پلاستیک مادهای است که در جامعه مدرن به وفور یافت میشود و به دلیل ویژگیهای متنوع، دوام بالا و هزینه تولید پایین در صنایع مختلف انقلاب کرده است. با این حال، پلاستیک چالشهای زیستمحیطی قابل توجهی را به همراه دارد که بحث جهانی درباره جایگزینهای پایدار و مدیریت پسماند را به دنبال داشته است.
پلاستیکها به دلیل ویژگیهای منحصر به فردشان، از جمله سبکی، استحکام، انعطافپذیری، مقاومت شیمیایی و قابلیت فرآوری آسان، به یکی از پرکاربردترین مواد در صنایع مختلف تبدیل شدهاند. این خواص متنوع باعث میشود پلاستیکها در تولید محصولات متنوعی از لوازم خانگی و بستهبندی گرفته تا قطعات صنعتی و تجهیزات پزشکی به کار روند.
با این حال، توجه به مسائل زیستمحیطی و تلاش برای توسعه پلاستیکهای زیستپایدار و قابل بازیافت هم از اهمیت ویژهای برخوردار است. در این مقاله بصورت مفصل به پلاستیک، انواع آن و کاربردهایش خواهیم پرداخت.
معنی پلاستیک
پلاستیک یک مادهای مصنوعی ساخته شده از پلیمرها است. پلیمرها مولکولهای بزرگی هستند که از تکرار واحدهای کوچکتری به نام مونومر تشکیل شدهاند. این پلیمرها میتوانند از مواد طبیعی مانند سلولز، زغال سنگ، گاز طبیعی، نمک و نفت خام استخراج شوند، اما اکثر پلاستیکهای مدرن بر پایه نفت هستند.
تاریخچه پلاستیک
تاریخچه پلاستیک به اواسط قرن نوزدهم بازمیگردد، زمانی که شیمیدانان و مخترعان در جستجوی مواد جدیدی بودند که بتوانند جایگزین مواد طبیعی مانند عاج و لاک کنند. در سال 1856، الکساندر پارکس انگلیسی، اولین پلاستیک مصنوعی به نام پارکسین را اختراع کرد که از سلولز به دست میآمد. پارکسین میتوانست به اشکال مختلف قالبگیری شود و کاربردهای مختلفی داشت، اما به دلیل هزینه تولید بالا و مشکلات فنی، مورد توجه و استفاده قرار نگرفت.
تحولی بزرگ در تاریخ پلاستیک در سال 1907 رخ داد، زمانی که لئو بیکلند، شیمیدان بلژیکی-آمریکایی، باکلیت را اختراع کرد. باکلیت اولین پلاستیک مصنوعی بود که از فنل و فرمالدهید ساخته شده بود و به دلیل ویژگیهای منحصر به فردش، به سرعت در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفت. باکلیت غیرقابل اشتعال، عایق الکتریکی و مقاوم در برابر حرارت بود و در تولید تلفنها، رادیوها، و انواع لوازم خانگی استفاده میشد.
انواع پلاستیک
پلاستیکها به طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم میشوند:
ترموپلاستیکها
این پلاستیکها میتوانند چندین بار ذوب شده و شکلدهی شوند. نمونههای رایج شامل پلیاتیلن (مورد استفاده در کیسهها و بطریها)، پلیپروپیلن (مورد استفاده در بستهبندی و قطعات خودرو و پلیوینیل کلراید) و PVC (مورد استفاده در لولهها و کفپوشهای وینیل) هستند.
ترموستها
این نوع پلاستیکها پس از سخت شدن، نمیتوانند دوباره ذوب و شکلدهی شوند. نمونهها شامل رزینهای اپوکسی (مورد استفاده در پوششها و چسبها) و رزینهای فنولی (مورد استفاده در بردهای مدار چاپی و اجسام مقاوم در برابر حرارت) هستند.
