پیشرفت تاریخی مواد پلاستیک

پلاستیک های طبیعی:
در طی یک و نیم قرن گذشته، دو گروه مواد جدید که نه تنها با مواد قدیمی تر به سبب مصارف کاملاً جا افتاده شان به رقابت پرداخته اند، بلکه امکان تولید محصولاتی را فراهم کرده اند که به توسعة دامنه ی فعالیت های نوع بشر کمک کرده است. بدون این دو گروه از مواد یعنی لاستیک ها و پلاستیک ها مشکل می توان تصور کرد که چکونه شکل هر روزه زندگی مدرن مانند اتومبیل، تلفن، تلویزیون می توانست بوجود آید و توسعه یابد.

در حالیکه استفاده از لاستیک طبیعی با فرارسیدن قرن حاضر بخوبی جا افتاد بود ول دوره رشد عمده صنعت پلاستیک از سال ۱۹۳۰ بوده است.
موادی که هم اکنون تحت عنوان پلاستیک ها طبقه بندی شده اند، قبل از این زمان ناشناخته بودند، زیرا نشانه هایی از استفاده از پلاستیک های طبیعی را به آسانی می توان در عهد باستان یافت.

رزین، طبیعی دیگری که بیشتر متعلق به مشرق زمین بود، یعنی لاک برای حداقل یکهزار سال پیش از اینکه پلینی متولد شود بکار رفت. یا لاک صدفی را که امروزه بنام خراطی هندی شناخته شده و هنوز هم معمول است.
اولین مرجع ثبت شده برای لاستیک طبیعی درکتاب Valdes La historia naturally general de indias انشتار یافته در سویل( ۱۵۵۷- ۱۵۳۵) بود.
لاستیک منعقدشده یک ماده بسیار کشسان بود و با قالبگیری یا روزن رانی نمی توانست شکل داده شود. در سال ۱۸۴۰ فردی انگلیسی به نام توماس هانکوک،کشف کرد در صورتی که لاستیک به شدت تحت تنش کشیده یا خرد شود پلاستیک شده و بنابراین قابلیت جاری شدن را پیدا می کند. د رحال حاضر می دانیم که این امر به علت کاهش شدید وزن مولکولی در اثر خردشدن می باشد.

واکنش لاستیک گوگرد توسط ویلیام بورکندون یکی از دوستان هانکوک، و ولکانش نامیده شد.
در ادامه کار روی و ولکانش که بطور عادی انجامش مستلزم وجود تنها درصدکمی گوگرد بود گودیر و هانکوک دریافتند که در صورتی که لاستیک با مقادیر بیشتری گوگرد( حدود ۵۰ قسمت بازای ۱۰۰ قسمت لاستیک) گرما داده شود، محصولی سخت بدست می آیداین ماده بعدها به نام های مختلف مانند ابونیت، وولکانیک، و لاستیک سخت مشهور شد. مقاله ی ثبت شده ای برای تولید لاستیک سخت توسط نلسون گودیر در سال ۱۸۵۱بیرون داده شد.

کشف ابونیت معمولاً بعنوان یک مرحله ی برجسته و مهم در تاریخچه صنعت لاستیک در نظر گرفته شد. اهمیت این ماده در این امر است که ابونیت اولین پلاستیک گرما سختی بود که تهیه شد و همچنین اولین پلاستیکی بود که تولیدش مستلزم یک تغییر شیمیایی مجزا برروی یک ماده طبیعی بود.

۲ پارکزین و سلولوبید
هنگامی که هانکوک و گودیر در حال بهبودبخشی فرآیندهای اساسی تکنولوژی لاستیک بودند اکتشافات مهم دیگری در اروپا در حال رخداد بود. با ادامه کارهای ابتدایی انجام شده توسط پلوز، شوبنانین توانست شرایطی برای نیتروژن دار کردن کنترل شده سولفور بنا نهد.

