|
 طبقه بندی پلیمرها :
روش های متعددی برای طبقه بندی پلیمرها وجود دارد . یکی از آنها بررسی رفتار در برابر حرارت است . و طبق این بررسی می توان آنها را به دو دسته ترموپلاست و ترموست طبقه بندی نمود . ترموپلاست ها ، پلیمرهایی هستند که هنگام حرارت دهی ، ذوب نشده و در دماهای بسیار بالا به صورت برگشت ناپذیر تجزیه می گردند . مزیت این روش طبقه بندی ،ایجاد تمایز بین دو گروه از مواد شیمیایی است .ترموپلاست ،مولکولهای خطی یا با شاخه های کم می باشند ولی ترموپلاست ها ترکیبیاتی با اتصالات عرضی و شبکه سه بعدی گسترده از پیوندهای شیمیایی کوالانسی هستند .
سیستم طبقه بندی دیگری که ابتدا توسط کاوترز در سال 1929 ارائه شد . بر مبنای ماهیت واکنش های شیمیایی انجام شده در پلیمرازیسیون است. در اینجا دو گروه عمده مونومرها، در واکنش هایی با از دست دادن یک مولکول کوچک ( مانند آب ) تهیه می شوند . ( مانند پلی استرها را طی تراکم حاصل شده و در واکنش 1-1- نشان داده شده اند . )
در مقابل پلیمرهای اضافی آنهایی هستند که از واکنش های اضافی یک مونومر غیر اشباع تهیه می شوند . ( مانند پلیمراسیون وینیل کلراید ( واکنش 1-2)
(1-2)
این سیستم توسط فلوری اصلاح شده است . او بر مکانیسم واکنش های پلیمریزاسیون تاکید داشت و واکنشها را به دو نوع مرحله ای و زنجیره ای که تقریباً شبیه به واکنش های تراکمی و یا اضافی هستند تقسیم بندی می شوند در این میان یک استثناء در سنتز پلی یورتانها وجود دارد . این ترکیبات ازواکنش ایزوسیاناتها هیدروکسی تهیه شده و از سینتیک مرحله ای پیروی می نمایند ولی از تولید هر واحد حذف مولکول کوچک صورت نمی گیرد .
( واکنش 1-3)
از نظر سینتیکی با پیشرفت واکنش ابتدا جرم مولی نسبی مواد ایجاد شده بالا می رود و بالاترین جرم مولی در پایان واکنش مشاهده می شود .به عبارت دیگر هنگامی که مولکولهایی با جرم مولی نسبی بالا تولید می شود . و مونومرهای باقیمانده وارد واکنش نمیشوند . هنگامی که ماکرومولکول ها تشکیل شدند . بدون تغییر باقی می مانند تا باقیمانده مونومرها نیزدستخوش تحول شدند . این امر بدین معناست که در این واکنش ها سرعت تشکیل مولکولهای بزرگ زیاد بوده و وجود مولکولهای مونومر و مولکولهایی با جرم مولی نسبی بالا در طول واکنش ، از ویژگی های این واکنش ها می باشد .
واکنش های مرحله ای مولکولهایی با ساختار متفاوت از مولکول های خطی ساده بدون شاخه تا شبکه های حجیم با اتصالات عرضی زیاد به دست می دهند ساختار نهایی، بستگی به تعدادگروههای عاملی مونومر مادر دارد . هر چه نسبت این تعداد بزرگتر از 2 باشد واکنش های زنجیره ای فقط پلیمرهای خطی یا مولکولهای با انشعابات کم را تولید می کنند .
بنابراین با توجه به طبقه بندی به صورت ترموپلاست . ترموست در واکنش های زنجیره ای فقط ترموپلاست و در واکنش های مرحله ای ترموپلاست ها و ترموست ها تولید می شوند .
ساختار و خواص پلیمرها:
با توجه به اصول اساسی طبقه بندی در شیمی پلیمر هم اکنون خواص فیزیکی و شیمیایی هر یک از پلیمر ها به طور مجزا بررسی می شود .بیشتر مثال های ذکرشده دارای اهمیت اقتصادی بوده و در اینجا بررسی خواص بیش از روش تولید صنعتی این ترکیبات مورد نظر است با توجه به سیستمهای طبقه بندی واضح است که پلیمر هایی با اهمیت اقتصادی بییشتر در زمره ترموپلاست ها یا پلیمرهای اضافی قرار می گیرند
پلی (اتیلن):
این پلیمر ساده ترین ساختار مولکولی را دارد و در
حال حاضر پرمصرف ترین ماده پلاستیکی است .این ماده اولین بار در سال 1939 به عنوان عایق الکتریکی مورد استفاده قرار گرفت . مشکلاتی در نامگذاری این پلیمر وجود دارد .نام ایوپاک مونومر آن برخلاف آنچه که در گذشته اتیلن ذکر شده اتن می باشد بنابراین نام ایوپاک این پلیمر پلی اتن خواهد بود. این نام هرگز توسط شیمیدانها به کار نمی رود و در این کتاب نیز این پلیمر به نام متداول خود یعنی پلی ( اتیلن) نامیده می شود .
چهار روش اصلی برای تولید صنعتی پلی ( اتیلن ) وجود دارد و در هر مورد محصولاتی با خواص متفاوت حاصل می شود این چهارروش عبارتند از:
1. فرایند فشار بالا
2. فرایند زیگلر
3. فرایند فیلیپس
4. فرایند نفت استاندارد
در فرایند فشار بالا ، از فشارهای arm 3000-1000 و دماهای c 300-80 استفاده می شود .آغازگرهای رادیکال آزاد مانند بنزوئیل پر اکسید به کار رفته و باید شرایط به دقت کنترل شود تا واکنش فرعی انجام نشود .در صورت انجام واکنش فرعی، هیدروژن ،متان و گرانیت تولید می گردد . به طورکلی فرایندهای فشار بالا ، پلی ( اتیلن ها) هایی با دانستیه های کمتر در محدوده 0.915-0.945 gcm-3 ایجاد می کنند که جرم مولی آنها نیز نسبتاً پایین است .
