Η ανθρωπότητα έχει χρησιμοποιήσει φυσικά πολυμερή υλικά όπως το ξύλο, το δέρμα και το μαλλί από την αρχή της ιστορίας, αλλά τα συνθετικά πολυμερή έγιναν δυνατά μόνο μετά την ανάπτυξη της τεχνολογίας του καουτσούκ το 1800.Το Ž πρώτο συνθετικό πολυμερές υλικό, το celluloid, εφευρέθηκε από τον John Wesley Hyatt το 1869, από νιτρική κυτταρίνη και καμφορά.Μια σημαντική ανακάλυψη στα συνθετικά πολυμερή ήταν η εφεύρεση του βακελίτη από τον Leo Hendrik Baekeland το 1907. Η εργασία του Hermann Staudinger στη δεκαετία του 1920 κατέδειξε ξεκάθαρα τη μακρομοριακή φύση των μακριών αλυσίδων επαναλαμβανόμενων μονάδων.1 Η λέξη «πολυμερές» προέρχεται από τα ελληνικά και σημαίνει «πολλά». μέρη».Η ταχεία ανάπτυξη της βιομηχανίας πολυμερών ξεκίνησε λίγο πριν από τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, με την ανάπτυξη ακρυλικών πολυμερών, πολυστυρενίου, νάιλον, πολυουρεθανών και την επακόλουθη εισαγωγή πολυαιθυλενίου, τερεφθαλικού πολυαιθυλενίου, πολυπροπυλενίου και άλλων πολυμερών στη δεκαετία του 1940 και του 1950.Ενώ μόνο περίπου 1 εκατομμύριο τόνοι παρήχθησαν το 1945, η παραγωγή πλαστικών σε όγκο ξεπέρασε αυτή του χάλυβα το 1981 και το χάσμα αυξάνεται συνεχώς από τότε.
Τα καθαρά πολυμερή σπάνια υποβάλλονται σε επεξεργασία μόνα τους.Αναμιγνύονται με άλλα υλικά, συνήθως με μηχανική ανάμειξη ή ανάμειξη κατάστασης τήξης για την παραγωγή σφαιριδίων, σκόνης ή ακών που θα χρησιμοποιηθούν σε επόμενες εργασίες επεξεργασίας.2 Τέτοια σύνθετα προϊόντα αναφέρονται ως «πλαστικά», που σημαίνει «εύπλαστα» στα ελληνικά.Οι ενώσεις μπορεί να περιλαμβάνουν Ž llers (για μείωση του κόστους), ενισχύσεις, άλλα πολυμερή, χρωστικές ουσίες, επιβραδυντικά αμέ, σταθεροποιητές (για την πρόληψη της φθοράς από το φως, τη θερμότητα ή άλλους περιβαλλοντικούς παράγοντες) και διάφορα βοηθήματα επεξεργασίας.
Τα συνθετικά πολυμερή μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο κατηγορίες.Τα θερμοπλαστικά (μακράν ο μεγαλύτερος όγκος) μπορούν να λιωθούν με θέρμανση, να στερεοποιηθούν με ψύξη και να επαναλιωθούν επανειλημμένα.Οι κύριοι τύποι είναι το πολυαιθυλένιο (PE), το πολυπροπυλένιο (PP), το πολυστυρένιο (PS), το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC), το πολυανθρακικό (PC), το μεθακρυλικό πολυμεθύλιο (PMMA), το τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο (PET) και το πολυαμίδιο (PA, νάιλον).Οι θερμοσκληρύνσεις σκληρύνονται με την εφαρμογή θερμότητας και πίεσης, λόγω της διασύνδεσης, δηλαδή της δημιουργίας μόνιμων τρισδιάστατων δικτύων.Δεν μπορούν να μαλακώσουν με θέρμανση για επανεπεξεργασία.Ο βακελίτης, τα εποξικά και οι περισσότερες πολυουρεθάνες είναι θερμοσκληρυνόμενοι.