محصول بدست آمده در ساخت کلودین( یک ماده منفجره) و جامد باقیمانده از تبخیر حلال کلودین مصرفی درعکاسی ماده ای سخت شدیداً کشسان و ضدآب را تولیدکند. تولید پارچه های بافته شده ضدآب را با استفاده از چنین محلول های به نام خود ثبت کرد. در سال ۱۸۶۶ شرکت پارکزین با مسئولیت محدود تشکیل یافت ولی در سال ۱۸۶۸ هزینه تولید، محصولات به مرغوبیت پائین تری نسبت به تولیداتی که در سال ۱۸۶۲ به نمایش گذارده شده بود، رسیده بودند. اگرچه شرکت پارکزین متحمل یک شکست اقتصادی شد ولی باید به پارکسی بعنوان اولین انسانی که در بهره

برداری تجاری از یک بسار اصلاح شده از طریق شیمیایی بعنوان یک ماده گرماسخت مبادرت و تلاش نموده اعتبار داد.
در آمریکا نیز پیشرفت هایی درزمینه استفاده از سلولوز نیترات در حال بوقوع پیوستتن بود. جان وسلی هایت در سال ۱۸۶۵در ابداع روشی برای تولید توپ های بیلیارد از مورادی به غیر از عاج موفق شد. او استفاده از کلودین برای پوشش دادن به توپ های بیلیارد را به صورت مقاله ای ثبت

کرد.
محصولاتی که تا این زمان چه در انگلیس و چه در ایالات متحده آمریکا ساخته شده بود، بعلت تبخیر حلال از جمع شدگی بسیار زیادبرخوردار بودند. اگرچه پارکسی و اسپیل به کافور در کارهای خود اشاره کرده بودند ولی این موضوع برای برادران هایت باقی گذاشته شد تا ارزش بی نظیر کافور را بعنوان نرم کننده ای برای سلولوز نیترات احساس کنند.

ارزش اختراعاتت برادران هایت در بین سالهای ۱۸۸۷ و ۱۸۸۴ توسط اسپیل و چندین دادگاه به زیر سئوال کشیده شد. دادگاه رأی دادکه مخترع واقعی فرآیند در حقیقت اکلساندر پارکس است زیرا او استفاده از کافور و الکل را در اختراع خود ذکر کرده بود.
۳- ۱۹۰۰ تا ۱۹۳۰

در سال ۱۹۰۰ تنها مواد پلاستیکی موجود، شلاک، گوتاپرکا، ابوتیت، و سلولویید( و قیرها و کهربا اگر بعنوان پلاستیک در نظر گرفته شوند) می بودند.
اولین گروه این مواد که به بار نشست، مواد همراه با پروتئین شیر یعنیکازئین بودند. در حدود سال ۱۸۹۷ در مدراس آلمان تقاضا برای چیزی که تنها می توان آنرا تخته سیاه سفیدرنگ توصیف نمود وجود داشت. امروزه هنوز هم کازئین در صنعت دکمه سازی مورد توجه و علاقه قرار دارد.
لئوهندریک بالکند، روشهایی را برای چگونگی کنترل و اصلاح و اکنش کشف کرد. بطوری که

محصولات مفیدی را می شد شناخت. اولین اختراع از صدونوزده اختراع او در مورد پلاستیک های متول- آلدهیددر سال ۱۹۰۷ بیرون داده شده و در سال ۱۹۱۰شرکت جنرال بالکیت در ایالات متحده تشکیل گردید. در مدت کوتاهی درطی چندین سال این ماده در زمینه های بسیاری تثبیت و قابل استفاده شده بود، به ویژه برای عایقکاری الکتریکی هنگامی که بالکند در سال ۱۹۴۴ ازدنیا رفت، تولید جهانی رزینهای متولی به میزان ۱۷۵ هزارتن در سال بود و امروزه مصرف سالیانه این رزین ها هنوز هم قابل توجه است. در سال ۱۹۱۸ هانس جان، رزین هایی را از واکنش اوره و فرمالدهید تهیه کرد. این واکنش در یک تلاش ناموفق جهت تولید شیشه ای براساس ترکیبات آلی توسط پولاک و ریپر در بین سالهای ۱۹۲۰ تا ۱۹۲۴ بطور کاملتری مورد مطالعه قرار گرفت.
اگرچه درآن زمان نه رزین یتواوره – فرمالدهید و نه رزین اوره فرمالدهید از ارزشی برخوردار نبودند رزینهایی با استفاده از اوره با فرمالدهید ساخته شدکه با موفقیت درساخت گردهای قالبگیری به مصرف رسید.

