مواد اولیه پلاستیک سازی و ویژگی های آنها

آیا می دانید از چه مواد شیمیایی در صنعت پلاستیک سازی استفاده می شود؟ آیا همانطور که پلاستیک ها برای محیط زیست، مضر هستند و جزو متریال تجزیه ناپذیر محسوب می شوند، مواد اولیه در ساخت آنها نیز می تواند آلایندگی زیست محیطی را به دنبال داشته باشد؟…

بیش از ۱۶۰۰۰ ماده شیمیایی شناخته شده که در صنعت پلاستیک به کار می روند. هر کدام از این مواد شیمیایی صنعتی، دارای یک سری خصوصیات هستند و مجموعه ای از ویژگی ها را برای یک محصول پلاستیکی فرآهم می سازند. ۵ دسته اصلی از مواد اولیه پلاستیک سازی در تحقیقات و مطالعات مختلف شناخته شده هستند. بیایید باهمدیگر در این مطلب تخصصی بررسی کنیم که عملکرد این مواد شیمیایی چیست و معمولاً در چه محصولات پلاستیکی یافت می‌شوند.

بیشتر بخوانید: مواد ترموپلاستیک چیست + انواع و کاربردها

۵ دسته اصلی از مواد اولیه پلاستیک سازی و کاربردهای آنها

۱- بیس فنول‌ها (Bisphenols)

بیس فنول‌ها (مونومرهای اصلی هستند که برای تولید پلاستیک های پلی کربنات و رزین‌های اپوکسی استفاده می‌شوند. این مواد آلی همچنین به عنوان “عامل سخت کننده” در سایر پلاستیک‌ها عمل می‌کنند. بیسفنول A (BPA) نوع اصلی مورد استفاده در گذشته محسوب می شده است، اما به دلیل نگرانی‌های زیاد از نظر خطرات ایمنی که نشان داده، استفاده از سایر بیس فنول‌ها به جز این ماده شیمیایی، همچنان در حال افزایش است. این مواد شیمیایی در مواد پلاستیکی از جنس پلی اتیلن ترفتالات (PET) / polyethylene terephthalate، پلی اتیلن (PE) / polyethylene، پلی پروپیلن (PP) / polypropylene، پلی استایرن (PS) / polystyrene، پلی آمید (PA) / polyamide و پلی کربنات (PC) / polycarbonate یافت شده‌اند.

مواد شیمیایی “بیس فنول”‌ اغلب در این محصولات وجود دارد:

• ظروف نگهداری مواد غذایی
• بطری‌های نوشیدنی
• لباس‌های پیک ‌نیک و طبیعت گردی
• اسباب‌بازی‌های نوزادان
• پوشش‌های داخل محصولات فلزی، مانند قوطی‌های غذا و درب بطری‌ها
• پلیمر پلی‌استر (که می‌توان از آن لباس های مقاوم تولید کرد)
• کاغذهای چاپ حرارتی

۲- فتالات‌ها (Phthalates)

فتالات‌ها دومین دسته اصلی از مهم ترین مواد اولیه پلاستیک سازی هستند و معمولاً به عنوان نرم‌کننده برای ایجاد خاصیت انعطاف‌پذیری بیشتر در پلاستیک‌ها استفاده می‌شوند. از این ماده پلیمری معمولاً در تولید پلی‌وینیل کلرید (PVC) / polyvinyl chloride استفاده می‌شود. همچنین می توانید رد پای فتالات ها را در مواد پلاستیکی پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) / polyethylene terephthalate، پلی‌وینیل استات (PVA) / polyvinyl acetate، پلی‌اتیلن (PE) / polyethylene، پلی‌پروپیلن (PP) / polypropylene، پلی‌استایرن (PS) / polystyrene، پلی‌آمید (PA) / polyamide و پلی‌کربنات (PC) / polycarbonate شناسایی شده‌اند.

