פלסטיק
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
פלסטיק הוא שם כולל למגוון רחב מאוד של תרכובות סינתטיות או חצי-סינתטיות. מקור רוב התרכובות האלו הוא מתהליכי דחיסה או פולימריזציה. ישנם חומרים פלסטיים במגוון גדול של נקודות היתוך, חוזק וגמישות.
תוכן עניינים |
[עריכה] פולימרים טבעיים
חומרים פלסטיים מבוססים על פולימרים, שרשראות ארוכות של מולקולות המבוססות על פחמן או צורן (סיליקון). שרשראות אלו מורכבות מיחידות חוזרות הנקראות מונומרים. חומר פלסטי הוא פולימר שהוספו לו מוספים שונים כמייצבים, חומרי מילוי, פיגמנטים וכו'.
בני האדם השתמשו בחומרים פלסטיים טבעיים כבר בעת העתיקה בצורת שעווה או לכה. פולימר ממקור צמחי, הנקרא תאית (צלולוזה) היה המרכיב שנתן את החוזק לחבלים בספינות עד המאה ה-19.
עם הזמן וההתפתחות הטכנולוגית התחילו להמציא תרכובות פלסטיות מלאכותיות. גומי טבעי הוא פולימר שמושפע מאוד משינויי הטמפרטורה - הוא הופך דביק ומסריח בחום, ושביר בקור. בשנת 1834 גילו באופן בלתי תלוי שני חוקרים, פרידריך לודרסדורף הגרמני ונתניאל הייווארד האמריקאי, שהוספת גופרית לגומי טבעי מונעת את תופעת הדביקות עם עליית החום.
הממציא האמריקאי צ'ארלס גודייר (Charles Goodyear) ערך ניסויים בגופרית ובגומי טבעי. ב-1839 הוא הניח בטעות חתיכת גומי עם גופרית על הכיריים. הגומי החדש היה בעל תכונות טובות בהרבה מאלו של הגומי הטבעי, וגודייר המשיך עם ניסוייו. הוא פיתח תהליך שנקרא גיפור (וולקניזציה) שבמהלכו "מבשלים" את הגומי עם הגופרית. יחסית לגומי הטבעי, הגומי המבושל היה הרבה יותר חזק וגמיש, רגיש פחות לשינויי טמפרטורה, כמעט ולא מגיב עם כימיקלים שונים ולא מעביר זרם חשמלי.
וולקניזציה ממשיכה להיות תהליך תעשייתי חשוב עד היום.
[עריכה] חומרים פלסטיים על בסיס של תאית (צלולוזה)
לאחר החידוש החשוב של גודייר, הצעד המתבקש הבא היה העבודה עם פולימרים טבעיים דוגמת תאית (צלולוזה). הממציאים ניסו להמציא חומרים סינתטיים, במקום הטבעיים היקרים, הואיל והיה זה מוצר יקר ערך. אחד החומרים שניסו שנים רבות למצוא לו תחליף מלאכותי הוא השנהב.
אלקסנדר פרקרס האנגלי פיתח "שנהב סינתטי", שנקרא "פירוקלין" (pyroxlin), שאותו שיווק תחת השם המסחרי "פארקסין". החומר החדש זכה במדליית ארד ביריד העולמי של לונדון בשנת 1862. פרקסין היה עשוי מצלולוזה שעברה טיפול בחומצה חנקתית (HNO3) ובממס. התוצר שהתקבל היה קשה, דמוי שנהב, וניתן היה לעיצוב לאחר חימום.
למרות ההצלחה הראשונה נכשל פרקרס ברמה התעשייתית הואיל והמוצרים מפארקסין נקרעו ונשברו אחרי תקופת שימוש קצרה. המדפיס והממציא החובב האמריקאי ג'ון ווסלי היאט (John Wesley Hyatt) המשיך את עבודתו של פרקרס בנקודה שבה הופסקה. פרקרס נכשל בגלל העדר הממס המתאים. היאט גילה, שקמפור שהוא ממס אורגני, אך יחד עם זאת קוטבי מעט, ייצלח לכך.
