إبن مواد من صنع الإنسانوهي عادة ما تكون أكثر مقاومة ودائمة من الأنواع الطبيعية، والتي تستخدم على نطاق واسع في الصناعات لإنشاء وتصنيع العديد من المنتجات.
وقد حلت هذه المواد إلى حد كبير محل المواد الطبيعية، مثل، على سبيل المثال، أكياس ورق بسبب استخدام البلاستيك، أقمشة طبيعية بواسطة أقمشة مصنوعة من نفس المركب، بالإضافة إلى زجاجات للاستخدام مرة واحدة والتي تُرى في معظم الحاويات التي كانت تُصنع من الزجاج.
تشكل هذه المواد ما يقل قليلاً عن نصف جميع المواد الموجودة على الأرض، وهي أكثر بكثير اقتصادي وهي أقل تآكلاً من المواد الطبيعية، ولا تتحلل بسهولة مع مرور الوقت، مما تسبب في نوع معين من... الجدل البيئي بين دعاة حماية البيئة، حيث قيل إنها تسببت في مشاكل للبيئة.
ما هي المواد الاصطناعية؟
هذه هي المواد المصنعة باستخدام التخليق الكيميائيوالتي تسعى إلى محاكاة بعض العمليات الطبيعية، وتحسين خصائصها، لإنتاج مواد ذات تركيب كيميائي أفضل مقارنة بـ متانة y مقاومة.
هذه من نوع مصطنعلأنها لا يمكن العثور عليها من خلال العمليات الطبيعية على الأرض. معظمها يعتمد على البوليمرات الاصطناعيةأي سلاسل كبيرة من الجزيئات المرتبطة ببعضها البعض، مصممة لتوفير خصائص محددة مثل مرونة, نفاذيةالعزل الحراري أو الكهربائي، من بين أمور أخرى كثيرة.
حتى الآن، تم تصنيع 26 مركباً من هذه المركبات، تتراوح أعدادها الذرية بين 85 و118. بل إن هناك بعض المواد المصنعة كيميائياً والتي تم اكتشاف مصادر طبيعية لها على مر السنين، مثل... البلوتونيومومع ذلك، عندما تُناقش المواد الاصطناعية في السياقات اليومية أو الصناعية أو التعليمية، فإن الإشارة عادة ما تكون إلى البلاستيك، والألياف الاصطناعية، والمطاط الصناعي، والراتنجاتوهي تلك التي نستخدمها بالفعل في الملابس والتغليف والأثاث والسيارات أو الأجهزة الإلكترونية.
بالمقارنة بالمواد الطبيعية مثل القطن والصوف والجلد والخشب، يتم تصميم المواد الاصطناعية بطريقة مضبوطة لتحقيق خصائص محددة للغاية وقابلة للتكرار. وهذا ما يجعلها مواد متعددة الاستخدامات وفعالة، القادرة على التكيف مع مجموعة كبيرة ومتنوعة من الاستخدامات، من صناعة النسيج إلى القطاع الطبي، والتصميم الداخلي، وقطاع الفنادق أو الإلكترونيات الاستهلاكية.
خصائص المواد الاصطناعية
تُصنع المواد الاصطناعية، وخاصة البلاستيك، باستخدام الراتنج الأساسيوهو المكون الرئيسي لهذه المكونات، مشتق من نفطوهي تتكون من الجزيئات الكبيرةوالتي بدورها تتكون من مئات الجزيئات. وفيما يلي عمليات الحصول على هذه الجزيئات الكبيرة.
بشكل عام، تتميز المواد الاصطناعية بـ مقاومة ميكانيكية عالية، خيره قدرة العزل حراريًا وكهربائيًا، انخفاض الوزن بالمقارنة مع مواد مثل المعدن أو الزجاج، فهو ممتاز المقاومة الكيميائية إنها مقاومة للأحماض والقلويات والعديد من المذيبات. علاوة على ذلك، يمكن تصنيعها في ألوان وقوام وتشطيبات متعددةوهذا يجعلها جذابة بشكل خاص في قطاعات مثل التصميم الداخلي، والأثاث، والتنجيد، أو صناعة الفنادق.
