up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله پليمر PDF
QR code - پليمر

پليمر

تصور جهان پيشرفته کنوني بدون وجود مواد پليمري مشکل ميباشد. امروزه اين مواد جزيي از زندگي ما شدهاند و در ساخت اشياي مختلف ، از وسايل زندگي و مورد مصرف عمومي تا ابزار دقيق و پيچيده پزشکي و علمي بکار ميروند. کلمه پليمراز کلمه يوناني (Poly) به معني چند و ( Meros ) به معناي واحد با قسمت بوجود آمده است. در اين ميان ساختمان پليمرها با مولکولهاي بسيار دراز زنجير گونه با ساختمان فلزات کامل متفاوت است. اين مولکولهاي بلند از اتصال و بهم پيوستن هزاران واحد کوچک مولکولي مرسوم به منومر تشکيل شدهاند. مواد طبيعي مانند ابريشم ، لاک ، قير طبيعي ، کشانها و سلولز ناخن داراي چنين ساختمان مولکولي هستند.
البته تا اوايل قرن نوزدهم ميلادي توجه زيادي به مواد پليمري نشده بود بوميان آمريکاي مرکزي از برخي درختان شيرابههايي استخراج ميکردند که شيرابه بعدها نام لاتکس به خود گرفت. در سال ۱۸۲۹ ، دانشمندان متوجه شدند که در اثر مخلوط کردن لاتکس طبيعي با سولفور و حرارت دادن آن مادهاي قابل ذوب ايجاد ميشود که ميتوان از آن محصولات مختلفي نظير چرخ ارابه يا توپ تهيه کرد. در سال ۱۹۰۹ ميلادي فنل فرمالدئيد موسوم به باکليت ساخته شد که در تهيه قطعات الکتريکي ، کليدها ، پريزها و وسايل مصرف زيادي دارد.
در اثناي جنگ جهاني دوم موادي مثل نايلون پلي اتيلن ، اکريليک موسوم به پرسپکس به دنيا عرضه شد. نئوپرن را شرکت دوپان در سال ۱۹۳۲ ابداع و به شکل تجارتي ابتدا با نام دوپرن و بعدها نئوپرن عرضه کرد.
● شاخه هاي پليمر
اولين قدم در زمينه صنعت پلاستيک توسط فردي به نام واسپاهيات انجام گرفت وي در تلاش بود مادهاي را به جاي عاج فيل تهيه کند. وي توانست فرآيند توليد نيترات سلولز را زا سلولز ارائه کند. در دهه ۱۹۷۰ پليمرهايهادي به بازار عرضه شدند که کاربرد بسياري در صنعت رايانه دارند زيرا مدارها و ICهاي رايانهها از اين مواد تهيه ميشوند. و در سالهاي اخير مواد هوشمند پليمري جايگاه تازهاي براي خود سنسورها پيدا کردند. پليمرها را ميتوان از ۷ ديدگاه مختلف طبقه بندي نمود. صنايع ، منبع ، عبور نور ، واکنش حرارتي ، واکنشهاي پليمريزاسيون ، ساختمان مولکولي و ساختمان کريستالي.
از نظر صنايع مادر پليمرها به چهار گروه صنايع لاستيک ، پلاستيک ، الياف ، پوششي و چسب تقسيم بندي ميشوند. اينها صنايع مادر در پليمرها ميباشند اما صنايع وابسته به پليمر هم فراوان هستند مانند صنعت پزشکي در اعضاي مصنوعي ، دندان مصنوعي ، پرکنندهها ، اورتوپدي از پليمرها به وفور استفاده ميشود. پليمرها از لحاظ منبع به سه گروه اصلي تقسيم بندي ميشوند که عبارتند از پليمرهاي طبيعي ، طبيعي اصلاح شده و مصنوعي.