فرایند زیگلر بر اساس واکنش های کوردیناسیون به کمک کاتالیزور های( آلکیل های فلزی انجام می شود . این واکنش ها توسط کارل زیگلر در آلمان کشف شد و توسط ناتل در میلان ایتالیا در اوایل دهه 1950 توسعه یافتند
کاتالیزور زیگلر – ناتا کمپلکسی تهیه شده از تتراکلرید تیتانیوم وتری اتیل آلومینیوم است . این کاتالیزور در ابتدا به ظرف واکنش وارد شده و پس از آن اتیلن اضافه میشود . واکنش در فشارها و دماهای پایین ( کمتر از 70 ) در صورت فقدان هوا و رطوبت که کاتالیزور را تجزیه می کنند انجام می گیرد با تغییر نسبت اجزای پلیمر یا وارد کردن مقدار کمی هیدروژن به ظرف واکنش می توان به دامنه ای از جرم های مولی نسبی دست یافت . در فرایند فیلیپس و نفت استاندارد ( ایندیانا) پلی( اتیلن) با دانستیه زیاد در فشار و دمای نسبتاً پایین به دست می آید . جزئیات این فرایند در جدول 1-1 ارائه شده است .
این پلیمر ماده شناخته شده در جهان امروز است . این ماده جامدی موم مانند است که تولید آن به آسانی و با هزینه نسبتاً کم امکان پذیر می باشد . این ترکیبات مقاومت شیمیایی خوبی را از خود نشان می دهد .انواعی از آن که جرم مولی نسبی پایین دارند از تنش های محیط زیستی تاثیر پذیرفته و در اثر نور خورشید و قرار گرفتن در معرض رطوبت تجزیه می شوند با توجه به آنچه گفته شد ، انواع گوناگونی پلی ( اتیلن) کاربردهای مختلفی از جمله لوله ها ، لفافهای بسته بندی ،اجزای سازنده کارخانه های مواد شیمیایی جعبه ها و عایق های الکتریکی دارند .
پلی ( پروپیلن )
پس از آزمایشاتی که ناتا روی کاتالیزور های لازم برای تهیه پلیمرهایی با جرم مولی نسبی بالا از آلکن ها انجام داد ، پلی
( پروپیلن) که دارای ساختار است، به عنوان یک ماده صنعتی شناخته شد ،به دنبال تحقیقات او درباره پلیمزاسیون اتیلن ، در سال 1954 ،امکان تهیه پلیمرهای شبیه به پلی
( پروپلین ) نیز فراهم شده است . تولید صنعتی در سرعت توسعه یافت و پلی ( پروپلین) در سال 1957 برای اولین بار وارد بازار شد .
همانند پلی ( پروین ) مشکلاتی در نامگذاری نیز وجود دارد و نام آیوپاک آن یعنی پلی ( پروین ) توسط شیمیدانها استفاده نمی شود . البته دلیلی برای استفاده از نام متداول و غیر سیستماتیک آن وجود ندارد ولی این نام به صورت رایج در آمده و در این کتاب نیز به کار فته است .
هنگامی که اولین بار پلی ( پروپیلن) ساخته شد دو نوع مختلف به دست آمد. یکی از آنها به پلی( اتیلن ) شبیه بود ولی سختی بیشتری داشت . نوع دیگر آمروف بود و از مقاومت کمتری برخوردار بود . امروزه مشخص شده که نوع اول ایزوتاکتیک می باشد و هم اتم کربن آن دارای استریوشیمی و یا ساختار شیمیایی ویا ساختار شیمیایی – فضایی منظمی است نوع دیگر آتاکتیک می باشد و هم اتم کربن آن دارای استریوشیمی و اتفاقی را نشان می دهد .
پلی ( اتیلن) صنعتی معمولاً 95-90 درصد ایزوتاکتیک بوده و به پلی ( اتیلن ) شباهت زیادی دارد با این تفاوت که :
1. ذوب دانستیه کمتری است (0.90 gcm-3)
2. دارای نقطه ذوب بالاتری بوده و می تواند در دماهای بالا مورد استفاده قرار گیرد ( برای مثال برای ساختن ظروف آشپزخانه مقاومت در برابر جوشش آب به کار می رود .
3. در برابر عوامل زیست محیطی مقاوم نیست .
4. به آسانی اکسید می شود چون در ان پیوندهای C_H نوع سوم وجود دارد که شکستن ان نسبتاً آسان است .
ویژگی جالب دیگر پلی ( پروپیلن) ایزوتاکتیک این است که می تواند بدون ایجاد شکستگی چندین بار خمیده می شود . بنابراین برای قالب های یک تکه مانند جعبه های کارت به کارمی رود و می تواند سالهای متمادی مورد استفاده قرار گیرد .
پلی ( متیل متا کریلات)
این پلیمر که نام اختصاری آن PMMA است .مهمترین پلیمر آکریلیک از نظر اقتصادی است .این پلیمر از پلی ( آکریلیک از نظر اقتصادی است . این پلیمر از پلی ( آکلریلیک اسید ) به دست می آید . می توان اتم هیدروژن نوع سوم را توسط یک گروه متیل Ch3 جایگزین کرده و سپس گروه کربوکسیلیک اسید را با متانول CH3OH استری نمود . این روش منجر به ایجاد ساختار 1-1 می شود .