ميزة أخرى مهمة هي براعةيمكن إنتاجها على شكل صفائح صلبة، أو ألياف نسيجية، أو رغوة، أو طلاءات، أو أجزاء تقنية، أو أغلفة، أو عناصر زخرفية. هذه المرونة تجعلها مواد مناسبة. فعالقادرة على تقديم حلول وظيفية وجمالية واقتصادية في مجموعة واسعة من المشاريع.
تعدد الإضافات
هو تفاعل يتم تحقيقه عن طريق إطلاق كميات كبيرة من الحرارة التي تحقق بلمرة اثنين أو أكثر من المونومرات في وقت واحدبهذه الطريقة، يمكنك الحصول على مطاط صناعي.
في عملية الإضافة المتعددة، الجزيئات التي الروابط المزدوجة أو مجموعات تفاعلية مكملة، مما ينتج سلاسل بوليمرية دون إطلاق منتجات ثانوية متطايرة. مواد مثل [ما يلي يتم تصنيعه باستخدام هذه العملية] البولي يوريثان و راتنجات الايبوكسي، تحظى بتقدير كبير لـ القوة الميكانيكية، وقدرتها على انضمام واستخدامه في رغوة عازلة، الطلاءات الواقية، والمواد اللاصقة الهيكلية، أو نعال الأحذية.
البلمرة
يبدأ بإضافة عامل حفاز وعلى مسرع التفاعل والتي تستخدم بشكل متكرر للغاية، تتكون من اتحاد جزيئين متجانسين ومنفصلين للحصول على جزيئات أكبر.
أبسط تركيبة كيميائية يمكن بلمرتها هي الإيثيلينتُستخدم هذه العملية للحصول على أنواع معروفة من البلاستيك مثل مواد PVC (كلوريد البولي فينيل)، PE (البولي إيثيلين) أو PS (البوليسترين). تتكون عملية البلمرة عادةً من عدة مراحل: واحدة تفاعل البدءحيث يتم توليد الجزيئات المنشطة؛ مرحلة من النمو المتسلسل، حيث تزداد سلاسل البوليمر طولاً؛ وبعضها ردود الفعل الختامية، حيث تستقر الجذور الكبيرة وتتوقف عن النمو.
كثرة التكاثف
يسعى جزيئان إلى التفاعل مع بعضهما البعض، مما يؤدي إلى توليد الجزيئات الكبيرةفي هذه العملية، لا يتم الحصول على جزيئات كبيرة كتلك التي تنتجها عملية البلمرة؛ وذلك لأنها تتشكل معًا، مما يؤدي إلى تأخير العملية بأكملها.
في هذه العملية، عندما تتحد المونومرات معًا، فإنها تتحرر منتجات ثانوية غير قابلة للبلمرة مثل الماء أو الكحول. ينتج عن التكثيف المتعدد، على سبيل المثال، البوليستر و راتنجات الفينولوالتي، اعتمادًا على المونومرات المستخدمة، يمكن أن تكون البلاستيكية الحرارية o ثيرموستابلزتأتي العديد من الألياف الاصطناعية المستخدمة في صناعة المنسوجات والدهانات والطلاءات الصناعية تحديداً من خلال هذه الطريقة التصنيعية.
تصنيف المواد الاصطناعية
يمكن تصنيف المواد الاصطناعية إلى عدة أنواع وفقًا لخصائصها السلوك في مواجهة الحرارة و الهيكل الداخلييُستخدم تصنيف شائع في الصناعة للتمييز بين البلاستيكية الحرارية, ثيرموستابلز y المطاط الصناعي (وتسمى أيضاً المواد المرنة اللدنة).
البلاستيكية الحرارية
يتم تشكيلها من قبل الجزيئات الكبيرة الخطية أو المتفرعةغير متشابكة. تكون صلبة عندما تكون باردة، وعندما تسخن تصبح انسيابي وناعميمكن أن تكون عملية التسخين لتشكيلها والتبريد اللاحق لتصلبها كرر ذلك عددًا غير محدود من المراتمما يسمح بإعادة تدويرها وإعادة تشكيلها.
