الأساس العلمي للبلاستيك وكيمياء تصنيعه وتاريخه و أنواعه || 81

ما هو البلاستيك ؟

البلاستيك هو نوع من المواد التي يتم تصنيعها من مواد عضويّة، مثل: النّفط الخام، والغاز الطّبيعي، والسّليلوز، والفحم، والملح.

تُشتقّ كلمة بلاستيك (بالإنجليزيّة: Plastic) من الكلمة اليونانيّة الأصل Plastikos والتي تعني قابل للقولبة، وكلمة Plastos وتعني مصبوب؛ ممّا يشير إلى أهمّ خصائص البلاستيك وهي قابليته للضغط والتّشكيل بأشكال متنوعة.

يتكوّن البلاستيك من وحدات كبيرة الحجم تسمّى البوليمرات (بالإنجليزيّة: Polymers) والتي تتكوّن بدورها من وحدات أقصر تتكوّن من الكربون تُسمّى المونومرات (بالإنجليزيّة: Monomers)، تترتّب المونومرات بطرق متعدّدة؛ ممّا يتيح المجال لتكوين أعداد لا حصر لها من البوليمرات المختلفة في التّركيب الكيميائي.

يدخل البلاستيك في صناعة الكثير من المواد التي نستخدمها بكثرة في حياتنا اليومية، مثل:

الملابس، والألعاب، والسّيارات، والأجهزة الكهربائيّة مثل التّلفاز والحاسوب، كما أنّه يدخل في تركيب الأقراص المدمجة وغيرها من المواد.

صناعة البلاستيك

يتم تصنيع البلاستيك من خلال الخطوات التالية:

[٣] إعداد المواد الخام والمونومرات: عند تكرير النّفط الخام والغاز الطّبيعي، تحدث عملية تُسمى التّكسير (بالإنجليزية: cracking process) للحصول على المواد الخام الهيدروكربونيّة،

وبعد ذلك تُعالج الهيدروكربونات كيميائياً للحصول على المونومرات الهيدروكربونيّة، مثل:

الإيثيلين، والبروبيلين، ومونومرات الكربون الأخرى مثل السّتايرين، وكلوريد الفينيل، والأكريلونتريل. تكوين البوليمرات: يتم ربط المونومرات لتكوين البوليمرات، والتي يتم تجميعها ومعالجتها لتحسين خواصها،

وتتضمّن المعالجة إضافة مثبطات اللهب الكيميائية وهي مواد تؤخّر تشكيل اللهب في حال حدوث حريق، والملدِّنات، والأصباغ، وفي هذه المرحلة تكون البوليمرات النّاتجة، أو ما يُسمى بوليمرات الراتنج (بالإنجليزّية: Polymer Resin) على شكل كرات صغيرة الحجم. تشكيل المنتج النّهائي:

في هذه المرحلة يتم تسخين الراتنج وصبّه في قوالب وتركه ليبرد، ويمكن أن تتضمّن هذه المرحلة العديد من الخطوات اعتماداََ على نوع المنتج المرغوب، ومنها: البثق (بالإنجليزّية: Extrusion):

وهي عملية تشكيل كريات الرّاتنج بعد تسخينها؛ وذلك بتمريرها في حجرات طويلة وتعريضها للضغط لإجبارها على المرور من خلال فتحات صغيرة لتتّخذ أشكالاً محدّدة، ثم تبريدها بتعريضها للماء أو الهواء، وتُستخدَم هذه الطريقة لصنع الأشرطة البلاستيكيّة.

القولبة بالحقن (بالإنجليزّية: Injection molding):

يتم حقن الرّاتنج وهو ساخن تحت ضغط مرتفع داخل قوالب التبريد لتكتسب شكلاً محدّداً، وتستخدم هذه الطريقة لتصنيع حاويات أو علب اللبن والزبدة على سبيل المثال.

التّشكيل بالنفخ (بالإنجليزية: Blow molding):

تتم هذه العملية جنباً إلى جنب مع البثق أو القولبة بالحقن، وتُستخدَم لتصنيع القوارير البلاستيكيّة؛ وذلك بوضع أنبوب من البلاستيك السّاخن في قالب مبرَّد ثم تعريضه لهواء مضغوط يدفع الرّاتنج إلى جوانب القالب، ويُترَك حتى يتصلّب على شكل القالب المطلوب.

القولبة بالدوران (بالإنجليزّية: Rotational molding):

يوضع الرّاتنج السّاخن في قالب مستدير، ويتم تدويره حتى يتم توزيع الرّاتنج على جوانب القالب، ثم يُترك ليبرد ويتخذ الشّكل المطلوب، وتُستخدم هذه التُقنية لتصنيع مواد بلاستيكية مجوّفة، مثل: دمى الأطفال، وقطع الأثاث، والمعدات الرّياضيّة، وحاويات النّفايات، وغيرها.

