פלסטיק

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
מוצרים שונים העשויים מחומרים פלסטיים

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.

פולימרים טבעיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

שרשרת פולימר של פוליאתילן

חומרים פלסטיים מבוססים על פולימרים, שהם 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 כמו מייצבים, חומרי מילוי, ופיגמנטים.

בני האדם השתמשו בחומרים פלסטיים טבעיים, כמו שעווה או לכה, כבר בעת העתיקה. פולימר ממקור צמחי הנקרא תאית (צלולוזה), היה המרכיב שהעניק חוזק לחבלים בספינות עד המאה ה-19.

גומי טבעי[עריכת קוד מקור | עריכה]

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 בניסוייו. הוא פיתח תהליך שנקרא גיפור (וולקניזציה) שבמהלכו "מבשלים" את הגומי עם הגופרית. יחסית לגומי הטבעי, הגומי המבושל היה הרבה יותר חזק וגמיש, פחות רגיש לשינויי טמפרטורה, כמעט ולא מגיב עם כימיקלים שונים ולא מעביר זרם חשמלי.

וולקניזציה ממשיכה להיות תהליך תעשייתי חשוב עד היום.

חומרים פלסטיים על בסיס של תאית (צלולוזה)[עריכת קוד מקור | עריכה]

לאחר החידוש החשוב של גודייר, הצעד המתבקש הבא היה העבודה עם פולימרים טבעיים דוגמת תאית (צלולוזה). הממציאים ניסו להמציא חומרים סינתטיים, במקום הטבעיים היקרים. אחד החומרים שניסו שנים רבות למצוא לו תחליף מלאכותי הוא השנהב, הואיל והיה זה מוצר יקר ערך.

אלכסנדר פרקרס האנגלי פיתח "שנהב סינתטי", שנקרא "פירוקלין" (pyroxlin), ששיווק 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 שצלולוזה הייתה המרכיב העיקרי בחומרים הפלסטיים החדשים, קרא להם היאט "צלולואידים" החומרים הוצגו ב-1863.

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.

באקליט (פנולי)[עריכת קוד מקור | עריכה]

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 יחד, מחממים אותם ואז מקררים ומיבשים, התוצר המתקבל הוא קשה מאוד. 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 כדי 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, ציפוי תיילים ושימושים דומים כמבודד בתעשיית החשמל, אך לאחר פקיעת הפטנט ב-1927 רכשה חברת קאטאלין את הזכויות לפטנט, והוציאה חומר חדש שניתן לשימוש במגוון רחב של מוצרים.[דרושה הבהרה]

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 ביליארד ועוד. פלסטיקים על בסיס פנול נמצאים עדיין בשימוש רחב.

פוליסטירן ופי-וי-סי[עריכת קוד מקור | עריכה]

מארז מגן העשוי מפוליסטירן

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 וכלים חד פעמיים.

פלמור של סטירן לקבלת פוליסטירן
יצירת פולי ויניל כלוריד

במולקולת הפי-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 אלקטרוני. פרט לכך ניתן להשתמש בו לעטיפה.

ניילון[עריכת קוד מקור | עריכה]

תהליך היצירה של ניילון
חבלים העשויים מסיבי 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 כדי 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. פיתוח המוצר ארך 12 שנים ודופונט השקיעה הון של 27 מיליון דולר כדי 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 השנייה. הייצור הוסב מגרביונים למצנחים. לאחר המלחמה חזרה דופונט 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.

גומי סינתטי[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – גומי סינתטי
כפפות גומי

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 במרוץ לחלל ובמרוץ החימוש הגרעיני.

הפריצה הגדולה של החומרים הפלסטיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

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 ובסתימות שיניים.

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

איכות הסביבה[עריכת קוד מקור | עריכה]

מתקן לאיסוף בקבוקי שתייה מפלסטיק, לשם מחזורם

סילוק אשפה[עריכת קוד מקור | עריכה]

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 שבמקרים 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 שמחיר המוצר הוא נמוך, מיחזור הפלסטיק איננו כלכלי.

ייצור[עריכת קוד מקור | עריכה]

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.

באופנה ובאמנות[עריכת קוד מקור | עריכה]

פלסטיק משנה את צורתו בקלות בהשפעת חום או לחץ ולכן מהווה חומר גלם ליצירות אמנות שונות. אמנים השייכים לתנועה הקונסטרוקטיביסטית היו הראשונים שעשו שימוש נרחב בפלסטיק ביצירותיהם.

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.

לקריאה נוספת[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • פולימרים וחומרים פלסטיים, מאת לוי שגיב, הוצאת קרוננברג ספרות מקצועית, תל אביב.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]