היאט היה מעין גאון תעשייתי, והוא הבין היטב אילו אפשרויות גלומות בחומרים מהסוג הזה. לכן הוא התחיל בעיצוב מכשור תעשייתי בסיסי ליצור חומרים פלסטיים ברמה טובה. היות וצלולוזה הייתה המרכיב העיקרי בחומרים הפלסטיים החדשים, קרא להם היאט "צלולואידים" החומרים הוצגו ב1863.
אחד המוצרים הראשונים היה שיניים תותבות, אם כי הייתה בעיה חמורה היות שצלולואיד מתרכך בחימום. הפריצה האמיתית של הצלולואיד הייתה ביצור בגדים אטומים למים. הם דחו כתמים ומים, והיאט מכר אותם בכמויות עצומות. גם מחוכים מצלולואיד היו פופולריים באותה תקופה, כי הלחות לא גרמה לחלודה, כמו שהיה קורה למחוך שבנוי על בסיס מתכת.
צלולואיד התגלה כחומר רבגוני ביותר, תוך כדי שהוא מספק חלופה זולה ואטרקטיבית לשנהב, שריונות צבים וכדומה. חלק מהמוצרים העשויים מצלולוזה מקושטים בצורה מרהיבה. תחום נוסף שבו השתמשו בצלולואיד בכמות גדולה הוא תעשיית סרטי הצילום שהתחילה להתפתח לקראת סוף המאה ה-19. לקראת 1900 הצטרפו גם סרטי הקולנוע לרשימת הלקוחות.
למרות יתרונותיו הרבים, היו לצלולואיד גם כמה חסרונות. עם הזמן הצהיב הצלולואיד ונהיה שביר, וחמור יותר - זהו חומר דליק ביותר (צלולוזה יחד עם חומצה חנקתית היו ממרכיבי אבק השריפה).
מוצר נוסף שיוצר מצלולואיד הוא ביגוד. בהתחלה רצו ממציאי הצלולואיד להחליף את השנהב, אך לאחר מכן רצו ממציאים חדשים לההשתמש בו כדי להחליף מוצר אחר - המשי. בשנת 1884 הציג הכימאי הצרפתי הרוזן דה שרדונה את החוט העשוי מצלולוזה, שנקרא לאחר מכן על שמו "משי שרדונה". למרות שהבגד היה אטרקטיבי הוא לא היה בטיחותי כי בדומה לצלולואיד הוא היה דליק מאד. לאחר כמה ניסיונות נפל יצא הבד החדש מהשוק.
ב-1894 הוציאו שלושה מדענים בריטיים (צ'ארלס קרוס, אדוארד באבן וקלייטון בידל) פטנט על משי מלאכותי חדש. הבד החדש היה הרבה יותר בטיחותי. השלישייה מכרה את הפטנט לחברת קורטלנד הצרפתית, אחת מיצרניות המשי הגדולות בזמנה, וזו החלה לייצרו בשנת 1905. המשי המלאכותי ידוע יותר בשמו המסחרי "ריון" (Rayon) והוא יוצר בכמויות גדולות עד שנות ה-30 של המאה ה-20.
[עריכה] באקליט (פנולי)
ההגבלות בשימוש בצלולואיד הניעו את המדענים לחפש חומרים חדשים. ההתקדמות הגדולה הבאה הייתה בשימוש בחומרים אורגניים. הכימאי האמריקאי ממוצא בלגי, לאו הנדריק בייקלנד, חיפש לכה מבודדת לציפוי תיילים חשמליים. הוא גילה שתרכובת הפנול (C6H5OH) ופורמלדהיד (HCOH) יוצרת חומר דביק. אם מערבבים את שני החומרים ביחד ומחממים אותם התוצר המתקבל הוא קשה מאוד אם נותנים לו להתקרר ולהתייבש. התרכובת החדשה נקראת פלסטיק פנולי או פלסטיק פנול-פורמלדהידי.
בייקלנד המשיך במחקרו וגילה שהחומר החדש יכול ליצור תערובות עם נסורת עץ, אסבסט וכדומה, תוך כדי יצירת חומר חדש בעל תכונות שונות מהחומר המקורי. רוב החומרים החדשים היו חזקים ולא דליקים. הבעיה היחידה הייתה שהחומר נטה להקציף בזמן היצור, ואם זה קרה היה התוצר באיכות גרועה ביותר.