مواد اولیه ساخت پلاستیک
پلاستیکها از پلیمرها ساخته میشوند که خود از مونومرها تشکیل شدهاند. مونومرها مولکولهای کوچکی هستند که با پیوندهای شیمیایی به هم متصل شده و پلیمرها را تشکیل میدهند. مواد اولیه اصلی برای تولید پلاستیک شامل موارد زیر هستند:
- نفت خام و گاز طبیعی
- زغال سنگ
- منابع تجدیدپذیر
نفت خام و گاز طبیعی: بیشتر پلاستیکها از مواد نفتی به دست میآیند. نفت خام و گاز طبیعی منابع اصلی تامین هیدروکربنها هستند که از آنها مونومرهای مختلف ساخته میشود. فرآیند کراکینگ (شکست مولکولی) در پالایشگاهها موجب شکستن مولکولهای بزرگتر هیدروکربنی به مولکولهای کوچکتر مانند اتیلن، پروپیلن و بوتادین میشود که پایه ساخت بسیاری از پلاستیکها هستند.
زغال سنگ: زغال سنگ نیز به عنوان یکی از منابع تامین هیدروکربنها در تولید برخی از پلاستیکها مورد استفاده قرار میگیرد، اگرچه امروزه کمتر رایج است.
منابع تجدیدپذیر: اخیراً پژوهشها و پیشرفتها به سمت استفاده از منابع تجدیدپذیر معطوف شده است؛ مانند نشاسته ذرت، نیشکر و روغنهای گیاهی برای تولید پلاستیکهای زیستپایدار (بیوپلاستیکها).
مونومرهای پلاستیک رایج
پلاستیکها از مونومرهای مختلفی ساخته میشوند که هر کدام ویژگیهای خاص خود را دارند. برخی از مونومرهای رایج عبارتند از:
- اتیلن (C2H4)
- پروپیلن (C3H6)
- وینیل کلراید (C2H3Cl)
- استایرن (C8H8)
- بوتادین (C4H6)
اتیلن (C2H4): اتیلن پایه تولید پلیاتیلن (PE) است که یکی از پرکاربردترین پلاستیکها در جهان به شمار میآید و در تولید کیسههای پلاستیکی، بطریها و لولهها استفاده میشود.
پروپیلن (C3H6): پروپیلن برای تولید پلیپروپیلن (PP) به کار میرود که در بستهبندی، قطعات خودرو و الیاف استفاده میشود.
وینیل کلراید (C2H3Cl) : وینیل کلراید پایه تولید پلیوینیل کلراید (PVC) است که در تولید لولهها، کفپوشها و محصولات ساختمانی استفاده میشود.
استایرن (C8H8): استایرن برای تولید پلیاستایرن (PS) به کار میرود که در تولید فومها، نایلون بستهبندی صنعتی و ظروف یکبار مصرف استفاده میشود.
بوتادین (C4H6): بوتادین در تولید پلاستیکهای لاستیکی مانند پلیبوتادین و لاستیک استایرن-بوتادین (SBR) استفاده میشود که در تولید تایرها و محصولات لاستیکی کاربرد دارند.
فرآیند تولید پلاستیک
تولید پلاستیک شامل چندین مرحله است که در ادامه به توضیح آنها میپردازیم:
- پلیمریزاسیون
- افزودن مواد افزودنی
پلیمریزاسیون: مونومرها طی فرآیند پلیمریزاسیون به هم پیوند میخورند و پلیمرها را تشکیل میدهند. این فرآیند میتواند به صورت پلیمریزاسیون افزایشی یا پلیمریزاسیون تراکمی انجام شود.
افزودن مواد افزودنی: مواد افزودنی مانند رنگها، تثبیتکنندهها، نرمکنندهها و آنتیاکسیدانها به پلیمرها اضافه میشوند تا ویژگیهای مطلوب مانند رنگ، انعطافپذیری و مقاومت در برابر اکسیداسیون به آنها بدهند.
خواص پلاستیک
پلاستیک دارای خواص و ویژگیهای بسیاری است که به چند نمونه از آنها اشاره میکنیم.