نام پیشنهادی آیوپاک برای PMMA پلی / 1- منوکسی کربونیل 1- متیل اتن / است . همانند سایر پلیمرها این نام مورد استفاده قرار نمی گیرد . با گذشت زمان از اهمیت اقتصادی PMMA کاسته می شود . در اوایل دهه 1960 فروش PMMA 40 درصد کل فروش پلی
( استایون ) بود و در سال 1980 این مقدار به 12 درصد رسید .PMMA بعنوان ماده سازنده پلاستیک های مورد مصرف روزمره کاربرد زیادی دارد .
PMMA ماده شفاف وشیشه مانند است که طبق مطالعات با اشعه X در مقیاس مولکولی آمورف می باشد . چون این ماده نسبت به پلی ه( اتلین عایق ضعیف تری بوده و در حلالهایی مانند اتیل پروپانوئات و تری کلرواتان قابل انحلال است . ماده ای قطبی می باشد با توجه به شفافیت و شکل ظاهری PMMA این پلیمر کاربردهای زیادی دارد . این ویژگی ها و همچنین سختی و صلبی آن PMMA را برای استفاده در لعابها مناسب ساخته است .
پلی ( استایرین )
پلی پلیمری است که به دلیل ویژگی های خاص خود و کم بودن هزینه ساخت آن در دنیای پیشرفته امروزی کاربرد زیادی یافته است. از مشخصات آن ، محدوده رنگ بسیار مناسب ، شفافیت ، سختی و جذب آب کم است.
مونومر آن استارین ( وینیل بنزن ) است که از مشتقات بنزن می باشد .(1-2) این مونومر مایعی بی رنگ و روان است . که به آسانی پلیمریزه می شود . اولین گزارش از پلیمریزاسیون آن در سال 1839 ارائه شد در آن زمان سیمون چگونگی تهیه ماده ای که بعدها استرویل نامیده شد را مطرح نمود او عقیده داشت که ماده مذکور اکسید شده و محصول را اکسید استریول نامید . بعدها هنگامی که متوجه شد این ماده فاقد اکسیژن است آن را متااستایرن نامید .
این پلیمر بر اساس آرایش ساده سر مونومر تشکیل شده و چون موقعیت خاص حلقه بنزن متغیر است و حالت تبلور را نشان می دهد آمورف است بر خلاف ویژگی های کلی در بسیاری از موارد بسیار شکننده است به همین دلیل روشهای متعددی برای اصلاح خواص مکانیکی پلی(استارین ) ارائه شده است موفقیت آمیز ترین این روشها کوپلیمراسیون و افزایش پر کننده های لاستیکی است .
تعداد بسیاری از کوپلیمرهای مختلف استارین تولید شده و بازار فروش فروش خوبی دارند .
پلیمرهایی که در ساختار خود بوتادی ان دارند .از بهترین پلیمرها می باشند . در نسبت مناسب مونومرها این کوپلیمرها به صورت الاستومترهای معروف به لاستیک استارین – بوتادی (SBR) در می آیند . مهم دیگر از مواد ترپلیمرهای آکیلونیتریل، بوتادیآن و استارین (ABS) می باشند . انواع مختلفی از پلیمرهای ABS با تغییر در نسبت به ضربه بسیار مقاوم بوده و ترکیباتی با وضعیت سطحی مناسب تولید می کنند .
روش دیگر تولید پلیمر های استایرن تقویت شده استفاده از پر کننده های لاستیکی است .چنین موادی به پلی استایرن های فشرده معروفند که نشاندهنده خواص مکانیکی خواص مکانیکی بهبود یافته در آنهاست . این مواد از انحلال لاستیک در مونومر استایرن و پلیمریزاسیون استایرن به روش معمول به دست می آیند . در این فرایند ، مخلوطی به دست می آید که حاوی لاستیک و پلی و همچنین مقدار کمی از کوپلیمر های پیوندی با شاخه های جانبی کوتاه پلی متصل به مولکولهای لاستیک است . نتیجه کلی این روش تهیه موادی مقاوم تر از پلی خالص در برابر ضربه است . از پلیمریزاسیون استارین در ایجاد اتصال عرضی در پلی استارهای غیر اشباع استفاده می شود .معمولاً پلی استرهای تولید شده دارای پیوندهای دوگانه هستند . چنین رزینهایی به پیش پلیمر معروفند . این رزینها با استایرن مخلوط شده و محلولی غلیظ ایجاد می کنند . محلول به درون زمینه ای از الیاف شیشه وارد می گردد .کامپوزیت حاصل در هر پلیمریزاسیون استارین ، به کمک پیوندهای دوگانه مولکول پیش پلیمر خواص نهایی خود را به دست می اورد . بدین ترتیب شبکه ای سه بعدی مسلح شده با شیشه به دست می آید . ماده کامپوزیتی دارای ویژگی های بسیار خوبی بوده و به طور گسترده در قایق ها، سرویس های بهداشتی و حمام ها به کار می رود .
پلی ( وینیل کلراید )
پلی ( وینیل کلراید ) که با عنوان اختصاری PVC شناخته شده است . نام پذیرفته شده برای پلی (1. کلرواتن ) و از نظر تولید جهانی یکی از سه پلیمر مهم می باشد .دوپلیمر دیگر پلی ( اتیلن ) و پلی ( استایرن) هستند . PVC کاربردهای متعددی در ساخت عایق کابل ، اسباب بازی و لفافهای بسته بندی دارد . مشخص شده که PVC ساختار سر به دم دارد . شواهد تجربی این مطلب انجام واکنش ورتز در هنگام انحلال در دی اکسان و عملکرد با پودر روی و تشکیل محصولی کاملاً اشباع حاوی مقدار کلر می باشد . ساختار ممکن دیگر ، آرایش سر به سر می باشد. ساختار ممکن دیگر ، آرایش سر به سر می باشد که دارای نقاط غیر اشباع در محل خروج اتم های کلر است .
