مقدمه
پلاستیک ها گروهی از مواد غذایی هستند که به گروه بزرگتری موسوم به بسپار ها تعلق دارند. بسپار مولکول غول آسایی است که از هزاران مولکول کوچکتر تشکیل شده است، این مولکول های کوچک این خاصیت منحصر به فرد را دارند که می توانند با هم ترکیب شده مولکول های بزرگ به وجود آورند. مولکول های دارای این خاصیت تکپار و فرآیند ترکیب آنها برای ایجاد مولکول های غول آسا بسپارش نام دارد. این لغت از دو بخش «پار» به معنی تکه، و «بس» به معنی بسیار گرفته شده است. بنابراین، تکپار به معنی یک تکه و بسپار به معنی تعداد بسیاری تکه می باشد. بعضی بسپارها از دهها هزار تکپار تشکیل شده اند، این تعداد به نوع بسپار و آنچه تولید کننده می خواهد بستگی دارد. قبل از بررسی پلاستیک ها باید این مولکول های بزرگ موسوم به بسپار را بررسی کنیم.
بسپارها در واقع دو دسته اند، بسپارهای طبیعی و بسپارهای مصنوعی. اگر تمام توان کارخانه های سازنده بسپارهای دنیا «که کم نیستند و مقادیر زیادی بسپار تولید می کنند» را روی هم بگذاریم تولیدشان در مقابل بسپارهایی که مادر طبیعت می سازد ناچیز است. این بسپارهای طبیعی عبارتند از سلولز «بخش اصلی چوب، گیاهان و پنبه که تقریباً سلولز شکل خالص است» چرم، پشم، ابریشم و پوست. سلولز چوب تقریباً ماده اصلی کاغذ و محصولات کاغذی مثل مقواست. می بیند که بسپارها و فرآورده های آنها چقدر در ساختن بناها، لباس و دیگر مایحتاج جامعه به کار می روند.
انواع بسپار های مصنوعی
بسپارهای مصنوعی را نیز می توان به دو بخش تقسیم کرد: لاستیک ها و پلاستیک ها. گرچه خیلی ها ادعا می کنند که لاستیک در واقع یک پلاستیک گرماسخت (Thermoset) است که بعداً تعریف خواهد شد، ولی جامعه قبول دارد که لاستیک و پلاستیک دو ماده متفاوت هستند. البته می دانید که پلاستیک هایی هستند که خاصیت کشسانی دارند «یعنی می توان بخشی از آنها را کشید و رها کرد تا به اندازه اول برگرداند و به لاستیک شباهت دارند.
بسپارش
فرآیند بسپارش فرآیند بسیار ویژه ای است که در آن تنها چند ترکیب موسوم به تکپار شرکت دارند. این فرآیند شیمیایی ویژه، این تکپارها را به هم پیوند داده مولکول جدیدی به وجود می آورد که در آن تکپار تکرار شده است. بیایید با بررسی متداول ترین تکپار، اتیلن، چگونگی واکنش آن را بررسی کنیم. فرمول مولکولی اتیلن C2H4 است و فرمول ساختمانی زیر را دارد.
آنچه اتیلن و دیگر تکپارها را از بقیه ترکیب ها متمایز می کند این است که تحت شرایط خاصی از دما، فشار و افزودن مواد شیمیایی خاصی برای شروع و کنترل آهنگ فرآیند برای آنها اتفاق خاصی رخ می دهد. با بسپارش این تکپار پیوند دوگانه مشخصه آلکن دستخوش تغییر بزرگی می شود. به جای این که هر دو پیوند بشکند، چیزی که در احتراق رخ می دهد، «تکپارها در شرایط معمولی می سوزند» تنها یک پیوند شکسته و دو الکترون پیوند شکسته شده به لایه آخر اتم های کربن رفته، هر اتم کربن یک الکترون زوج نشده پیدا می کند. برای تمام مولکول های شرکت کننده در واکنش همین اتفاق رخ می افتد. می دانیم که مولکولی با الکترون های زوج نشده بسیار ناپایدار است، بنابراین می توان این مولکول ها را رایکال های آزاد به حساب آورد. چون تمام این مولکول ها آماده واکنش اند و تنها چیزی که می توانند با آن واکنش کنند رادیکال های آزاد مشابه خودشان است، با مولکول های مشابه ترکیب می شوند. در فرآیند بسپارش این واکنش به دقت کنترل می شود، به نحوی که تمام تکپارها با هم به رادیکال آزاد تبدیل نشوند بلکه این عمل با آهنگ کنترل شده ای انجام شود. اگر این فرآیند کنترل نشده انجام شود، حاصل، انفجار مخربی موسوم به «فرار بسپارش» خواهد بود.
در فرآیند کنترل شده، بسپارش با آهنگ تعیین شده توسط مهندس شیمی پیش می رود، تا بسپاری با خواص مطلوب به دست آید.
با شکست پیوند دوگانه، دو الکترون زوج نشده در دو طرف اتم های کربن قرار می گیرد و شکل ساختمانی زیر به وجود می آید.