إنها مواد لدن بالحرارة البولي ايثيلين (بي)، و كلوريد البولي فينيل (PVC)، و البوليسترين (PS)، و مادة البولي بروبيلين (PP)، و البولي (كمبيوتر) أو العديد من الخلطات التقنية مثل عضلات المعده (أكريلونيتريل-بوتادين-ستايرين). في قطاع السيارات، على سبيل المثال، تُستخدم في الوفير, لوحات القيادة, غطاء المصابيح الأمامية والعديد من المكونات الداخلية.
المواد المتصلبة بالحرارة
أيضا يسمى الأقمشة المتينة y الراتنجات الاصطناعيةهذه مواد تصلب اصطناعية، منتجاتها السابقة سائلة أو قابلة للانصهار، والتي تشكل جسماً صلباً عن طريق الضغط والتسخين المتزامن أو عن طريق إضافة مواد التصلب.
في حالتها المتصلبة، تشكل جزيئاتها الكبيرة شبكة ذات فتحات مغلقة مما يجعلها مواد صلبة وغير قابلة للذوبان وغير قابلة للانصهار. فهي لا تلين مرة أخرى بالحرارة، لذلك لا يمكن صهرها أو إعادة تشكيلهاإنها مواد متصلبة حراريا راتنجات الفينول، و راتنجات الألكيد، و راتنجات البوليستر غير المشبعة س فيغاس راتنجات الايبوكسي.
تؤدي التركيبات المختلفة إلى مساحيق التشكيل y مواد مضغوطة متعددة الطبقات، تستخدم على نطاق واسع في صناديق كهربائية, بطانات الفرامل والقابض, ألواح عازلة أو هياكل خفيفة الوزن مقواة بالألياف الزجاجية توفر أداءً ممتازًا نسبة القوة إلى الوزن.
المطاطات أو اللدائن المرنة
وتسمى أيضا المطاط الصناعيتتصرف هذه المواد بمرونة مشابهة لمرونة المطاط، إذ يمكن تشكيلها بقوى صغيرة ثم تعود إلى شكلها الأصلي. وهي لا تنصهر حتى في درجات الحرارة العالية، ولكنها تتلف بفعل التحلل الكيميائي.
لا يمكن إعادة تشكيل جزيئاتها الضخمة ثلاثية الأبعاد، المتشابكة أو المتداخلة، مما يؤدي إلى تكوين شبكة مفتوحة مما يسمح لها بالتصرف بمرونة. إنها مواد مطاطية. Cauchos Naturales y Sintéticos، و البولي يوريثان (PU) أو النيوبرينتُستخدم في الإطارات, معا, الأكمام, امتصاص الصدماتنعال الأحذية والعديد من العناصر الأخرى التي تتطلب ذلك التوسيد والمرونة.
المواد التركيبية الرئيسية واستخداماتها
باعتبارها مواد من صنع الإنسان بالكامل، فإنها تتمتع بفائدة تجارية كبيرة، لأن هدفها الرئيسي هو الإنشاء منتجات أكثر متانة ومقاومةلتلبية احتياجات المستهلكين. ومن بين أهمها في الصناعات التحويلية ما يلي.
البلاستيك
هي مادة سهل التحكم والتشكيل ونظراً للحاجة إليه، فإنه يفتقر أيضاً إلى نقطة تبخر، وهو الأكثر استخداماً من قبل الصناعات اليوم، وهو المكون الرئيسي للعديد من المواد الاصطناعية.
ظهر أول نوع من البلاستيك الذي تم رصده في التاريخ في 1860عندما نظم رجل مسابقة لاختيار مادة تحل محل مارفيل من كرات البلياردو؛ تمكن الفائز من ابتكار مادة كانت ذات أهمية بالغة في وقتها وأعطت دفعة قوية لصناعة البلاستيك.
