لدائن

مواد لدائنية (بلاستيكية) مختلفة .


اللدائن Plastic مصطلح يطلق على مجموعة من المنتجات التخليقية من المبلمرات.

والمبلمرات هي عبارة عن مركبات ذات كتلة جزيئية كبيرة تنتج من اتحاد جزيئات صغيرة تدعى مونومرات (احادية الوحدة)ومن الامثلة عليها السيلسولوز مبلمر طبيعي والبوليستيرين مبلمر صناعي. السيلسولوز: مبلمر من عدد كبير من وحدات الجلوكوز.

C6H12O6 والبوليستيرين: مبلمر من وحدات صغيرة تدعى الستيرين C6H5CCH=CH2والمبلمرات مركبات ذات اهمية كبيرة في حياة الانسان فهي جزء من بناء جسمة الحي ومثال عليها البروتينات التي تبني اجسام الكائنات الحية

ومبلمر البولي فنيل كلورايد (pvc)لذي يتكون من مونومرات H2C=CHCL ويستخدم في صناعة التمديدات الصحية ومواد عزل كهربائي وحراري . يستخدم مصطلح المبلمرات في البروتينات التي تعد مبلمرات لاحماض امينية

يعتبر البلاستيك نوع من أنواع المواد العضوية والشبه عضوية والبوليمرات المصنعة ويوجد العديد من الأنواع من اليلاستيك و لكن حتي عام 1930 كان البلاستيك المعروف هو السيليلويد و الباكيلايت و بعد ذلك تم أكتشاف أنواي عديدة من البلاستيك من بينها النايلون و البوليتين و التيريلين و البوليسترين.

تتكون البوليمرات في البلاستيك من جزيئات صغيرة تسمى مونومرات (أحاديات الحد). وتتكون أغلب هذه الجزيئات من ذرات الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين. ويتضمن بعضها ذرات الكلور والفلور والسليكون والكبريت. وتتكون السلسلة البوليمرية من مئات أو آلاف أو حتى ملايين من حلقات المونومرات. وتصنع هذه الحلقات في بعض البوليمرات من نفس النوع من المونومرات، وتتكرر الحلقات مرات ومرات. وتتكون الأخرى من نوعين أو أكثر من المونومرات التي قد يتصل بعضها مع بعض عشوائيًا أو في تتابعات بالتبادل. وفي بعض البوليمرات ترتبط كتل أو مجموعة من نوع واحد من المونومرات مع كتل أو مجموعة نوع آخر. وقد يكون لسلاسل البوليمر أفرع أو تكون بدونها، وقد يكون للسلسلة أفرع من جانب واحد فقط أو يكون متبادلاً من جانب لآخر. وقد تُحزم السلاسل بعضها مع بعض في صف مستقيم لتصنع مادة صلبة قاسية متبلورة، أو قد تبقى متشابكة وتنتشر متباعدة لتصنع مادة هشّة مطاطية. وتعتمد خواص البلاستيك على أنواع المونومرات في سلاسل البوليمر وطول السلاسل وترتيبها.ويمكن أن تمتزج أنواع مختلفة من جزيئات البوليمر بعضها ببعض لتكون سبائك بوليمرية أو مزيجًا. وتكوين السبائك يكون دائمًا أسهل من إنشاء بوليمرات صناعية جديدة. وقد يكون لها خواص تقع بين مكوناتها البوليمرية، أو قد يكون لها خواص أفضل من أيهما. ويمكن لعلماء البلاستيك أن يصنعوا أصنافًا من البلاستيك ذات خواصّ مثالية لأي غرض من الأغراض، وتستخدم سبائك البلاستيك في منتجات شتى تتراوح بين رقائق تغليف الأفلام وأجزاء هياكل السيارات. كيف يصنع راتينج البلاستيك عمل الراتينجات الصناعية. يُعدّ صانعو الراتينجات البوليمرات بخلط مركبات كيميائية. وتختلف هذه المركبات من كيميائيات معروفة مثل النشادر والبنزين ومركبات ذات أسماء يَصْعُب نطقها مثل هكساميثلين ديامين. وعندما يخلط الصانع مركبات مناسبة، تسبب التفاعلات الكيميائية تجمع الذرات بعضها حول بعض لتكون مونومرات. وبالإضافة إلى ذلك تسبب التفاعلات بلمرة المونومرات التي تكون سلاسل طويلة .