خواص فیزیکی و مکانیکی
پلاستیکها دارای خواص فیزیکی و مکانیکی متنوعی هستند که آنها را برای کاربردهای مختلف مناسب میسازد، برخی از این خواص عبارتند از:
- سبکی
- استحکام و دوام
- انعطافپذیری
- عایق بودن
سبکی: پلاستیکها معمولاً وزن کمی دارند، که این ویژگی آنها را برای کاربردهایی که نیاز به مواد سبک دارند، مانند صنایع بستهبندی و حمل و نقل، مناسب میکند.
استحکام و دوام: بسیاری از پلاستیکها دارای استحکام بالایی هستند و در برابر ضربه و سایش مقاوماند. این ویژگیها پلاستیکها را برای تولید قطعات خودرو، لولهها و تجهیزات ورزشی ایدهآل میسازد.
انعطافپذیری: پلاستیکها میتوانند بسیار انعطافپذیر باشند، بهویژه پلاستیکهایی مانند پلیاتیلن و پلیپروپیلن. این ویژگی آنها را برای تولید محصولات انعطافپذیر مانند کیسهها و لولههای انعطافپذیر مناسب میکند.
عایق بودن: پلاستیکها عایقهای خوبی برای برق و حرارت هستند. به همین دلیل، از آنها در تولید قطعات الکتریکی، عایقهای حرارتی و تجهیزات الکترونیکی استفاده میشود.
خواص شیمیایی
پلاستیکها دارای خواص شیمیایی متنوعی هستند که آنها را در برابر عوامل مختلف مقاوم میسازد. برخی از این خواص عبارتند از:
- مقاومت شیمیایی
- مقاومت در برابر خوردگی
- عدم واکنشپذیری
مقاومت شیمیایی: بسیاری از پلاستیکها در برابر مواد شیمیایی مانند اسیدها، بازها و حلالها مقاوماند. این ویژگی آنها را برای استفاده در صنایع شیمیایی و بستهبندی مواد خورنده مانند اسید نیتریک، اسید سولفوریک، کلسیم هیدروکسید، اسید هیدروفلوریک و غیره مناسب میکند.
مقاومت در برابر خوردگی: پلاستیکها برخلاف فلزات دچار زنگزدگی و خوردگی نمیشوند. به همین دلیل، در محیطهای مرطوب و خوردنده مورد استفاده قرار میگیرند.
عدم واکنشپذیری:بسیاری از پلاستیکها با مواد دیگر واکنش نمیدهند و به همین دلیل برای کاربردهایی که نیاز به مواد خنثی دارند، مانند صنایع غذایی و دارویی، مناسب هستند.
خواص نوری
پلاستیکها میتوانند دارای خواص نوری متنوعی باشند از جمله میتوان به دو مورد زیر اشاره کرد:
- شفافیت و مات بودن
- مقاومت در برابر اشعه فرابنفش (UV)
شفافیت و مات بودن: برخی از پلاستیکها مانند پلیکربنات و پلیمتیل متاکریلات (PMMA) شفاف هستند و به عنوان جایگزین شیشه در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار میگیرند. در مقابل، پلاستیکهای مات نیز وجود دارند که برای جلوگیری از عبور نور به کار میروند.
مقاومت در برابر اشعه فرابنفش : (UV)برخی از پلاستیکها دارای مقاومت بالا در برابر اشعه UV هستند و در برابر تابش مستقیم خورشید دچار تغییر رنگ و تخریب نمیشوند. این ویژگی آنها را مناسب استفاده در فضای باز میسازد.
قابلیت فرآوری
یکی از ویژگیهای مهم پلاستیکها، قابلیت فرآوری آسان آنها است. این قابلیتها شامل موارد زیر میشوند:
- قالبگیری و شکلدهی
- رنگپذیری و افزودن مواد افزودنی
قالبگیری و شکلدهی:پلاستیکها را میتوان به راحتی با استفاده از فرآیندهایی مانند تزریق پلاستیک، اکستروژن، بلومولدینگ و ترموفرمینگ به اشکال مختلف درآورد. این ویژگی آنها را برای تولید محصولات متنوع از جمله قطعات صنعتی، بستهبندی و لوازم خانگی مناسب میکند.
