در سال 1862 بود که الکساندر پارکز اولین پلاستیک ساخته دست بشر را در نمایشگاه بین المللی لندن معرفی کرد. پارکسین (Parkesine) قرار بود به عنوان عاج (Ivory) در اشیاء کوچک مانند جواهرات، دکمه ها، خودکارها و دسته قلمو استفاده شود. اگرچه این محصول به موفقیت تجاری نرسید، اما Parkesine اولین قدم مهم در توسعه پلاستیک ساخته دست بشر بود. البته این ماده ارزش بالقوه و تنوع کاربردهای خود را تا زمانی که جان وسلی هایت در آلبانی، نیویورک راهی برای تولید نسخه بهبود یافته پارکزین که بیشتر به عنوان سلولوئید شناخته میشود، کشف کرد، نشان نداد. استفاده از مواد پلاستیکی در 50 سال گذشته به طور چشمگیری در سراسر جهان افزایش یافته است و اکنون حدود 45 میلیارد کیلوگرم در سال است. در ادامه این مقاله از پوشان پلاستیک ابتدا به بررسی انواع پلاستیک میپردازیم. سپس با پلیمرها و ویژگیهای آن آشنا میشویم، در انتها نیز ترموپلاستیکها را معرفی میکنیم.
پلیمر چیست؟
پلاستیکهای تجاری بهعنوان رزین شناخته میشوند و ماده اولیه آنها پلیمر است. این پلیمرها با افزودنیهای اصلاح یا تثبیتکننده ترکیب میشوند. مولکولهای پلیمر از مواد خام ساده و مبتنی بر نفت و به طور معمول بر پایه عنصر کربن ساخته میشوند. مواد اولیه پلیمرها مونومر (monomer) نامیده میشوند و مولکولهای کوچکی هستند. این مولکولهای کوچک فرآیندی به نام پلیمریزاسیون را طی میکنند که آنها را با هم ترکیب میکند و مولکولها یا پلیمرهای بسیار بزرگی را تشکیل میدهد.
دلیل استفاده از اصطلاح پلیمر این است که محصول نهایی از چندین واحد مولکولی یکسان و تکرار شونده تشکیل میشود. گاهی اوقات از این پلیمر به عنوان «پلیمر سنگین» یا «ماکرومولکول» یاد میشود، زیرا معمولاً اندازه (یا طول) نهایی این مولکولها و در نتیجه وزن مولکولی یا جرم آنها بسیار زیاد است. تمامی پلاستیکها نوعی پلیمر هستند، اما همه پلیمرها پلاستیک نیستند. چندین محصول طبیعی مانند سلولز، پلیمری هستند، اما تا زمانی که از شکل طبیعی خود خارج نگردند، مانند یک ماده پلاستیکی تجاری قابل پردازش نیستند.
انواع پلاستیک کدام است؟
ماده پلاستیکی ترکیبی از پلیمر به اضافه مواد افزودنی است و قابلیت شکلدهی یا قالبگیری به یک محصول ارزشمند را دارد. این کار در شرایط دما و فشار متوسط انجام میشود. معمولاً پلاستیکها دارای سفتی/مدول بالا و عدم خاصیت ارتجاعی معکوس هستند که به آنها اجازه میدهد از لاستیکها یا الاستومرها متمایز شوند.
دو دسته اصلی انواع پلاستیک عبارتند از: ترموپلاستیکها (thermoplastic) و پلاستیکهای ترموست (thermoset). محصولات ترموپلاستیک قابلیت نرم شدن، ذوب شدن و تغییر شکل/بازیافت مداوم را دارند، به عنوان مثال در قالبگیری تزریقی یا رزینهای اکستروژن. اما محصولات ترموست این خاصیت را ندارند. از نظر تناژ، ترموپلاستیکها بدون شک اهمیت بیشتری دارند. اگر پلیمر در پلاستیک مبتنی بر یک مونومر باشد، از اصطلاح «هموپلیمر» برای آن استفاده میشود. اگر پلیمر مورد استفاده بر اساس دو یا چند مونومر باشد، به آن «کوپلیمر» میگویند.
دو ترموپلاستیک اصلی: آمورف و کریستالی
مواد ترموپلاستیک را به دو دسته کلیدی میتوانیم تقسیم کنیم: آمورف و نیمه کریستالی. یک ماده ترموپلاستیک آمورف ساختار مولکولی خاصی ندارد و معمولاً یک ماده جامد، شفاف و سفت با ویژگی جمعشدگی است، به عنوان مثال پلی استایرن. در مقایسه، یک پلیمر کریستالی ساختاری سیستماتیک و «کریستالی مانند» دارد، اما از مواد بی شکل نیز تشکیل شده است. معمولاً به عنوان یک ماده ترموپلاستیک نیمه کریستالی شناخته میشود. این نوع پلاستیکها در مقایسه با ترمو پلاستیکهای آمورف معمولاً سختتر و کمتر شکننده هستند. همچنین دمای اعوجاج حرارتی بالاتری به نسبت دارند.