Molded plastic food replicas on display outside a restaurant in Japan.

كيف يصنع البلاستيك

طائرة هيكلها من اللدائن

استخلاصه في عملية تكرير النفط والتي هي عملية كبيرة ومعقدة ينتج عنها الكثير من المواد الملوثة والضارة. مصانع البتروكمياويات: تقوم بتصنيع مواد كيميائية عضوية تستخدم كمواد أولية ضمن سلسلة طويلة من العمليات لإنتاج البلاستيك. يتم تحويل الغاز الطبيعي أو النفط الخام إلى منومرات (monomers) وذلك عن طريق تكسير الروابط الكيميائية الكبيرة إلى روابط اصغر (مثل الايثلين، البروبلين، السترين، وغيرها من المواد الهيدروكربونية)

يتم ربط المونوميرات كيميائيا في سلسلة طويلة تسمى الپوليمرات (Polymers) في عملية تسمى الپلمرة. تتكون البوليمرات من خمسة أنواع، يتم تصنيع أكياس البلاستيك من أحد هذه الأنواع ويسمى البولي-إثلين. البولي إثلين أو كما يعرف بالإثيلين عبارة عن سلسة طويلة من الذرات الكربون والهيدروجين، لتفكيك هذه الروابط طبيعيا تحتاج البيئة إلى مئات السنين. الآثار المترتبة على عمليات التصنيع استخدام المصادر الغير متجددة مثل النفط والغاز الطبيعي.


تسمى المواد التي تستعمل في صنع منتجات البلاستيك الراتينجات الصناعية. وتصنع هذه الراتينجات من النفط، أساسًا ولكن بعضها يأتي من مواد طبيعية مثل الفحم والغاز الطبيعي والقطن والخشب. وينتج المصنعون الراتينج ويبيعونه إلى الشركات التي تصنع منتجات البلاستيك.

الخواص الفيزيائية والميكانيكية للدائن

حوض سباحة من اللدائن

إن نظرية المرونة élasticité التي طرحها هوك Hook ونظرية اللدونة plasticité التي قال بها كولومب Coulomb غير ملائمتين تماماً لدراسة السلوك الميكانيكي «للبوليمير» من الوجوه كلها، وهناك العديد من التوضيحات والأمثلة التي تعبر عن ذلك منها:

إن بعض المفاهيم التي يمكن أن توصف بها المواد التقليدية كالمعادن، مثل المطاوعة ductilité والهشاشة fragilité، ليس لها أي مدلول في المواد البلاستيكية الحرارية، إذ يمكن تكييف بعض أنواع السيليكون silicones كما يكيف العجين، ولا مرونة فيه تماماً عندما يشد شداً بطيئاً، لكنه ينقطع عند شده بسرعة. وإن لوحاً من كلوريد البوليڤينيل (polyvinyl chloride) PVC يمكن فتله حول نفسه من دون أن ينهار، لكنه ينكسر بالصدم. وإذا عُرِّضت مادة بلاستيكية لقوة ثابتة فإن تشوهها (انفعالها) يزداد مع الزمن، ولا يخضع للحمل فقط بل للزمن كذلك.

لقد اهتمت الريولوجيا(علم الدفق) rhéologie التي تأسست عام 1929 باللزوجة المرنة viscoélastique واللزوجة اللدنة viscoplasticité، وجرت دراسات مكروريولوجية microrhéologie عديدة لربط الظواهر الميكانيكية الملاحظة عملياً بالتركيب الجزيئي للمادة (كيمياوياً).