رنگپذیری و افزودن مواد افزودنی:پلاستیکها میتوانند به راحتی رنگ شوند و مواد افزودنی مختلفی مانند تثبیتکنندهها، نرمکنندهها و آنتیاکسیدانها به آنها اضافه شود تا خواص مورد نظر را به دست آورند.
کاربرد پلاستیک
پلاستیکها به دلیل ویژگیهای متنوع در بسیاری از کاربردها استفاده میشوند اگر یک فهرست از کاربردهای پلاستیک نام ببریم می توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:
- کاربردهای خاص (پیروالکتریک و پیزوالکتریک و و ینلیدن فلوئورید ) در بلندگوها و آشکارسازی
- مصارف گسترده پلاستیکها در ساختمانسازی مانند لوله آب فاضلاب، لایههای ضد رطوبت،تزئین دیوار، عایق کاری و غیره.
- در موارد بستهبندی همچون بطریها و ظروف حمام
- در حال حاضر یکی از مصرف کنندگان عمده پلاستیکها، صنایع خودروسازی است از جمله این قطعات میتوانیم در خودرو به آنها اشاره کنیم مانند باطری، سوئیچ برق، سیمهای نرم دو شاخه، کلاهکهای تقسیم، روکش صندلی،لوازم چراغ تودوزی و تزئین بدنه، لوله آب، لوله بنزین، مخازن آب سرد کن وغیره.
- لوازم خانگی، مبلمان و لوازم اداری
- وسایل حمل و نقل ترابری هوایی و آبی مثل هواپیماها و قایقها
- تجهیزات صنعتی مانند پمپها، لولههای صنعتی، شیرها و شیشه اتاقهای کنترل که از موادی مثل PTFE –PVC استفاده میشود
- صنعت عکاسی
- تجهیزات و لوازم پزشکی مانند سرنگ تزریق و …
- استفاده از فیلم پلاستیک در ساخت کاغذ چاپ
- صنعت تولید کفش
- در صنعت لباس بخصوص لباسهای زمستانی
پلاستیک کشاورزی
کشاورزی یکی از اساسیترین فعالیتهای زندگی انسان است که نقش مهمی در تامین غذا و مواد اولیه دارد. با پیشرفت فناوری، استفاده از مواد نوین در این حوزه نیز افزایش یافته است. یکی از این مواد، نایلون عریض کشاورزی است که به دلیل ویژگیهای منحصر به فردش، در کشاورزی کاربردهای گستردهای یافته است. در ادامه به بررسی کاربردها، مزایا و چالشهای استفاده از پلاستیک در کشاورزی میپردازیم.
کاربردهای پلاستیک در کشاورزی
پلاستیک به دلایل مختلفی در کشاورزی مورد استفاده قرار میگیرند. برخی از کاربردهای رایج پلاستیک در این حوزه عبارتند از:
پوشش گلخانهها
پلاستیکهای شفاف به عنوان پوشش گلخانهها استفاده میشوند. این پوششها امکان کنترل دما و رطوبت را فراهم کرده و موجب افزایش بهرهوری و کیفیت محصولات میشوند.
مالچ پلاستیکی
استفاده از مالچ پلاستیکی بر روی خاک، مانع رشد علفهای هرز شده و رطوبت خاک را حفظ میکند. این روش همچنین موجب افزایش دمای خاک و بهبود شرایط رشد گیاهان میشود.
لولههای آبیاری
لولههای پلاستیکی برای سیستمهای آبیاری قطرهای و تحت فشار مورد استفاده قرار میگیرند. این لولهها مقاوم به خوردگی و انعطافپذیر هستند و کارایی سیستم آبیاری را افزایش میدهند.
پوششهای محافظ
استفاده از پلاستیک برای پوششهای محافظ در برابر باد، سرما و آفات، به حفظ سلامت و رشد بهتر گیاهان کمک میکند.