בייקלנד בנה שפופרות לחץ על מנת למנוע היווצרות בועות אוויר ולייצר תוצרים חלקים ואחידים. הוא הכריז באופן פומבי על המצאתו בשנת 1909 וקרא לה "באקליט". בתחילה השתמשו בבאקליט רק לייצור חלקי מכונות וציפוי תיילים ושימוש דומה בתכונותיו המבודדות בתעשיית החשמל, אך לאחר פקיעת הפטנט ב-1927 רכשה חברת קאטאלין את הזכויות לפטנט, והוציאה חומר חדש שניתן לשימוש במגוון רחב של מוצרים.
באקליט היה הפלסטיק האמיתי הראשון. הוא היה סינתטי למהדרין, לא מבוסס על אף חומר המצוי בטבע. הוא גם הפלסטיק הטרמוסטי הראשון. באקליט היה זול, חזק ועמיד. השתמשו בו באלפי מוצרים כמו: מכשירי רדיו, שעונים, כדורי סנוקר ועוד. פלסטיקים על בסיס פנול נמצאים עדיין בשימוש רחב.
[עריכה] פוליסטירן ופי.וי.סי
לאחר מלחמת העולם הראשונה הביאו השיפורים בטכנולוגיה להמצאת גל של צורות חדשות של חומרים פלאסטיים. בין הדוגמאות הראשונות של הגל החדש היו הפוליסטירן (PS) ופוליוויניל כלוריד (PVC).
פוליסטירן הוא חומר פלסטי שביר וקשיח. כיום משתמשים בו ליצור תבניות, כלים חד פעמיים ועוד.
H H H H H H
\ / | | |
C == C -- C -> -- C -- C -- C -- C --
/ \ | |
<bzr> <bzr> H <bzr> H <bzr>
PS פוליסטירן הוא פולימר של סטירן. BZR - טבעת בנזנית
במולקולת ה-פי וי סי יש שרשרות צד המכילות אטומי כלור, שעוזרים ליצור קשרים חזקים יותר בשל הקוטביות הנוצרת מהכנסת אטום זה למולקולה. בתנאי STP פי וי סי הוא חזק, קשיח, עמיד לחום ומים. כיום משתמשים בו ליצירת צנרת, וציוד אלקטורוני. פרט לכך ניתן להשתמש בו לעטיפה.
H H H H H H
\ / | | | |
C == C -> -- C -- C -- C -- C --
/ \ | | | |
H Cl H Cl H Cl
PVC
פולי ויניל כלוריד (פולימר) ויניל כלוריד (מונומר)
[עריכה] ניילון
הכוכב האמיתי של שנות ה-30 של המאה ה-20 היה "פוליאמיד", הידוע יותר כניילון. ניילון היה החומר הסינתטי הטהור הראשון. הוא הוצג לראשונה על ידי חברת דופונט ביריד העולמי בניו יורק בשנת 1939.
ב-1927 החלה דופונט בפרויקט פיתוח סודי תחת השם "סיב 66" (Fiber66). מנהל הפרויקט היה וואלס קרותרס. למרות שנשכר על מנת לעסוק במחקר בלבד, עסק גם ביישומים המעשיים של החומרים שהוא יצר ובמבנה המולקולרי שלהם. הוא היה הראשון שעלה על דרך המלך ב"עיצוב מולקולרי" של חומרים.
עבודתו הובילה להמצאת סיב הניילון, אשר מתאפיין בחוזקו וגמישותו הרבים. היישום הראשון היה במברשות השיניים. המטרה העיקרית שלמענה התבצע המחקר הייתה משי, ובמיוחד גרביוני המשי.
