היסטוריית ציפוי פארילן

History of Parylene​

ההיסטוריה והמומחיות של מערכות ציפוי פארילן – Parylene מתקדמת ורבת הישגים במובנים רבים כמו טכנולוגיית הפארילן עצמה. אך אלמלא תגליתו של מיכאל מוזס שוורץ שנעשתה לראשונה בסוף שנות הארבעים של המאה העשרים, לא היה זה אפשרי להגיע להצלחה ההנדסית ולפתרונות היישומיים שהפכו את מערכות ציפוי הפארילן (Parylene Coating System) למובילות בתחום הציפויים ביחס לציפויים הקונפורמיים בתעשייה.

האיש שפיצח את הפארילן: מיכאל מוזס שוורץ

מיכאל שוורץ, כימאי יהודי ממוצא פולני, בעל שם עולמי בתחומי הכימיה הפיזיקלית, מגלה פולימרים חיים, שעלה לארץ ישראל בסוף שנת 1935. הועסק במחקר באוניברסיטה העברית בירושלים, שם גם סיים את לימודי הדוקטורט בכימיה אורגנית. בסוף שנת 1945 עבר לאנגליה, והצטרף למחלקה לכימיה פיזיקלית באוניברסיטת מנצ'סטר שהיא אחד ממוסדות המחקר האקדמי הבולטים בבריטניה.

עד שנת 1947 היה מיכאל מוזס שוורץ, פליט שנמלט מאימת המלחמות במזרח אירופה, מדען עסוק בקריירה האקדמית שלו בכימיה פיסיקלית באוניברסיטה של מנצ'סטר, אנגליה. העניין שפיתח מוזס-שוורץ בחוזקם של קשרים כימיים בודדים גבר והתפתח, עד כדי חקירת סוג של קשרי פחמן-מימן אליפטיים שבהם הפחמן היה מחובר ישירות לטבעת בנזן. בניסוי שערך, חימם מוזס-שוורץ את התרכובות הפשוטות ביותר כשהוא משתמש בקבוצות הללו – טולואן והקסילנים, אורתו-, מטא- ופארא- – בצורת גאזים, שאותם הוא הביא לטמפרטורות גבוהות מאוד. הוא עקב אחר תוצרי הפירוק שלהם ואחרי קצב ההתפרקות שלהם – שניהם כפונקציה של הטמפרטורה שבה חוממו.

הפארה-קסילן מתבלט בהופעת בכורה

במקרה של הפארא-קסילן בלבד, נוצר במורד אזור הפירוק הכימי (פירוליזה) באזורים הקרירים של ציוד הזכוכית משקע בצבע שחום, שניתן היה להסיר אותו בעת פירוק מכשיר הניסוי כמעין מסה דקיקה וקלושה בעלת צורה של שפופרת או צינור, מעין "עור של נחש קטן". מוזס-שוורץ הסיק נכונה, שהמסה הזו נוצרה על ידי פילמור של תוצר התגובה הספציפי של ה- p-xylene, תוצר הנקרא p-xylylene.

להביט אל מעבר לתוצאות. להבין את מאפייני הביצועים

כשהוא לוקח את התצפיות שלו צעד אחד קדימה אל מעבר לדרישות המידיות של הפרויקט שבו עסק, שהיה פרויקט של חקר מודלים, מיכאל מוזס-שוורץ שם לב לרפיון (האינרטיות) הפיסיקלי והכימי יוצא הדופן של הפולימר החדש, ותהה האם ב"שוורצייט" הזה תיתכן תועלת כלשהי. 'עור הנחש' הזה של מיכאל מוזס-שוורץ היה, למעשה, הפולי (p-xylylene – PPX או para-xylylene) הראשון בעולם שהושקע באדים. צורתו חסרת הצבע הטהורה יותר היא מה שאנו מכנים היום בשם Parylene N.