در طی مدت توسعه رزین های برپایه اوره، یک گرما نرم یعنی سلولوز استات گام های نخستین خود را برای ورود به جامعه پلاستیک ها برمی داشت این ماده خیلی بیشتر به مقدار زیادی بعنوان ماده جلای بدنه هواپیما و برای ساخت الیاف سنتزی به مصرف رسید. کشف نرم کننده ها ی مناسب در سال ۱۹۲۷ باعث معرفی این ماده بعنوان ماده ای اشتعال ناپذیر درست در نقطة مقابل سلولویید شد.
۴- سیر تکامل پلاستیک های وینیل:

دهه ۱۹۳۰ تا ۱۹۴۰ پیشرفت های صنعتی اولیه چهار گرمانرم اصلی امروزی را شاهد بودند. یعنی پلی استیرن، پلی وینیل کلرید(PVC ) ،پلی اولفینها و پلی( متیل متاکریلات)چون همه این مواد می توانستند بعنوان مشتقات اتیلن در نظر گرفته شوند در گذشته بنام پلاستیک های اتنویید خوانده می شدند. اگرچه در حال حاضر معمولا ً لفظ کمابیش غیردقیق پلاستیک های ونیل ترجیح داده می شود.
در حدود سال ۱۹۳۰ آی.جی. فاربن در آلمان برای اولین بار پلی استیرن را تولید کرد. مورد تو جه واقع شدن PVC از نظر تجاری نیز در حدود همین زمان آغاز گردید.
آی. استرومیلنسکی روسی بسپارش، وینیل کلرید و مواد هم خانواده آن را در سال ۱۹۱۲ بنام خود ثبت کرد ولی سرعت تجزیه بسیار بالای این ماده دردمای فرآیند برای بیش از ۱۵ سال مشکل غیرقابل حلی را ایجاد کرد. امروزه PVC که یکی از دو پلاستیکی ا ست که از نظر میزان مصرف بالاترین مقام را دارند، پلاستیک دیگر پلی اتیلن است.
کشف و توسعه ی پلی اتیلن در سی آموزنده در ارزش مشاهده و دنبال کردن یک نتیجه تجربی غیرقابل انتظار را دارد. در سال ۱۹۱۳ آزمایشگاههای تحقیقاتی آلکالی دیویژن وسیله ای را برای تحقیق در مورد تأثیر فشار بالای ۳۰۰۰ اتمسفر برروی سیستم های آلی دوتایی و سه تایی طراحی کردند. در یکی ازآزمایش هایی که در آن زمان اتیلن استفاده شده بود، مقدار کمی جامد مومی سفیدرنگی تشکیل شده بود، تجزیه این ماده مشخص کرد که بسپاری از اتیلن است.در همان زمان کوششهایی جهت تولید مجدد این بسپار صورت گرفت. سرانجام کشف شد که مقدار بسیار ناچیزی اکسیژن موردنیاز است تا سبب تشکیل پلی اتیلن شود. در تجزیه اولیه بعلت منفذ موجود در دستگاه بطور تصادفی اکسیژن موجود بوده است. تحقیق برروی محصول نشان داد که این ماده یک عایق الکتریکی بسیار عالی بوده و مقاومت شیمیایی بسیار خوبی دارد.

واحد پلی اتیلن در اول سپتامبر ۱۹۳۹ درست قبل از جنگ جهانی دوم وارد خط تولی شد.درجنگ جهانی دوم از ماده ای به نام پرسپکس (متیل متاکریلات) برای لعاب دادن بدنه هواپیما و در حد کمتری برای تولید دندان مصنوعی ارزش بسیار زیادی یافت.
امروزه پلی( متیل متاکریلات) در کشور های زیادی تولید می شود بویژه در جایی که شفافیت و یا مقاومت مناسب در برابر آب و هوا اهمیت داشته باشد.
۵- پیشرفت ها از سال ۱۹۳۹

وقوع جنگ، پلاستیک ها را عمدتاً بعنوان جانشینی بر ای موادی همچون لاستیک طبیعی وگوتاپرگا که کمبود عرضه داشتند، بیشتر مورد تقاضا و درخواست قرار داد. در ایالات متحده برنامه کوتاه مدت جهت تولید لاستیک های سنتزی در مقیاس بالا باعث انجام پژوهشهای وسیعی در زمینه شیمی تشکیل بسپارها شد.
مواد جدیدی نیز وارد صحنه شدند، نایلون که بطور درخشنده ا ی در واسط دهه ۱۹۳۰ توسط و