PVC ترکیب نشده بی رنگ و سخت بوده و در برابر نور و حرارت پایداری کمی دارد.
همچنین PVC ناپایدارترین پلیمر صنعتی است . قرار گرفتن آن در معرض نور یا حرارت در دمای بسیار پایین تر از نقطه ذوب منجر به تغییرات زیاد و اجتناب ناپذیر می شود .
در ابتدای مصرف PVC پلیمری بی رنگ است . و با طولانی شدن زمان تابش نور یا حرارت زرد رنگ شده و بعد به رنگ کهربایی تیره و در نهایت سیاه در می آید سیاه در می آید پس از گذشت این زمان، ماده به شدت شکننده می شود . این تغییرات به دلیل دهیدروکلریناسیون پلیمر یعنی از دست دادن HCL در طول شاخه اصلی صورت می گیرد .
این عمل به صورت خودکاتالیزوری انجام می شود و تا زمانی که مقدار کمی کلر در پلیمر باقی باشد، ادامه می یابد . این عمل منجر به کاهش انعطاف پذیری مولکول و امکان جذب نور مرئی طیف الکترمغناطیسی می شود . ایجاد این تغییرات تحولی را در خواص توده پلیمر سبب می گردد به منظور استفاده از قطعات PVC در محلی که در معرض نور خورشید قرار دارد ؛ افزودن پایدار کننده های در مرحله ترکیب ضروری است .
عملکرد پایدار کننده های PVC به طور کامل مطالعه قرار
گرفته اند .این ترکیبات با اولین ذره هیدروژن کلرید موجود واکنش نشان می دهد و کاتالیزورهای دهیدروکلریناسیون را از بین پیوندهای دوگانه موجود بوده و در نتیجه فرایند را معکوس کرده و سبب بی رنگ شدن و عدم شکنندگی محصول می شوند .
نایلون
واژه نایلون اولین بار توسط شرکت دوپان آمریکا به پلیمر تراکمی ساخته شده از واکنش اسیدهای دو عاملی با آمینهای دوعاملی اطلاق شد . این واکنش بخشی از کار تحقیقاتی کاروترز دوباره پلیمرازسیون بود واژه نایلون به تدریج به سایر پلیمرهای وابسته نیز تعمیم یافت به طور کلی این مواد پلی آمید هستند . ولی مجموعه مشخصی از پروتئین ها نیز در زمره پلی آمیدها قرار میگیرند واژه نایلون متمایز کننده پلی آمیدهای مصنوعی از سایر پلی آمیدها است . همانطور که گفته شد نایلونها پلیمرهای تراکمی یا مرحله ای هستند که به همین دلیل با سایر پلیمرهای صنعتی متفاوت می باشند . نایلونها توسط سیستم شماره گذاری بر اساس تعداد اتمهای مهم صنعتی متفاوت می باشند . بنابراین نایلون 6/6 که اولین بار در سال 1925 تهیه شد و هنوز هم در اقتصادی ترین نایلون است . از واکنش هگزامتیلین دی آمین ( با 6 اتم کربن ) با اسید آدی پیک ( با 6 اتم کربن) به دست می اید . ( واکنش 1-5)
به طور مشابه نایلون 10/6 از هگزامتیلین دی آمین و سباسیک اسید ( با 10 اتم کربن) به دست آمده است برخی از نایلونها با یک عدد مشخص می شوند این نایلونها فقط با یک عدد مشخص می شوند . این نایلونها تنها از یک ماده اولیه به دست می آیند . با این روش نایلون 6 از کاپرولاکتام ( با 6 اتم کربن) و نایلون 12 از دودسیل لاکتام ( با 12 اتم کربن ) به دست می آید .( واکنش 1-6)
نایلونهای مختلف دارای خواص فیزیکی مشابهی هستند این ویژگی ها مقاومت زیاددر برابر ضربه سختی قابلیت انعطاف پذیری در برابر سائیدگی می باشند . همچنین از این مواد به دلیل دارا بودن ساختار خطی،الیاف خوبی حاصل می شود . این مبنای موفقیت های اولیه در تجارت نایلون 6/6 بود . تولید تجاری الیاف 6/6 در سال 1938 آغاز شد و دو سال بعد مصرف پارچه های نایلونی در ایالات متحده متداول شده . تهیه این مواد بسیار موفقیت آمیز بوده و استفاده از انها در طول سالهای جنگ جهانی دوم بسیار متداول شده است .
نایلون ها، معمولاً مقاومت خوبی در برابر حلالی های آلی و همچنین مواد نفتی نشان می دهند ولی به شدت تحت تاثیر اسیدهای معدنی غلیط در دماهای بالا قرار می گیرند .
نایلونهای 6/6 و 6 نایلونهایی هستند که معمولاً به صورت الیاف نساجی به کار می روند معمولاً موادی که الیاف مورد نیازمند ( مانند بومها، وسایل ورزشی یا وسایل جراحی) از نایلون 10/6 و 11 استفاده می شود .چون این نایلونها انعطاف پذیری بیشتری داشته و در برابر آب مقاوم هستند تمام نایلونها را می توان با روش تزریق قالب گیری نمود و مواد حاصل کاربرد زیادی در مهندسی مانند ساخت دنده ها دارند .
رزین های اپوکسی :
این پلیمر به شکل حلقه اپوکسی یا اکسیدان بوده و سیستم آنها هتروسیکل سه عضوی است .
در صنعت از دی اپوکسید هایی مانند ترکیبات گرفته شده از بیس فنل A استفاده می شود .این ترکیبات با واکنش های باز کننده حلقه که گروه اپوکسی را وارد مولکول می نماید پخته می شوند . بیس فنل A از دومول فنل و یک مول استون به دست می آید . ( واکنش 1-7)
از واکنشگر های مختلفی می توان در باز کردن حلقه استفاده نمود .
