پلیدین ها انواعی از الاستومرهای دی انی و لاستیکهای ترکیبی

دسته: مقالات منتشر شده در 21 بهمن 1398
نوشته شده توسط Admin بازدید: 1745

پلیدین ها انواعی از الاستومرهای دی انی و لاستیکهای ترکیبی

پلیدین ها یکی از مهمترین دسته های پلیمری را تشکیل می دهند و شامل لاستیک های طبیعی به همراه مواد مربوطه، مشتقات آن و همچنین محصولات ناشی از بسپارش و هم بسپارش دی ان هایی می‌شوند که به یکدیگر متصل شدند. در این مقاله به این مواد متنوع اشاره می شود. اهمیت پلیدین ها ناشی از آن می‌شود که بسیاری از الاستومرهایی که دارای مصارف بالای تجاری هستند و امروزه به کار برده می‌شود در این دسته قرار می‌گیرند.

 

روند توسعه لاستیک های طبیعی چگونه بود؟

زمانی که اروپایی ها برای اولین بار آمریکای جنوبی و مرکزی را کشف کردند متوجه شدند که آنها از لاتکس یا ترشحات تعداد ویژه ‌ای از درخت ها به منظور تولید توپ های استفاده می‌کنند که قابلیت پرشی دارند. علاوه بر آن لاتکس روی محصول پخش می ‌شد و در اماکنی قرار می‌گرفت تا خشک شود. تعداد زیادی از کفش ها و همچنین بطری های انعطاف پذیر ضد آب ازهمین ماده ساخته می شوند. در سال ۱۷۷۰ Priestley این ماده جامد را لاستیک نامید. امروزه نیز نام لاستیک برای انواعی از محصولاتی استفاده می‌شود که دارای خواص لاستیک مانند می باشند و همچنین به منظور جلوگیری از استفاده نام های نادرست بهتر است که موادی با خواص لاستیک مانند الاستومر نامیده شوند. در اوایل قرن ۱۹ تلاش‌های بسیاری انجام شد تا بتوانند مواد تجاری را از لاستیک طبیعی تولید کنند اما فقط تعداد کمی از این محصولات توانستند در بازار به موفقیتی دست پیدا کنند. در این قسمت دو مشکل بزرگ و عمده وجود داشت: مشکل اول این بود که فقط لاستیک های جامد برای فرآیندهای تولید در دسترس بودند زیرا لاتکس از پایداری کافی برای انتقال برخوردار نبود. ماده به دست آمده دارای قابلیت ارتجاعی و یا انعطاف پذیری بود و این امکان وجود نداشت که توسط روشهای قالب گیری و یا روزنرانی به آن شکل داد. در سال 1820 Hancock کشف کرد که اگر لاستیک نرم شود حالتی پلاستیکی و همچنین قابل جریان پیدا خواهد کرد و تولید آن نیز با سادگی بسیار بیشتری صورت خواهد گرفت. اگرچه مشکل دومی نیز در این خصوص وجود داشت که در این مورد خلاصه می شود: محصولات لاستیکی در معرض هوای سرد حالتی سخت و بسیار غیرقابل انعطاف پیدا می کند و در هوای گرم نیز بسیار نرم و چسبنده خواهد شد. در صورتیکه فرسودگی محصول نیز با ایجاد ویژگی‌های منفی و نامطلوبی همراه باشد نیز این شرایط وخیم تر خواهد شد. در سال ۱۸۳۰ میزان مصرف لاستیک طبیعی در دنیا به صد تن رسید در سال ۱۸۳۹ نیز کمپانی Goodyear متوجه شد لاستیکهایی حرارت داده شده با گوگرد می‌توانند در گستره بزرگی از دما های متفاوت و در مقایسه با مواد خام خاصیت ارتجاعی خود را حفظ کنند و همچنین مقاومت بسیار بهتری در برابر محلول ها دارند. Hancock متوجه شد که زمانی که لاستیک های نرم شده پلاستیکی با گوگرد حرارت داده می‌ شوند نوعی ماده سخت و انعطاف پذیر مجددا تولید خواهد شد. یکی از دوستان وی با نام Brockedon واکنش بین لاستیک و گوگرد را ولکانش یا ولکانیزاسیون نامید. اگرچه وی کشفیاتی را پس از کمپانی Goodyear انجام داد ولی توانست تا حق اختراع بریتانیایی را در سال ۱۸۴۳ به دست بیاورد و این در حالی بود که کمپانی Goodyear حق اختراع آمریکایی برای همان محصول را به دست آورده بود. کشف روش های نرم سازی و ولکانش در واقع پایه و اساسی را برای صنعت لاستیک به وجود آوردند.