ففي المجال الخطي تكون حالة المادة محددة بمعادلة تفاضلية؛ وسلوك المادة، يمكن التعبير عنها بالنماذج «الريولوجية» العادية التي يمكن أن تكون عناصر كهربائية (مقاومات، مولدات، ساحة مغنطيسية وغيرها) وهي الأكثر شيوعاً واستعمالاً، حيث تربط على التسلسل أو التفرع أو الاثنين معاً حسب سلوك المادة.

كيمياء البلاستيك.

سياج وكراسي من اللدائن المقواة

لنفهم كيفية إنتاج البلاستيك من المفيد أن نتعلم شيئًا عن كيمياء البوليمرات. تتكون البوليمرات في البلاستيك من جزيئات صغيرة تسمى مونومرات (أحاديات الحد). وتتكون أغلب هذه الجزيئات من ذرات الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين. ويتضمن بعضها ذرات الكلور والفلور والسليكون والكبريت. وتتكون السلسلة البوليمرية من مئات أو آلاف أو حتى ملايين من حلقات المونومرات. وتصنع هذه الحلقات في بعض البوليمرات من نفس النوع من المونومرات، وتتكرر الحلقات مرات ومرات. وتتكون الأخرى من نوعين أو أكثر من المونومرات التي قد يتصل بعضها مع بعض عشوائيًا أو في تتابعات بالتبادل. وفي بعض البوليمرات ترتبط كتل أو مجموعة من نوع واحد من المونومرات مع كتل أو مجموعة نوع آخر.

وقد يكون لسلاسل البوليمر أفرع أو تكون بدونها، وقد يكون للسلسلة أفرع من جانب واحد فقط أو يكون متبادلاً من جانب لآخر. وقد تُحزم السلاسل بعضها مع بعض في صف مستقيم لتصنع مادة صلبة قاسية متبلورة، أو قد تبقى متشابكة وتنتشر متباعدة لتصنع مادة هشّة مطاطية. وتعتمد خواص البلاستيك على أنواع المونومرات في سلاسل البوليمر وطول السلاسل وترتيبها.ويمكن أن تمتزج أنواع مختلفة من جزيئات البوليمر بعضها ببعض لتكون سبائك بوليمرية أو مزيجًا. وتكوين السبائك يكون دائمًا أسهل من إنشاء بوليمرات صناعية جديدة. وقد يكون لها خواص تقع بين مكوناتها البوليمرية، أو قد يكون لها خواص أفضل من أيهما. ويمكن لعلماء البلاستيك أن يصنعوا أصنافًا من البلاستيك ذات خواصّ مثالية لأي غرض من الأغراض، وتستخدم سبائك البلاستيك في منتجات شتى تتراوح بين رقائق تغليف الأفلام وأجزاء هياكل السيارات.


كيف يصنع راتينج البلاستيك

أجزاء مكنات صناعية من اللدائن

عمل الراتينجات الصناعية. يُعدّ صانعو الراتينجات البوليمرات بخلط مركبات كيميائية. وتختلف هذه المركبات من كيميائيات معروفة مثل النشادر والبنزين ومركبات ذات أسماء يَصْعُب نطقها مثل هكساميثلين ديامين.

وعندما يخلط الصانع مركبات مناسبة، تسبب التفاعلات الكيميائية تجمع الذرات بعضها حول بعض لتكون مونومرات. وبالإضافة إلى ذلك تسبب التفاعلات بلمرة المونومرات التي تكون سلاسل طويلة من الجزيئات. وتنتج عملية البلمرة الراتينج الصناعي.

يستعمل المصنعون المضافات كثيرًا لتغيير خواص راتينج البلاستيك. وتتضمن المضافات الشائعة 1- إضافات التقوية 2- المالئات 3- الملدنات 4- الأخضاب.

يستعمل صناع الراتينج الكثير من المقويات كالألياف الزجاجية أو الألياف الكربونية لإعطاء البلاستيك قوة إضافية أو صلادة، ويحتوي الخليط الناتج الذي يسمى البلاستيك المقوى، على 10 إلى 80% من إضافات التقوية. وهذه المركبات خفيفة الوزن، ويمكن أن تحل محل الفلزات في صناعة الصواريخ والطائرات والسيارات.

