פלסטיק

פלסטיק (אנגלית: Plastic) הוא שם כולל למגוון רחב מאוד של חומרים סינתטיים וחצי סינתטיים מעשי ידי אדם, שאפשר להעניק להם כמעט כל צורה רצויה – לרוב על ידי חימום והפעלת לחץ.
מבחינה כימית החומרים הפלסטיים הם פולימרים, כלומר שרשרות מולקולריות ארוכות הנוצרות על ידי חיבור רצוף של מולקולות קטנות יותר – מונומרים, בתהליך הנקרא פִּילְמוּר.
המילה "פלסטי" (מיוונית: πλαστικός) פירושה נוח לעיצוב, וזה יתרונם העיקרי של החומרים הללו.
לעיתים קרובות, מטשטשת ההבחנה בין פלסטיק לפולימר. המונח פלסטיק ניתן לפולימר או לתערובת פולימרים שעברה עיבוד או השבחה במטרה לעשותה למוצר שימושי. בדרך כלל, העיבוד כולל הוספה של כימיקלים שתפקידם: לייצב את החומר הפלסטי או לרככו, למנוע את חמצונו, או לצבוע אותו.

יציקה בלחץ

בשיטה זו, כמות מדודה של אבקה מוכנסת לחלקה התחתון של תבנית פלדה חלולה. המחצית העליונה של התבנית מעוצבת בצורת חלקו החיצוני של הפריט. היא יורדת על האבקה המחוממת ומפעילה עליה לחץ חזק. אז מתרחשת תגובה כימית, והחומר הפלסטי מתקשה.

למינציה

בשיטה זו, מורחים את המשטח שאותו מבקשים לצפות בחומר הפלסטי, ולאחר מכן, כובשים את המשטח במכבשי פלדה מחוממים.

שיחול

בתהליך זה נדחק חומר הגלם דרך חור בתבנית, ויוצא ממנו כמוט רצוף בקוטר הרצוי. אם יש חריץ דק במקום חור, אזי יוצאת ממנו יריעה דקה. בדרך דומה אפשר לייצר גם צינורות, שפופרות וכדומה.
שיחול היא שיטת הייצור הנפוצה ביותר בתעשיות הפלסטיק. ייצור פלסטיק בשיטה זו נחשב למהיר ומדויק מאוד, מה שמאפשר גם ייצור המוני של מוצרי פלסטיק ושל חלקי פלסטיק.

העת העתיקה

בני האדם השתמשו בחומרים פלסטיים טבעיים, כגון שרפי עצים ושעוות, כבר בעת העתיקה. פולימר ממקור צמחי הנקרא תאית, היה המרכיב שהעניק חוזק לחבלים בספינות עד המאה ה-19.

הגומי הטבעי והמצאת תהליך הגיפור

הגומי הטבעי, היה ללא ספק אחד מהחומרים הפלסטיים החשובים ביותר בעידן המודרני, בתקופה שקדמה להמצאת החומרים הפלסטיים הסינתטיים.
אולם השימוש הנרחב בגומי הטבעי החל רק לאחר המצאת תהליך הגיפור שאפשר את כניסתו של הגומי למגוון רחב של יישומים בעיקר בתחום תעשיית הרכב הצומחת של ראשית המאה ה-19.
תהליך הגיפור נתגלה ב- 1839, על ידי הממציא האמריקני צ'ארלס גודייר. גודייר, ערך סדרת ניסיונות שמטרתם הייתה שיפור תכונות הגומי הטבעי באמצעות הוספת חומרים כימיים שונים. במהלך אחד הניסויים נשכחה תערובת של גומי טבעי וגופרית בכבשן למשך הלילה ולמחרת בבוקר החומר שנמצא היה עמיד בטמפרטורות גבוהות, עמיד באור ובעל אורך חיים ממושך בהרבה מגומי לא מעובד. גודייר ערך ניסויים נוספים בכיוון זה עד שהושג תהליך תעשייתי - הוולקניזציה (שמו הלועזי של תהליך הגיפור). התהליך נקרא וולקניזציה על שם הנפח ואל האש במיתולוגיה הרומית וולקן בזכות החום הרב שהוא דורש. לאחר תהליך זה, הגומי נשאר מקובע בצורה בה הוא נתון וניתן לעצב אותו רק באמצעות חיתוך או שיוף. גילוי תהליך הגיפור גרם לתנופת מחקר ופיתוח של שימושים חדשים לגומי כאשר ביניהם המצאת הצמיג והבידוד החשמלי שחוללו מהפכה של ממש בתחום התחבורה והתעשייה העולמית.