● رزين
منابع طبيعي رزينها ، حيوانات ، گياهان و مواد معدني ميباشد. اين پليمرها به سادگي شکل پذير بوده ليکن دوام کمي دارند. رايج عبارتند از روزين ، آسفالت ، تار ، کمربا ، سندروس ، ليگنپين ، لاک شيشهاي ميباشند. رزينهاي طبيعي اصلاح شده شامل سلولز و پروتئين ميباشد سلولز قسمت اصلي گياهان بوده و به عنوان ماده اوليه قابل دسترسي براي توليد پلاستيکها ميباشد کازئين ساخته شده از شير سرشير گرفته ، تنها پلاستيک مشتق شده از پروتئين است که در عرصه تجارت نسبتا موفق است.
پليمر مصنوعي
پليمرهاي مصنوعي را ميتوان از طريق واکنشهاي پليمريزاسيون بدست آورد. از مواد پليمري ميتوان در تهيه پلاستيکها ، چسبها ، رنگها ، ظروف عايق ، مواد پزشکي بهره جست. پلاستيکها به توليد طرحهاي جديد در اتومبيلها ، کاميونها ، اتوبوسها ، وسايل نقليه سريع ، هاورکرافت ، قايقها ، ترنها ، آلات موسيقي ، وسايل خانه ، يراق آلات ساختماني و ساير کاربردها کمک نمودهاند در ادمه به بررسي کاربرد چندين پليمر ميپردازيم:
پليمرهاي بلوري مايع (LCP)
اين پليمرها بتازگي در بين مواد پلاستيکي ظهور کرده است. اين مواد از استحکام ابعادي بسيار خوب ، مقاومت بالا ، مقاومت در مقابل مواد شيميايي توام با خاصيت سهولت شکل پذيري برخوردار هستند. از اين پليمرها ميتوان به پلي اتيلن با چگالي کم قابل مصرف در ساخت عايق الکتريکي ، وسايل خانگي ، لوله و بطريهاي يکبار مصرف ، پلي اتيلن با چگالي بالا قابل مصرف در ظروف زبالهها بطري ، انواع مخازن و لوله براي نگهداري و انتقال سيالات ، پلي اتيلن شبکهاي ، پلي پروپيلن قابل مصرف در ساخت صندوق ، قطعات کوچک خودرو ، اجزاي سواري ، اسکلت صندلي ، اتاقک تلويزيون و... اشاره نمود.
پليمرهاي زيست تخريب پذير
اين پليمرها در طي سه دهه اخير در تحقيقات بنيادي و صنايع شيميايي و دارويي بسيار مورد توجه قرار گرفتهاند. زيست تخريب پذيري به معناي تجزيه شدن پليمر در دماي بالا طي دوره مشخص ميباشد که بيشتر پلي استرهاي آليفاتيک استفاده ميشود. از اين پليمرها در سيستمهاي آزاد سازي دارويي با رهايش کنترل شده يا در اتصالات ، مانند نخهاي جراحي و ترميم شکستگي استخوانها و کپسولهاي کاشتي استفاده ميشود.
▪ پلي استايرن
اين پليمر به صورت گستردهاي در ساخت پلاتيکها و رزينهايي مانند عايقها و قايقهاي فايبر گلاس در توليد لاستيک ، مواد حد واسط رزينهاي تعويض يوني و در توليد کوپليمرهايي مانند ABS و SBR کاربرد دارد. محصولات توليدي از استايرن در بسته بندي ، عايق الکتريکي - حرارتي ، لولهها ، قطعات اتومبيل ، فنجان و ديگر موادي که در ارتباط با مواد غذايي ميباشند ، استفاده ميشود.