وقد يستعمل صنَّاع الراتينج مالئات لتحسين جودة البلاستيك أو لزيادة كمية الراتينج غالي الثمن. وتتضمن المالئات الشائْعة مسحوق الخشب والتلك والطين.

ويضيف المصنعون الملدنات إلى راتينجات صناعية معينة لجعلها أكثر لينًا وأكثر مرونة وأسهل تشكيلاً. وتتغلب الملدنات على قوى الجذب بين سلاسل البوليمر وتفصل بينها لتمنع 1- التشابك فيما بينها، 2- تُغَيرُ الأصباغ من لون البلاستيك. ويستعمل صنَّاع الراتينج الأصباغ لإنتاج ألوان مختلفة كثيرة جدًا.

تمكن الإضافات صنَّاع الراتينج من صنع بلاستيك أكثر فائدة. على سبيل المثال، بلاستيك الفينيل يكون شفافًا طبيعيًا صلبًا، ولكن بفضل الإضافات يمكن أن يُصنع من بلاستيك الفينيل منتجات تشمل الأنابيب الرمادية الصلدة والأسطوانات السوداء القليلة المرونة ونوافذ أسقف السيارات الشفافة الناعمة.

صنع منتجات البلاستيك

أردية ملونة من اللدائن لراكبي الدراجات

صنع منتجات البلاستيك. يتضمن ذلك سبع عمليات أساسية لتشكيل البلاستيك وتحويله إلى منتجات وهي 1- القولبة 2- السبك أو الصب 3- البثق 4- تشكيل الرقائق المصقولة 5- تشكيل الرقائق 6- التشكيل الرغوي 7- التشكيل الحراري.

القولبة. هناك عمليات قولبة مختلفة تتضمن الضغط، والحقن، والنفخ، والقولبة الدورانيّة. وفي كل هذه العمليات تستخدم القوة في معالجة المواد البلاستيكية أثناء دخولها إلى القالب وبعده. وبمجرد تصلد المنتج، ترفع من القالب لاستعماله من جديد.

القولبة بالضغط هي أكثر عمليات قولبة المتصلدات الحرارية شيوعًا. وتتضمن منتجات القولبة بالضغط دعامات السيارات والمفاتيح الكهربائية ومقابض أواني المطبخ، والكاويات. وفي القولبة بالضغط يُضغط على البلاستيك وبعد أن يتكوّن، يُفتح القالب ويخرج المنتج.

القولبه بالحقن وهي أكثر أنواع قولبة البلاستيك الحراري استخدامًا. وتتضمن منتجات القولبة بالحقن الهواتف، وحاويات الحواسيب الإلكترونية وعجلات قيادة السيارات. وفي القولبة بالحقن تسقط أقراص الراتينج من وعاء قمعي إلى أسطوانات أفقية حيث تُصهر. ويدفع المكبس أو اللولب الدوّار الذي يكون بداخل الأسطوانة السائل الراتينجي عن طريق الضغط إلى القالب. وتأخذ أغلب منتجات القولبة بالحقن من 10 إلى 30 ثانية فقط كي تتصلد. يفتح القالب ثم يدفع مسمار طرد المنتج المشكل خارج القالب. ويقفل عندئذ القالب ثم يعاد ملؤه.

تستعمل القولبة بالنفخ في صنع قوارير مجوفة. وفي هذه العملية، تدخل أنبوبة من الراتينج المنصهر تسمى باريسون إلى القالب. ويدفع عندئذ هواء مضغوط أو بخار إلى الباريسون الذي يتمدد دافعًا الراتينج إلى جوانب القالب فيبقى حتى يتصلد.

تنتج القولبة الدورانية أيضًا أشياء مجوفة مثل كرات القدم ولعب الأطفال (الدُّمى) وخزانات وقود السيارات. ويُملأ القالب جزئيًا في هذه العملية بمسحوق الراتينج. عندئذ يُسخَّن القالب بينما يُدار المحرك بسرعة شديدة مكونًا قوة طرد مركزيَّة. وتدفع هذه القوة الراتينج المنصهر إلى جدران القالب وتبقيها في نفس وضعها حتى تبرد وتتصلد.