 

پلیدین ها از چه خواصی برخوردارند؟

الاستومرهای دی انی از پلیمرهای بدون شکلی می باشند که دارای دمای تبدیل شیشه‌ای کمتر از دمای اتاق هستند که به صورت معمول مقداری بین منفی ۱۰۰ درجه سانتیگراد تا منفی ۲۵ درجه سانتی‌گراد (یا 170 تا 250 درجه کلوین) می‌باشد. این مواد شامل مناطق اشباع نشده هستند و اغلب نیز ولکانش می ‌شوند یعنی به صورت نسبی حالت شبکه ای پیدا می کنند تا بتوانند در نهایت شبکه های الاستومری داشته باشند. این شبکه ها می توانند با تغییر شکل غیر قابل برگشت تحت فشار زیاد (در حد شکنندگی) مقابله کنند. مهمترین الاستومرهای دی انی و یا لاستیک های ترکیبی عبارتند از لاستیک استایرن بوتادین، پلی بوتادین، نیتریل بوتادین، پلی کلروپرین و پلی ایزوپرین. در بین تمام انواع لاستیک های یاد شده پلی بوتادین و هم بسپارهای بوتادینی دارای بیشترین میزان فروش در بین لاستیکهای ترکیبی می باشند.

            ·            لاستیک های استایرن بوتادین نوعی از الاستومرها هستند که به بیشترین میزان به فروش می‌رسند و در واقع نوعی هم بسپار های تصادفی از بوتادین می باشند که ۱۰ تا ۲۵ درصد از استایرن را شامل می شوند. افزودن استایرن باعث افزایش استحکام و مقاومت در برابر ساییدگی شده، قیمت را کاهش می‌دهد و در اغلب موارد نیز سازگاری پذیری با سایر مواد در ترکیبات نهایی را بهبود می بخشد. لاستیک های استایرن بوتادین از مقاومت خوبی در برابر روغن ترمز برخوردارند و درصورتی که در ترکیب با آنها از افزودنی ها استفاده شود، پایداری فرسایشی خوبی نیز خواهند داشت. درجات بسیاری از این نوع از لاستیک ها می توانند دمای بین ۲۳۵ تا ۱۷۰ درجه کلوین را برای مدت زمان طولانی تحمل کنند. اگرچه انعطاف پذیری آنها در دمای پایین و استحکام کششی آنها در مقایسه با لاستیک های طبیعی کمتر می باشد.

            ·            لاستیک نیتریل بوتادین یکی از همبسپارهای مهم به شمار می‌آید که دارای مقاومت خوبی در برابر روغن و بنزین و سایر مواد شیمیایی است ولی تغییرات آب و هوایی و اوزون می‌توانند به ان آسیب وارد کنند. هر چقدر میزان نیتریل موجود در ماده بیشتر باشد مقاومت آن در برابر روغن افزایش پیدا خواهد کرد ولی انعطاف ‌پذیری آن کمتر خواهد شد. در اغلب موارد اگر میزان محتوای نیتریلی موجود در ماده بین ۳۰ تا ۴۵ درصد باشد آنگاه تعادل خوبی بین مقاومت شیمیایی و انعطاف پذیری وجود خواهد داشت. این لاستیک ها در مقایسه با پلی بوتادین ها مقاومت بالا تر دمایی داشته و می‌توانند دمای بین ۲۴۰ تا ۳۸۰ درجه کلوین را تحمل کنند.