أنواع البلاستيك

يوجد نوعان رئيسيّان من البلاستيك، وهما:[٤]

البلاستيك أو اللدائن الصّلبة بالحرارة (بالإنجليزيّة: Thermoset or thermosetting plastics):

وهو البلاستيك الذي يحتفظ بشكله ولا يمكن إعادة تسخينه وتشكيله من جديد، ويُستخدم لتصنيع إطارات السّيارات، وقطع غيار السّيارات، وأجزاء الطّائرات، ومن الأمثلة عليه: البوليستر، راتنجات الايبوكسي، والرّاتنجات الفينوليّة، والبولي يوريثان.

 البلاستيك أو اللدائن الحرارية (بالإنجليزيّة: Thermoplastics):

وهو البلاستيك الذي يمكن تذويبه وإعادة تشكيله عدة مرات، فهو أقلّ صلابة من البلاستيك الصلب بالحرارة؛ لذلك يُستخدَم لانتاج مواد التُغليف والتّعبئة، ومن الأمثلة عليه:

البولي إيثيلين الذي يُستخدم في تصنيع القفازات التي تُستخدَم لمرة واحدة، وأكياس القمامة، ومواد التّغليف، والبولي بروبلين الذي يُستخدم في تصنيع الحقائب، والخيوط، والأنابيب، والقوارير، والبولي فينيل كلورايد الذي يُستخدم في صناعة الأنابيب، خاصّةً أنابيب المياه.

تاريخ البلاستيك

في عام 1839م اكتشف تشارلز جوديير (Charles Goodyear) بالصدفة عملية الفلكنة (بالإنجليزيّة: vulcanization)، وذلك عند مزج الكبريت مع المطاط الطّبيعي أثناء تسخينه، فأصبح بذلك أكثر مرونة، وأكثر قابلية للتشكيل، وفي عام 1846م اكتشف الكيميائي السّويسري تشارلز شونبين (Charles Schonbein) بوليمر النّيتروسليلوز الذي تكوّن نتيجة حدوث تفاعل بين القطن وخليط من حمض الكبريتيك وحمض النيتريك، وفي عام 1870م اكتشف جون هيات (John Hyatt) بوليمر البلاستيك المُسمّى السّيلولويد نتيجة تفاعل الكافور مع نترات السّليلوز، وقد استُخدِمَ السيلولويد لإنتاج أفلام التّصوير الفوتوغرافي، وكرات البلياردو، وكرات البينغ بونغ. في عام 1909 صنّع العالم ليو بايكلاند (Leo Baekeland) بوليمر صناعي آخر أُطلق عليه اسم (باكلايت)، وقد حصل عليه بإجراء تفاعل بين الفينول والفورمالديهايد، وقد أصبح الباكلايت من البوليمرات الأساسيّة لإمكانيّة صبّه في قوالب ذات أشكال مختلفة وهو ساخن، واستُخدِمَ لصنع منتجات ذات مقاومة عالية للحرارة والكهرباء، مثل: المقابض، وقطع الأثاث، والهواتف، وقطع غيار السيارات، والمجوهرات، وقد أدى اختراع الباكليت في ما بعد إلى إنتاج مجموعة كاملة من أنواع البلاستيك تُعرف باسم راتنجات الفينول. في ثلاثينات القرن العشرين اكتشف العالم والاس كاروثرز (Wallace Carruthers) أنّ تفاعل حمض الأديبيك ونوع معين من المونومرات يُسمى ديامينوهكسان يؤدّي إلى إنتاج نوع من البلاستيك هو النّايلون، ويتّصف النّايلون بأنه مكوّن من ألياف قوية وخفيفة الوزن، ومناسبة لتصنيع الملابس، والخيام، والحقائب، والحبال، ومع تعاقب السّنوات تمكّن الكيميائيون من إنتاج مواد بلاستيكية محسنّة، مثل: البولي إيثيلين، والفينيل، والدّاكرون، والستايروفوم، والبوليسترين.[٥] مزايا وعيوب البلاستيك من مزيا البلاستيك ما يلي:[٦] منخفض التكلفة. مقاوم للماء والمواد الكيميائيّة. متين، وخفيف الوزن، ومرن. عديم الرّائحة وغير قابل للكسر. يمكن استخدامه للأغراض المنزليّة والتغليف. يمكن إعادة تدويره. أمّا عيوب البلاستيك فهي:[٦] غير قابل للتجديد. يلوّث الأرض والماء؛ لأنه غير قابل للتحلل. يُنتِج بعض أنواع البلاستيك أبخرة شديدة السّمية عند حرقه. تُسبِّب الأكياس البلاستيكيّة الضرر للحيوانات البريّة والبحريّة.

المصدر