تم إنتاج البوليسترين تجارياً لأول مرة في ثلاثينيات القرن الماضي، وقد ساعده التوافر الجاهز للمواد الأولية للستايرين على النمو، سوف يتبلمر الستيرين تلقائياً عند التسخين في جو خالي من الأكسجين ولكن تتم إضافة المحفزات لضمان البلمرة الكاملة عند درجات حرارة منخفضة.
تاريخ صناعة البوليسترين:
رغوة البوليسترين الموسعة (EPF) هي مادة بلاستيكية لها خصائص خاصة بسبب هيكلها، يتكون (EPF) من خلايا فردية من البوليسترين منخفض الكثافة وهو خفيف للغاي، ويمكن أن يتحمل عدة أضعاف وزنه في الماء؛ نظراً لأن خلاياه غير مترابطة لا يمكن للحرارة أن تنتقل عبر (EPF) بسهولة لذا فهي عازل رائع.
يستخدم (EPF) في أجهزة التعويم والعزل وعلب البيض ومسطحات اللحوم والمنتجات وصناديق الساندويتش والهامبرغر وأكواب القهوة والأطباق ومبردات النزهة، وعلى الرغم من أنه يطلق عليه بشكل عام الستايروفوم؛ فإن الستايروفوم هي علامة تجارية لشركة (Dow Chemical Company) ويشير على وجه التحديد إلى نوع من (EPF) الصلب والأزرق، يستخدم بشكل أساسي في القوارب.
خلال أواخر القرن التاسع عشر سعى الباحثون للحصول على مواد مناسبة لتصنيع الأفلام والزجاج الأمامي للعربات والعديد من العناصر الصغيرة، مثل الأمشاط التي أنتجت مواد بلاستيكية مبكرة من مواد طبيعية وكيماويات، في صنع هذه المواد البلاستيكية استغل العلماء الميل الطبيعي نحو البلمرة، حيث يتحد جزيئين أو أكثر من الجزيئات الصغيرة أو المونومرات لتشكيل سلاسل طويلة في الغالب.
تشتمل السلاسل الجزيئية أو البوليمرات الناتجة على وحدات هيكلية متكررة من الجزيئات الأصلية، يعد السليلوز أحد أكثر البوليمرات الطبيعية شيوعاً وهو سلسلة جزيئات الجلوكوز التي تشكل مكون أساسي لجدران الخلايا النباتية والقطن والورق والحرير الصناعي.
يعتبر البوليسترين من أشهر البوليمرات الاصطناعية، تمّ اشتقاقه في أواخر القرن التاسع عشر من ستوراكس بلسم الذي يأتي من شجرة في آسيا الصغرى تسمى الصمغ الشرقي الحلو، في أوائل القرن التاسع عشر تم تطوير اللدائن الاصطناعية بالكامل من الهيدروكربونات، التي يساعد هيكلها على سهولة البلمرة.
تم اختراع البوليسترين وهو البوليمر الذي يصنع منه (EPF) في عام 1938، تم اكتشاف البلاستيك الرغوي بشكل غير مباشر؛ لأنه في البداية لم يستطع أحد رؤية مزاياها، قام الدكتور ليو إتش الأمريكي الذي طور أول بلاستيك صناعي بالكامل الباكليت بتجربة الفينول والفورمالديهايد أثناء محاولته لصنع راتنج غير مسامي.
عندما بدأت إحدى الخلطات في تكوين رغوة بشكل غير متوقع، حاول بايكلاند التحكم في الرغوة قبل أن يدرك أنه يمكن أن يكون لها مزايا، بعد وفاة بايكلاند في عام 1944 تم تطوير أول مركبات فينولية رغوية، سرعان ما تبعها رغوة الإيبوكسي، بعد وقت قصير تم الحصول على رغوة البوليسترين.
في البداية تم استخدامه بشكل أساسي في أجهزة العزل والطفو للقوارب وحافظات الحياة والعوامات، لم يكن الأمر كذلك حتى استبدلت (EPF) الورق مصنوع من الألياف الحريرية التي تغلف بذور شجرة السيبا، وغيرها من وسائل الحماية الطبيعية للتعبئة والتغليف التي أصبحت هذه المادة شائعة كما هي اليوم.
تم تعزيز معرفتها بالنمو الهائل في صناعة الوجبات السريعة، التي بدأت في استخدام (EPF) في علب البرجر وأكواب القهوة، اليوم (EPF) هو أكثر أنواع البلاستيك شهرة، مع ذلك على الرغم من شعبية (EPF) وخصائصه الفريدة، فقد تعرض مؤخراً للهجوم بسبب مشتقات الميثان الغازية المستخدمة في رغوة.
