פעם זכוכית הייתה החומר השקוף היחידי לרשות המהנדס. מאז כניסת הפולימרים לחיינו, מגוון האפשרויות נדמה כאינסופי. מה הקשר בין חומרי נפץ לפולימר השקוף הראשון ומה צריך לדעת כשבאים לבחור פולימר שקוף לצרכים הנדסיים?
אף אחד לא יופתע לגלות כי במהלך 2020 זינק הביקוש ללוחות שקופים כאמצעי הגנה בפני רסס ויראלי. אלו משמשים כמחיצות הפרדה, חיפויי קירות ומסיכות פנים. כתוצאה מכך, ברבעון האחרון של השנה זינקו מחירי החומרים הפלסטיים השקופים לשיאים היסטוריים. וכאילו לא די בכך, שורה של תקלות ייצור, השבתות לא-מתוכננות וחוסר זמינות קיצונית של מכולות ריקות למשלוח מאסיה לאירופה וארה"ב גרמו גם הם לעליה בביקוש על פני ההיצע. יצרנים רבים החלו לבדוק מחדש את כדאיות הייצור במחירים אלו. יכולת היצרן לגלגל את העלאות המחיר ללקוחות מוגבלת ולעיתים הדרך היחידה לשמור על רווחיות המוצר היא לשקול החלפה של חומר הגלם המסורתי. זאת, למרות הקושי הרגולטורי או הטכנולוגי הכרוך במהלך.
כותנה וחומר נפץ הובילו להמצאת הפולימר השקוף הראשון
הצלולואיד היה הפלסטיק הראשון שיוצר באורח מסחרי, בסוף המאה ה-19. הדרך לפיתוחו התחילה בכלל בחומר הנפץ ניטרוצלולוזה אותו גילה כריסטיאן שנביין (Christian Friedrich Schönbein) בשנת 1846. הוא הטביל כותנה בחומצה חנקתית וחומצה גופרתית ויצר כותנת נפץ (ניטרוצלולוזה). התגלית החלה מרוץ חימוש מדעי שהובילו צבאות העולם במאה ה-19. במסגרתו, נערכה רשימת פטנטים תזזיתית שהתבססה על הִנְדּוּס לְאָחוֹר של הטכנולוגיה כדי להמנע מתשלום תמלוגים. ניסיונות אלו היו יקרים לבריאות ושורה ארוכה של תאונות עבודה ברחבי אירופה ורוסיה הובילה לאיסור חמור על המשכם במדינות רבות. פילמור של ניטרוצלולוזה עם קמפור הוביל ליצירתו של החומר התרמופלסטי צלולואיד – חומר קרני, גמיש ומבריק.
המצאת ה–PMMA: זכוכית–אאוט, פלסטיק–אין
עד להמצאת הפולימרים השקופים, הייתה הזכוכית הפתרון המתועש השקוף היחיד שעמד לרשותה של האנושות. בתחילת שנות השלושים התפתח סוג חדש של מירוץ חימוש בין הכימאים בעולם. עיקרו, לנצל את הידע שהתגבש סביב נגזרות אקריליות כדי לפתח תחליף לפילם הצלולואיד ששימש ללמינציה של זכוכית. הפיתוח המואץ שחל בענפי הרכב, הרכבות והתעופה, שימש תמריץ משמעותי למציאה של דרכים להורדת משקל ועלויות מפתרונות זיגוג קיימים. לקו הגמר הגיע כימאי גרמני בשם אוטו רוהם (Otto Röhm) שאמנם נכשל במשימת הלמינציה, אבל הצליח לייצר לוח אקרילי שקוף של פולי-מתיל-מתאקרילט או PMMA. החומר, ששווק ב-1933 כ"זכוכית אורגנית" תחת המותג 'Plexiglas' היה להצלחה מיידית.
אפשרויות פולימרים בלתי מוגבלות (?)
כמעט תשעים שנה עברו מאז, ולמהנדסי חומרים של המאה ה-21 יש מגוון עצום של פולימרים בבואם לתכנן פתרון פלסטי שקוף (טבלה 1). אולם, שיקולים טכניים, רגולטוריים ומסחריים משאירים להם בסופו של דבר אפשרויות מועטות. בענף הציוד הרפואי ניתן לראות תופעה זו בצורה ברורה. החומרים חייבים לעמוד בדרישות אינספור: אישורי מגע עם מזון, אישורי FDA, אישורי פרמקופיאה אירופאית ויפנית, בדיקות ביו-קומפטאביליות (ISO 10993, USP Class IV), רישום Drug Master File, עמידות בתקיפה של תרופות (בעיקר בכימותראפיה למשל), נכונות של היצרן לספק את החומר, התחייבות שלו להודיע 36 חודשים מראש לפני כל שינוי בחומר ועוד שלל דרישות מבניות ומכאניות בהתאם ליישום. כל התענוג הזה קיים עוד לפני שהכנסנו למשוואה את עלות החומר.
פשרה היא לא (בהכרח) דבר רע
לסיכום, חשוב לזכור שפלסטיקה, כמו פוליטיקה, הוא אומנות הפשרה. מהנדסי חומרים שקשובים לצרכים של החטיבות השונות בחברה נוהגים לתחזק במשך שנים טבלת אקסל אישית עם רשימה של חומרים. אלו מסווגים לפי התכונות השונות בהתאם לצרכים הייעודיים של מוצרי החברה. אומנות הפשרה היא מציאת איזון בין זמינות, אמינות, כדאיות כלכלית וכל שלל התכונות שמאפשרות להתמקד בפתרון המיטבי לכל יישום ויישום, תוך סימון *כוכבית קטנה ליד חלופה אחת או שתיים לעיתות משבר.
לטבלת החומרים המלאה, לחצו כאן
למידע נוסף:
סורפול: עפר שורק, [email protected]
