ترموپلاستیک چیست؟ سوالی که بعض ها در ذهنشان دارند، اراکس شیمی قصد دارد تا این سوال را برای شما حل کند. با ادامه مقاله همراه شوید. ترموپلاستیک‌ها نوعی از پلیمرها هستند که به دلیل ویژگی‌های خاص خود، در بسیاری از صنایع کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده‌اند. این مواد قابلیت تغییر شکل تحت تأثیر حرارت را دارند و پس از خنک شدن، شکل جدید خود را حفظ می‌کنند. این ویژگی باعث شده است تا ترموپلاستیک‌ها در فرآیندهای تولیدی بسیار محبوب شوند. با وجود اینکه این مواد در طیف وسیعی از محصولات روزمره مورد استفاده قرار می‌گیرند، شناخت دقیق‌تر از ماهیت و کاربردهای آنها می‌تواند دیدگاه بهتری از اهمیت آنها ارائه دهد. در این مقاله به بررسی کلی ترموپلاستیک چیست و اهمیت آنها در صنایع مختلف خواهیم پرداخت.
تاریخچه ترموپلاستیک
تاریخچه ترموپلاستیک‌ها به قرن نوزدهم بازمی‌گردد و با پیشرفت‌های علمی و تکنولوژیکی، توسعه و کاربرد آنها به طور چشمگیری افزایش یافته است. در ادامه به بررسی مختصر تاریخچه ترموپلاستیک‌ها می‌پردازیم:
اواخر قرن نوزدهم
در سال1862 نیتروسلولز، اولین ترموپلاستیک شناخته شده، توسط الکساندر پارکز در نمایشگاه بین‌المللی لندن معرفی شد. این ماده که با نام “پارکزین” نیز شناخته می‌شد، به عنوان اولین پلاستیک مصنوعی در جهان شناخته می‌شود.
جان وسلی هایت، نیتروسلولز را بهبود داد و سلولوئید را در سال ۱۸۷۰تولید کرد. این ماده به عنوان اولین ترموپلاستیک تجاری موفق شناخته می‌شود و در تولید توپ‌های بیلیارد، دندان مصنوعی و فیلم‌های عکاسی استفاده شد.
اوایل قرن بیستم
لئو هندریک بیکلند با تولید باکلیت، اولین پلاستیک ترموست را در سال ۱۹۰۷، فصل جدیدی را در صنعت پلاستیک آغاز کرد. اگرچه باکلیت ترموپلاستیک نبود، اما توسعه آن راه را برای تحقیق و تولید انواع جدید پلیمرها هموار کرد.
والاس کاروترز در شرکت دوپونت، در سال ۱۹۲۶ نایلون را توسعه داد. نایلون اولین پلیمر مصنوعی بود که به صورت گسترده در منسوجات و سایر محصولات استفاده شد و نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی در علم پلیمرها بود.
دهه‌های میانی قرن بیستم
پلی‌اتیلن، یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین ترموپلاستیک‌ها، توسط اریک فاوست و رگینالد گیبسون درسال ۱۹۳۳ در انگلستان کشف شد. این ماده ابتدا در کاربردهای نظامی در جنگ جهانی دوم استفاده شد و پس از آن در بسته‌بندی و لوله‌ها به کار رفت.
جولیانی ناتا و کارل زیگلر موفق به پلیمریزاسیون پلی‌پروپیلن در سال ۱۹۵۴ شدند. این ماده به دلیل ویژگی‌های مکانیکی عالی و مقاومت شیمیایی بالا، در صنایع مختلف به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفت.
اواخر قرن بیستم و اوایل قرن بیست و یکم
در دهه 1970 توسعه ترموپلاستیک‌های مهندسی مانند پلی‌کربنات و پلی‌آمید (نایلون) آغاز شد. این مواد در کاربردهای با کارایی بالا مانند قطعات خودرو، تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی به کار رفتند.
از دهه ۱۹۹۰ به بعد با پیشرفت فناوری نانو و تحقیقات بیشتر در زمینه پلیمرها، ترموپلاستیک‌های با خواص ویژه و عملکرد بالا تولید شدند. این مواد در صنایع پیشرفته مانند هوافضا، پزشکی و الکترونیک مورد استفاده قرار گرفتند.
