.

مزایا و معایب پلاستیک‌ها

پلاستیک‌ها دسته‌ای از مواد ساختمانی می‌باشد که ویژگی‌های مواد مورد  نیاز بشر نظیر آهن، چوب، مس، شیشه و آجر را دارند و می‌توان از آنها استفاده کرد. آن‌ها ویژگی‌ها و ارزش‌های بسیار مثبتی دارند، اما مانند سایر مواد از کاستی‌ها و معایبی نیز، چه اصلی و چه فرعی، برخوردارند. بهره‌گیری موفقیت آمیز از توانایی‌ها و شناخت ناتوانی های مواد به مهندسین اجازه می‌دهد تا مواد اولیه را به محصولات نهایی مفیدی تبدیل کنند. سازندگان و مهندسین نیز با پیروی از همین اصل از پلاستیک‌ها استفاده می کنند امروزه دیگر به پلاستیک‌ها به چشم مواد اولیه برای ساخت اسباب بازی و لوازم آشپزخانه یا جانشین کوتاه مدت برای دیگر مواد نگریسته نمی‌شود، بلکه پلاستیک‌ها امروزه یک گروه بسیار مهم و از جمله چند کاربردی‌ترین مواد مهندسی می باشند. این مواد در دامنه‌ای وسیع از کاربردها از خانه‌های پیش ساخته گرفت تا عایق کاری کابل‌ها، از چرخ‌دنده‌ها و یاتاقان ها تا اتاق کامپیون ها و خودروها، از بدنه قایق‌‌ها تا مدارهای چاپی، از وسایل ورزشی تا ماهواره‌ها، از رنگ‌ها و پوشش‌ها تا اعضای مصنوعی برای بدن مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پلاستیک‌ها به اندازه فلزات مقاوم نیستند و بخصوص زیربار بیشتر از فلزات تغییر شکل می‌دهند. پلاستیک‌ها به اندازه دیگر مواد تاب تحمل دمای خیلی زیاد یا خیلی کم را ندارند. اما معمولاً سبک‌تر از دیگر مواد هستند و نسبت استحکام به وزن آن‌ها به طور قابل توجهی زیاد است. مواد چندسازه‌ای جدیدتر که از پلاستیک و الیاف شیشه یا گرافیت یا دیگر الیاف ساخته می شوند تنش تسلیمی قابل مقایسه با فلزات و گاهی بیشتر از آن‌ها دارند، گرچه این افزایش تنش تسلیم به بهای مشکل شدن شکل‌دهی آن‌ها تمام می‌شود.

پلاستیک‌ها عایق‌های گرمایی خوبی هستند و از خود قابلیت ضربه‌گیری مکانیکی خوبی نشان می‌دهند. این مواد در مقابل خوردگی و تأثیر شیمیایی بسیار مقاوم‌تر از دیگر مواد می‌باشند. پلاستیک‌ها را می‌توان به صورت ترادید، نیمه ترادید، مات و در رنگ‌های متنوع تولید کرد. اما اکثر پلاستیک‌ها در مجاورت نور خورشید، عوامل جوی یا پرتوهای فرابنفش تخریب می‌شوند. پلاستیک‌ها از مقاومت الکتریکی استثنایی، ویژگی‌های مکانیکی مناسب و سهولت شکل‌گیری نیز سود می‌برند.

تعاریف

پلاستیک‌ها مانند پروتئین‌ها، کائوچو و بسیاری از دیگر مواد طبیعی جزء مواد بسپاری هستند. تمام این مواد ترکیبات آلی با وزن مولکولی زیاد هستند که ساختمان آن‌ها را می‌توان با یک واحد ساختانی تکراری کوچک (پار) نشان داد. ویتینگتون (1968) تعریف دقیق‌تری از پلاستیک به این صورت ارائه داده است:

پلاستیک‌ها به شکل فرآورده‌ نهایی موادی بسپاری با وزن مولکولی زیاد می‌باشند که انعطاف‌پذیر و صلب بوده، حالت لاستیکی ندارند و در مرحله‌ای از فراوری یا تولید فرآورده‌های نهایی می‌توان آن‌ها را با سیال کردن، یا بسپارش درجا، یا پخت شکل داد.

طبقه‌بندی کلی مواد بسپاری بسیاری از لاستیک‌ها، الیاف مصنوعی، پوشش‌ها، چسب‌ها، مواد واسطه‌ی شیمیایی و هم چنین پلاستیک‌ها را دربر می‌گیرد به استثنای بسپارهای غیر آلی و سیلیکون ها واحد تکرای تمام بسپارهای دیگر مبنای کربنی دارد.