مهم ترین کاربردهای فتالات‌ها در تولید محصولات زیر است:

• اسباب‌بازی‌های کودکان
• پوشاک
• مواد بسته‌بندی و فرآوری مواد غذایی
• لوازم پزشکی؛ مانند کیسه‌های تزریق داخل وریدی و لوله‌ها
• محصولات آرایشی و بهداشتی و مراقبت شخصی
• کفپوش‌های وینیل و سایر محصولات ساختمانی
• لوله‌های PVC انعطاف‌پذیر

۳- PCBها (ترکیبات بی‌فنیل‌ پلی‌کلرینه) / Polychlorinated Biphenyls

PCBها (ترکیبات بی‌فنیل‌ پلی‌کلرینه) دسته‌ای از مواد شیمیایی صنعتی هستند که قبلاً به عنوان بازدارنده‌های شعله در برخی از پلاستیک‌ها، تجهیزات الکتریکی و سایر کاربردهای صنعتی استفاده می‌شدند. اما به تدریج مشخص شد که این مواد، آلاینده‌های آلی پایدار (POP) یا Persistent Organic Pollutants هستند، به این معنی که برای مدت طولانی در محیط باقی می‌مانند، در سطح وسیع تر پخش می‌شوند، می توانند در بافت‌های چربی موجودات زنده تجمع ‌یابند و برای انسان و حیات وحش، سمی و خطرناک باشند. امروزه استفاده از ترکیبات PCBها در اکثر نقاط جهان ممنوع شده‌اند.

ترکیبات مضر بی‌فنیل‌ پلی‌کلرینه در این محصولات به کار میرفته است:

• ضایعات الکتریکی و الکترونیکی؛ (به عنوان مثال ترانسفورماتورهای قدیمی، خازن‌ها، عایق کابل)
• پلاستیک‌های قدیمی
• رنگ‌ها
• لامپ‌های فلورسنت
• لاستیک‌های صنعتی قدیمی

۴- PBDEها (ترکیبات پلی‌برومینه دی‌فنیل اتر) / Polybrominated Diphenyl Ethers

PBDEها (ترکیبات پلی‌برومینه دی‌فنیل اتر) دسته‌ای از مواد اولیه پلاستیک سازی هستند که به عنوان بازدارنده شعله در برخی پلاستیک‌ها استفاده می‌شوند. می توانید این ترکیبات در فوم‌های پلی‌اورتان (PU) / polyurethane، پلی‌اتیلن (PE)، پلی‌وینیل کلراید (PVC) / polyvinyl chloride و مواد پلاستیکی پلی‌استایرن (PS) شناسایی شده‌اند.

مهم ترین موارد کاربرد پلی‌برومینه دی‌فنیل اتر به این صورت است:

• قاب یا محفظه تلویزیون و کامپیوتر
• روکش سیم و کابل
• برخی لوازم برقی
• عایق ها
• منسوجات
• صندلی ماشین
• تشک نوزاد
• فوم‌های مبلمان
• پدهای رفوگری فرش
• انواع رنگ‌ و پوشش‌
• بردهای مدار چاپی (موجود در دستگاه‌های برقی)

۵- PFAS (مواد پِر و پلی ‌فلوئورو آلکیل) / Per- and Polyfluoroalkyl Substances

پلی ‌فلوئورو آلکیل  یا PFAS، اغلب “مواد شیمیایی ماندگار” نامیده می‌شوند زیرا تجزیه آن‌ها در محیط زیست، صدها یا حتی هزاران سال طول می‌کشد! این ترکیبات به عنوان پوشش مناسب برای دفع آب، چربی و لکه‌ها استفاده می‌شوند و در تولید انواع فوم‌های آتش‌نشانی کاربرد دارند. PFAS در مواد پلاستیکی پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی اتیلن ترفتالات (PET)، پلی پروپیلن (PP)، پلی استایرن (PS) و پلی آمید (PA) نیز به کار می رود. PFAS از جمله ترکیباتی هستند که در محتویات ظروف پلاستیکی (=محصولاتی که تحت فرآیند فلوئوراسیون سطحی قرار گرفته‌اند) ، تشکیل شوند. این فرآیند شیمیایی برای کاهش تخلخل بسته‌بندی طراحی شده است.

