لاتکس لاستیک استایرن بوتادین کربوکسیله (XSBR) و خواص آن
در طی دهه های گذشته استفاده از پلیمرهای کاربردی به میزان زیادی افزایش پیدا کرده که این به دلیل توانایی ذاتی آنها در تشکیل برهم کنشهای قوی با فاز های قطبی ثانویه می باشد که در نهایت می تواند باعث تغییرات فیزیکی، برقی و ریولوژیکی شود. زمانی که گروه های کربوکسیل به روی زنجیره اصلی الاستومری قرار می‌گیرند باعث میشوند تا میزان خاصیت ارتجاعی ماده افزایش پیدا کرده و علاوه بر آن استحکام لاستیک نیز بیشتر میشود. از سایر اثرات آن می‌توان به افزایش مقاومت در برابر محلول های هیدروکربنی و همچنین امکان ایجاد حالت شبکه ای با استفاده از واکنشگر های غیر گوگردی اشاره کرد. امروزه تعداد زیادی از پلیمرها به صورت کربوکسیل تولید می شوند همانند لاستیک اکریلونیتریل بوتادین کربوکسیله و پلی استایرن کربوکسیله و همچنین پلی بوتیل اکریلات کربوکسیله. در آماده سازی ترکیبات پلیمری کمبود وجود گروههای قطبی در پلیمرهای بدون عامل باعث میشود تا بر هم کنش های ضعیفی در بخش های مشترک بین پلیمر و سازه های ثانویه قطبی وجود داشته باشد که در نهایت خواص فیزیکی و مکانیکی ماده را به میزان زیادی کاهش خواهد داد. مثال های تجربی زیادی وجود دارند که نشان دهنده تاثیر بزرگ بر هم کنش های یاد شده بر خواص نهایی سیستم می باشند. به عنوان مثال فیبرهای طبیعی سنتی از چسبندگی و خواص مکانیکی ضعیفی برخوردارند که بر اثر عدم سازگاری و پراکندگی نامنسجم فیبر های طبیعی آب دوست در پلیمرهای آب ترس می باشد. استحکام پایین مکانیکی ناشی از انتقال ضعیف فشار به این ساختار پلیمری و همچنین فیبرهای طبیعی می باشد که فشار را تحمل می کنند. به منظور مقابله با این چالش عامل دار کردن پلیمرهای آب ترس با استفاده از مالییک ان هیدرید به عنوان یک عامل اتصالی با عملکرد بالا پیشنهاد شده است. در صنعت تایر به کارگیری کربن سیاه به صورت کامل جایگزین سیلیکا شده است و این موضوع در این صنعت کاملا شناخته شده میباشد. هدف از این اقدام کاهش مقاومت چرخشی آج تایر و افزایش کنترل خودرو در جاده بارانی می باشد. این در حالی است که سیلیکا به عنوان یک عامل تقویت کننده شناخته می شود و در صورتی که از عامل های اتصالی استفاده نشود باعث نزول خواص مکانیکی در ترکیب مورد نظر خواهد شد. معمولاً مشکلات به وجود آمده در این حوزه با تغییر سیلیکات ها یا سایر پلیمرها حل میگردد. لی و دیگران ساختار لاستیک استایرن بوتادین را با استفاده از مایعات یونی حاوی تیول تغییر دادند تا این امکان را فراهم سازند که این ماده با سیلیکای عامل دار به صورت موثری واکنش دهد. عده ای دیگر نیز از میانجی های ایزوسیاناتی و پلی بوتادین های پایان یافته با هیدروکسیل استفاده کردند تا عمل پیوند موجود بین سیلیکا و لاستیک استایرن بوتادین را بهبود بخشند. نتایج به دست آمده نشان می‌دهند که بهبود فوق‌العاده‌ای در خواص کشش نهایی و میزان ازدیاد طول تا پارگی در این مواد وجود آمد. در تولید ترکیبات متفاوت نیز یکی از نکات اساسی ایجاد سازگاری بین بخش های تشکیل دهنده آن می باشد. به عنوان مثال استفاده از یک سازگار کننده در ترکیب لاستیک استایرن بوتادین با پلیمرهای قطبی همانند لاستیک اکریلونیتریل بوتادین و پلی وینیل کلراید و لاستیک کلروپرین ضروری می باشد. اگرچه لاتکس لاستیک استایرن بوتادین کربوکسیله از مصارف مختلفی برخوردار است مانند تولید دستکش، رنگ های آب محور ولایه ها و ترکیبات اما از آن جایی که اطلاعات کامل و جامعی در این حوزه وجود ندارد، به مطالعات متفاوتی نیاز است تا اطلاعات دقیقی را در خصوص ساختار و خواص و ویژگی های این پلیمر در اختیار ما قرار دهد.