H
H
C
C
H
H
برای این که در حمل و نقل تکپارها انفجار فرار بسپارش رخ ندهد، با تکپارها ماده ای موسوم به بازدارنده مخلوط می شود که از شروع بسپارش جلوگیری می کند. اگر بازدارنده به تکپار افزوده نشود یا پس از افزودن در طی یک وضعیت اضطراری تبخیر شود، احتمال بسپارش آنی تمام تکپارهای موجود در تانک وجود دارد و وضعیت بسیار خطرناکی پیش می آید. تکپارها با هم واکنش انجام داده انرژی حرارتی آزاد می کنند، این حرارت سرعت واکنش را زیاد می کند و واکنش به سرعت از کنترل خارج شده انفجاری شبیه BLEVE پیش می آید. بسیاری از تکپارها گازهایی هستند که به سادگی مایع می شوند، بنابراین به هر حال در معرض BLEVE هستند. به هر حال انفجار حاصل، هر اسمی که برایش بگذارید، تمام افراد واقع در منطقه خطر را می کشد و خطرات مالی فراوانی به بار می آورد.
دسته بندی پلاستیک ها
پلاستیک ها به دو گروه بزرگ تقسیم می شوند: ترموپلاستیک ها یا پلاستیک های گرمانرم و ترموست ها یا پلاستیک های گرماسخت. ترموپلاستیک ها طبق تعریف پلاستیک هایی هستند که با اعمال حرارت و فشار ساخته می شوند و پس از ساخته شدن می توان با استفاده از حرارت و فشار آنها را تغییر داد. یعنی اگر سازنده ای که با اعمال حرارت و فشار پودر، یا رزین های پلاستیک را به شکل خاصی درآورده (به کمک دستگاه هایی به نام اکسترودر یا ریخته گری تزریقی یا دستگاه های دیگر) اگر از ساخته خود راضی نباشد می توان آن را آسیاب کرده و با اعمال فرآیندی مشابه آن را به شکلی جدید درآورد. بسته به نوع ترموپلاستیک می توان این کار را دو یا سه یا چند بار تکرار کرد.
ولی ترموست را فقط یک بار می توان با اعمال حرارت و فشار شکل داد. اگر به این محصول دوباره حرارت اعمال شود تجزیه می شود و حتی ممکن است بسوزد. ترموپلاستیک یا ترموست بودن یک پلاستیک به خواص شیمیایی تکپار و فرآیند بسپارش هستند که هر دو نوع را دارند مثل پلی استر که هم پلی استر ترموپلاستیک وجود دارد و هم پلی استر ترموست. پلی اتیلن ها، پلی پروپیلن ها، پلی استایرن ها، پلی وینیل کلریدها، پلی اورتان ها، پلی استرها، اکریلیک ها، پلی آمیدها، سلولزی ها و فلوئور و پلی مرها از ترموپلاستیک ها هستند «پلی اورتان ترموست هم وجود دارد.» آلکیدها، فنولیک ها، اپوکسی ها، و پلاستیک های اوره- فرمالدئید از پلاستیک های ترموست هستند.
ترموپلاستیک ها
فعلاً ترموپلاستیک ها بزرگترین گروه پلاستیک ها هستند. تمام پلاستیک های متداول که با نامشان آشنایید و پلاستیک های مهندسی همه از این دسته اند. پلاستیک های مهندسی آنهایی هستند که برای کاری غیر از بسته بندی یا تزئینی تهیه شده اند و می توانند فشار را تحمل کنند، بعضی از این پلاستیک ها در ساختن چرخ، چرخ دنده و دیگر بخش های کاری دستگاه ها به کار می روند.
برای شناخت ترموپلاستیک ها باید از خواص شیمیایی آنها اطلاع داشته باشید. البته لازم نیست که یک شیمیدان بسپارها یا مهندس پلاستیک شوید، ولی دانستن این که بسپارها از چه ساخته شده اند کمک بزرگی است. ماده اولیه اساسی ترموپلاستیک ها تکپارها هستند، مولکول های کوچکی که با خود واکنش کرده، به هم متصل شده و زنجیرهای طولانی به وجود می آورند. تکپارها بسیار فعال و گاهی اوقات بسیار ناپایدارند، مواد خطرناکی که باید با دقت با آنها رفتار کرد. تحت شرایط مناسب دما و فشار و در حضور فعال کننده، ماده ای که برای غلبه بر بازدارنده اضافه شده به تکپار «برای جلوگیری از بسپارش ناخواسته و زود هنگام» به کار می رود، و در بعضی موارد یک کاتالیزور مولکول های تکپار به هم زنجیر شده و یک مولکول بزرگ زنجیر به وجود می آورند. کاتالیزور ماده است که برای سرعت دادن به یک وانکش به کار می رود ولی خود در واکنش شرکت ندارد. مهندس شیمی می داند که با تغییر درجه حرارت و فشار و زمانی که مواد در راکتور قرار دارند می تواند تغییراتی در بسپار ایجاد شده به وجود آورد. مثلاً یک کارخانه می تواند با تغییر اندکی در وسائل و فرآیند خود پلی اتیلن کم چگال خطی (LLDPE)، پلی اتیلن کم چگال (LDPE) پلی ایتلن با چگالی بالا (HDPE)، پلی اتیلن با چگالی بالا و مولکول سنگین (HMWHDPE) و پلی اتیلن با موکول های فوق سنگین (VHMWPE) به وجود آورد. تمام این بسپارها از یک تکپار اتیلن (اتن)، به وجود می آیند ولی پلاستیک های با خواص بسیار متفاوت هستند. انواع پلی اتیلن (PE) را می توان برای مقاصد بسیار متنوعی به کار برد، یعنی هر یک خواسته های متفاوتی را برآورده می کنند.