همچنین، این پلاستیکها شفاف یا مات هستند و انقباض زیاد و گرمای ویژه بالایی دارند. پلی اتیلن شناخته شدهترین نمونه از مواد نیمه کریستالی و ترموپلاستیک است. پلی استایرن شفاف گاهی اوقات به عنوان “پلی استایرن کریستالی” نامیده میشود و یک پلیمر آمورف است. با این حال، این نام به این واقعیت اشاره دارد که “کریستال شفاف” است و یک ترموپلاستیک کریستالی نیست. ترموپلاستیکهای آمورف و نیمه کریستالی اغلب توسط رئومتری آزمایش میشوند و به طور گسترده در مطالعات رئولوژیکی مورد استفاده قرار میگیرند.
نامها و اختصارات ترموپلاستیکها
همانطور که در قسمت قبل هم توضیح دادیم، دو نوع اصلی پلاستیک وجود دارد: ترموپلاستیکها و ترموستها. ترموپلاستیکها تا حد زیادی آنهایی هستند که بیشتر در رئولوژی مورد مطالعه قرار گرفتهاند، بنابراین، این بخش فقط بر روی انواع اصلی مواد ترموپلاستیک تمرکز میکند.
نامهای رایج ترموپلاستیکها
بیشتر ترموپلاستیکها دارای پیشوند «poly» هستند که به معنای «بسیار» است. پس از آن نام مونومری که پلاستیک از آن مشتق شده است، آمده است. در نتیجه نامهایی مانند پلی استایرن و پلی اتیلن برای هموپلیمرها به دست میآید. گاهی اوقات مواد پلاستیکی بیش از یک کلمه در نام دارند و هنگامی که این اتفاق میافتد ممکن است پرانتز در اطراف کلمات قرار داده شود، به عنوان مثال پلی (وینیل کلرید). البته، این روش جهانی نیست و در مواردی همان اصطلاح را بدون براکت یعنی پلی وینیل کلراید نیز مشاهده میکنید.
نامهای دیگری مانند «استالها» و «سلولوزیکها» نیز ممکن است دیده شوند زیرا نامگذاری به طور جهانی مورد استفاده قرار نمیگیرد. علاوه بر این، چندین پلاستیک با بیش از یک نام شناخته میشوند. به عنوان مثال، استالها ممکن است به عنوان پلی فرمالدئید یا پلی اکسی متیلن شناخته شوند. در این صورت، نام(های) جایگزین نیز باید فهرست شود.
اختصارات
پلیمرها به دلیل نامهای پیچیده و شیمیایی که برای توصیف آنها استفاده میشود، اغلب با اختصارات نامیده میشوند. این اختصارات از یک رشته کوتاه از حروف بزرگ تشکیل میشوند که در آن هر حرف بزرگ بخشی از نام رایج را نشان میدهد. در مورد مواد پلاستیکی که با “پلی” شروع میشود، حرف اول P است و حرف(های) دیگر از واحد مونومر گرفته میشود. برای مثال، پلی استایرن به ترتیب به PS و پلی اتیلن به PE کوتاه میشود.
از سوی دیگر، کوپلیمرها اغلب با استفاده از حروف اول مونومرهای مورد استفاده نامیده میشوند. بدون “P” برای “poly”. به عنوان مثال، کوپلیمری که از استایرن و اکریلونیتریل تشکیل شده است به عنوان کوپلیمر استایرن اکریلونیتریل یا SAN شناخته می شود. هنگامی که دو یا چند پلیمر با هم ترکیب میشوند، به عنوان ترکیب یا آلیاژ شناخته میشوند و معمولاً با اختصارات استفاده شده برای هر ماده نشان داده میشوند. هر مخفف با یک خط مورب مانند SAN/EVA از هم جدا میشود.