▪ لاستيکهاي سيليکون
مخلوط بسيار کاني- آلي هستند که از پليمريزاسيون انواع سيلابها و سيلوکسانها بدست ميآيند. با اينکه گرانند ولي مقاومت قابل توجه در برابر گرما به استفاده منحصر از اين لاستيکها در مصارف بالا منجر شده است. اين ترکيبات اشتغال پذيري نسبتا پايين ، گرانروي کم در درصد بالاي رزين ، عدم سميت ، خواص بالاي دي الکتريک ، حل ناپذيري در آب و الکلها و ... دارند به دليل همين خواص ترکيبات سيليکون به عنوان سيال هيدروليک و انتقال گرما ، روان کننده و گريس ، دزدگير براي مصارف برقي ، رزينهاي لايه کاري و پوشش و لعاب مقاوم در دماي بالا و الکلها و مواد صيقل کاري قابل استفادهاند. بيشترين مصرف اينها در صنايع هوا فضاست.
▪ لاستيک اورتان
اين پليمرها از واکنش برخي پلي گليکولها با دي ايزوسياناتهاي آلي بدست ميآيند. مصرف اصلي اين نوع پليمرها توليد اسفنج انعطاف پذير و الياف کشسان است. در ساخت مبلمان ، تشک ، عايق - نوسانگير و ... بکار ميروند. ظهور نخ کشسان اسپندکس از جنش پلي يوره تان به دليل توان بالاي نگهداري اين نوع نخ زمينه پوشاک ساپورت را دگرگون کرده است.
پليمريزاسيون
بررسي روشهاي بهينه سازي تهيه پلي ايتلن ترفتالات بااستفاده از منابع داخلي
در پروژهء حاضر روشهاي تهيه پلي استرها از ديدگاه مکانيسم واکنشها، شرايط مورد نياز و عوامل موثر برپليمريزاسيون و همچنين فرآيندهاي صنعتي توليد اين ترکيبات مهم مورد بررسي قرار گرفته اند و پلي اتيلن ترفتالات (PET) به عنوان يک پلي استر معمول المصرف تحت شرايط متفاوت در مقياس آزمايشگاهي تهيه شده است. در تهيه (PET) از دي متيل ترفتالات (DMT) واتيلن گليکول (EG) بعنوان مونومر استفاده شده و پليمريزاسيون در غياب حلال و در حالت مذاب در طي دو مرحله ترانس استريفيکاسيون و تراکم انجام گرفته است. براي مرحله اول انواع کاتاليزورهاي قليايي از جمله استات ها و ترفتالاتهاي فلزي مورد آزمايش قرار گرفته اند و در مرحله دوم جهت تراکم مونومرها و اليگومرهاي اوليه، افزايش جرم مولکولي پليمر و خروج مازاد اتيلن گليکول، کاتاليزورهاي فلزي مانند اکسيدهاي آنتيموان، بيسموت ، روي و غيره مورداستفاده قرار گرفته است. تعميم نتايج حاصل از روشهاي آزمايشگاهي و گسترش آنها در حد پارامترهاي توليد نيمه صنعتي و صنعتي مي تواند به عنوان اولين قدم در بهبود شرايط توليد وامکان طراحي واحدهاي ساده تر و موثرتر در داخل کشور موثر واقع شود. نتايج مقايسه شده از اجراي مرحله اول تحت جريان ازت و مرحله دوم در دماي بالا و خلاء در شرايط متغير از نظر نوع کاتاليزورها نشان داده است که مي توان با تغيير نوع و غلظت اين ترکيبات راندومان محصول، جرم مولکولي و کيفيت ظاهري پليمرهاي حاصل را اصلاح نمود. تاثير افزايش برخي مواد اصلاح کننده که اثر خود را از طريق حذف کاتاليزورهاي مرحله اول و يا ورود در زنجيرهاي اصلي و جانبي پليمر اعمال مي کنند، مورد مطالعه قرار گرفته است . ساختمان پليمرهاي حاصل از روشهاي مختلف از طريق تعيين نقطه ذوب و طيفهاي NMR,IR تاييد شده وويسکوزيته محلولهاي حاصل از آنها تعيين شده است. جرم مولکولي پليمرها به روش GPC اندازه گيري و آزمايشهاي تجزيه اي از قبيل اشتعال و تعيين گروههاي انتهايي در حد مقدور انجام گرفته اند. نتايج حاصل حاکي از اين است که مي توان PET را بنحو مطلوبي از واکنش DMT با EG مازاد )نسبت مولي ۵ ۱ برابر( در حضور ترفتالاتهاي قليايي و مديفايرهاي فسفردار با نسبت وزني حدود (%۵ ۰) و همچنين کاتاليزورهاي فلزي موثر مانند اکسيد آنتيموان در طي دو مرحله متوالي تهيه نمود. بهمزدن مداوم و عبور يک گاز بي اثر باعث تسريع خروج محصولات جانبي مانند متانول و اعمال دما و فشار مناسب باعث تقطير EG اضافي و افزايش جرم مولکولي مي گردد. ترکيبات فسفردار محصولات جانبي مضر مانند استالدهيد و استال ها را کاهش مي دهد و به حذف بقاياي کاتاليزوري مرحله اول کمک مي کند. جايگزيني استات ها با ترفتالاتهاي فلزي نيز کاتاليز واکنشهاي پارازيت در مرحله دوم را تحت الشعاع قرار مي دهد.