تاریخچه ترموپلاستیک‌ها نشان‌دهنده تحولات عظیمی در علم و صنعت پلیمرها است. از کشف نیتروسلولز در قرن نوزدهم تا توسعه پلیمرهای پیشرفته در قرن بیست و یکم، ترموپلاستیک‌ها نقش کلیدی در پیشرفت‌های صنعتی و بهبود کیفیت زندگی ایفا کرده‌اند. با ادامه تحقیقات و نوآوری‌ها، انتظار می‌رود که کاربردها و اهمیت این مواد در آینده نیز افزایش یابد.
اهمیت و کاربرد گسترده ترموپلاستیک در صنایع مختلف
ترموپلاستیک‌ها به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردشان، اهمیت زیادی در صنایع مختلف دارند و کاربردهای گسترده‌ای پیدا کرده‌اند. در زیر به برخی از مهم‌ترین دلایل اهمیت و کاربردهای ترموپلاستیک‌ها در صنایع مختلف اشاره می‌شود:
اهمیت ترموپلاستیک‌ها
قابلیت بازیافت
یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های ترموپلاستیک‌ها قابلیت بازیافت بالای آن‌هاست. این مواد می‌توانند پس از استفاده مجدداً ذوب شده و به شکل‌های جدید درآیند که از نظر محیط زیستی بسیار مهم است.
سبکی و استحکام
ترموپلاستیک‌ها به دلیل وزن سبک و در عین حال مقاومت مکانیکی بالا، در بسیاری از کاربردهای صنعتی و مصرفی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
انعطاف‌پذیری در تولید
این مواد قابلیت تغییر شکل تحت حرارت را دارند و می‌توانند به سادگی به شکل‌های مختلف درآیند. این ویژگی آنها را برای فرآیندهای تولیدی مختلف ایده‌آل می‌کند.
مقاومت شیمیایی
بسیاری از ترموپلاستیک‌ها در برابر مواد شیمیایی مختلف مقاوم هستند که این ویژگی آنها را برای کاربردهای خاصی مناسب می‌سازد.
کاربردهای گسترده در صنایع مختلف
صنعت خودروسازی
در این صنعت، ترموپلاستیک‌ها برای ساخت قطعات داخلی و خارجی خودرو، مانند داشبورد، سپر و قطعات تزئینی استفاده می‌شوند. این مواد به دلیل وزن سبک و استحکام بالا به بهبود کارایی و کاهش مصرف سوخت خودروها کمک می‌کنند.
صنعت بسته‌بندی
ترموپلاستیک‌ها به دلیل شفافیت، سبکی و مقاومت بالا در برابر ضربه و رطوبت، برای ساخت انواع بسته‌بندی‌های غذایی، دارویی و صنعتی به کار می‌روند.
الکترونیک و تجهیزات برقی
در این صنعت، از ترموپلاستیک‌ها برای ساخت قطعات مختلفی مانند محفظه‌های گوشی‌های موبایل، کامپیوترها و وسایل الکتریکی دیگر استفاده می‌شود. این مواد عایق‌های الکتریکی خوبی هستند و از دستگاه‌ها در برابر ضربه و حرارت محافظت می‌کنند.
صنعت پزشکی
ترموپلاستیک‌ها در تولید تجهیزات پزشکی مانند سرنگ‌ها، لوله‌های پزشکی، و بسته‌بندی‌های استریل مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد به دلیل قابلیت استریل‌سازی و ایمنی برای بدن انسان بسیار مورد توجه هستند.
صنایع ساختمانی
در این صنعت، ترموپلاستیک‌ها برای ساخت لوله‌ها، اتصالات، پروفیل‌های پنجره و در، و عایق‌های حرارتی و صوتی به کار می‌روند. مقاومت بالا در برابر خوردگی و وزن سبک از ویژگی‌های مهم این مواد در کاربردهای ساختمانی است.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی
ترموپلاستیک‌ها به دلیل تنوع در ساختار و ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی، حرارتی و شیمیایی متفاوتی دارند که باعث می‌شود این مواد در کاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار گیرند. در ادامه به بررسی این خواص پرداخته می‌شود:
خواص فیزیکی
استحکام کششی
بسیاری از ترموپلاستیک‌ها دارای استحکام کششی بالایی هستند، به ویژه پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن و نایلون. این ویژگی باعث می‌شود که این مواد در کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر کشش دارند، مناسب باشند.