H H H H H H H H H H
| | | | | | | | | |
-- N -- C -- C -- C -- C -- C -- C -- N -- C -- C -- C -- C -- C -- C --
| | | | | | | | || | | | | ||
H H H H H H H H O H H H H O
Nylon
פולימר ניילון
פיתוח המוצר ארך 12 שנים ודופונט השקיעה הון של 27 מיליון דולר על מנת לזקק את הניילון ולפתח את שיטות הייצור. אין זה מפתיע שיחד עם ההשקעה הרבה לא היססה דופונט להשקיע הון רב במסע פרסום תוך כדי הטבעת המושג "ניילומניה". הניילומניה הגיעה לקיצה בסוף 1941 כאשר נכנסה ארצות הברית למלחמת העולם השניה. הייצור הוסב מגרביונים למצנחים. לאחר המלחמה חזרה דו פונט למכור ניילון לציבור והשיקה קמפיין חדש בשנת 1946 תוך כדי יצירת "מהומות ניילון".
ניילון הוא עדיין אחד החומרים הפלסטיים החשובים ביותר, ולא רק בייצור בגדים.
[עריכה] גומי סינתטי
חומר פלסטי נוסף שהיה קריטי למאמץ המלחמתי הוא הגומי הסינתטי, שיוצר במגוון רחב של צורות.
יישום הטכנולוגיה נולד מתוך מחקרים שפורסמו בשנות ה-30 של המאה ה-20, שנכתבו על ידי קאורותרס והמדען הגרמני הרמן שטודינגר. מחקרים אלו הובילו בשנת 1931 ליצירת אחת הצורות היותר מוצלחות של גומי סינתטי הידוע בתור "נאופרן". נאופרן עמיד מאוד לחום ולכימיקלים כגון נפט ודלק. משתמשים בו בצינורות דלק ובתור חומר בידוד במכונות.
ב-1935 הצליחו המדענים הגרמנים לסנתז את הראשון מתוך סדרה של חומרים סינתטים הידועים בשם "גומיות בונא". הם היו "קופולימרים", כלומר הפולימר שלהם נוצר לא ממונומר יחיד, אלא משני מונומרים. אחד החומרים האלו, קופולימר של בוטדין וסטירן הידוע כ-"GR-S" (ראשי תיבות של Government Rubber Styrene), הפך לבסיס הייצור של הגומי הסינתטי בארצות הברית במהלך מלחמת העולם השנייה.
בעיה נוספת הייתה שגומי טבעי הוא נדיר יחסית בטבע, ועד אמצע שנת 1942 עברו לשליטה יפנית מרבית השטחים בהם ניתן להפיק את הגומי הטבעי. כתוצאה מכך יזמה ממשלת ארצות הברית פרויקטים עצומים כדי לזרז את ייצור הגומי הסינתטי, ועד סוף 1944 ייצרו את החומר יותר מ-50 מפעלי ענק. תפוקת ארצות הברית לבדה הייתה כפולה מייצור הגומי הטבעי בשנים שלפני המלחמה.
לאחר המלחמה לא שב עוד הגומי הטבעי למעמדו הקודם, במיוחד אחרי שהמדענים גילו דרך לסנתז איזופרן. ה-GR-S הגרמני נשאר כגומי הסינתטי המועדף בייצור גלגלי מכוניות. הגומי הסינתטי שיחק תפקיד חשוב במירוץ החלל ומירוץ החימוש הגרעיני.
[עריכה] "הבום" של החומרים הפלסטיים
חומרים פלסטיים חדשים נוצרו לפני מלחמת העולם השנייה, חלקם לא הגיעו לציבור הרחב עד אחרי סוף המלחמה.
ב-1936 ייצרו חברות גרמניות, אנגליות ואמריקאיות את "פולימתיל מתאקרילאט" (PMMA), הידוע יותר כ"אקריליק". זוהי משפחת חומרים שנמצאים בשימוש נרחב בצבעים ובסיבים סינתטיים (למשל ב"פרוות מזויפות"), אך למעשה הם קשים מאוד ושקופים יותר מהזכוכית, והם משמשים כתחליפי זכוכית.
חומר חשוב נוסף הוא הפוליאתילן שהתגלה ב-1933 על ידי רג'ינלד גיבסון ואריק פאווסט, שעבדו במפעל הבריטי הענק "התעשיות הכימיות הקיסריות". החומר נוצר בשני דגמים עיקרים: בעל צפיפות גבוהה ובעל צפיפות נמוכה.