پليمر در صنعت
▪ پلي اتيلن
شيمي ياکرومولکولها(پليمرها) براي اولين بار توسط مطالعات و تحقيقات پروفسور H.Staudinger در بين دو جنگ جهاني اول و دوم پا به عرصه وجود گذاشت و مانند ساير ايده هاي نوين با نظريات انتقادي شديد مواجه گشت که اکنون همگي فراموش شده اند مگر آنهايي که از آن پشتيباني کردند و اين علم را به ترقي افتخار آميز امروز رسانيدند.اين علم به کارشناسان شيمي آلي اين امکان را داده است که بتوانند تعداد بسيار متنوعي از پليمرها را از طريق سنتز بدست بياورند.
اتيلن (اتن) با فرمول H۲C=CH۲ بيشترين حجم را در توليد بسياري از ترکيبات پتروشيمي دارد.اتيلن سبک ترين الفين است،که گازي بي رنگ، قابل اشتعال و با بويي تقريبا شيرين است.پلي اتيلن پليمري است که از اتيلن درست مي شود.انواع زيادي از پلي اتيلن وجود دارد،تفاوت ها عمدتا از شاخه هايي که طبيعت مواد را تغيير مي دهدناشي مي شود.در حالت جامد ،وجود شاخه ها و نقص ها سطح کريستالي شدن را کاهش مي دهد.
تقسيم بندي اساسي پلي اتيلن عبارت است از:
۱) HDPE پلي اتيلن با دانسيته بالا
۲) LDPE پلي اتيلن با دانسيته پايين
۳) LLDPE پلي اتيلن سبک خطي
۴) VLDPE پلي اتيلن خيلي سبک
۵) COPOLYMERSکوپليمرهاي اتيلن-ونيل استر
۶) IONOMERS يونيمرها
۷) XLPEپلي اتيلن با اتصالات عرضي
رزين هاي پلي اتيلن با دامنه وسيعي از ويژگي هاي فيزيکي ،باعث توليد تعداد زيادي از محصولات مي شود.
به دليل آنکه LLDPE نقطه ذوب پايين دارد و از نظر شيميايي مقاوم است از طريق تکنيک هاي معمولي قابل تبديل است.
۱) ساختن فيلم،بيشترين LLDPE توليد شده در جهان به فيلم نازک تبديل مي شود که اعم از دميدن مذا ب(melt blown)و ريخته گري مذاب است.
۲) شکل دهي تزريقي (Injection molding)،اين روش براي توليد موادي با اشکال پيچيده استفاده مي شود.ماشين شکل دهي شامل دو قسمت است :يک واحد تزريق (يک رآکتور) و يک واحد clamp (يک قالب)
۳) شکل دهي دميدني (Blow molding)،بطري ها و ظرف هاي ساده در مقادير زياد با تکنولوژي شکل دهي دميدني ساخته مي شود.