            ·            پلی بوتادین ها از نظر میزان فروش در دسته دوم قرار می گیرند و حدود ۲۵ درصد از مصرف جهانی لاستیک های ترکیبی را تشکیل می دهند. میزان تولید جهانی پلی بوتادین ها به زودی به مقداری بالاتر از ۳.۱ میلیون تن خواهد رسید. از آنجایی که این ماده دارای مقدار بسیار کمی از مواد وینیلی می باشد دمای تبدیل شیشه‌ ای در آن بسیار کم است (برابر با منفی نود درجه سانتی‌گراد) و بسیار انعطاف پذیر بوده و شاید بتوان آن را به عنوان لاستیکی شناخت که بیشترین قابلیت ارتجاعی را دارد. علاوه بر موارد یاد شده، این نوع لاستیک دارای مقاومت مطلوبی در برابر ساییدگی و پارگی و همچنین انباشتگی حرارتی می باشد که فاکتوری بسیار مهم در تولید لاستیک خودرو است. اگر بخواهیم این ماده را با لاستیک های استایرن بوتادین مقایسه کنیم آنها از دمای تبدیل شیشه کمتری برخوردارند که باعث می شود تا مقاومت چرخشی کمتری داشته باشند و همچنین دارای ساییدگی کمتری به روی سطوح مرطوب می باشند. به همین دلیل در بسیاری از موارد لاستیکهای یاد شده با لاستیک های استایرن بوتادین و انواع طبیعی ترکیب می شوند تا عملکردی ایده ال به لاستیک خودرو ببخشند.

            ·            پلی کلروپرن که با نام نئوپرین نیز شناخته می‌شود چهارمین الاستومری است که به بیشترین میزان تولید می‌شود و پایداری خوبی در برابر اشعه فرابنفش داشته و همچنین از مقاومت خوبی در برابر اکسیژن، اوزون، روغن، بنزین و بسیاری از مواد شیمیایی دیگر برخوردار است. علاوه بر آن این ماده مقاومت سایشی خوب و استحکام مناسبی دارد و در مقایسه با لاستیک های طبیعی خواص مکانیکی ضعیف ‌تر ولی مقاومت شیمیایی بالاتری دارد.

            ·            پلی ایزوپرین یکی دیگر از انواع لاستیک های تجاری است که به مقدار بسیار فراوانی مورد استفاده قرار می‌گیرد و به شکل لاتکس یا شیره از درختان لاستیک گرفته می شود و یا بصورت ترکیبی از بسپارش 1-methyl-1,3-butadiene (IR) تولید خواهد شد. لاستیک طبیعی با نام لاستیک هندی و یا کائوچو هم شناخته می شود و همانند بیشتر دی ان های موجود دارای مقاومت کمی در برابر اوزون، بنزین و بسیاری از محلول های ارگانیک میباشد. اگرچه پلی ایزوپرین همچنان مصارف بسیار زیادی دارد و این موضوع نیز ناشی از قابلیت ارتجاعی بالا، مقاومت در برابر سایش و استحکام آن می باشد. درصد بالایی از پلی ایزوپرن های تولید شده برای ساخت تایر خود رو به کار برده می شوند و همچنین از ترکیب آن با لاستیک استایرن بوتادین و پلی بوتادین نیز به منظور دستیابی به عملکرد فوق العاده استفاده می شود.

            ·            لاستیک بوتادین در دسته لاستیک های دی ان قرار نمی گیرد ولی در واقع هم بسپاری از ایزوبوتیل و مقادیری کمی از ایزوپرین است که می‌ تواند در واقع مکان های اشباع نشده را برای واکنش ایجاد نماید. میزان نفوذ پذیری گازی این ماده کم بوده و مقاومت فوق العاده ای در برابر اشعه فرابنفش، اکسیژن و حملات اوزونی دارد. از آنجایی که پیوند های اشباع نشده کمی در این ماده وجود دارد، مقاومت شیمیایی و پایداری گرمایی آن نیز بسیار مطلوب می باشند.

یکی از بزرگترین معایب لاستیک های دی ان طبیعی و ترکیبی، مقاومت کم آنها در برابر حرارت می باشد. از آنجایی که این مواد دارای پیوند های دوتایی در ساختار اصلی خود هستند نسبت به الفین های اشباع شده پایداری گرمایی بسیار کمتری دارند. در واقع بیشتر لاستیک هایی که در این دسته قرار می گیرند می توانند دمایی تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد را تحمل کرده و در این حوزه دمایی پایداری بلند مدتی دارند.