مهم ترین کاربردهای پلی ‌فلوئورو آلکیل در صنعت پلاستیک به این صورت است:

• ظروف نچسب برای پخت و پز
• بسته‌بندی پلاستیکی مواد غذایی
• بسته‌بندی مواد غذایی مقاوم در برابر چربی (به عنوان مثال، برخی از بسته‌بندی‌های مقوایی)
• لوازم آرایشی
• پوشش‌های مقاوم در برابر آب و لکه برای لباس، مبلمان، فرش و صندلی ماشین
• چسب‌ها و درزگیرها

بیشتر بخوانید: مستربچ چیست + انواع و کاربردها

واژه نامه تخصصی مواد اولیه پلاستیک سازی

اکنون که با مهم ترین مواد اولیه پلاستیک سازی آشنا شدید، و کاربردهای مهم آنها را یاد گرفتید، شاید علاقه مند هستید بدانید آیا به غیر از این ۵ دسته اصلی ترکیبات آلی، مواد دیگری هم در صنعت پلاستیک ها به کار می روند یا خیر! اگر اینچنین است، پس همچنان تا پایان این مطلب با ما همراه باشید. تعداد دیگری از مهم ترین مواد شیمیایی پرمصرف در پلاستیک سازی را برایتان فهرست کرده ایم.

۱- دی اوکسین‌ها (Dioxins) و فوران‌ها (Furans)

دی اوکسین‌ها گروهی از مواد شیمیایی هستند که جزو سمی‌ترین مواد شناخته شده طبقه بندی شده اند! دی اوکسین‌ و فوران‌ در واقع به طور ناخواسته در فرآیندهای صنعتی تولید می شوند و جزو محصولات جانبی غیر عمدی هستند. با این حال، ویژگی ها و خصوصیات آنها به خوبی شناخته شده است. اصلی ترین عامل تولید آنها، هنگام ساخت یا دفع سایر مواد شیمیایی از طریق سوزاندن است – به عنوان مثال، هنگامی که پلاستیک‌ها سوزانده می‌شوند، فوران ها یا دی اوکسین ها تولید می شوند.

دی اوکسین‌ها باعث مشکلات زیادی برای انسان ها و جانداران می شوند؛ اختلالات تولید مثل و رشد، آسیب به سیستم ایمنی بدن، اختلال در هورمون‌ها ایجاد سرطان ها از جمله این خطرات هستند. دی اوکسین‌ها و فوران‌های کلردار نیز جزو “دوازده آلاینده آلی پایدار” و خطرناک طبقه بندی شدند. تحقیقات نیز ثابت کرده دی اوکسین‌ها و فوران‌های برومینه و برومو – کلرینه نیز همین نگرانی‌ها و خطرات را دارند و محققان همواره به دنبال بازیابی یا روش های نوین برای حذف آنها از فرآیندهای صنعتی متعدد هستند.

۲- PBDE و BFR

اترهای دی‌ فنیل پلی‌ برومینه (PBDE)، نوعی بازدارنده شعله با ساختار برمینه (BFR) هستند که به عنوان مواد شیمیایی در تولید پلاستیک‌ها، از جمله لوازم الکترونیکی، به کار می روند تا آنها را در برابر گرما یا شعله مقاوم تر کنند. BFR، مواد شیمیایی مختل ‌کننده غدد درون‌ریز هستند که مشخص شده می توانند رشد و تولید مثل را مختل سازند، عملکرد تیروئید را تغییر دهند و بر رشد عصبی کودکان تأثیر بگذارند. در حالی که استفاده از برخی از ترکیبات PBDE در کنوانسیون استکهلم ممنوع شده است، اما متأسفانه هنوز هم برخی از انواع ترکیبات BFR در صنعت پلاستیک یافت می شوند که به طور مشابه، سمی هستند.

۳- ترکیبات بی‌فنیل‌ پلی‌کلرینه (PCB):

یک گروه مواد شیمیایی بسیار سرطان‌زا و نوروتوکسیک که طبق کنوانسیون استکهلم به عنوان یکی از آلاینده‌های آلی پایدار ممنوع معرفی شده‌اند، ترکیبات بی‌فنیل‌ پلی‌کلرینه نام دارند. این ماده به طور گسترده در محصولات صنعتی و مصرفی، از جمله پلاستیک ها، عایق ها، پوشش‌ها، رنگ ها و بسیاری دیگر استفاده می‌شد. متأسفانه، علیرغم ممنوعیت آن، مواد شیمیایی PCB گاهی در محصولات پلاستیکی به کار می روند. این مواد معمولاً به دلیل عدم تجزیه در محیط زیست، استفاده مداوم و طول عمر زیاد محصولات پلاستیکی، همچنان یک تهدید برای سلامتی هستند.