مواد ترموپلاستیک
یک ماده ترموپلاستیک خواص زیادی دارد، در هنگام گرم شدن نرم (یا ذوب) و در هنگام سرد شدن سخت (یا یخ) میشود. ممکن است این فرآیند گرمایش و سرمایش به طور مداوم چندین بار تکرار شود. تقریباً 80 درصد از تمام پلاستیکهای مورد استفاده در دنیا از ترموپلاستیک تشکیل میشود و آنها را میتوان به چهار دسته تقسیم کرد (که هر کدام ممکن است حاوی مواد بیشکل یا کریستالی باشند):
- کالایی
- مهندسی
- الاستومرها یا لاستیک
- مخلوط یا آلیاژ
1- کالایی
ترموپلاستیک کالایی (Commodity thermoplastics) این دسته خاص از پلاستیک موادی مانند پلی پروپیلن، پلی وینیل کلراید، پلی استایرن و پلی اتیلن (PP، PVC، PS و PE) را پوشش میدهد. البته این مواد به صورت جداگانه شامل بخشهای فرعی زیادی میشوند. به عنوان مثال، PP حاوی همو پلیمرها (homopolymers) و کوپلیمرها (copolymers)، پوششهای PVC سفت و پلاستیکی است، PS برای توصیف PS عمومی و PS سخت شده (TPS، IPS، یا HIPS) و PE شامل LDPE، LLDPE وHDPE میشود. تقریباً 80 درصد از پلاستیک ها در این دسته قرار میگیرند.
2- ترموپلاستیک مهندسی
پلاستیکهای مهندسی (Engineering Thermoplastics) از پلیمرهایی تشکیل شدهاند که ترکیبی از خواص از جمله استحکام بالاتر، سختی، مقاومت در برابر سایش، حملات شیمیایی و حرارت را ارائه میدهند. پنج ماده اصلی در این گروه وجود دارند که شامل پلی آمیدها (نایلونها)، استالها، پلی کربناتها، پلی استرهای ترموپلاستیک و اکسید پلی فنیلن اصلاح شده است.
3- الاستومرهای ترموپلاستیک
موادی که به عنوان «الاستومرهای ترموپلاستیک» (TPE) یا «لاستیکهای ترموپلاستیک» (TPR) شناخته میشوند، گروه نسبتاً جدیدی از انواع پلاستیک هستند. آنها علاوه بر جایگزینی پلاستیک و لاستیکهای سنتی در تعدادی از کاربردهای خود، بازارهای جدیدی را شکل میدهند. الاستومرها برخی از خواص را که با لاستیکهای سنتی یا “ولکانیزه” مرتبط هستند، نشان میدهند. با این حال، میتوان آنها را سریع و بیدردسر مدیریت و دوباره پردازش کرد.
4- مخلوط یا آلیاژ
به دلیل سهولت در تولید و استفاده از اکسترودرهای ترکیبی دو مارپیچ، تعدادی ترکیب پلاستیک یا ترکیب پلاستیک با الاستومرها وجود دارد. همچنین، این مواد ممکن است با پرکنندهها (fillers) یا فیبر شیشهای سازگار شوند. دلیل این امر این است که آنها شامل تولید مواد پلاستیکی “غیر معمول”، افزاینده کارایی پلاستیکهای موجود و با قیمت پایین و در عین حال بازیافتی از مواد پلاستیکی هستند.
راهنمای ویژگیهای انواع پلاستیک
انواع پلاستیک موجود است، بنابراین ویژگیهایی که ذکر شدهاند باید فقط به عنوان یک دستورالعمل کلی مورد استفاده قرار گیرند. زیرا خواص نهایی هر ماده پلاستیکی ممکن است تا حد زیادی با شرایط پردازشی که در آن قرار میگیرد یا با مواد افزودنی تغییر کند. انواع فرمولها با استفاده از مواد افزودنی به منظور ایجاد مقاومت در برابر گرما یا شرایط جوی در بسیاری از مواد قابل ایجاد هستند.
تعدادی از فرمولها باعث افزایش استحکام ضربه میشوند، در حالی که سایر فرمولها که شامل پرکنندهها هستند، در جایی استفاده میشوند که قالبگیریها باید دارای استحکام کششی یا دمای اعوجاج حرارتی بالا باشند. علاوه بر این، اصلاح کنندههای پردازش و عملکرد نیز ممکن است، افزوده شوند. به طور مثال روانکنندهها، افزودنیهای ضد الکتریسیته ساکن و عوامل هستهزا هستند و این افزودنیها ممکن است به عنوان بخشی از یک مستربچ (masterbatch) رنگ در نظر گرفته شوند.
انتخاب گرید
پس از تعیین کاربرد، نوع مواد پلاستیکی در نظر گرفته میشود و ویسکوزیته مذاب یا سرعت جریان مذاب (MFR یا MFI) ممکن است برای توضیح بیشتر گرید، استفاده شود. بهترین انتخاب گرید به این ویژگیها بستگی دارد و اگر برای مثال، قطعات تحت فشارهای مکانیکی بالایی قرار گیرند، درجه ویسکوزیته بالا ممکن است بهترین انتخاب باشد. بهطور مثال وزن مولکولی بالا و نشان دادن خواص مکانیکی برتر تنها دو دلیل است که نشان میدهد چرا یک گرید 9 ویسکوزیته انتخاب خوبی است. اما گرید بالا همیشه خوب نیست و استثناهایی نیز وجود دارد.