Η παρούσα επισκόπηση είναι αποκλειστικά αφιερωμένη στην επεξεργασία θερμοπλαστικών.Τα εμπορικά θερμοπλαστικά ταξινομούνται ανάλογα με την απόδοσή τους ως «εμπόρευμα» (χαμηλή απόδοση, όπως PE, PP, PS και PVC), «Μηχανική» (όπως PC, νάιλον και PET) ή «προηγμένα» (υψηλές επιδόσεις, όπως πολυμερή υγρών κρυστάλλων (LCPs), σουλφίδιο πολυφαινυλενίου (PPS) και πολυαιθεραιθερκετόνη (PEEK)).Η αναμενόμενη εκρηκτική ανάπτυξη στη μηχανική και στα προηγμένα πολυμερή δεν υλοποιήθηκε.Η χρήση πλαστικών αυξάνεται συνεχώς τις τελευταίες τρεις δεκαετίες, αλλά κυρίως στην κατηγορία των εμπορευμάτων.Επί του παρόντος, τα πολυμερή εμπορευμάτων ανέρχονται στο ~88% του παραγόμενου όγκου,3 πλαστικά μηχανικής στο ~12% και προηγμένα λιγότερο από 1%.Αν και οι τιμές των προηγμένων πολυμερών ανά χιλιόγραμμο είναι πολύ υψηλότερες από αυτές των πολυμερών βασικών προϊόντων, η παγκόσμια αξία τους για την οικονομία εξακολουθεί να είναι πολύ μικρή.
Τα πλαστικά εμπορευμάτων έχουν χαμηλές αντοχές και ακαμψίες σε σύγκριση με μέταλλα ή κεραμικά και τείνουν να παρουσιάζουν ερπυσμό υπό την εφαρμοζόμενη δύναμη.Έχουν επίσης περιορισμούς θερμοκρασίας στη χρήση τους ως στερεά (τα περισσότερα λιώνουν στην περιοχή 100–250°C).Οι συντελεστές εφελκυσμού των πλαστικών εμπορευμάτων είναι ~1 GPa (σε σύγκριση με 210 GPa για τον χάλυβα).Σημαντική βελτίωση μπορεί να επιτευχθεί με την ευθυγράμμιση των πολυμερών αλυσίδων.Στην πραγματικότητα, οι δεσμοί άνθρακα-άνθρακα είναι πολύ ισχυροί και έχουν παραχθεί μονό Ž θρήνο πολυαιθυλένια με τιμές συντελεστή που υπερβαίνουν αυτές του χάλυβα.Ο υψηλός προσανατολισμός μπορεί να επιτευχθεί με ειδικές τεχνικές επεξεργασίας, για παράδειγμα εξώθηση και επακόλουθη έλξη σε χαμηλές θερμοκρασίες.Σε χαμηλές θερμοκρασίες, οι πολυμερείς αλυσίδες έχουν περιορισμένη κινητικότητα και ο προσανατολισμός παραμένει μετά το τέντωμα.Πρόσφατες ανακαλύψεις και εξελίξεις καταλυτών με βάση το μεταλλοκένιο μεμονωμένης θέσης έχουν οδηγήσει σε νέες ποιότητες πολυμερών εμπορευμάτων με ελεγχόμενη μοριακή αρχιτεκτονική με βελτιωμένες ιδιότητες.
Η παγκόσμια παραγωγή πολυμερών αυξήθηκε3 από 27 εκατομμύρια τόνους το 1975 σε ~200 εκατομμύρια τόνους ετησίως το 2000 και εξακολουθεί να αυξάνεται.Σύμφωνα με μια πρόσφατη έκθεση, 4 αποστολές πλαστικών προϊόντων στις ΗΠΑ το 2000 ανήλθαν σε 330 δισεκατομμύρια δολάρια και οι βιομηχανίες προμηθειών είχαν πωλήσεις 90 δισεκατομμυρίων δολαρίων, ανεβάζοντας το ετήσιο σύνολο σε 420 δισεκατομμύρια δολάρια.Η συνολική απασχόληση υπολογίστηκε σε 2,4 εκατομμύρια – περίπου το 2% του εργατικού δυναμικού των ΗΠΑ.Η ανάπτυξη της βιομηχανίας πολυμερών είναι αποτέλεσμα του μοναδικού συνδυασμού ιδιοτήτων των πλαστικών προϊόντων, που περιλαμβάνουν εύκολη διαμόρφωση και κατασκευή, χαμηλές πυκνότητες, αντοχή στη διάβρωση, ηλεκτρική και θερμική μόνωση και συχνά ευνοϊκή ακαμψία και σκληρότητα ανά μονάδα βάρους.
Ώρα δημοσίευσης: Φεβ-04-2018