اچ.کاروترز و گروه پژوهشی اش به شکل الیاف برای شرکت دوپان ساخته شده برای اولین بار در سال ۱۹۴۱ بعنوان یک ماده قالبگیری استفاده گردید.
پیشرفتهای قابل توجهی نیز در زمینه رزینهای گرماسخت در حال وقوع پیوستن است.
ملامین، فرمالدهید به شکل تجاری در سال ۱۹۴۰ به بازار عرضه شد.
اولین دهه پس از جنگ شاهد استقرار جدیدترین مواد سنتزی در بسیاری از زمینه های کاربردی بودند. موادی مانند پلی اتیلن و پلی استیرن که در ابتدا موادی نسبتاً گران به کاربرد ویژه بودند، در تناژ های بالا با هزینه کم تولید شدند وشروع به کنارزدن برخی ازمواد قدیمی تر بلکه با مواد موسوم تر مانند فلزات،چوب، شیشه و چرم قابلیت رقابت داشتند. بکاربردن پلاستیک ها در زمینه های

ناردست بطور گاه و بیگا خسارتی را به صنعت وارد کرد و پلاستیک ها برای چندین سال با جریانی از بی اعتبیاری احاطه شدند بتدریج باوری در مورد فواید و محدودیت های استفاده از پلاستیک های مختلف ایجد شد،درست به همان شکلی که ما برای سالهای متمادی،خصوصیات خوب و بد مواد مرسوم و رایج را دریافیم.چوب تاب برداشته و می پوسد، آهن زنگ می زند، و بیشتر شیشه ها شکننده هستند هیچیک از این خصوصیات ارزش بسیار والای این مواد را انکار نکرده اند.

موادی تا حدود ویژه عبارت بودند از رزین های استال که اولین بار توسط دوپان معرفی شده بود و پلی کربناتها که بطور همزمان ولی مستقل از هم در ایالات متحده وآلمان ساخته شده بودند پیشرفتهای بیشتر در زمینه پلی استیرن با مقاومت ضربه ای بالا به ساخت بسپارهای ABS منتهی شد.
کشف و توسعه پلی پروپیلن که براستی تنها گرماندم جدی با تناژ بالا می بود و از زمان جنگ جهانی دوم ساخته شده بودف بخشی از چیزی را تشکیل داد که حقیقتاً مهمترین دوره در تاریخ علم بسپار بشمار می رفت. سالهای زیادی بود که می دانستند ساختار بسپار های طبیعی بسیار منظم تر از بسپارهای سنتزی است.

تحقیقات بیشتر نشان دادکه این پلی اتیلن های جدید خواص برجسته ای در مقایسه با مواد قدیمی تر که توسط ICI تولید شده بود، دارند. آنها نقطه نرمی بالاتری داشته،سخت تر بوده و از چگالی بالاتری برخوردار بودند.

۶- مواد خام برای پلاستیک ها:
امروزه صنعت پلاستیک شدیداً با صنعت نفت در ارتباط است. در حقیقت یک نظر عمومی این است که در صورتی که نفت دردسترس نباشد، نمی توان پلاستیکها را تولید کرد. این عقیده بسیار با وضعیت ۳۰ تا ۴۰ سال پیش هنگامی که صنعت پلاستیک بعنوان«لاشخور موادخام» وصف می شد بسیار متفاوت است.

قبل از جنگ جهانی دوم، مهمترین دسته از گرمانرم ها یعنی مواد سلولوزی از منابع گیاهی ساخته می شد. سلولز جزء مهم سازنده یک گیاه است. از سبوس جو، پلاستیک های فوران ساخته شدند. در حالی که راههایی نیز برای دستیابی به نایلون از این ماده اولیه در حال پیشرفت بود.
انواع ابتدایی پلی اتیلن از ملاس حاصله از نیشکر و تبدیل آن به اتیل الکل وا تیلن بدست آمدند. تا اواسط دهه ۱۹۵۰ منبع اصلی ماده اولیه برای صنعت پلاستیک اروپا زغال سنگ بود. تقطیر تخریی زعال سنگ چهارماده تولید می کند. قطران زغال سنگ، کک، زغال سنگ و آمونیاک. قطران زغال سنگ منبعی مهم برای مواد شیمیای آروماتیک مانند بنزن، تولوئن، متول، نفتالین و محصولات

وابسته بود. از این مواد سایر مواد شیمیایی نطیر آدیپیک اسید، هگزامتیل دی آمین، کاپرولاکتام، وفتالیک آنیدرید می توانست بدست آید که به پلاستیک های مهمی نظیر رزینهای قتولی، پلی استیرین و نایلون ها منتهی می شد.
واکنش کک با کلسیم اکسید، کلسیم کاربید را می دهد که در واکنش با آب استیلن تولید می کند. این ماده برای سالها یک نقطه شروع مهم برای تولید آکریلونیتریلف وینیل کلرید، وینیل استات، و سایر تکپارهای وینیلی بود.