המצאת הצלולואיד - חומר פלסטי חצי-סינתטי

סיפורו של הפלסטיק החל בתערוכה גדולה בלונדון בשנת 1862, כשאלכסנדר פרקס (1813-1890) הציג לראווה את תגליתו החדשה, "שנהב סינתטי" - או בשמו המסחרי "פרקסין". חומר זה לא היה אלא חנקית של התאית (החומר שממנו עשויים דפנות תאיהם של הצמחים, הקרוי בלעז צלולזה). על פיתוח זה זכה פרקס במדליית הארד של היריד העולמי.
למרות ההצלחה הראשונה נכשל פרקס ברמה התעשייתית הואיל והמוצרים מפרקסין נקרעו ונשברו אחרי תקופת שימוש קצרה.
המדפיס והממציא האמריקני ג'ון וסלי היאט, המשיך את עבודתו של פרקס בנקודה שבה הופסקה. היאט הבין, שהחלפת הממס ששימש בתהליך הייצור של ה"פרקסין" עשויה להביא לשיפור התכונות המכניות של המוצר הסופי. היאט השתמש בקמפור שהוא ממס אורגני מעט קוטבי, ובכך הצליח לפתח את ה"צלולואיד" (1863). היה זה חומר קשוח ועמיד, אבל דליק במיוחד.
אחד המוצרים הראשונים מצלולואיד 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 מתאית מקושטים בצורה מרהיבה.
תחום נוסף שבו השתמשו בצלולואיד בכמות גדולה הוא תעשיית סרטי הצילום שהתחילה להתפתח לקראת סוף המאה ה-19.
למרות יתרונותיו הרבים, היו לצלולואיד גם כמה חסרונות. עם הזמן הצהיב הצלולואיד ונעשה שביר, וחמור יותר - זהו חומר דליק ביותר (צלולוזה יחד עם חומצה חנקתית היו ממרכיבי אבק השריפה).
במשך שנים רבות היה זה החומר הפלסטי היחיד בשימוש.
לקראת סוף המאה ה-19 הצטרף אל הצלולואיד חומר פלסטי חדש, צלולוז אצטט, שבניגוד לצלולואיד לא היה דליק, ועוד פותחו חומרים פלסטיים קסאיניים, נוחים לצביעה. כל אלה נוצרו מחומרי גלם טבעיים: תחילה סיבי כותנה שנפסלו לשימוש, ואחר כך עיסת עץ או חלבוני חלב. עוד בימינו משתמשים בחומרים אלה, למשל לכדורי טניס שולחן. בצלולוז אצטט עושים שימוש נרחב יותר, הן כחומר אריזה הן לפריטים יצוקים כמו ידיות למברשות שיניים. בצורתו הסיבית קרוי הצלולוז אצטט בשם "זהורית".

המצאת המשי החצי-סינתטי

בשנת 1884 הציג הכימאי הצרפתי הרוזן דה שרדונה את החוט העשוי מתאית, שנקרא לאחר מכן על שמו "משי שרדונה". אף על פי שהבגד היה אטרקטיבי הוא לא היה בטיחותי כי בדומה לצלולואיד הוא היה דליק מאד. דבר שהביא ליציאתו של הבד החדש מהשוק.
ב-1894 רשמו שלושה מדענים בריטיים (צ'ארלס קרוס, אדוארד באבן וקלייטון בידל) פטנט על משי מלאכותי חדש. הבד החדש היה בטיחותי בהרבה. 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.

המצאת הבקליט - החומר הפלסטי הסינתטי הראשון, ותחילתה של תעשיית הפלסטיק המודרנית

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-פורמאלדהידי.
בייקלנד המשיך במחקרו וגילה שהחומר החדש יכול ליצור תערובות עם נסורת עץ, אזבסט 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 הייצור, 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 "בקליט". בתחילה השתמשו בבקליט 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.
בקליט היה הפלסטיק האמיתי הראשון, שכן הוא היה סינתטי לגמרי, ולא התבסס על חומר גלם טבעי. היה זה גם הפלסטיק התרמוסטי הראשון. בשל חוזקו ועמידותו הרבה של הבקליט, הוא נבחר לשימוש במוצרים רבים כמו: מכשירי רדיו, שעונים, וכדורי ביליארד. הבקליט נמצא בשימוש גם בימינו.