للبلاستيك بنية الجزيئات الكبيرةوهي مواد كيميائية تُعرف باسم البوليمراتويتحقق ذلك من خلال عملية البلمرة. وتمتلك هذه المواد خصائص فريدة مثل... خفيف الوزن للغاية, مقاومة التدهور منتج من البيئة ويمكن تطبيقه عملياً أي لون أو تشطيب.
وهذا بدوره سهل الاستخدام للغاية، ومقاوم لـ تآكلهو كتيم و جيد عازل كهربائيمن بين العديد من الخصائص الأخرى لهذه المادة التي تستخدم على نطاق واسع اليوم، أصبحت عنصراً موجوداً في كل مكان. التعبئة والتغليف, اللعب, الأجهزة, المفروشات, مواد البناء, الأجهزة الإلكترونية وما إلى ذلك، وأمور أخرى طويلة جداً.
دنة
معروف تجاريا باسم LICRA o ألياف لدنةهو بوليمر مشترك من اليوريثان يتكون من 95% من البولي يوريثان المجزأ، وقاعدته الرئيسية هي بولي بيوتيلين إيثر، مما يؤدي إلى الحصول على نطاق واسع السلاسل الجزيئيةوالتي يمكن أن تتشكل خيوط أحادية أو متعددة.
إنه نسيج لطيف الملمس وسهل التمدد، ويستخدم على نطاق واسع في ملابس رياضية لأنه يتكيف مع الجسم ويمنح راحة فائقة استخدامه. يعمل كخيط متصل نظرًا لخاصيته المتمثلة في إمكانية أن يكون خيطًا أحاديًا أو متعدد الخيوط كما هو موضح أعلاه.
تُصنع جميع أنواع الملابس من هذه المادة، مثل قمصان رياضية, بنطلون ضيق أو جوارب طويلة, جوارب رياضية, الملابس الداخلية, ملابس السباحة أو ملابس السباحةمن بين العديد من المواد الأخرى. كما يتم مزجه في كثير من الأحيان مع ألياف مثل القطن أو البوليستر لإضافة مرونة إلى الملابس اليومية، مما يحسن الراحة بشكل ملحوظ.
نايلون
وهي تنتمي إلى مجموعة بولياميداسعندما يتكثف البوليمر ثنائي الأمين مع حمض ثنائي يُنتج هذا البوليمر، المعروف باسم النايلون نسبةً إلى العلامة التجارية المسجلة "Nylon". ويُعتقد أيضًا أن هذا الاسم أُطلق عليه من قِبل موظفي خدمات الشحن، الذين وجدوا الاسم الأصلي صعب النطق، فأطلقوا عليه الأحرف الأولى من أسماء المدن الرئيسية التي كانت تشحنه، وهي: NY y لندن، بإزالة الحرفين NY من الأول وLON من الثاني.
يُستخدم هذا المكون على نطاق واسع في الصناعات لإنتاج منتجات مثل مسامير, أجزاء المحرك أو الآلة، و نايلون صيد الأسماك، و سحابات, فراشي الأسنان, الجوارب الطويلة والشفافةالحبال والعديد من التطبيقات التي تتطلب قوة شد عالية وعلى انخفاض الوزن.
ألياف كربونيه
هذه أوراق تم إنشاؤها من كربون يحتوي على خيوط دقيقة يتراوح طولها بين 5 و 10 ميكرومترات تقريبًا، وهو ما يعادل عُشر المليمتر، ويشترك في العديد من أوجه التشابه مع صلب أما فيما يتعلق بخصائصها الميكانيكية، فإنها بدورها تُظهر المزيد مقاومة ذلك في لحظة الاصطدام بجسم غير حاد.
في البداية، كانت مادة باهظة الثمن للغاية، ولم تُستخدم إلا لأغراض صناعة الطيرانلكن تكلفته انخفضت، وبدأت صناعات أخرى في الاستفادة منه لقوته، مثل قوة الفولاذ، ولكن بوزن مرتفع بشكل لا يصدق. ضوء مثل تلك المصنوعة من البلاستيك.