( مانند آمینها و انیدریدها به مقدار استوکیومتری یا اسیدهای لوئیس مانند SnCl4 و بازهای لوئیس مانند آمینهای نوع سوم به مقدار کاتالیزوری .
واکنش های ایجاد اتصالات عرضی در واکنش 1-8 نشان داده شده است و فقط مقدار ناچیزی از عامل پخت رزین های اپوکسی لازم است . انتخاب عامل پخت به عوامل مختلفی مانند هزینه ، سهولت حمل و نقل ، طول عمر دستگاهها ، سرعت پخت ، ویژگی های مکانیکی ، الکتریکی و گرمایی مورد نظر در محصول نهایی بستگی دارد . رزینهای اپوکسی نسبتاً گرانقیمت هستند ولی در بسیاری از موارد استفاده از آنها ضروری است . از این موارد می توان تولید چسبها ، پوشش های محافظ ، لامیناتها و مصالح ساختمانی را نام برد .
پلیمرهای فنل – فرمالدهید
این پلیمر ها از نوع ترموست ، تهیه شده از فنل یا ترکیبات فنل مانند کرزول ها ، زیلنولها ، رزورسینول و فرمالدهید هستند . این ترکیبات از دیر باز شناخته شده بودند مورگان در اوایل دهه 1890 هنگامی که آزمایشات ناموفقی را برای ساخت مواد رنگی مصنوعی از واکنش فنل با فرمالدهید انجام می داد، این پلیمر ها را کشف کرد . ولی تا سال 1907 که لئوبکند در آمریکا اولین مقاله خود را درباره پلیمر تهیه شده از این دو ماده ارائه داد .این کشف مطرح نشد . در سال 1910 بکلند کشف خود را در اختیار شرکت باکلیت قرار دادو بدین ترتیب فرایند فرمالدهید به صورت صنعتی انجام شده و اهمیت زیادی پیدا کرد . بکلند در فاصله زمانی بین کشف اولیه و تولید صنعتی این فراورده به کشفیات مهمی دست یافت .
او متوجه شد که تراکم فنل و فرمالدهید در مجاورت کاتالیزور بازی در دو مرحله قابل انجام است .
اگر فرایند به خوبی کنترل شود می توان محصول را به صورت جامد یا مایع با توجه به میزان پیشرفت واکنش جدا سازی نمود . در این مرحله محصول حاوی مولکوهای خطی قابل ذوب و انحلال مناسب می باشد. اگر محصول تا c 150 حرارت داده شود به جامدی سخت و غیر قابل ذوب به نام باکلیت تبدیل می شود .این مرحله مرحله ای است که در آن شبکه سه بعدی با اتصالات عرضی ایجاد می گردد .
پلیمرهای فنل –مالدهید اهمیت اقتصادی زیادی دارند . از آنها در ساخت قطعات الکتریکی دستگیره وسایل ، قطعات لوازم خانگی، چسب ها و پوشش های سطحی خاص استفاده می شود . فرمالدهید پخته شده در برابر مواد شیمیایی مقاوم هستند . حلال آلی و آب اثری بر آنها ندارند ولی این ترکیبات در فنلهای داغ متورم شده و رزینهای ساده به شدت تحت تاثیر محلول سدیم هیدروکسید قرار می گیرند ولی رزین هایی با پایه مشتقات فنل مانند کرزول ، تاثیر کمتری می پذیرند . پلیمرهای ساده فنل – فرمالدهید در برابر بیشتر اسیدها ، مانند اسید فرمیک و اسید نیتریک ، مقاومت کمی دارند و پلیمرهایی با پایه کرزول در برابر اسیدها نیز مقاومند .
رزین های آمینو
رزین های آمینو ، پلیمرهایی هستند که از واکنش اوره یا ملامین با فرمالدهید به دست می آیند در هردو مورد محصول به دست آمده دارای ساختار شبکه ای با اتصالات عرضی است . در زمره پلیمرهای ترموست قرار می گیرند ساختار دو ترکیب آمینوی مادر در شکل 1-1 ارائه شده است .
شکل 1-1 ساختار اوره و ملامین
اولین مرحله در پلیمریزاسیون واکنش گروههای آمین با فرمالدهید و تولید واحدهای متیدول است . (واکنش 1-9) . حرارت دهی بیشتر پلیمر ، منجر به واکنش های مختلفی می شود .
برای مثال گروههای متیلول می توانند دستخوش خودتراکمی شوند ( واکنش 1-10)
(1-9)
(1-10)
همچنین گروههای متیلول می توانند با گروههای آمینوی دیگر نیز واکنش دهند و یک مولکول آب متصاعد شود .این واکنش نیز از نوع پلیمریزاسیون تراکمی است . ( واکنش 1-11)
(1-11)
برخلاف پلیمرهای فنل – فرمالدهید ، رزین های آمینو دارای رنگ تیره نیستند بلکه رنگ آنها ملایم می باشد . می توان به آنها رنگ دانه هایی اضافه نمود تا رنگهای مختلفی به دست آید . از اینرو رزین های در قطعاتی که شکل و رنگ ظاهری اهمیت زیادی دارد ( مانند ظروف تزئینی ، رزینهای لامینات به کار رفته در مبلمان ، اتصالات الکتریکی جدید ) استفاده می شود . اگر چه رزین ها آمینو دارای اتصالات عرضی در برابر بیشتر حلال های آلی مقاومت زیادی دارند در برابر اسیدها و قلیاها آسیب پذیر هستند.