۴- بیس فنول (Bisphenol A)

Bisphenol A، واحد سازنده یا مونومر مصرفی در تولید پلاستیک‌های پلی‌کربنات و رزین‌های اپوکسی است و یک افزودنی رایج در پلاستیک‌ها محسوب می شود. BPA در بسیاری از کالاهای مصرفی مانند ظروف غذا، پوشش قوطی‌های غذا، لنزهای عینک، لوله‌های پلاستیکی آب و … یافت می‌شود. درباره این مواد اولیه پلاستیک سازی در قسمت قبلی صحبت کرده ایم.

۵- فتالات‌ها (Phthalates)

فتالات ها از جمله پرکاربردترین و گسترده ترین مواد اولیه پلاستیک سازی هستند و در صنایع دیگر نیز بسیار استفاده می شوند. ترکیبات فتالات یکی از مهم ترین مواد پلیمری هم محسوب می شود. افزودن فتالات به مخلوط اولیه تولید پلاستیک ها می تواند انعطاف‌پذیری را افزایش دهد. برخی از مشتقات فتالات ها در عطرها و محصولات مراقبت شخصی یافت می‌شوند. این ترکیبات، مختل‌کننده غدد درون‌ریز هستند که ممکن است سطح تستوسترون و استروژن را کاهش دهند، عملکرد تیروئید را مختل کنند.

۶- استابلایرز UV (UV stabilizers)

تثبیت‌کننده‌های UV، افزودنی‌های شیمیایی مهم در پلاستیک سازی هستند که برای جلوگیری از تخریب پلاستیک در برابر نور خورشید استفاده می‌شوند. نور می تواند از محصولات پلاستیکی و بسته‌بندی‌ها به مواد غذایی نفوذ کند و باعث فاسد شدن آنها شود، پس استابلایزر UV به منظور مقاوم سازی پلاستیک های بسته بندی و سایر محصولات به مخلوط مواد اولیه پلاستیک سازی اضافه می شود. البته باید خاطرنشان کنیم، مطالعات نشان داده‌اند برخی از این تثبیت کننده ها و افزودنی ها می‌توانند به عنوان مواد شیمیایی مختل ‌کننده غدد درون‌ریز عمل کنند و مانع باروری و رشد شوند.

۷- پارافین‌های کلردار (Chlorinated Paraffins)

پارافین های کلردار یا کلرینه، ترکیبات مخلوط با زنجیره کربنی متفاوت هستند که در حجم بالاتر تولید می شوند. طول زنجیره کربنی در این مواد می تواند بر روی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آنها تأثیر بگذارد. پارافین‌های کلردار زنجیره کوتاه، زنجیره متوسط ​​یا زنجیره بلند، صرف نظر از طول زنجیره کربنی، همه این گروه‌های شیمیایی اثرات نگران کننده مشابهی را ایجاد می کنند! پارافین های کلردار به عنوان بازدارنده شعله یا برای انعطاف‌پذیرتر کردن پلاستیک‌ها مورد استفاده قرار می گیرند. از مهم ترین اثرات جانبی و خطرات این مخلوط‌های پیچیده می توانیم به اختلال در عملکرد غدد درون‌ریز و در برخی موارد، سرطان‌زایی را عنوان کنیم. مطالعات نشان داده اند این مواد می توانند اثرات مخربی بر کبد، کلیه و تیروئید داشته باشند.

۸- پلی ‌فلوئورو آلکیل یا PFAS

درباره ترکیبات پلی ‌فلوئورو آلکیل در قسمت قبلی همین مطلب صحبت کردیم. این گروه مواد شیمیایی، تجزیه ناپذیر و در محیط زیست، بسیار پایدار هستند و در بافت های حیاتی جانوران و انسان تجمع می‌یابند. پلی ‌فلوئورو آلکیل یک واحد سازنده در تولید برخی از پلاستیک‌ها و پوشش‌ها مانند پلی تترافلوئورواتیلن (PTFE) است. این ترکیبات مضر جزو مختل‌کننده‌های غدد درون‌ریز طبقه بندی می شوند و بر سیستم ایمنی، کبد و تیروئید نیز تأثیر می‌گذارند.