بدأوا أولاً بـ وسائل النقلأصبحت السيارات أكثر متانة وأخف وزنًا، مما دفع بعض الشركات إلى استخدام محركات أقل قوة، وبالتالي زاد الاهتمام بهذه الصناعة، لدرجة أنه يمكن رؤية وجود هذه المادة اليوم في دراجة هوائيةفي الساعاتفي المحافظ, مضارب رياضية, الأطراف الاصطناعية الطبية، والخوذات عالية الجودة وغيرها من المنتجات اليومية حيث خفة و صلابة.
البلاستيك البيئي
يُعرف أيضًا باسم البلاستيك الحيويتتشابه هذه المواد على المستوى الجزيئي مع البوليمرات العادية، ولكن الفرق الرئيسي يكمن في أنها تُصنع باستخدام موارد متجددةمما يمنحها جودة القوة تتحلل بشكل طبيعي أكثر.
وهذه مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بـ مستقبل المواد المستدامةإن إمكانيات استخدامها، حتى كـ... زجاجات تحتوي على سوائل قابلة للاستهلاكوبالتالي، عند التخلص منها، لن تُسبب التلوث بنفس تأثير المواد البلاستيكية الأصلية. وتشمل هذه المجموعة مواد من النشا، قصب السكر، السليلوز، أو الزيوت النباتيةقادرة على تقليل الأثر البيئي والاندماج في استراتيجيات الاقتصاد الدائري.
اكرليك
إنها عبارة عن صفيحة بلاستيكية يتم الحصول عليها بلمرة ميثيل ميثاكريلاتوهذا هو الأكثر مقاومة بين البلاستيك الشفافولهذا السبب، فإن لها قيمة تجارية كبيرة في مختلف الصناعات مثل السيارات، طبي, إضاءة y وسائل الترفيه.
إنها مادة يسهل إصلاحها للغاية من حيث خدوش، عند تكلفة تصنيع منخفضة مما يجعلها مثيرة للاهتمام للغاية من وجهة نظر صناعية، وهو ما يُلاحظ بشكل متزايد، حتى في ديكورات المنزلنظراً لسهولة تشكيله ومقاومته، فإنه يشبه في بعض الحالات... زجاجلكن دون ضعف التصدع بسهولة.
لا يشيخ مع مرور الوقت الأشعة فوق البنفسجية من الشمسولا مع مرور العمليات البيئية، على الأقل حتى بعد فترة استخدام طويلة. وله خصائص عوازل إلى الكهرباء و الاستقرار الحراري، انها أكثر شفاف يتميز بسهولة التعامل معه أكثر من الزجاج، عندما يتعلق الأمر بـ قم بتصنيعه وتشكيلهولهذا السبب يتم استخدامه في مسابح بانورامية, نوافذ الطعام, المعارض وعناصر الإشارة الضوئية.
كيفلر
هو نوع من البلاستيك شديد المقاومة، وله خصائص تجعل تصنيعه صعباً؛ إنه بولي أميد عطريالتي تتسم ميكنتها بالتعقيد، ولكن بمجرد تحقيقها، بدأت في التسويق بسرعة، نظرًا لقدرتها الكبيرة على مقاومة لأي هجوم ميكانيكي تقريبًا.
بفضل هذه المادة، أصبح من الممكن تصنيع منتجات جيدة بنفس القدر أقوى من الفولاذلكن بتصميم خفيف الوزن تمامًا، مثل الزوارق، و قفازات واقية من الجروح أو خدوش، بدلات الفضاء، و كبلات USB للأجهزة المحمولة ، السترات الواقية من الرصاص, خوذات الدراجات النارية وتُستخدم في مسابقات السرعة العالية، وخيوط الخياطة، وفي بعض طرازات حذاء رياضيبين أشياء أخرى كثيرة.
كما أنها تمتلك خصائص مثل ارتفاع مقاومة للقطعأو المعلم الخواص الكيميائيةلديها الاستقرار الحرارييتميز بانخفاض موصليته الكهربائية وامتلاكه لصلابة وقوة. الهيكل الداخلي مما يجعله مثالياً لتطبيقات الأمن والحماية الشخصية.