بستهبندی محصولات کشاورزی
پلاستیکها به طور گسترده در بستهبندی محصولات کشاورزی مانند میوهها و سبزیجات به کار میروند. این بستهبندیها به حفظ تازگی و افزایش عمر مفید محصولات کمک میکنند.
پلاستیک بسته بندی
پلاستیکها به دلیل ویژگیهای خاص خود، در بستهبندی محصولات مختلف بسیار مورد استفاده قرار میگیرند. انواع مختلف پلاستیک بستهبندی به دلیل ویژگیها و کاربردهای خاص خود، نقش مهمی در حفظ و نگهداری محصولات ایفا میکنند. در اینجا به بررسی انواع مختلف پلاستیک بستهبندی از جمله پلاستیک استرچ، پلاستیک شیرینگ، پلاستیک فیلم، پلاستیک زیپدار، پلاستیک بازیافتی، پلاستیک آشپزخانه، پلاستیک فشرده، پلاستیک ضخیم و پلاستیک نرم میپردازیم.
پلاستیک استرچ
پلاستیک استرچ یکی از پرکاربردترین انواع پلاستیک بستهبندی است که به دلیل قابلیت کشش و انعطافپذیری بالا، برای بستهبندی و حفاظت از محصولات مختلف به کار میرود. این نوع پلاستیک عمدتاً در بستهبندی پالتها و محمولههای بزرگ مورد استفاده قرار میگیرد. پلاستیک استرچ به دلیل چسبندگی بالا و توانایی در حفظ شکل و ساختار بستهبندی، از جابجایی و آسیب دیدن محصولات در هنگام حمل و نقل جلوگیری میکند.
پلاستیک شیرینگ
پلاستیک شیرینگ نیز یکی دیگر از انواع پلاستیک بستهبندی است که با حرارتدهی جمع میشود و به صورت فشرده به دور محصول قرار میگیرد. این نوع پلاستیک برای بستهبندی محصولات کوچک و بزرگ مانند بطریها، کنسروها و جعبهها به کار میرود. پلاستیک شیرینگ به دلیل ایجاد بستهبندی محکم و محافظ، از آسیب دیدن محصولات در هنگام حمل و نقل و ذخیرهسازی جلوگیری میکند. برای بسته بندی با پلاستیک شیرینگ باید نحوه شیرینگ با سشوار را بلد باشید.
پلاستیک فیلم
پلاستیک فیلم به صورت ورقهای نازک تولید میشود و در بستهبندیهای مختلف از جمله بستهبندی مواد غذایی، محصولات صنعتی و لوازم خانگی کاربرد دارد. این نوع پلاستیک به دلیل شفافیت و انعطافپذیری بالا، برای نمایش و حفاظت از محصولات بسیار مناسب است. پلاستیک فیلم میتواند از مواد مختلفی مانند پلیاتیلن، پلیپروپیلن و PVC تولید شود.
پلاستیک زیپدار
پلاستیک زیپدار نوعی از پلاستیک بستهبندی است که دارای زیپ یا قفل مخصوصی است که امکان باز و بسته کردن مکرر بستهبندی را فراهم میکند. این نوع پلاستیک برای بستهبندی مواد غذایی، لباسها و محصولات کوچک دیگر کاربرد دارد. پلاستیک زیپدار به دلیل سهولت در استفاده و قابلیت حفظ تازگی محصولات، بسیار پرطرفدار است.
پلاستیک بازیافتی
پلاستیک بازیافتی از مواد پلاستیکی بازیافت شده تولید میشود و به عنوان یکی از راهکارهای کاهش آلودگیهای زیستمحیطی مورد توجه قرار گرفته است. استفاده از پلاستیک بازیافتی در بستهبندی محصولات، به کاهش مصرف منابع طبیعی و کاهش حجم زبالههای پلاستیکی کمک میکند. این نوع پلاستیکها میتوانند در بستهبندیهای مختلف از جمله کیسهها، بطریها و جعبهها به کار روند.