מחקר יישומי הפארה-קסילן מתפתח ככל שגובר השימוש בפלסטיק

בתקופה בה גילה מיכאל מוזס-שוורץ את הפארילן לקראת סוף שנות הארבעים של המאה העשרים, היתה תעשיית הפלסטיק צעירה וצומחת, וחיפשה יציבות תרמית טובה יותר בפולימרים חדשים פוטנציאליים ומבטיחים. התצפיות של מוזס-שוורץ היוו מקור השראה למחקרים נוספים שנערכו במעבדות תעשייתיות רבות, כולל זו של חברת התעשיות הכימיקליות הבריטית (I.C.I), והמעבדות של חברות DuPont, Kellogg ו- Polaroid בארה"ב.

כמה שנים מאוחר יותר, הציע וויליאם פרנקלין גורהם מתאגיד הכימיקלים האמריקני Union Carbide להשתמש בדימר היציב מאוד של p-xylylene, di-p-xylylene (DPX), או paracyclophane, כחומר הזנה לפולימריזציה תעשייתית של אדי שיקוע (VDP) לצורך ייצור של PPX. גורהם הדגים כיצד ניתן לייצר את התוצר התגובתי מה-DPX, ייצור כמותי ובתצורה טהורה, בתנאים מתונים יותר מאלה הנדרשים לייצורו מ-p-xylene. יתרון נוסף בהצעתו של גורהם היה היעדר תוצרי הלוואי שהם חלק מהצעה גאזית, ומאפיין של ייצור p-xylylene בכל האמצעים האחרים שהיו ידועים בעת ההיא.

הבעייתיות בהצעתו של גורהם הייתה נעוצה בכך ש-DPX  היה לא יותר מאשר קוריוז מעורר סקרנות באותה העת. הוא בודד כמזהם בעור הנחש של שוורץ, וכמויות זעירות שלו בלבד היו זמינות לטובת ביצוע אפיון שלו בשנת 1949. המבנה המיוחד שלו, המתוח בצורה מוזרה, עורר את סקרנותה של הקהילה האקדמית, ועד מהרה דווח כי לבעיית הסינתזה שלו באמצעים קונבנציונליים יותר נמצא פתרון – זה קרה בשנת 1951 במעבדה בראשות דונלד קראם (חתן פרס נובל, 1988) באוניברסיטת U.C.L.A. ועדיין, עבודה רבה נותרה לעשות ב-Union Carbide  לפני שהצעתו של גורהם תוכל להישקל בכלל כתהליך בר-קיימא מבחינה מסחרית.

1965: הפארילן עובר לשימוש מסחרי

ב- 17 בפברואר של שנת 1965, הגיעה עבודתם של Gorham ו- Union Carbide לנקודת מפנה, עם ההכרזה על זמינותה של מערכת ציפוי פולימרי חדשה. 'Parylenes' היה המונח ששימש גם לתיאורה של משפחה חדשה של פולימרים, וגם לתיאור שיטת וואקום ייחודית ליישומם של אלה. למען האמת, חברת Union Carbide פיתחה יותר מעשרים סוגים שונים של פארילן, אך בשל סיבות רבות, שלושה סוגים בלבד נחשבו בני-קיימא ובני ביצוע מבחינה מסחרית.

השימוש המסחרי בפארילן, והקישור שלו למערכות ציפוי מיוחדות (Specialty Coating Systems)

מלבד חברת SCS העולמית, אשר בגלגוליה הקודמים הייתה חלוצה עולמית בתחום, קמו חברות רבות בכל העולם. לאור העובדה כי תהליך העבודה כולל קבלת מוצר מהלקוח, ציפוייו והחזרתו ללקוח, ישנו יתרון ברור לקרבה גיאוגרפית בין יצרן הרכיב לבין החברה המעניקה את שירותי ציפויי הפארילן.

חברות מובילות לייצור ציפוי פארילן בעולם:

ציפוי פארילן - Parylene Coating