البوليمرات الذكية
مع التقدم التكنولوجي الهائل، بُذلت جهود لضمان احتواء هذه المنتجات على خصائص المكونات الطبيعية، مثل التكيف مع ظروف مناخية معينةلزيادة دعم متانتها.
أدت خصائص هذا البوليمر إلى النظر في استخدامه في تصنيع بعض المنتجات مثل النوافذ والزجاج الذكي, عضلات اصطناعية, أنظمة توصيل الأدويةأجهزة الاستشعار والمحركات وغيرها من الأجهزة القادرة على الاستجابة للمؤثرات الخارجية مثل درجة الحرارة، ودرجة الحموضة، والضوء، والرطوبة. ورغم أن العديد من هذه التطورات لا تزال في طور التوسع، فمن المرجح جداً أن نراها في المنتجات اليومية في المستقبل القريب.
التأثير البيئي للمواد التركيبية
وقد أدى استخدام هذه المواد إلى خلق شيء عظيم الدمار البيئيبسبب الاستهلاك الجماعي للمنتجات التي تحتوي على مواد بلاستيكية، تم إنشاء كمية كبيرة من النفايات التي لا تمتلك خصائص التحلل من تلقاء نفسها، ولكنها تستغرق ما يقرب من [عدد] سنوات لتتحلل. سنوات 200 في كثير من الحالات.
من بين البوليمرات التي تتعرض لانتقادات شديدة بسبب تأثيرها البيئي ما يلي: البولي ايثيلين و مواد PVC، بسبب هذا قابلية منخفضة للتحلل البيولوجي والأضرار التي تُلحقها بالنظم البيئية عند وصولها إلى البحار والأنهار والتربة. تُمثل الجزيئات البلاستيكية الدقيقة وشظايا التغليف والألياف الاصطناعية من الغسيل ونفايات المنتجات ذات الاستخدام الواحد تحديًا كبيرًا لاستدامة كوكب الأرض.
وبدورهم، كرد فعل مضاد، بدأوا في تنفيذ حملات إعادة التدويربحيث عندما يتم التخلص من منتج اصطناعي، يُعاد تدويره، ويمكن استخدام بقاياه في تصنيع منتجات جديدة، مما يخلق دورة استخدام. هذا النهج لـ الاقتصاد الدائري ويسعى هذا النهج إلى تقليل استهلاك المواد الخام البكر وتقليل كمية النفايات التي ينتهي بها المطاف في مكبات النفايات أو البيئات الطبيعية.
إمكانيات الإبداع البوليمرات القابلة للتحلل الحيويكما هو الحال مع البلاستيك الحيوي، المصنوع من مواد عضوية معاد تدويرها أو من مصادر متجددة. علاوة على ذلك، تظهر بدائل أخرى مثل البلاستيك شبه الاصطناعيوالتي تجمع بين المكونات الطبيعية والعمليات الكيميائية للحد من تأثيرها. كل هذا مبني على رؤية لـ الاستخدام المسؤول للبلاستيكمما يشجع على تصميم منتجات أكثر متانة وقابلة للإصلاح وإعادة التدوير.
يكمن المفتاح في إيجاد توازن بين المزايا التقنية والاقتصادية المواد الاصطناعية والحاجة إلى حماية البيئةوبهذه الطريقة، يمكن للشركات والمستهلكين على حد سواء الاستفادة من خصائصهم دون التضحية بالاستدامة ونوعية حياة الأجيال القادمة.
من الناحية العملية، يتطلب الاختيار الصحيح بين المواد الاصطناعية والطبيعية معرفة خصائصها. ملامحمن متانةمن الأثر البيئي و كلف يُتيح ذلك اتخاذ قرارات أكثر استنارة في المشاريع الصناعية والتصميمية والإنشائية والأزياء ومشاريع الطباعة بالشاشة الحريرية. ستظل المواد الاصطناعية جزءًا أساسيًا من حياتنا اليومية، لكن الاتجاه يتجه نحو استخدامات أكثر فأكثر. فعال وآمن وصديق للبيئة، التي تستفيد إلى أقصى حد من مزاياها التقنية مع تقليل بصمتها البيئية.