پلاستیک آشپزخانه
پلاستیک آشپزخانه شامل انواع مختلف پلاستیکهایی است که در بستهبندی و نگهداری مواد غذایی در آشپزخانه استفاده میشود. این نوع پلاستیکها معمولاً شفاف، انعطافپذیر و مقاوم در برابر رطوبت هستند. پلاستیکهای آشپزخانه مانند فیلمهای پلاستیکی، کیسههای فریزر و ظروف پلاستیکی به حفظ تازگی و جلوگیری از آلودگی مواد غذایی کمک میکنند.
پلاستیک فشرده
پلاستیک فشرده نوعی از پلاستیک بستهبندی است که با فشار و حرارت بالا تولید میشود و دارای ساختار محکم و مقاوم است. این نوع پلاستیک برای بستهبندی محصولات سنگین و بزرگ مانند لوازم خانگی، قطعات خودرو و محصولات صنعتی استفاده میشود. پلاستیک فشرده به دلیل استحکام بالا و مقاومت در برابر ضربه، از آسیب دیدن محصولات در هنگام حمل و نقل جلوگیری میکند.
پلاستیک ضخیم
پلاستیک ضخیم دارای ضخامت بالاتری نسبت به پلاستیکهای معمولی است و برای بستهبندی محصولات حساس و شکننده به کار میرود. این نوع پلاستیک به دلیل مقاومت بالا در برابر ضربه و فشار، از آسیب دیدن محصولات در هنگام حمل و نقل و ذخیرهسازی جلوگیری میکند. پلاستیک ضخیم معمولاً در بستهبندی لوازم الکترونیکی، محصولات شیشهای و لوازم خانگی استفاده میشود.
پلاستیک نرم
پلاستیک نرم به دلیل انعطافپذیری و نرمی بالا، برای بستهبندی محصولات مختلف از جمله مواد غذایی، لوازم بهداشتی و محصولات دارویی کاربرد دارد. این نوع پلاستیک به راحتی شکل میگیرد و به دلیل نرمی بالا، محصولات را در برابر ضربه و فشار محافظت میکند. پلاستیک نرم معمولاً در تولید کیسهها، بستهبندیهای خلاء و بستهبندیهای محافظ به کار میرود.
پلاستیکهای نرم که معمولا از مواد ترموپلاست ساخته میشوند. البته بعضی از آنها که با نام لاستیک شناخته شدهاند با مواد ترموست تهیه شده است. لاستیکها هم همچون پلاستیکهای سخت در برابر حرارت خواص شیمیایی خود را از دست میدهند و نمیتوان آنها را بازیافت نمود. بجز این مواد، پلاستیکهای نرم هم جهت استفاده روزمره افراد به دلیل نگهداری از مواد غذایی، هم در مصارف صنعتی کاربرد بسیار گسترده ای دارد.
در واقع ترموپلاستها همه زندگی انسان را در برگرفته اند. این مواد با حرارت مناسب شکل پذیری بالایی دارند؛ به همین دلیل تولید آنها اغلب به شیوه قالبگیری انجام میگیرد. از طرف دیگر پلیمرهای ترموپلاستیک که بازیافت پذیر هستند و در صورتی که به شکل مناسب جمع آوری شوند و رعایت همه افراد جامعه مشکلی برای محیط زیست بوجود نمیآورند. در واقع از جمله مهمترین تفاوتهای پلاستیکهای نرم با پلاستیکهای سخت، بازیافتپذیری آنها است.
نتیجه گیری
پلاستیکها از آغاز تا به امروز راه طولانی و پرچالشی را پیمودهاند. از اختراع اولین پلاستیکهای مصنوعی تا توسعه پلیمرهای پیچیده و تلاش برای کاهش تأثیرات زیستمحیطی، پلاستیکها نقش مهمی در پیشرفت صنایع و زندگی روزمره انسان ایفا کردهاند. با این حال، آینده پلاستیکها به میزان توجه و تلاش ما برای مدیریت پایدار این ماده و کاهش آسیبهای زیستمحیطی آن بستگی دارد.