שנות ה-20 - תגליות חדשות

ב-1926 פותח חומר פלסטי חדש, שתנן פורמאלדהידי, הידוע ברבים בשמו המסחרי פורמייקה – חומר ציפוי נוקשה, מבריק ועמיד ביותר. 
החומרים הפלסטיים המבוססים על פורמאלדהיד ושתנן או מלמין נקראים אמינופלסטיים, משום שהאמוניה ממלאת תפקיד חשוב בייצורם.
בשנות ה-20 מצאו החוקרים כי אפשר ליצור חומרים פלסטיים חדשים מפולימרים ארוכים. שלושת החומרים המצויים ביסוד התעשייה הפלסטית של ימינו נוצרו במעבדות בשנות ה-30, והם פוליאתילן, פוליוויניל כלוריד (PVC) ופוליסטירן. למעשה, הן פוליסטירין והן PVC נתגלו כבר במאה ה-19, אולם הכימאים שנתקלו בהם במקרה לא ידעו מה לעשות בהם. הפוליאתילן התגלה ב-1933, בעקבות מחקר מוכוון. הוא עשוי משרשרות של החומר הגזי אתילן, המופק מנפט גולמי.

שנות ה-30 - המצאת הניילון, פיתוח הפוליאתילן, והזכוכית האקרילית

חידוש משמעותי בשנות ה-30 של המאה ה-20 היה פיתוחו של הניילון, שהוצג לראשונה על ידי חברת דופונט ביריד העולמי בניו יורק בשנת 1939:
ב-1927 החלה דופונט בפרויקט פיתוח סודי בשם "סיב 66" (Fiber66). מנהל הפרויקט היה וולאס קרותרס. אף על פי 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".
ב-1936 ייצרו חברות גרמניות, אנגליות ואמריקאיות את "פולימתיל מתאקרילט" (PMMA), הידוע יותר כ"זכוכית אקרילית". זוהי משפחת חומרים שנמצאים בשימוש נרחב בצבעים ובסיבים סינתטיים (למשל ב"פרוות סינתטיות"), 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.
פוליאתילן הוא חומר זול, גמיש ועמיד. הפוליאתילן בעל הצפיפות הנמוכה משמש לייצור שקיות קנייה. בעוד שהפוליאתילן בעל הצפיפות הגבוהה, משתמש ליצור חלקי פלסטיק קשיחים כגון תבניות וצינורות.

מלחמת העולם השנייה - גיוס תעשיית הפלסטיק למאמץ המלחמתי

ה"ניילומניה" הגיעה לקיצה בסוף 1941 כאשר נכנסה ארצות הברית למלחמת העולם השנייה. הייצור הוסב מגרביונים למצנחים. רק לאחר המלחמה חזרה דופונט למכור ניילון לציבור והשיקה קמפיין חדש בשנת 1946 תוך כדי יצירת "מהומות הניילון".
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 סינתטיים 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.

שנות ה-50

לאחר מלחמת העולם השנייה 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.
בשנת 1950 נכנס לשימוש הפוליאסטר.
ב-1953, מיוצר הפוליקרבונט לראשונה הן על ידי ג'נרל אלקטריק האמריקאית (על ידי דניאל פוקס) והן על ידי חברת באייר הגרמנית.
משנות ה-50 הורחב משמעותית השימוש בפוליסטירן בתעשיית האריזה והבנייה כחומר מבודד, על ידי חברת דאו כימיקלים

משנות ה-60

ב-1960 הוצגו לראשונה בקבוקי פלסטיק מפוליאתילן בצפיפות גבוהה כתחליף זול ואיכותי לבקבוקי המשקאות המסורתיים מזכוכית.
בשנת 1965 הוצג הקוולאר לראשונה על ידי חברת דופונט. הקוולאר פותח על ידי הכימאית סטפני קוולק. הקבוצה בה קוולק עבדה חיפשה תחליף קל לסיבי המתכת בצמיגים, שיסייע בחיסכון בצריכת הדלק של מכוניות. קוולק פיתחה פולימרים של פאראפנילן וטרפטלאמיד, שהיו קלים מאוד וחזקים פי חמישה מסיבי פלדה. היא הגיעה לתוצאה כאשר שינתה את הטמפרטורות בהן עיבדה את הפולימרים, אשר עד אותו זמן הניבו סיבים קלים אך חלשים מידי. החומר שהתגלה נרשם בשם קוולאר.
הקוולאר נמצא בשימוש רחב עד היום, בעיקר כחומר מגן באפודי משטרה, כפפות עבודה, מכשירי ספורט, כבלי גשרים, צמיגים, ביגוד כבאות ועוד.

סילוק אשפה

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 למיחזור 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

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

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.