انعطاف‌پذیری
ترموپلاستیک‌ها معمولاً انعطاف‌پذیر هستند و می‌توانند تحت فشار و تنش تغییر شکل دهند بدون اینکه بشکنند. این ویژگی به ویژه در بسته‌بندی‌ها و قطعات خودرو اهمیت دارد.
مقاومت در برابر ضربه
بسیاری از ترموپلاستیک‌ها، مانند پلی‌کربنات، دارای مقاومت بالایی در برابر ضربه هستند. این خاصیت آنها را برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر ضربه و شوک دارند، مناسب می‌سازد.
سختی سطحی
برخی ترموپلاستیک‌ها مانند پلی‌آمید (نایلون) دارای سختی سطحی بالایی هستند که باعث می‌شود در قطعات مهندسی و مکانیکی استفاده شوند.
خواص حرارتی
دمای ذوب: ترموپلاستیک‌ها دارای دمای ذوب متفاوتی هستند که بسته به نوع پلیمر و ساختار آن متفاوت است. این دما معمولاً بین 100 تا 300 درجه سانتی‌گراد متغیر است. به عنوان مثال، پلی‌اتیلن با چگالی پایین (LDPE) دارای دمای ذوب حدود 115 درجه سانتی‌گراد و پلی‌کرب
خواص شیمیایی
خواص شیمیایی ترموپلاستیک‌ها نقش مهمی در تعیین کاربردهای آنها در صنایع مختلف دارند. این خواص شامل موارد زیر می‌شوند:
مقاومت شیمیایی
بسیاری از ترموپلاستیک‌ها دارای مقاومت خوبی در برابر اسیدها، بازها، حلال‌های آلی و مواد شیمیایی مختلف هستند. به عنوان مثال، پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن مقاومت خوبی در برابر مواد شیمیایی دارند و در کاربردهایی که در معرض این مواد قرار دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
جذب آب کم
بسیاری از ترموپلاستیک‌ها مانند پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن جذب آب بسیار کمی دارند. این ویژگی باعث می‌شود که این مواد در کاربردهایی که در معرض رطوبت و آب هستند، مانند لوله‌کشی و بسته‌بندی مواد غذایی، مناسب باشند.
مقاومت در برابر اکسیداسیون
برخی ترموپلاستیک‌ها مانند پلی‌پروپیلن دارای مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون هستند. این ویژگی باعث می‌شود که این مواد در برابر تجزیه و خراب شدن در اثر تماس با هوا و اکسیژن مقاوم باشند.
پایداری در برابر اشعه ماوراء بنفش
برخی ترموپلاستیک‌ها مانند پلی‌کربنات و پلی‌اتیلن ترفتالات PET)) دارای مقاومت خوبی در برابر تخریب ناشی از اشعه UV هستند. این ویژگی باعث می‌شود که این مواد در کاربردهای بیرونی و در معرض نور خورشید مناسب باشند.
غیر قابل حل بودن در آب
اکثر ترموپلاستیک‌ها در آب غیر قابل حل هستند که این ویژگی به کاربردهای آنها در محیط‌های مرطوب و آبی کمک می‌کند.
مقاومت در برابر هیدرولیز
برخی ترموپلاستیک‌ها مانند پلی‌آمیدها (نایلون) مقاومت خوبی در برابر هیدرولیز دارند، که این خاصیت آنها را برای کاربردهایی که در معرض آب و بخار آب قرار دارند، مناسب می‌سازد.
عدم واکنش با مواد غذایی
ترموپلاستیک‌هایی مانند پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن به دلیل عدم واکنش با مواد غذایی و بی‌ضرر بودن برای سلامتی انسان، در بسته‌بندی مواد غذایی به کار می‌روند.
انواع ترموپلاستیک ها و کاربردها آن
- پلی‌اتیلن(PE): انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر شکستن، استفاده در بسته‌بندی و لوله‌کشی
- پلی‌پروپیلن (PP): مقاوم در برابر حرارت و مواد شیمیایی، استفاده در بسته‌بندی و قطعات خودرو.
- پلی‌استایرن (PS): شفاف و سبک، استفاده در ظروف یکبار مصرف و بسته‌بندی
- پلی‌اتیلن ترفتالات (PET): شفاف و مقاوم در برابر رطوبت، استفاده در بطری‌های نوشیدنی و فیلم‌های پلاستیکی
- پلی‌وینیل کلراید (PVC): مقاوم در برابر حرارت و شعله، استفاده در لوله‌ها و کفپوش‌ها.