أزرار من اللدائن

السبك أو الصب. على عكس القولبة لا يعتمد الصب على أي ضغط خارجي لتشكيل البلاستيك. ويستعمل المصنعون هذه الطريقة لتشكيل كل من مواد البلاستيك الحراري والتصلد الحراري. ولصب المتلدنات الحرارية يصب الراتينج المنصهر في قالب ويبرد حتى يتصلد. ويوظف المصنعون السبك أو الصب في عمل الألواح السميكة والتروس والثقالات والمجسمات الأخرى.

البثق. يستعمل البثق لإنتاج الأنابيب والقضبان والألياف وأغطية الأسلاك ومنتجات أخرى لها نفس الشكل على مدى الطول الكلي. تدخل جزيئات صلبة من البلاستيك الحراري الخارج من الإناء المخروطي إلى أسطوانة ثابتة مسخنة ويدفعه واحد أو أكثر من اللوالب الدوارة حيث ينصهر بينما يدفع إلى الأمام. وتدفع المادة المنصهرة إلى الخارج خلال قالب تشكيل.

تشكيل الرقائق المصقولة أو التمليس. تنتج رقائق أو أغشية على نمط مستمر وذلك بضغط البلاستيك المنصهر بين زوجين مصقولين من الأسطوانات الساخنة، يضيف الصنَّاع الألياف والأوراق أو رقائق من المعادن خلال الأسطوانتين لإنتاج عناصر مثل أوراق اللعب المغطاة بالبلاستيك ومفارش المناضد.

تشكيل الرقائق أو التصفيح. يستعمل البلاستيك في لصق أكداس من الألياف الزجاجية والخشب والورق والأقمشة والرقائق الفلزية. تطلى الرقائق أو تنقع في الراتينج. وتوضع بعد ذلك الواحدة فوق الأخرى، حيث تضغطها آلة الرقائق بعضها مع بعض وتسخنها حتى يربط الراتينج بينها بقوة. وتنتج عملية تشكيل الرقائق موادّ قوية ذات سمك يتسع لعمل منتجات مختلفة. وتتضمن هذه المنتجات الخشب المضغوط ولوحات الدوائر الإلكترونية وألواح تغطية المناضد.

دعائم من اللدائن للواجهات الزجاجية

التشكيل الرغوي. يشير إلى إحدى الطرق المتعددة لإنتاج البلاستيك الإسفنجي. وكل هذه الطرق تتضمن إدخال غاز إلى راتينج البلاستيك الساخن، حيث يتمدد الغاز ويكون فقاعات داخل الراتينج الذي يبرد. وتكوِّن المادة الناتجة بلاستيكًا إسفنجيًا خفيف الوزن يسمى في بعض الأحيان البلاستيك الخلوي. واعتمادًا على الراتينج والطريقة المستعملة، يمكن للبلاستيك الإسفنجي أن يكون قويًا كالذي يستعمل عازلاً في المنازل وفي تغليف وتعبئة الوجبات السريعة. وهناك نوع آخر يمكن أن يكون لينًا مطاطيًا مثل الإسفنج المستعمل في المساند ووسادات الأثاث.

التشكيل الحراري عملية غير مكلفة تستعمل في تشكيل العناصر من رقائق البلاستيك. ويُثبِّت العمال في هذه العملية رقائق البلاستيك فوق القالب. وتسخن الرقائق عندئذ حتى تصبح لينة، ثم تمتص مضخة الهواء من القالب إلى الخارج خلال ثقوب بالغة الصغر. ويُكوِّن هذا فراغًا يسحب رقائق البلاستيك اللينة إلى أسفل حتى تغطي سطح القالب. وهناك تبرد وتتصلد في شكل القالب. ويستعمل الصناع التشكيل الحراري لإنتاج أشياء مثل أحواض الاستحمام وقواعد الحمامات الرشاشية وأوعية تعبئة الزبادي.