كيفية تصنيع البولسترين:
بعد فترة طويلة من استخدامها لأول مرة أدرك العلماء أن مركبات الكربون الكلورية فلورية، تساهم في استنفاد طبقة الأوزون أثناء تحللها، يتكون البوليسترين في عملية تعرف باسم بلمرة التعليقـ بعد إنتاج الستيرين عن طريق الجمع بين الإيثيلين والبنزين، يتم دمجه مع الماء ومادة مخاطية لتكوين قطرات من البوليسترين.
بعد ذلك يتم تسخين القطرات ودمجها مع البادئ، الذي يبدأ عملية البلمرة، تتحد القطرات لتشكل سلاسل، والتي بدورها تتحد في خرز، يعد إيقاف العملية باستخدام أجهزة الإنهاء أمر صعب؛ حيث يجب أن تكون السلاسل بطول معين حتى تكون مفيدة، يتكون البوليسترين في عملية تعرف باسم بلمرة التعليق.
يتم تصنيع الستايرين عن طريق الجمع بين الإيثيلين والبنزين، بعد ذلك يخضع الستيرين إلى بلمرة تعليق ومعالجته ببادئ بلمرة، والذي يقوم بتحويله إلى بوليسترين، بمجرد تكوين سلسلة بوليمر بالطول المطلوب، يقوم الفنيون بإيقاف التفاعل بعوامل إنهاء.
ثم يتم تنظيف خرزات البوليسترين الناتجة ويتم ترشيح الخرزات الشاذة، لصنع (EPF) ذات الخلايا الصغيرة يقوم العمال بعد ذلك بإذابة وإضافة عامل نفخ إلى الحبيبات وبثقها، لإنتاج (EPF) ذات بشرة ناعمة يقومون بتوسيع الخرزات مسبقاً، مما يقلل كثافتها بشكل كبير، بعد ذلك يقومون بتسخينها وتوسيعها حتى يتمكنوا من التبريد والتصلب.
يتم بعد ذلك إدخال الخرزات في قالب بالشكل المطلوب، الوحدة الأساسية من البوليسترين هي الستايرين وهو نتاج تفاعل مزدوج بين الإيثيلين والبنزين في وجود محفز مثل كلوريد الألومنيوم، يشكلان إيثيل بنزين، والذي يتم بعد ذلك نزع الهيدروجين لتكوين ستيرين، يتكون البوليسترين من الستيرين من خلال بلمرة التعليق.
بعد ذلك يضاف بادئ بلمرة إلى القطرات التي يتم تعليقها بواسطة إشعاع حراري يبلغ حوالي 212 درجة فهرنهايت، ينتج عن هذا الجذور الحرة وهي مجموعة من الذرات من المحتمل بشكل خاص أن تتفاعل مع الآخرين؛ لأنها تحتوي على إلكترونات غير متزاوجة متاحة للربط الجزيئي، ثم تتحد الجذور الحرة بشكل عشوائي لتشكيل سلاسل من البوليسترين.
بعد اكتمال البلمرة يتم تبريد الخليط المكون من حبيبات مكونة من سلاسل بوليسترين، ثم يتم غسل هذه الحبيبات وتجفيفها، يتم تحقيق حجم حبة موحد عن طريق فرز الخرز من خلال الشبكات التي تقوم بتصفية الخرزات الكبيرة والصغيرة الحجم، يجب توسيع حبات البوليسترين لتحقيق الكثافة المناسبة.
تُعرف هذه العملية بالتمدد المسبق وتتضمن تسخين البوليسترين إما بالبخار أو بالهواء الساخن، يتم التسخين في وعاء يتسع من 50 إلى 500 جالون، أثناء التوسيع المسبق يتم استخدام المحرض لمنع حبات الخرز من الاندماج معاً؛ ونظراً لأن الخرزات الممتدة أخف من الخرزات غير الممتدة، فإنها تضطر إلى الوصول إلى الجزء العلوي من تجويف الوعاء وتفريغها.
تقلل هذه العملية من كثافة الحبيبات إلى ثلاثة بالمائة من قيمتها الأصلية وتنتج (EPF) ذات خلية ناعمة ومغلقة بشكل ممتاز للقولبة التفصيلية، بعد ذلك عادة ما تكون الحبيبات الممددة مسبقاً قديمة لمدة 24 ساعة على الأقل في صوامع التخزين الشبكي، هذا يسمح للهواء بالانتشار في الحبيبات وتبريدها وجعلها أكثر صعوبة.
تنتج هذه العملية (EPF) بحجم خلية صغير يمكن استخدامه لتصنيع الألواح المستخدمة للعزل، تذوب الحبيبات ويضاف عامل نفخ، يتم بعد ذلك بثق البوليسترين المنصهر إلى الشكل المناسب في ظل ظروف ارتفاع درجة الحرارة والضغط.