پلی ( تترافلوئوراتلین PTEF )
این پلمر پلی است ک به طور کامل با فلوئور استخلاف شده است . مقدار تولید صنعتی این پلیمر در مقایسه با سایر پلیمرهای مصنوعی بسیار کم است ولی این پلیمر کاربردهای خاص و مهمی دارد .
علاوه بر خواص مکانیکی ویژه PTEF مقاومت شیمیایی بسیار خوب در برابر انواع واکنشگرها ( به جز فلزات مذاب و فلوئور) را نباید دو داشت . قابل ذکر است که هنوز حلالی برای PTEF شناسایی نشده است .
PTEF پلیمری خطی است که از پلیمرایزاسیون مونومر غیر اشباع تترافلورواتلین به دست می آید . اگر چه به نظر می رسد که این ساختار سبب بروز خاصیت ترموپلاستی در پلیمر می شود PTEF تمایلی به ذوب شدن ندارد . این ماده اثر حرارت مایع نشده و ماده مذاب جاری شونده ای ایجاد نمی کند این پلیمر ماده ای شفاف به دست می دهد که در اثر اعمال نیروی مناسب خواهد شکست .
PTEF قابل انحلال یا ذوب نمی شود بنابراین ساختن قطعات از آن یا مشکلاتی همراه خواهد بود . با استفاده از روشی شبیه به متالورژی پودری بر این مشکل غلبه می شود بدین ترتیب ذرات گرانولی در فشار و دمای بالاذوب می شود . کاربرد اصلی PTEF در ساخت ظروف نچسب آشپزخانه مانند ماهیتابه می باشد در صنعت از این پلیمر برای ساخت درزگیرها ، قطعات پمپها و دستگاههای آزمایشگاهی استفاده می شود .
پلی یورتانها
یورتان نامی است که به گروه عاملی به دست آمده ازواکنش گروه
ایزوسیانات با یک گروه هیدورکسی اطلاق می شود .
(1-12)
پلی یورنها پلیمرهای ترمودستی هستند که از دی ایزوسیاناتها و ترکیبات اصلی دارای تعداد زیادی گروه هیدروکسی به دست می آیند معمولاً ماده اولیه پلیمری با تعداد مونومرهای کم می باشد گونه هایی از این نوع با جرم مولی نسبی کم ، به اولیگومر معروفند .
الیگومرهای به کار رفته در تهیه پلی یورتانها ، پلی استرها و پلی اترها هستندو از این ترکیبات برای وارد کردن تعداد کمی از مونومرهایی با سه گروه هیدروکسی به زنجیر اصلی مولکول استفاده میشود .الیگومرها دارای گروههای هیدروکسیل هستند که به عنوان مناطق ایجاد اتصال عرضی عمل می نمایند . تعدادی از دی ایزوسیاناتهای مختلف اهمیت اقتصادی دارند که نمونه هایی از این نوع در جدول 1-2 ارائه شده اند . کاربرد عمده پلی یورتانها به صورت فومهای صلب یا انعطاف پذیر است. پلی یورتانها صلب کاربردهای زیادی دارند که از جمله می توان از مواد عایق پرکننده حفره ها در دیوار منازل نام برد . پلی یورتانها انعطاف پذیر در تولید کفپوشهای نرم کاربرد دارند . عیب بزرگ این ترکیبات این است که به سهولت شعله ور شده و با شعله ای سمی و دود بسیار زیادی می سوزند که سوانح زیادی را در حریق ها سبب می شود استفاده از این مواد در مورد اخیر کاهش یافته است .
پلی ( اتراترکتونها)
پلی ( اتراترکتونها ) معروف به PEEK در دمای بالا یک پلیمر ترموپلاست نو کریستالی است .این ترکیب با فرایند مرحله ای از واکنش 4-4- دی فلوروبنزوفنون با آنیون هیدروکینون به دست می آید واکنش در حلال قطبی ، با نقطه جوش بالا مانند N سیکلوهگزیل – 2- پیرولیدون (1-13) انجام می شود .
(1-13)
پایداری حرارتی PEEK به قدری زیاد است که می توان از آن در دماهای بالاتر از 250 درجه بدون کاهش خواص فیزیکی استفاده نمود زیرا نقطه ذوب آن 334 درجه است .درجه تبلور آن در صورت کوپلیمریزاسیون با مونومرهای دارای واحدهای دی فنیل کاهش یافته و نظم حلقه های فنیل متصل به شاخه اصلی را کم می کند .
اهمیت صنعتی PEEK در خواص گرمایی ویژه آن است و عموماً در قطعات فضاپیماو هواپیما و صفحات مدار به کار می رود .
سیلیکونها:
سیلیکونها پلیمرهایی هستند که در شاخه اصلی آنها اتم های اکسیژن و سیلیکون به صورت متناوب قرارگرفته و اتم های سیلیکون به گروههای آلی متصلند . ساختار این ترکیبات به صورت زیر است .
(1-5)
امکان وجود ساختارهای مختلف ( خطی ، مولکولهایی با جرم مولی نسبی کم ، شبکه های سه بعدی ) نشان می دهد که سیلیکونها می تواند از نظر فیزیکی ، شکلهای مختلفی داشته باشند .
سیلیکونها نسبتاً گرانقیمت هستند ولی به شدت دافع آب بوده و پایداری حرارتی بسیار خوب دارند .بنابراین در جایی که این خواص مورد نیاز باشند به کار می روند .
