گرم‌تر شدن تنور دگرگونی با مواد جدید

قرن بیستم را می‌توان عصر شکوفایی تولید مواد جدید نامید که هر کدام افق‌های جدیدی را گشوده و گستره بزرگی از کاربری‌های نوین را خلق کردند

یکی از زمینه‌های نوآوری صنعتی در قرن بیستم تولید مواد جدید بود. از آنجا که آهن بیش از هر ماده دیگری مصرف می‌شود و این روند همچنان پیش می‌رود، بشر هنوز در عصر آهن زندگی می‌کند، اما برتری آهن در میان سایر مواد از سه مسیر تحت تأثیر قرار گرفته؛ مهارت متالورژیست‌ها در ترکیب آهن و سایر فلزات و تولید آلیاژ، کاربرد گستره‌ای از موادی مانند شیشه و بتن در ساختمان‌ها و پدیدار شدن و کاربرد گسترده مواد کاملاً جدید، به‌ویژه پلاستیک.


آهن و فولاد


آلیاژها (به غیر از خود فولاد که آلیاژی از آهن و کربن است) پیش‌تر در قرن نوزدهم در صنعت آهن و فولاد اهمیت پیدا کرده بودند. فولاد تنگستن خودسخت‌شونده برای نخستین‌بار در سال ۱۸۶۸ و فولاد منگنزی در سال ۱۸۸۷ تولید شد. فولاد منگنز نیز غیرمغناطیسی است که کاربری‌های بسیاری را برای این فولاد در صنعت برق ایجاد می‌کند. آلیاژهای فولاد در قرن بیستم چندبرابر شد.

فولاد سیلیکونی به این دلیل مفید بود که بر خلاف فولاد منگنزی بسیار مغناطیسی است. در سال ۱۹۱۳ با ترکیب‌کردن فولاد و کروم در انگلستان، نخستین فولادهای ضدزنگ ساخته شد و کارخانه کروپ در آلمان در سال ۱۹۱۴ فولاد ضدزنگ را با ۱۸ درصد کروم و ۸ درصد نیکل تولید کرد. آلیاژ نیکل-کروم در توسعه موتورهای توربین گازی در دهه ۱۹۳۰ اهمیت فراوانی داشت و بسیاری از ترکیب‌های دیگر نیز برای اهداف تخصصی مورد استفاده گسترده قرار گرفتند.


مصالح ساختمانی


بزرگ‌شدن مقیاس تولید مصالح سنتی مانند شیشه و بتن نیز جایگزین‌هایی برای آهن، به‌ویژه در ساختمان‌سازی فراهم کرد و آهن با قرار گرفتن در بتن مسلح به تکمیل سازه‌ها کمک کرد. گرچه بیشتر مواد کاملاً جدید غیرفلزی بودند، دست‌کم یک فلز جدید، آلومینیوم، در قرن بیستم در مقیاس بزرگ صنعتی ظاهر شد.

سنگ معدن این فلز از فراوان‌ترین سنگ‌ها در پوسته زمین است، اما تا پیش از به‌کارگیری صنعتی یک فرایند الکترولیتی، استخراج آلومینیوم با هزینه‌های زیادی همراه بود. مقایسه وزن آن با فولاد، آلومینیوم را به ماده‌ای ارزشمند در ساخت هواپیما تبدیل کرد، سپس کاربردهای صنعتی و خانگی بسیاری برای آن یافت شد. در سال ۱۹۰۰ تولید جهانی آلومینیوم سه هزار تن بود که حدود نیمی از آن با استفاده از برق ارزان‌قیمت از آبشار نیاگارا ساخته می‌شد و تولید این فلز از آن زمان به‌سرعت افزایش یافت.

فرایندهای الکترولیت پیش‌تر در تهیه سایر فلزات به ‌کار می‌رفت؛ «دیوی» (Davy) در آغاز قرن نوزدهم با جداسازی پتاسیم، سدیم، باریم، کلسیم و استرانسیوم به پیشگام این روند تبدیل شد، گرچه این مواد کاربرد تجاری کمی داشت. در ابتدای قرن بیستم مقادیر قابل توجهی منیزیم به‌صورت الکترولیتی در دماهای بالا به دست می‌آمد و تولید کاربید کلسیم با واکنش اکسید کلسیم (آهک) و کربن (کک) توسط کوره الکتریکی ممکن شد. در یک فرایند دیگر از واکنش کاربید کلسیم با نیتروژن و سیانامید کلسیم در کوره الکتریکی یک رزین مصنوعی مفید ساخته شد.


پلاستیک‌ها


قابلیت شکل‌پذیری (plasticity) از مواردی است که در صنایع متالورژی و سرامیک مورد استفاده فراوان است. با این حال استفاده از کلمه پلاستیک به‌عنوان یک نام عام نه به مواد سنتی به‌کاررفته در این صنایع، بلکه به مواد جدیدی اشاره دارد که در اثر واکنش‌های شیمیایی، تولید و قالب‌گیری یا فشرده می‌شوند تا شکلی سفت‌وسخت و ماندگار به خود بگیرند. نخستین ماده‌ ساخته‌شده در این زمینه پارکزین بود که توسط «الکساندر پارکز»، مخترع بریتانیایی ساخته شد.

