مطلب بصورت موقت و بدون نمایش در وبلاگ ثبت شده است

دنیای پلیمر

مقدمه

تصور جهان پیشرفته کنونی بدون وجود مواد پلیمری مشکل میباشد. امروزه این مواد جزیی از زندگی ما شدهاند و در ساخت اشیای مختلف ، از وسایل زندگی و مورد مصرف عمومی تا ابزار دقیق و پیچیده پزشکی و علمی بکار میروند. کلمه پلیمراز کلمه یونانی (Poly) به معنی چند و ( Meros ) به معنای واحد با قسمت بوجود آمده است. در این میان ساختمان پلیمرها با مولکولهای بسیار دراز زنجیر گونه با ساختمان فلزات کامل متفاوت است. این مولکولهای بلند از اتصال و بهم پیوستن هزاران واحد کوچک مولکولی مرسوم به منومر تشکیل شدهاند. مواد طبیعی مانند ابریشم ، لاک ، قیر طبیعی ، کشانها و سلولز ناخن دارای چنین ساختمان مولکولی هستند .
البته تا اوایل قرن نوزدهم میلادی توجه زیادی به مواد پلیمری نشده بود بومیان آمریکای مرکزی از برخی درختان شیرابههایی استخراج میکردند که شیرابه بعدها نام لاتکس به خود گرفت. در سال 1829 ، دانشمندان متوجه شدند که در اثر مخلوط کردن لاتکس طبیعی با سولفور و حرارت دادن آن مادهای قابل ذوب ایجاد میشود که میتوان از آن محصولات مختلفی نظیر چرخ ارابه یا توپ تهیه کرد. در سال 1909 میلادی فنل فرمالدئید موسوم به باکلیت ساخته شد که در تهیه قطعات الکتریکی ، کلیدها ، پریزها و وسایل مصرف زیادی دارد.
در اثنای جنگ جهانی دوم موادی مثل نایلون پلی اتیلن ، اکریلیک موسوم به پرسپکس به دنیا عرضه شد. نئوپرن را شرکت دوپان در سال 1932 ابداع و به شکل تجارتی ابتدا با نام دوپرن و بعدها نئوپرن عرضه کرد.

معرفی پليمر:

پلیمر کلمه ای است که همانند بسیاری از دیگر کلمات موجود در علم شیمی از واژگان یونانی برگزیده شده است . این واژه از دو بخش «پلی +مر» به معنای «بسیار +قسمت» تشکیل شده است . به این سبب در زبان فارسی واژه «بسپار» که تشکیل شده از دو کلمه «بس +پار» و به معنای بسیار پاره یا همان بسیار بخش است ، برای این واژه یونانی در نظر گرفته شده است .

تعریف :

واکنشی را یک واکنش پلیمری گویند که در واقع بصورت زیر باشد :

واکنشی است شیمیایی که در آن مولکولهای کوچکتر به نام پاره با یکدیگر ترکیب شده و مولکولی با وزن مولکولی بالا را پدید می آورند و در واقع بسیار پاره تشکیل می گردد. برای توضیح بیشتر بعضی از مطالب به نمایش گفته ها می پردازیم و نمایش این گفته به این صورت است که اگر A یک «پاره » باشد و n عدد از این پاره ها را داشته باشیم آنگاه از واکنش شیمیایی میان این nA که بصورت

شاخههای پلیمر

اولین قدم در زمینه صنعت پلاستیک توسط فردی به نام واسپاهیات انجام گرفت وی در تلاش بود مادهای را به جای عاج فیل تهیه کند. وی توانست فرآیند تولید نیترات سلولز را زا سلولز ارائه کند. در دهه 1970 پلیمرهایهادی به بازار عرضه شدند که کاربرد بسیاری در صنعت رایانه دارند زیرا مدارها و ICهای رایانهها از این مواد تهیه میشوند. و در سالهای اخیر مواد هوشمند پلیمری جایگاه تازهای برای خود سنسورها پیدا کردند. پلیمرها را میتوان از 7 دیدگاه مختلف طبقه بندی نمود. صنایع ، منبع ، عبور نور ، واکنش حرارتی ، واکنشهای پلیمریزاسیون ، ساختمان مولکولی و ساختمان کریستالی.
از نظر صنایع مادر پلیمرها به چهار گروه صنایع لاستیک ، پلاستیک ، الیاف ، پوششی و چسب تقسیم بندی میشوند. اینها صنایع مادر در پلیمرها میباشند اما صنایع وابسته به پلیمر هم فراوان هستند مانند صنعت پزشکی در اعضای مصنوعی ، دندان مصنوعی ، پرکنندهها ، اورتوپدی از پلیمرها به وفور استفاده میشود. پلیمرها از لحاظ منبع به سه گروه اصلی تقسیم بندی میشوند که عبارتند از پلیمرهای طبیعی ، طبیعی اصلاح شده و مصنوعی.