رابطه بین ساختار و خواص
پیش از آنکه به خواص ویژه لاتکس لاستیک استایرن بوتادین کربوکسیله بپردازیم بهتر است تا خلاصه‌ای از انواع متفاوت لاستیک های استایرن بوتادین ارائه کنیم که شامل لاستیک استایرن بوتادین سرد، استایرن بوتادین گرم و استایرن بوتادین کربوکسیله میشود. استایرن بوتادین سرد در دمای زیر ۱۵ درجه سانتیگراد بسپارش شده و از وزن مولکولی بالایی برخوردار است و همچنین محتوای استایرنی موجود در آن برابر با ۲۰ تا ۳۵ درصد از وزن آن می باشد. علاوه بر آن زنجیره‌های این ماده نیز حالت نسبتا سختی دارند. فیلم های ساخته شده از لاتکس استایرن بوتادین سرد به میزان زیادی می‌توانند ازدیاد طول را تحمل کنند و به منظور بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی این لاتکس ها معمولاً آنها را با سیستم‌های سرعت دهنده سولفوری فراوری می‌کنند. استایرن بوتادین گرم دارای محتوای استایرنی ۴۵ درصدی بوده و در دمای بالای ۳۵ درجه سانتیگراد بسپارش می شود. از آنجایی که دمای بسپارش در این مواد کمی بالاتر می باشد، زنجیره‌های خطی کمتری در این ماده دیده میشود و علاوه بر آن وزن مولکولی آنها در مقایسه با لاستیک استایرن بوتادین سرد کمتر است. از نظر خواص مکانیکی نیز لاتکس های استایرن بوتادینی گرم در مقایسه با نوع سرد ضریب بالاتر و مقاومت کمتری در برابر ازدیاد طول دارند. لاتکس لاستیک استایرن بوتادین به عنوان یک سه بسپار شناخته میشود که از بسپارش امولسیونی بوتادین استایرن و یک و یا تعداد بیشتری از اسیدهای اشباع نشده همانند آکریلیک اسید، متاکریلیک اسید، کروتونیک اسید، فوماریک اسید و سایر موارد تولید میشود. از آنجایی که لاتکس لاستیک استایرن بوتادین کربوکسیله از ساختار و خواص ویژه‌ای برخوردار است به عنوان یک پلیمر جدید در نظر گرفته می شود. میزان استایرن موجود در این ترکیبات معمولاً درجات متفاوتی دارد. معمولاً ترکیبات یاد شده از ۶۵ درصد استایرن و کمتر از ۳ درصد از مونومرهایی تشکیل شده اند که حاوی گروههای کربوکسیل مانند اکریلیک اسید یا متاکریلیک اسید می‌باشند و باقی این ماده را نیز بوتادین تشکیل می‌دهد.