- پلی‌کربنات (PC): شفاف و مقاوم در برابر ضربه، استفاده در شیشه‌های ایمنی و تجهیزات پزشکی
- نایلون (PA): مقاوم در برابر سایش و ضربه، استفاده در قطعات مهندسی و الیاف.
- اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS): مقاوم در برابر ضربه، استفاده در لوازم خانگی و قطعات خودرو.
- پلی‌اتیلن با چگالی کم (LDPE): انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر شکستن، استفاده در کیسه‌ها و بطری‌ها
- پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HPDE): سخت و مقاوم، استفاده در لوله‌ها و ظروف.
- پلی‌فنیل اکساید (PPO): مقاوم در برابر حرارت و شیمیایی، استفاده در قطعات الکتریکی و الکترونیکی.
- پلی‌سولفون (PSU): پایدار در برابر حرارت و شیمیایی، استفاده در قطعات پزشکی و فیلترهای آب.
- پلی‌متیل متاکریلات (PMMA): شفاف و مقاوم در برابر ضربه، استفاده در پنجره‌ها و نمایشگرها
- پلی‌بوتیلن ترفتالات (PBT): مقاوم در برابر حرارت و سایش، استفاده در قطعات الکتریکی و قطعات خودرو.
- پلی‌فنیلن سولفید (PPS): مقاوم در برابر حرارت و شیمیایی، استفاده در قطعات مهندسی و الکتریکی.
قابلیت بازیافت ترمو پلاستیک
بدون شک، قابلیت بازیافت ترموپلاستیک‌ها یک موضوع مهم و مورد توجه است. ترموپلاستیک‌ها اغلب قابلیت بازیافت دارند، که به معنای مجدداً استفاده یا بازیافت آنها به عنوان مواد خام برای تولید محصولات جدید است. این ویژگی به دلیل مزایای زیست‌محیطی، اقتصادی و اجتماعی زیادی مورد توجه قرار گرفته است.
حفظ محیط زیست: بازیافت ترموپلاستیک‌ها باعث کاهش استفاده از منابع طبیعی مانند نفت و گاز می‌شود و همچنین کمک می‌کند به کاهش آلودگی هوا و خاک و کاهش زباله‌های جامد.
صرفه‌جویی در هزینه: استفاده مجدد از ترموپلاستیک‌ها به معنای صرفه‌جویی در هزینه‌های تولید است. بازیافت مواد می‌تواند هزینه‌های تولید را کاهش داده و موجب افزایش سودآوری شرکت‌ها شود.
افزایش دوره عمر محصولات: بازیافت ترموپلاستیک‌ها می‌تواند به افزایش دوره عمر محصولات کمک کند، زیرا از طریق بازیافت مواد، می‌توانند بهبودی در کیفیت و انعطاف‌پذیری محصولات را فراهم کند.
ایجاد شغل و اقتصاد محلی: صنعت بازیافت ترموپلاستیک‌ها می‌تواند منابع اشتغال زایی جدید ایجاد کرده و به توسعه اقتصاد محلی کمک کند.
نتیجه گیری
ترموپلاستیک دسته‌ای از پلیمرها هستند که در دمای بالا نرم و در دمای پایین سخت می‌شوند و این ویژگی منحصر به فرد آنها را از سایر پلیمرها متمایز می‌کند. این مواد، برخلاف ترموست‌ها که پس از سخت شدن دیگر قابلیت شکل‌پذیری ندارند، می‌توانند بارها و بارها تحت فرآیند گرمایش و سرمایش قرار گرفته و مجدداً به شکل دلخواه درآیند. این ویژگی، ترموپلاستیک را به یکی از مواد پرکاربرد و چندمنظوره در صنایع مختلف تبدیل کرده است. از بسته‌بندی و خودروسازی گرفته تا الکترونیک و تجهیزات پزشکی، ترموپلاستیک‌ها به دلیل مزایایی همچون مقاومت شیمیایی، سبکی، و قابلیت بازیافت بالا، نقش مهمی ایفا می‌کنند. در این مقاله به بررسی ویژگی‌ها، انواع، و کاربردهای گوناگون ترموپلاستیک پرداخته می‌شود و دلایل محبوبیت روزافزون آنها در دنیای امروز مورد تحلیل قرار می‌گیرد.