رزین

منابع طبیعی رزینها ، حیوانات ، گیاهان و مواد معدنی میباشد. این پلیمرها به سادگی شکل پذیر بوده لیکن دوام کمی دارند. رایج عبارتند از روزین ، آسفالت ، تار ، کمربا ، سندروس ، لیگنپین ، لاک شیشهای میباشند. رزینهای طبیعی اصلاح شده شامل سلولز و پروتئین میباشد سلولز قسمت اصلی گیاهان بوده و به عنوان ماده اولیه قابل دسترسی برای تولید پلاستیکها میباشد کازئین ساخته شده از شیر سرشیر گرفته ، تنها پلاستیک مشتق شده از پروتئین است که در عرصه تجارت نسبتا موفق است.

پلیمر مصنوعی

پلیمرهای مصنوعی را میتوان از طریق واکنشهای پلیمریزاسیون بدست آورد. از مواد پلیمری میتوان در تهیه پلاستیکها ، چسبها ، رنگها ، ظروف عایق ، مواد پزشکی بهره جست. پلاستیکها به تولید طرحهای جدید در اتومبیلها ، کامیونها ، اتوبوسها ، وسایل نقلیه سریع ، هاورکرافت ، قایقها ، ترنها ، آلات موسیقی ، وسایل خانه ، یراق آلات ساختمانی و سایر کاربردها کمک نمودهاند در ادمه به بررسی کاربرد چندین پلیمر میپردازیم:

پلیمرهای بلوری مایع (LCP)

این پلیمرها بتازگی در بین مواد پلاستیکی ظهور کرده است. این مواد از استحکام ابعادی بسیار خوب ، مقاومت بالا ، مقاومت در مقابل مواد شیمیایی توام با خاصیت سهولت شکل پذیری برخوردار هستند. از این پلیمرها میتوان به پلی اتیلن با چگالی کم قابل مصرف در ساخت عایق الکتریکی ، وسایل خانگی ، لوله و بطریهای یکبار مصرف ، پلی اتیلن با چگالی بالا قابل مصرف در ظروف زبالهها بطری ، انواع مخازن و لوله برای نگهداری و انتقال سیالات ، پلی اتیلن شبکهای ، پلی پروپیلن قابل مصرف در ساخت صندوق ، قطعات کوچک خودرو ، اجزای سواری ، اسکلت صندلی ، اتاقک تلویزیون و... اشاره نمود.

پلیمرهای زیست تخریب پذیر

این پلیمرها در طی سه دهه اخیر در تحقیقات بنیادی و صنایع شیمیایی و دارویی بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند. زیست تخریب پذیری به معنای تجزیه شدن پلیمر در دمای بالا طی دوره مشخص میباشد که بیشتر پلی استرهای آلیفاتیک استفاده میشود. از این پلیمرها در سیستمهای آزاد سازی دارویی با رهایش کنترل شده یا در اتصالات ، مانند نخهای جراحی و ترمیم شکستگی استخوانها و کپسولهای کاشتی استفاده میشود.

پلی استایرن

این پلیمر به صورت گستردهای در ساخت پلاتیکها و رزینهایی مانند عایقها و قایقهای فایبر گلاس در تولید لاستیک ، مواد حد واسط رزینهای تعویض یونی و در تولید کوپلیمرهایی مانند ABS و SBR کاربرد دارد. محصولات تولیدی از استایرن در بسته بندی ، عایق الکتریکی - حرارتی ، لولهها ، قطعات اتومبیل ، فنجان و دیگر موادی که در ارتباط با مواد غذایی میباشند ، استفاده میشود.