آلودگی توسط پلیمرها :
آلودگی به وسیله وارد شدن مواد به محیط زیست توسط انسان تعریف می شود . که موجب پدید آمدن خطرات و زیانهایی برای سلامت انسان می شودو باعث وارد آمدن خسارت به منابع زنده ، اکولوژی سیستم و محیط زیست می گردد . این تعاریف شرم آور شامل ضربه ای که پلیمر هم به شکل نهایی و هم به صورت مواد خام به محیط زیست می شود نیز می شود .برای مثال می توان به ترموپلاستیکهایی که به صورت یک بار مصرف برای یک استفاده خاص ساخته شده اند اشاره نموئد .در هر شکل زباله های پلاستیکی بسیار زیاد است و خنثی کردن نسبی آن در مقابل واکنش ها شیمیایی موجب افزایش مصرف و در نهایت تولید زباله های غیر قابل بازیافت می شود . نگرانی بیشتر در مورد رشد الودگی در دریای آزاد است . مناطقی که از منابع کشتیرانی اصلی دور هستند .
مشکل طبیعت
مسئله آلودگی پلیمرها یک مسئله ساده فنی نیست . بلکه اهمیت اجتماعی و سیاسی دارد .وقتی پلیمر ها بدرستی استفاده شوند مواد مطلوبی خواهند بود . خواص مطلوب پلیمرها این مواد ر ا برای کاربردهای بسیار ایده آل می سازد مقاومت پلیمرها در مقابل تنشهای محیط زیستی و مقاومت به تخریب اساساً به عنوان خواص مورد علاقه صنایع می باشد . از تمدنهای بزرگ گذشته موادی بجای مانده که تقریباً در مقابل مسائل محیط زیستی مقاوم بودند .
اگر چه این مواد برای ساخت چنین گونه هایی برای یک بار مصرف مناسب نیستند ولی هنوز آنها را برای این منظور استفاه می کنند . در پی این انتخاب نادرست مواد منابع طبیعی هدر می روند و انی خصوصیت کشورهای صنعتی است که با مسئله ئدر حال رشد دفع زباله روبرو هستند . در واقع هنوز کنترل مشخصی برای جلوگیری از دفن کردن این مواد نیست . ضمن اینکه پلیمرها در محیط زیست غیر قابل تخریب هستند به همین دلیل یک کنترل منطقی لازم است تا از ساخت موادی که بعدها قابل بازیافت نخواهند بود از ابتدا جلوگیری شود .
با در نظر گرفتن یک مثال مشخص طبیعت غیر فنی این مسئله آشکار می شود .می دانید که بطریهای پلاستیکی ارزانتر از آنهایی هستند که از شیشه ساخته می شود و به همین دلیل جایگزین شیشه ها در صنعت نوشیدنها شده اند . رد بریتانیا 5 میلیون بطری پلاستیکی در سال مصرف میشود که این امر منتهی به مسائل جدی زیست محیطی می شود . زیرا این مواد برای استفاده مجدد نیاز به استریل کردن دارند و به همین دلیل مجدداً استفاده نمی شود .
بنابراین بازیافت و دوباره مصرف کردن آنها مشکل بوده و دفع آنها نیز گران است .
استرلیزه کردن نیز که با استفاده از دمای بالا استفاده می شود موجب نرم شدن و حتی ذوب شدن پلاستیک می شود .
تغییر نسبتاً جدیدی در مصرف بطریهای پلاستیکی بوجود آمده . قبلاً بسیاری از نوشیدینها در بطریهای شیشه ای فروخته می شد وبرخی نظیر لیمودناد در بطریهای قابل برگشت فقط یک مسئله تکنیکی نیست. در آلمان ، فرانسه و اسپانیا فروشگاهها با دادن امتیاز برای جمع آوری بطریهای برگشتی استفاده از بطریهایی خالی را برمی گرداند . در نتیجه شیشه به عنوان ماده انتخاب برای این بطری ها استفاده می شود .
در نظر گرفتن منابع زباله های پلاستیکی آموزنده است جدول 1-10 سهم زباله برای پلیمرهای خاص را نشان می دهد .جدول 2-10 نیز سهم زباله های طبقه بندی شده در مصرف را نشان می دهد همانگونه که مشاهده میشود سهم بسیار بالایی از زباله های پلیمری را پلی اتیلن به خود اختصاص می دهد که تنها یک بار مصرف در ریخته می شود .اطلاعات جدول 2-10 نشان می دهد که بسته بندی در این مورد نقش اضلی را بعهده دارد کاربردهایی نظیر اثاثیه منزل و کاربردهای الکتریکی استفاده های قابل قبولتری از پلیمرها را نشان می دهد .میزان زباله حاصل از این کاربرد نسبتاً پایین هستند زیرا عمر محصولات طولانی است .
انرژی و پلیمرها:
از آنجایی که پلاستیکها عموماً از مواد اولیه هیدروکربنی ساخته می شوند . این مواد باید برای حفظ انرژی بازیافت شوند تا انرژی مصرف شده حفظ شود .
در شرایطی که بازیافت یک امر آسانی نیست و استفاده از پلاستیکها در سوختهای مشتق شده از زباله می تواند از نظر حفاظت انرژی مقیاس قابل قبولی باشد .
در این میان قابل ذکر است که سوزاندن پلاستیکها یک ایده خوشایندی نیست زیرا میزان دی اکسید کربن سر تا سر کره زمین را افزایش می دهد .اگر چه این مواد بعنوان سوخت بسیار مفید هستند ولیکن سوزاندن آنها به راحتی پتانسیل آنها را به طور قابل توجهی هدر می دهد از طرف دیگر سوزاندن پلاستیکها نه تنها co2 آزاد می کند بلکه مقادیر بسیارکم دیگر آلوده کننده های نامطلوب را نیز تولید می کند.
بازیافت پلیمرها:
بازیافت و استفاده مجدد از پلیمرهای سنتزی قابل قبولترین راه حل مشکلات زباله است . انواع مختلف زباله ندرتاً می توانند استفاده شوند اما به جای آنکه پلیمر را مجدداً ساخت می توان ان را بازیابی کرد . در اصل پلیمرها بدون هیچ افت مهمی در خواصشان می توانند بازیافت می شوند برای مثال بطری های پلی کربنات می توانند به وسیله دستگاههای خاصی بازیافت شوند و سپس به صورت کالاهایی با عملکرد بالادر خانه مورد مصرف قرار گیرند .