خواص مکانیکی لاتکس های لاستیک استایرن بوتادین کربوکسیله کدامند؟
به طور کلی، محصولات لاتکسی پر شده در مقایسه با محصولاتی که از لاستیک های خشک پر شده به دست می آیند خواص ضعیف تری دارند. در ترکیبات لاستیکی خشک معمولاً چسبندگی زیادی وجود داشته و برشهای بزرگی نیز زده میشود و پس از آن رادیکالهای آزاد بر اثر متلاشی شدن مولکول های پلیمری به وجود می‌آیند و در نهایت رادیکالهای به وجود آمده می توانند با مکان های فعال فیلرها واکنش دهند و این امکان وجود دارد که یک اتصال بین فیلر و پلیمر تولید شود. پیوند شیمیایی می تواند در انتقال بار از ماتریس به فیلر مشارکت داشته باشد و در نهایت منجر به بهبود خواص مکانیکی شود. فیلم های تولید شده از لاتکس های استایرن بوتادین کربوکسیله در مقایسه با لاستیک استایرن بوتادین و لاتکس های مرتبط با آن استحکام و سختی بالاتری دارند. کاملا مشخص است که این لاتکس ها مقاومت کمتری در برابر ازدیاد طول داشته و از انعطاف پذیری کمتری برخوردار می باشند. استحکام بالا تر این مواد معمولاً به دلیل افزایش انرژی چسبندگی میباشد که ناشی از وجود گروه های کربوکسیل قطبی در زنجیره اصلی و همچنین افزایش میزان استایرن هایی است که در طی سنتز پلیمر به کار برده می شوند. ترکیب پلیمر یاد شده با لاستیک نیتریل نیز منجر به بهبود رفتار مکانیکی ماده خواهد شد. افزایش میزان لاتکس لاستیک استایرن بوتادین کربوکسیله در ترکیب این ماده با لاستیک نیتریل باعث میشود تا ضریب این ماده به صورت خطی افزایش پیدا کند (ضریب ماده در افزایش طول ۳۰۰ درصدی). در ترکیب مساوی از لاتکس لاستیک استایرن بوتادین کربوکسیله و نیتریل میزان استحکام کششی برابر با پیشینه خواهد بود. در حقیقت این پلیمر می تواند باعث تقویت خواص نهایی لاستیک نیتریل شود که قابلیت ترکیب با لاتکس های قطبی همانند پلی وینیل کلراید را نیز دارد. انواع ویژه‌ای از لاتکس های پلیمرهای سنتزی در ترکیب با لاستیک نیتریل به عنوان یک تقویت کننده عمل کرده و باعث بهبود خاصی همانند استحکام کششی ، استحکام در برابر پارگی و مقاومت در برابر سوراخی میشوند.
خواص ریولوژیکی لاستیک های استایرن بوتادین کربوکسیله کدامند؟
اطلاع از خواص ریولوژیکی لاتکس ها از نظر صنعتی برای فرآوری مواد پلیمری اهمیت زیادی دارد و می تواند در طراحی محصولات نهایی نیز موثر باشد. حتی می توان خواص و رفتار مکانیکی ماده را بر اساس ساختارهای میکرو و نانو در ماده پیش‌بینی کرد و علاوه بر آن این ویژگی به منظور ارزیابی برهمکنش بین فیلر و پلیمر و وضعیت پراکنش فیلر مورد استفاده قرار می گیرد. مطالعات اولیه در خصوص خواص ریو لوژیکی لاتکس های ترکیبی به تحقیقات ماران و دیگران باز میگردد که در آن تاثیر غلظت، دمای آماده سازی و سایر موارد بر رفتار شارشی لاتکس ها در شرایط متفاوت به صورت کامل مورد مطالعه قرار گرفت. خواص ریولوژیکی لاستیک های استایرن بوتادین کربوکسیله به همراه ترکیبات مرتبط با آن به صورت کامل مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشات ریولوژیکی در سیستم های لاتکس می تواند به روی نوع مایع لاتکس و یا فیلم های خشک آن صورت گیرد و لاتکس های لاستیک استایرن بوتادین کربوکسیله همانند بیشتر پلیمرها از رفتار نوین نیوتنی برخوردارند مانند رفتاری مشابه پلاستیک ها (با شاخص ۷۲ صدم) شاخص یاد شده با افزایش میزان فیلر موجود در پلیمر کاهش پیدا خواهد کردو این نشان می دهد که کاهش چسبندگی ماده با افزایش میزان فیلر موجود صورت خواهد گرفت. معمولاً شکل گیری و نابودی شبکه های فیلری با میزان چسبندگی های متفاوت به عنوان دلیل اصلی کاهش چسبندگی کلی ماده شناخته شده است. اگر چه به تازگی تئوری عدم تحرک لاستیکها در سطح فیلر به عنوان یکی از دلایل رفتاری ترکیبات لاستیک های استایرن بوتادین کربوکسیله معرفی شده است.