شکلهای خوراک
تجهیزات پردازش مانند ماشینهای قالبگیری تزریقی یا اکسترودرها میتوانند شامل رزینها یا ترکیبات پلاستیکی به اشکال مختلف باشند. خوراک از این جهت متفاوت است که ممکن است پودر ریز، مواد دانه دانه یا گلوله باشد. معمولاً اگر از گلولههایی با اندازه یکنواخت استفاده شود، نرخ خروجی بالاتری به دست میآید. نیازی به گفتن نیست که برای به دست آوردن یک خروجی ثابت، یک خوراک ثابت ضروری است.
پلی الفینها
احتمالاً شناخته شدهترین نمونه از مواد نیمه کریستالی و ترموپلاستیک پلی اتیلن یعنی انواع پلاستیک است. پلی اتیلن (PE) معمولاً به عنوان عضوی از خانواده پلاستیکها به نام پلی الفینها (PO) شناخته میشود که در آن پلی الفینهای هموپلیمر و هم پلیمری قابل دستیابی هستند. همانطور که در زیر مشاهده می کنید چندین عضو از خانواده پلی الفینها وجود دارد.
- پلی اتیلن با چگالی بسیار کم (VLDPE)
- پلی اتیلن کم چگالی (LDPE)
- پلی اتیلن خطی با چگالی کم (LLDPE)
- پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)
- پلی اتیلن های کاتالیز شده متالوسن (MCPE)
- پلی پروپیلن (PP)
پلی اتیلن
پلی اتیلن یکی از معروفترین انواع پلاستیک، از گاز هیدروکربنی به نام اتیلن ساخته میشود و از طریق فرآیند پلیمریزاسیون به دست میآید. اتیلن که به عنوان یک ماده (جرم) ساده و با وزن مولکولی کم توصیف میشود، دارای وزن مولکولی 28 است. وقتی مولکولهای گازی اتیلن (اتن) به یکدیگر میپیوندند (پلیمریزه میشوند) و ساختار زنجیرهای بلند تولید میکنند، نهایتاً اندازه و وزن مولکولی بهطور چشمگیری افزایش مییابد. اگر ده هزار مولکول اتیلن با هم ترکیب شوند، به عنوان مثال، یک گرید فیلم از PE ایجاد میشود، میانگین وزن مولکولی برابر با 280000 واحد اتمی (au) است.
واکنش پلیمریزاسیون ماهیتی تصادفی دارد و در نتیجه تعدادی از زنجیرهها دارای اندازههای متفاوتی خواهند بود. برخی بزرگتر از مقدار متوسط و برخی کوچکتر هستند. به عنوان مثال، برخی ممکن است فقط حاوی 20 واحد اتیلن، در حالی که برخی دیگر ممکن است شامل صد هزار واحد اتیلن باشند. این منجر به توزیع وزن مولکولی (MWD) میشود زیرا توزیع آماری وزن (اندازه) مولکولها رخ میدهد.
نکته دیگری که باید در نظر گرفت نحوه اتصال واحدهای اتیلن به یکدیگر است. در حالتی که دو واحد اتیلن در همان نقطه به زنجیره در حال رشد دیگری اضافه شوند، انشعاب در زنجیره رخ میدهد. در نتیجه، پلی اتیلن اساساً یک ماده زنجیره بلند ساده نیست، بلکه مادهای است که ممکن است از شاخههای جانبی کوتاه و بلند زیادی نیز تشکیل شود. جریان مواد و نحوه بسته بندی مولکولها در کنار هم (کریستالیزه شدن) در هنگام خنک شدن تحت تأثیر این شاخهها است.
مواد پلاستیکی پلی اتیلن موجود در اصل یک خانواده از مواد هستند. ممکن است در وزن مولکولی، توزیع وزن مولکولی و انشعاب زنجیره متفاوت باشند. تغییر هر یک از این جنبهها میتواند به طور قابل توجهی خواص مواد را تغییر دهد. پس از آن، طیف گستردهای از خواص برای هر گروه مواد امکان پذیر است. برای آشنایی بیشتر با ساختار پلی اتیلن، مقاله “پلی اتیلن چیست” را میتوانید بخوانید. برای خرید انواع فیلم پلی اتیلن با کارشناسان فروش ما در پوشان پلاستیک تماس حاصل فرمایید.
منبع:
