נוסח השאלה המלא: איך מייצרים את קלקר בפועל (איך מבעבעים גז בתוך הפוליסטרן הנוזלי)? באיזה גז מדובר?היכן ניתן להשיג פוליסטרן נוזלי? איך מייצרים קלקר צפוף יותר וצפוף פחות? אייל
קלקר, בשמו המדעי, "פוליסטירן מוקצף" הוא פולימר של החומר סטירן (C2H3-C6H5). פולימר- הוא חומר שמורכב מהרבה (פולי) יחידות חוזרות (מונומרים). כדי ליצר פוליסטירן, הכימאים משתמשים בעיקרון דומה למשחק הלגו – כלומר בונים משהו מורכב באמצעות אבני ביניין קטנות ופשוטות, שניתן להשיג בקלות. הבעיה היא שגם חומר המוצא ליצור פוליסטירן - הסטירן (המונומר) לא ניתן להשגה ממקור טבעי, כלומר גם אותו צריך לסנטז מחומרים עוד יותר פשוטים: בשלב הראשון מגיבים את החומר אתילן (מכונה גם אֶתֶן) עם החומר בֶנְזֶן (לא להתבלבל עם בנזין), שני החומרים ניתנים להשגה מתוך נפט הגולמי, שכידוע נמצא בשפע, תוצר התגובה הוא החומר אתיל-בנזן:
(בציור מולקולות בכימיה אורגנית נהוג לא לצייר את אטומי המימן, אלא רק את הקשרים בין אטומי הפחמן, כמו שרואים במולקולה אתיל-בנזן)
השלב הבא, מכונה דה-הידרוגנציה, כלומר הוצאת מימן, והוא ההופך את האתיל-בנזל לסטירן, מבוצע על ידי חימום לטמפ' של 650oC ושימוש בזרז מיוחד (תערובת של תחמוצות ברזל ואשלגן) המאיצים את התגובה:
השלב האחרון, הוא תגובת הפילמור של סטירן, הרבה מולקולות סטירן מגיבות אחת עם השנייה ויוצרות שרשראות ארוכות, של 2000 עד 3000 (!) מולקולות של סטירן המחוברות בשרשרת:
כיצד מקציפים את הסטירן:
אם מסתכלים על קלקר היטב מקרוב, רואים כי הוא בנוי מכדורים קטנים הדבוקים יחדיו (אפשר לראות זאת טוב יותר אם שוברים את הקלקר). כל גרגיר כזה מיוצר בשיטה דומה לאופן שבו מיצרים פופקורן מגרעיני תירס. בזמן תהליך ההכנה של הפולימר מערבבים בתוכו גורם מקציף/מתפיח – בעבר זה היה חומרים ממשפחת הכלורו-פלואורו-פחמנים, ששימשו גם כגז הדוחף בתרסיסים (ספריים), אולם בגלל שהחומרים הללו הורסים את שכבת האוזון ביימינו פחת השימוש בהם ונוטים להשתמש בחומרים מתפיחים כמו החומר פנטאן (C5H12), מהמשפחה הכימית של האלקאנים האינרטית (האדישה, הלא-מגיבה) שלא פוגע בשכבת האוזון. הגורם המתפיח, בהיותו דומה מבחינה כימית לסטירן ולפוליסטירן נמס בתוכם על פי עקרון המסיסות הכימי, ובסוף נשאר לכוד בתוך הפוליסטירן (שמיוצר בצורה של גרגירים דחוסים).
קלקר/פוליסטירן מוקצף. ניתן לראות בבירור את המבנה הגרגירי (בנוי מכדוריות דבוקות) (התמונות עובדו מתוך אתר וויקיפדיה)
כדי להקציף/להתפיח את הגרגירים של הפוליסטירן פשוט מחממים אותם בעדינות, ואז, בדיוק כמו בפופקורן, גורם ההתפחה שלכוד בתוך כל גרגיר הופך לגז ובשלב מסויים פורץ החוצה תוך פיצוץ והתפחת גרגיר הפוליסטירן (שמרוכך בעצמו בעקבות החמום, עובדה שמקלה על ההתפחה), כך נוצרים כדורוני הקלקר.
כדי לחבר כדורוני-קלקר יחד לכדי צורה קשיחה, אוספים אותם לתוך תבנית, ודוחסים אותם תוך כדי חימום קל – מה שמתיך מעט את הגרגירים ומדביק אותם אחד לשני.
בצפיפות הקלקר אפשר לשלוט במספר אופנים: על ידי כמות החומר המתפיח שמוכנסת לפוליסטירן בעת הייצור, על פי קצב וטמפרטורת ההתפחה, ובסוף – על ידי הדחיסה של גרגירי הקלקל לכדי צורה קשיחה.
(לגבי השגת פוליסטירן נוזלי – אני מציע לך לפנות לאחד היצרנים של קלקר בארץ, אם-כי, קלקר 'נוזלי' כמובן שלא תוכל להשיג, כי הקלקר הוא מוצק בטמפ' החדר, וכדי לנזל אותו צריך לחממו).
מאת: ד"ר אבי סאייג
המחלקה לנוירוביולוגיה ומכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