H H H H H
\ / | | |
C == C -- ------> -- C -- C -- C --
/ \ | | |
H H H H H
PET
פולימר של פוליאתילן מונומר של אתילן
פוליאתילן הוא חומר זול, גמיש ועמיד. מהפוליאתילן בעל הצפיפות הנמוכה מייצרים את השקיות שבהן מניחים בדרך כלל מוצרים שקונים בסופרמרקט. בזה עם הצפיפות הגבוהה, משתמשים ליצור תבניות, צנרת ועוד.
לאחר המלחמה נכנס לשימוש חומר משופר, הנקרא פוליפרופילן, שפותח בתחילת שנות ה-50 על ידי ג'וליאו נאטה. התעוררו בעיות משפטיות לגבי זהות הממציאים, וכיום מוכרים רשמית "פיליפס פטרולאום" מהולנד, פול הוגן ורוברט בנקס כ"ממציאי הפוליפרופילן". הפוליפרופילן דומה לקודמו, הפוליאתילן, אך הוא הרבה יותר חזק ממנו. משתמשים בו לייצור בקבוקי פלסטיק, רהיטי פלסטיק ובמכוניות.
H CH3 CH3 H CH3 H
\ / | | | |
C == C -> -- C -- C -- C -- C
/ \ | | | |
H H H H H H
Polypropylene
פוליפרופילן פולימר מונומר של פרופילן
[עריכה] איכות הסביבה
[עריכה] סילוק אשפה
החומרים הפלסטיים בעייתיים מבחינת איכות הסביבה, כיוון שהם עמידים ומתפרקים לאט מאוד. תופעה זו מובילה לבעיה של הררי אשפה ובעיית סילוקם.
שריפת פלסטיק כפתרון לסילוק האשפה אינה באה בחשבון היות ובמקרים רבים עלולה לשחרר גזים רעילים.
עד שנות ה-90 הפכו תוכניות למחזור למקובלות בעולם. חומרים תרמופלסטיים ניתנים למיחזור ואפשר להשתמש בהם אחר כך. השימוש בחומרים פלסטיים אחרים הוא בעייתי יותר ולכן מיחזורם קשה יותר.
המיחזור נתקל בבעיות קשות. הבעיה החמורה ביותר היא הקושי הקיים במיון אוטומטי ובעקבותיו התהליך יקר. בעוד שמכלים למיניהם עשויים בדרך כלל מסוג אחד בלבד של פלסטיק, מוצרים אחרים כמו טלפונים סלולריים, מכילים הרבה חלקים קטנים שעשויים מעשרות סוגי פלסטיק. היות ומחיר המוצר הוא נמוך, מיחזור הפלסטיק איננו כלכלי.
[עריכה] ייצור
בעיה נוספת, בייצור חומרים אלה, הייתה כמות רבה של מזהמים כימיים כתוצרי לוואי. בנוסף, יש המצביעים על הלחץ על עתודות האנרגיה של כדור הארץ עקב השימוש בנפט לייצור פלסטיק, אך רק כ-4% מכלל תוצרת הנפט בעולם משמשת לייצור חומרים פלסטיים.
[עריכה] באופנה
בסוף שנות ה-60 הפכו החומרים הפלסטיים לסמל של תרבות צריכה מיושנת משנות ה-50. המונח "פלסטיק" הפך למילת גנאי, לתיאור מוצר חסר נשמה. בסוף שנות ה-60, הביטלס אפילו כתבו שיר "פוליאתן פם" לתיאור התופעה.
בחלקה הייתה זאת רק הצהרת אופנה, היות שחומרים פלסטיים נשארו בשימוש רחב ובמקרים רבים היו עדיפים מאשר מקביליהם הטבעיים.
[עריכה] לקריאה נוספת
- פולימרים וחומרים פלסטיים , מאת לוי שגיב, הוצאת קרוננברג ספרות מקצועית, תל אביב.
[עריכה] ראו גם
[עריכה] קישורים חיצוניים
| מיזמי קרן ויקימדיה | ||
|---|---|---|
 תמונות ומדיה בוויקישיתוף: פלסטיק |