لاستیکهای سیلیکون

مخلوط بسیار کانی- آلی هستند که از پلیمریزاسیون انواع سیلابها و سیلوکسانها بدست میآیند. با اینکه گرانند ولی مقاومت قابل توجه در برابر گرما به استفاده منحصر از این لاستیکها در مصارف بالا منجر شده است. این ترکیبات اشتغال پذیری نسبتا پایین ، گرانروی کم در درصد بالای رزین ، عدم سمیت ، خواص بالای دی الکتریک ، حل ناپذیری در آب و الکلها و ... دارند به دلیل همین خواص ترکیبات سیلیکون به عنوان سیال هیدرولیک و انتقال گرما ، روان کننده و گریس ، دزدگیر برای مصارف برقی ، رزینهای لایه کاری و پوشش و لعاب مقاوم در دمای بالا و الکلها و مواد صیقل کاری قابل استفادهاند. بیشترین مصرف اینها در صنایع هوا فضاست.

لاستیک اورتان

این پلیمرها از واکنش برخی پلی گلیکولها با دی ایزوسیاناتهای آلی بدست میآیند. مصرف اصلی این نوع پلیمرها تولید اسفنج انعطاف پذیر و الیاف کشسان است. در ساخت مبلمان ، تشک ، عایق - نوسانگیر و ... بکار میروند. ظهور نخ کشسان اسپندکس از جنش پلی یوره تان به دلیل توان بالای نگهداری این نوع نخ زمینه پوشاک ساپورت را دگرگون کرده است.

دیدی بر اندازه ی پلیمرها :

ماکرومولکولها با وزن تقریبی چند ده هزار تا چند صد هزار می باشند و این امر بیانگر این مطلب است که تعداد زیادی اتم در ساختار ماکرومولکولها شرکت می کنند . برای بررسی اندازه یک ماکرومولکول به بررسی سرعت تولید آن ماکرومولکول می پردازند . در کل هر واکنش پلیمری از سه بخش کلی مرحله یآغازین ، مرحله یانتشار و مرحله ی پایانی تشکیل شده است . سرعت انجام مرحله ی آغازین عملا در اندازه ماکرومولکولها نقشی ندارند . تنها با بررسی سرعت مراحل انتشار و پایانی پی به اندازه مولکول می برند . معمولا مرحله آغازین بسیار کند و با انرژی فعال سازی بالایی همراه می باشد ؛ ولی دو مرحله ی دیگر ( انتشار و پایانی ) از انرژی فعال سازی کمی برخوردار بوده و این دو مرحله ی انتشار و پایانی دو حالت را در چگونگی میزان وزن ماکرومولکول به وجود می آورند و آن دو حالت بدین گونه می باشد که اگر سرعت مرحله پایانی از سرعت مرحله ی انتشار بیشتر باشد ، ماکرومولکول تولیدی نسبت به دگر ماکرومولکول ها از اندازه ی کوچکتری ( و به واسطه ی آن جرم مولکولی کمتری ) برخوردار می باشد و اگر سرعت مرحله ی انتشار از سرعت مرحله ی پایانی بیشتر باشد معمولا ماکرومولکول از جرم مولکولی تقریبا بالایی برخوردار است .

دلیل این امر نیز بسیار ساده و از لحاظ ذهنی قابل قبول است . زیرا هرچه سرعت مرحله ی انتشار که در واقع همان مرحله ی ترکیب شدن مولکول های اولیه ، یعنی مونومرها (مونو+مر=تک+قسمت، که در زبان فارسی واژه ی تکپار "تک+پار" به معنای تک پاره و تک قسمت برای آن انتخاب شده است9 می باشد از سرعت مرحله پایانی؛یعنی همان مرحله قطع واکنش بیشتر باشد مولکول می تواند واکنشهای بیشتری را پذیرا باشد و بر جرم خود بیفزاید.

توضیح :

معمولا در بساری از کتابهای مربوط به تکنولوژی پلیمرها به بررسی انواع گوناگون واکنش های پلیمریزاسیون می پردازند ولی ما در اینجا برای اینکه بر میزان سادگی کتاب بیفزایم از این امر خودداری کرده ایم و تنها به ذکر یک نکته اکتفا می کنیم و آن نکته این است که برای تولید پلیمرها روشهای مختلفی موجود است و از مکانیزم های خاصی نشات گرفته اند. این مکانیزم ها در واقع همان تفاوتهای بین روهای ساخت پلیمرها را مشخص می کند و تفاوت در روشهای ساخت از ساختمان مونومرها (تک پارها ) و همچنین از خواست ما از اینکه ماکرومولکول ما دارای چه خصوصیاتی باشد ناشی می شود .

نکته ی جالب :

نکته ی جالب در صنعت ماکرومولکول ها این است که دیگر به ماکرومولکولها به دید شیمیایی نگاه نمی کنند بلکه بیشتر دانشمندان دوستدار خواص فیزیکی آنها هستند .