اقتصاد مسئله مهم در بازیافت است درامریکا علائم مجازی برای پلیمرهای معین وجود دارد که نشان دهنده جنس آنها بوده و به همین جهت بازیافت آنها را آسانتر می کند . برای مثال بطریهای نوشیدنی پلی ( اتیلن ترفتالات) می توانند تمیز شده و بازیافت شوند از نظر اقتصادی نیز بازیافت این مواد میسراست . پلیمرهای بازیافت شده به عنوان الیاف فرش مواد پرکننده مبلمان و یا مواد عایق استفاده می شوند زباله های نایلونی نیزمی توانند با سود بالا بازیافت شوند .
یک مشکل فنی که همراه بازیافت است این است که برای بسیاری از کاربردها مخلوطی از چند پلیمر مختلف باهم در یک روش پیچیده استفاده می شوند . با این وجوذ لازم است که انواع مختلف پلیمرها را تشخیص دهیم و آنها را از هم جدا کنیم . یک سیستم پیشنهادی که هنوز به دنیا معرفی نشده است این است که روی تک تک اجزا پلیمری در یک مجموعه اتومبیل نمایشگر و یا کد کامپیوتری بزند .
پلیمرهای قابل تخریب
روش دیگری که برای حل مسئله زباله های پلیمری وجود دارد .ساخت پلیمرهای قابل تخریب است مشکل این فرض این است که در ساخت پلیمرهای قابل تخریب ممکن است برخی خواص مناسب پلیمرها نظیر استحکام و مقاومت بالای این مواد از بین برودهمچنین امکان وجود دارد که تخریب محصولات واکنش را بالا ببرد که این خود سبب مسائل زیست محیطی می شود زباله های سمی که از پلیمرهای در حال تخریب بوجود می آیند آب اطراف آن زمینها را آلوده می کنند .
تمام مواد سنتزی ارزش بازیافت را ندارند . برای مثال کیسه های پلاستیکی حلقه های شش تایی قوطیهای نوشیدنی ،تورهای ماهیگیری و طنابهای زیر دریایی به سختی بازیافت می شوند اگر تخریب محصولات از نظر محیطی مطلوب باشد ساخت انواع پلیمرهای قابل تخریب می تواند مسئله زباله را حل کند .
نظرات مختلفی برای طراحی پلیمرهای قابل تخریب وجود دارد، اما اجرای این نظرات به کندی عمل می شود . پلیمرهای قابل تخریب باید یک عمر منطقی در طول سرویس دهی اشان داشته باشند کیسه های پلاستیکی فروشگاهها نمی تواند بصورت قابل تخریب ساخته شوند . زیرا هر گونه کشش و یا کشیدگی از لحظه ای که آنها تولید می شوند آنها را غیر قابل استفاده می کند بنابراین پلیمرهایی باید قابل تخریب طراحی شوند که تخریبی طولانی مدت داشته باشند
تخریب پلیمرها تحت شرایط فعال محیطی باعث کاهش مسئله زباله های پلاستیکی می شود که این امر موجب گسترش پلیمرهای زیست – تخریب می شود . فرایندهای تخریب که بوسیله ارگانیسم ( باکتری و قارچ ) انجام می شود و عموماً پیچیده هستند . ماکرومولکولهای طبیعی نظیر سلولز یا پروتئین عموماً در سیستم های بیولوژیکی بوسیله هیدولیز و بدنبال آن اکسیداسیون تخریب می شوند .
ساخت پلیمرهای مصنوعی که قادر ند از نظر بیولوژیکی تخریب شوند عموماً با استفاده از گروههای عاملی انجام می شود که این عوامل می تواند هیدرولیز اکسیداسیون آنزیمی شوند .
پلی استرهای آلیفاتیک ، پلی یورتانها، پلی ( وینیل الکل ) و پلی ( وینیل اتانوات ) از جمله پلیمرهایی هستند که به این روش تخریب می شوند این مواد اغلب کاربردهایی در زمینه طبی پیدا می کنند ( نظیر بخیه های قابل جذب یا ماتریسهایی با رهایش کنترل شده برای دارو )
اخیراً مواد مشابه ای برای استفاده در زمینه های بسته بندی ساخته شده اند که به راحتی جزء پلیمرهای قابل تخریب هستند .
همانگونه که قبلاً ذکر شد دفن کردن در خاک به عنوان روش انتخابی برای تخریب پلیمرها استفاده می شود . اگر چه شرایط دفن زباله های قابل تخریب در محیط مشابه شرایط دفن پلاستیک ها است .اما به دلیل عدم کنترل روی آب و هوای ناحیه و یا تنوع میکروارگانیسم هایی که در تخریب پلیمرهای بیولوژیکی شرکت می کنند . اغلب مشکل است که نتایج بدست آمده را دوباره تکرار کرد . آزمایشات مختلفی برای قابلیت زیست تخریبی این پلیمرها انجام می شود . که این آزمایشات روی خاک حاصل از دفن زباله با میکروارگانیسم های پیشرفته برای بدست آوردن جزییات بیشتر انجام می شود .
این مطالعات تعیین کنند که آیا پلیمر های سنتزی قابلیت زیست تخریبی دارند یا خیر ؟ از طرف دیگر میزان این قابلیت وقتی که پلیمر مصنوعی تخریب می شود بوسیله شکل ظاهری و نیز خصوصیت جنسی که پلیمر از آن ساخته می شود تعیین می شود .
|
.gif)