پارکزین مخلوطی از کلروفرم و روغن کرچک و «ماده‌ای سخت مانند شاخ، اما به اندازه چرم انعطاف‌پذیر بود که قابلیت ریخته‌گری، رنگ‌آمیزی، رنگرزی یا کنده‌کاری داشت». این کلمات در راهنمای نمایشگاه بین‌المللی ۱۸۶۲ لندن آمده که پارکزین در آن برای مخترع خود مدال برنز به همراه آورد. به‌زودی پلاستیک‌های دیگر به‌دنبال آن تولید شدند که تا قرن بیستم موفقیت تجاری اندکی داشتند؛ در این میان سلولوئید که ترکیبی از نیترات سلولز است، استثنا بود.

پلاستیک‌های اولیه به مولکول‌های بزرگ سلولز متکی بودند که عموماً از خمیر چوب به دست می‌آمدند. یک مخترع آمریکایی بلژیکی به نام «لئو اچ‌ باکلند» (Leo H Baekeland) هنگامی که در سال ۱۹۰۹ حق اختراع خود را برای باکلیت ثبت کرد، رده جدیدی از مولکول‌های بزرگ را معرفی کرد.

این ماده سخت، غیر قابل ذوب و از نظر شیمیایی مقاوم (نوعی که به نام پلاستیک ترموست شناخته می‌شود) به‌عنوان یک نارسانای الکتریسیته شناخته می‌شد و نشان داد که برای همه انواع لوازم الکتریکی بسیار مفید است. موفقیت باکلیت انگیزه زیادی به صنعت پلاستیک، مطالعه مشتقات قطران زغال‌سنگ و سایر ترکیبات هیدروکربنی و درک نظری ساختار مولکول‌های پیچیده داد.

تولید مواد رنگ‌زا و شوینده‌های جدید برخاسته از این فعالیت بود، اما همچنین به دستکاری موفقیت‌آمیز مولکول‌ها برای تولید مواد با کیفیت‌های ویژه مانند سختی یا انعطاف‌پذیری منجر شد. در این دوره روش‌هایی خلق شد که اغلب برای محکم‌کردن این پلیمرها (مولکول‌های پیچیده‌ای که از تجمع ساختارهای ساده‌تر به دست می‌آیند) به کاتالیزورها و تجهیزات پیچیده‌ای نیاز داشتند. پلیمرهای خطی به ساخت الیاف قوی منجر می‌شوند، پلیمرهای تشکیل‌دهنده فیلم در ساخت رنگ‌ها به ‌کار می‌آیند و پلیمرهای جرمی (توده‌ای) به ساخت پلاستیک جامد منجر می‌شوند.


الیاف مصنوعی


ساخت الیاف مصنوعی یکی دیگر از اکتشافات قرن نوزدهم بود که تا قرن بیستم اهمیت تجاری چندانی نداشت. نخستین منسوجات مصنوعی از ابریشم مصنوعی ساخته شد. پژوهش‌های بعدی با بهره‌گیری از روش‌های پلیمریزاسیون مورد استفاده در پلاستیک‌های جامد، درست پیش از آغاز جنگ جهانی دوم به تولید نایلون منجر شد.

نایلون تشکیل‌شده از زنجیره‌های بلند مولکول‌های مبتنی بر کربن است که به الیاف قدرت و انعطاف‌پذیری بی‌سابقه‌ای می‌بخشد. گرچه نایلون با در نظر گرفتن بازار جوراب زنانه ساخته شد، اما شرایط جنگ به آن فرصتی داد تا تطبیق‌پذیری و قابلیت اطمینان خود به‌عنوان پارچه چتر نجات و سیم بکسل را نشان دهد. نایلون و سایر الیاف مصنوعی تنها پس از جنگ در دسترس قرار گرفتند.


لاستیک مصنوعی


صنایع شیمیایی در قرن بیستم طیف وسیعی از مواد جدید را در اختیار قرار داد و موفق شد برخی مواد را جایگزین منابع طبیعی کند. یک نمونه مهم از آن ساخت لاستیک مصنوعی است. برآورد تقاضای جهانی برای این محصول بسیار بیشتر از توان تولیدی مزارع بود. آلمان در طول جنگ جهانی اول پیشتاز این روش شد.

سرمایه‌گذاری پیوسته آلمان در آموزش علمی و فنی برای پیشرفت در زمینه تولید مواد شیمیایی، با پژوهش‌های دقیق آزمایشگاهی و تلاش برای تولید مواد منفجره قوی و مواد رنگ‌زا، نتیجه زیادی به همراه داشت.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.