مثلا با دیدی بر خواص فیزیکی پلیمرهای هدایت الکتریکی تلاش شده است که از آنها برای پوشش دادن جنگ افزارهای نظامی مثلا هواپیماهای نظامی در جهت شناسایی نشدن این جنگ افزارها توسط رادارهای دشمن استفاده گردد .

پلیمریزاسیون

بررسی روشهای بهینه سازی تهیه پلی ایتلن ترفتالات بااستفاده از منابع داخلی

در پروژهء حاضر روشهای تهیه پلی استرها از دیدگاه مكانیسم واكنشها، شرایط مورد نیاز و عوامل موثر برپلیمریزاسیون و همچنین فرآیندهای صنعتی تولید این تركیبات مهم مورد بررسی قرار گرفته اند و پلی اتیلن ترفتالات (PET) به عنوان یك پلی استر معمول المصرف تحت شرایط متفاوت در مقیاس آزمایشگاهی تهیه شده است. در تهیه (PET) از دی متیل ترفتالات (DMT) واتیلن گلیكول (EG) بعنوان مونومر استفاده شده و پلیمریزاسیون در غیاب حلال و در حالت مذاب در طی دو مرحله ترانس استریفیكاسیون و تراكم انجام گرفته است. برای مرحله اول انواع كاتالیزورهای قلیایی از جمله استات ها و ترفتالاتهای فلزی مورد آزمایش قرار گرفته اند و در مرحله دوم جهت تراكم مونومرها و الیگومرهای اولیه، افزایش جرم مولكولی پلیمر و خروج مازاد اتیلن گلیكول، كاتالیزورهای فلزی مانند اكسیدهای آنتیموان، بیسموت ، روی و غیره مورداستفاده قرار گرفته است. تعمیم نتایج حاصل از روشهای آزمایشگاهی و گسترش آنها در حد پارامترهای تولید نیمه صنعتی و صنعتی می تواند به عنوان اولین قدم در بهبود شرایط تولید وامكان طراحی واحدهای ساده تر و موثرتر در داخل كشور موثر واقع شود. نتایج مقایسه شده از اجرای مرحله اول تحت جریان ازت و مرحله دوم در دمای بالا و خلاء در شرایط متغیر از نظر نوع كاتالیزورها نشان داده است كه می توان با تغییر نوع و غلظت این تركیبات راندومان محصول، جرم مولكولی و كیفیت ظاهری پلیمرهای حاصل را اصلاح نمود. تاثیر افزایش برخی مواد اصلاح كننده كه اثر خود را از طریق حذف كاتالیزورهای مرحله اول و یا ورود در زنجیرهای اصلی و جانبی پلیمر اعمال می كنند، مورد مطالعه قرار گرفته است . ساختمان پلیمرهای حاصل از روشهای مختلف از طریق تعیین نقطه ذوب و طیفهای NMR,IR تایید شده وویسكوزیته محلولهای حاصل از آنها تعیین شده است. جرم مولكولی پلیمرها به روش GPC اندازه گیری و آزمایشهای تجزیه ای از قبیل اشتعال و تعیین گروههای انتهایی در حد مقدور انجام گرفته اند. نتایج حاصل حاكی از این است كه می توان PET را بنحو مطلوبی از واكنش DMT با EG مازاد (نسبت مولی 5/1 برابر) در حضور ترفتالاتهای قلیایی و مدیفایرهای فسفردار (با نسبت وزنی حدود %5/0) و همچنین كاتالیزورهای فلزی موثر مانند اكسید آنتیموان در طی دو مرحله متوالی تهیه نمود.

بهمزدن مداوم و عبور یك گاز بی اثر باعث تسریع خروج محصولات جانبی مانند متانول و اعمال دما و فشار مناسب باعث تقطیر EG اضافی و افزایش جرم مولكولی می گردد. تركیبات فسفردار محصولات جانبی مضر مانند استالدهید و استال ها را كاهش می دهد و به حذف بقایای كاتالیزوری مرحله اول كمك می كند. جایگزینی استات ها با ترفتالاتهای فلزی نیز كاتالیز واكنشهای پارازیت در مرحله دوم را تحت الشعاع قرار می دهد.

منابع ا ستفاده شده

1. مهندسی پلاستیک تالیف آر. جی. کرافورد ، ترجمه مهرداد کوکبی

2. پلاستیکهای صنعتی تالیف مهندس شیرین خسروی

3. مواد پلاستیک تالیف حسین امیدیان