استهلاك الطاقة

مرآب أو ورشة من اللدائن المقواة

تقوم مصانع البتروكمياويات باستخدام العديد من المواد الكيميائية والماء لإنتاج المواد الكيميائية العضوية التي تستخدم في صناعة البلاستيك.

ينتج عن العمليات ملاين الأطنان من النفايات الصلبة والتي غالبا ما تكون مواد كيميائية. انبعاث الدخان والغازات التي تؤثر على العمال في المصانع وكل أشكال الحياة في المنطقة المحيطة بالمصنع. المواد الكيميائية السامة التي تلقى في البيئة البرية أو البحرية والتي تنتج عن عمليات التصنيع المختلفة. الحوادث التي تقع في المصانع وينتج عنها غازات بالغة السمية. المواد الخام التي تحتاج معالجة أكثر غالبا ما تكون سامة. يتم استخدام معادن ثقيلة قد تسبب السرطان لتثبيت لون البلاستيك. يتم وضع البلاستيك في محاليل سامة لتسريع عمليات الإنتاج. ينبعث غاز البنزين (المسبب للسرطان) أثناء عملية إنتاج الأكياس البلاستيكية بعض الألوان المستخدمة تكون سامة.

هل تساوي الأكياس البلاستيكية قيمتها؟! المواد التي تصنع منها الأكياس البلاستيكية تبقى لقرون. لكن ما هو العمر الذي تكون فيه ذات فائدة؟ ساعة واحدة، وربما ساعتين. في مقابل استخدام النفط في تصنيع شيء سيبقى في الأرض بلا فائدة مئات السنين، سيكون عندنا شيء سيخدمنا لمدة ساعتين، فهل هذا منطقي؟

البدائل

الأكياس القابلة للتحلل والتي تنتج من تخمير مواد طبيعية مثل النشاء والسليلوز وغيرها من المواد الكربوهيدراتية. أكياس قابلة للتحلل الضوئي تتحل بتعرضها لأشعة الشمس. الأكياس القماشية.

التطبيقات والمستجدّات

نمت اللدائن ـ البلاستيك ـ وازداد استخدامها في مجالات الحياة كلها. وقد ساعد على ذلك خواصها المميزة وسهولة التعامل معها صناعياً وتجارياً، وتبين الأشكال المرفقة (1ـ 8) بعض تطبيقات صناعة اللدائن، يضاف إليها أنواع لا تحصى من المنتجات البلاستيكية المغرقة في التخصص، ومن التطبيقات المستقبلية ما يأتي:

ـ عدسات بلاستيكية مختلفة لأجهزة التصوير وتحسين الرؤية وغيرها.

ـ أدوات جراحية من البلاستيك، حيث يطوّر الباحثون نوعاً من البلاستيك المقوّى بألياف كربونية من أجل استخدامها في هذه الأدوات.

ـ المطاط المعدني (البلاستيك الجديد): مركب يجمع بين مرونة المطاط وقوة المعدن. وتجري اليوم أبحاث واختبارات حوله، فإذا ما ثبت نجاحه فإنه سيغير آلاف المنتجات جذرياً.

ـ بطاريات جديدة من البلاستيك تعتمد على مادة polystyrène، ويتوقع استخدامها لتولد الطاقة في أي شيء ابتداء من السيارة حتى الهاتف الخلوي.

ـ في صناعة المعالجات وتغليفها وصناعة الترانزستور البلاستيكي المرن والقابل للشد، وهذا موضوع واسع. ويدور اليوم صراع تنافسي بين الشركات العالمية في هذا المجال تنفق عليه أموال طائلة.

ـ «بوليمير» ناقل للكهرباء، يتكون من أجزاء كيمياوية صغيرة الحجم تمتلك نواة ناقلة للكهرباء وطرفيتين. ويصنع «البوليمير» الناقل بأشكال مختلفة تناسب استخدامات وتطبيقات عدة.

ـ تخفيف وزن السيارات والقوارب والطائرات وغيرها باستخدام أنواع جديدة من البلاستيك المقوى بألياف زجاجية.

أنظر أيضا

المصادر

معتز جاويش. "اللدائن". الموسوعة العربية. 

وصلات خارجية