۹- فلزات سنگین (Heavy Metals)

چند گروه از فلزات سمی در صنعت پلاستیک‌ سازی به کار می روند تا برخی ویژگی‌های ظاهری و فیزیکی، مانند رنگ یا دوام بالا را در محصولات نهایی ایجاد کنند. این فلزات اغلب شامل ترکیبات خطرناک سرب یا کروم- سرب هستند که به ویژه برای کودکان مضر می‌باشند. سایر فلزات سمی مانند آرسنیک و کروم و در برخی موارد، جیوه نیز در اسباب بازی های کودکان یافت شده است. البته صنعت پلاستیک سازی در دنیای مدرن امروزی بسیار پیشرفت کرده و محصولات تولیدی در حال حاضر، عاری از هر گونه فلزات سنگین خطرناک یا ترکیبات آلی فرار و سمی هستند.

۱۰- آلکیل فنول‌ها (Alkylphenols)

گروهی از مواد شیمیایی صنعتی با کاربردهای گسترده، آلکیل فنول‌ها هستند که به عنوان افزودنی و واسطه در پلاستیک‌ سازی برای افزایش دوام یا انعطاف‌پذیری استفاده می‌شوند. آلکیل فنول‌ معمولاً در فرمولاسیون مواد شوینده، پاک‌کننده‌ها، محصولات مراقبت شخصی، آفت‌کش‌ها و رنگ‌ها نیز کاربرد دارد. بقایای ترکیبات آلکیل فنول‌ها در محیط زیست و اکوسیستم های آبی می تواند اثرات سمی بر موجودات آبزی داشته باشد. تحقیقات ثابت کرده اند این ترکیبات آلی می توانند خطرات سرطان ها و اختلال عملکرد هورمون ها و سیستم تولید مثل را در بدن انسان داشته باشند.

بیشتر بخوانید: کامپوزیت چیست؛ تعریف، خواص، انواع و کاربردها

جمع بندی و نتیجه گیری

مواد اولیه پلاستیک سازی شامل انواع پلیمرها، افزودنی ها، تثبیت کننده ها، رنگ ها و … هستند. پلاستیک‌ها از مواد طبیعی مانند سلولز، زغال سنگ، گاز طبیعی، نمک و نفت خام از طریق فرآیند پلیمریزاسیون یا polycondensation ساخته می‌شوند. نفت خام، ترکیبی پیچیده از هزاران ترکیب است و قبل از استفاده باید فرآوری شود. تولید پلاستیک با تقطیر نفت خام در پالایشگاه نفت آغاز می‌شود. این فرآیند، نفت خام سنگین را به گروه‌هایی از اجزای سبک ‌تر جدا می‌کند. هر جزء، ترکیبی از زنجیره‌های هیدروکربنی (ترکیبات شیمیایی ساخته شده از کربن و هیدروژن) است که از نظر اندازه و ساختار مولکولی، متفاوت هستند. یکی از این اجزای جداسازی شده، نفتا نام دارد و ترکیب حیاتی برای تولید پلاستیک است.

بر حسب مواد اولیه ای که در تولید محصولات پلاستیکی استفاده می شود می توان آنها را طبقه بندی کرد. انواع مختلفی از پلاستیک وجود دارد و می‌توان در دو گروه اصلی پلیمری دسته بندی کرد: ۱) ترموپلاستیک‌ها و ۲) ترموست‌ها.

اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)، پلی کربنات (PC)، پلی اتیلن (PE)، پلی اتیلن ترفتالات (PET)، پلی تترافلوئورواتیلن (PTFE)، پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی متیل متاکریلات (PMMA)، پلی پروپیلن (PP)، پلی استایرن (PS)، پلی استایرن منبسط شده (EPS) جزو پلیمرهای ترموپلاستیک هستند. این مواد پلیمری در اثر گرما، نرم می شوند و اگر خنک شوند، مجدداً سفت و سخت خواهند شد.

اپوکسید (EP)، فنول فرمالدئید (PF)، پلی اورتان (PUR) و رزین‌های پلی استر غیراشباع (UP) جزو پلیمرهای ترموست هستند؛ این مواد در اثر حرارت و قالب گیری، سخت می شوند و مجدداً نمی توان آنها را تغییر شکل داد.

ترجمه تخصصی: اولتراشیمی – مرجع شیمی و صنعت