۴) شکل دهي چرخشي (rotational molding)،ظرف هاي بزرگ و بعضي اسباب بازي ها با اين روش ساخته مي شوند.
۵) اکستروژن (extrusion) کاربرد ها ي اکستروژن شامل pelletization مواد LLDPE پس از ساخت فيلم ضخيم، ورقه، لوله، tubing و سيم هاي عايق است.
همچنين اکسترود ها ي تکميل يافته به منظور پوشاندن سيم ها و کابل ها با لايه LLDPE مورد استفاده قرار مي گيرند.
بزرگترين بازار فيلم LLDPE بازار کيف است. چون فيلم LLDPE مقاومت کشش بالا دارد و در برابر پارگي مقاوم است قادر است با فيلم HDPE در بسياري از کاربرد ها رقابت کند. چون کيف هاي ساخته شده از فيلم هاي نازک LLDPE مقاومت کششي بسيار عالي، مقاومت در برابر سوراخ شدن و مقاومت مهر شدن ( seal) در فشار هاي کم را دارد مي توانند براي بسته بندي ويا به عنوان کيف جيبي کيف خشک شويي و لباس خشک شويي و کيف يخ مورد استفاده قرار گيرد. حجم مهمي از فيلم LLDPE براي توليد مواد بسته بندي در سايز بزرگ براي غذا ( مثل ساک بقالي) و منسوجات استفاده مي شود. ضمنا در صنعت و کشاورزي نيز کاربرد دارد.
قالبگيري تزريقي دومين بازار بزرگ LLDPE است. بيش ار نيمي از LLDPE مصرفي در کاربردهاي قالبريزي شده، براي سيم منازل استفاده ميشود.
سيم منازل LLDPE نسبت به LDPE سفتتر، داراي مقاومت بيشتر در برابر ضربه و تغيير شکل در دماهاي بالا است و قدرت inpact انها در دماي پايين از پلي پرو پيلن برتر است. در نتيجه ظروف ساخته شده از LLDPE جلاي خيلي عالي و warpage پايين دارد. به همين ترتيب ظروف زباله و ظروف صنعتي ساخته شده از LLDPE استحکام استثنايي دارد و مي تواند در برابر جابه جايي هاي خشن مقاومت کند. کاربردهاي شکلدهي تزريقي براي LLDPE با ترکيب يکنواخت(پلاستومر) شامل پوششهاي شفاف براي ظروف خانگي و ماسک صورت براي کار با اکسيژن است.
کاربردهاي Blow molded , Rotationaly molded ، LLDPE قادر است تا با محصولات گرانتر از قبيل cross-linked( شبکهاي شده) و rubber-modified PE رقابت کنند. بنابر اين انواع زيادي از کالا ها از ذرات ترکيب شده (molded) با ساختار پيچيده از رزين هاي LLDPE ساخته مي شود که از جمله مي توان اسباب بازي، ظروف بزرگ با لبههاي گرد، تانکهاي کشاورزي و نگهداري آب را نام برد.
ويژگيهاي LLDPE در ساخت لوله نيز نقش مهمي ايفا ميکند. لوله هاي LLDPE نه تنها انعطافپذيري لازم، مقاومت بالا در برابر ترکبدگي و مقاومت در برابر شکست تنش محيطي بالايي دارد، بلکه تغيير شکل حرارتي ان بيشتر از LDPE و بعضي درجه هاي HDPE است. لوله ي LLDPE براي لوله کشي قطره اي، لوله ي استخر هاي شنا، لوله هاي خرطومي منازل و غيره بکار مي رود.بدليل خلوص ،شفافيت و انعطاف پذيري LLDPE (با ترکيب يکنواخت) و VLDPE ،اين مواد جايگزين PVC در بعضي کاربردها از جمله کاربردهاي دارويي از تيوب شده است.
LLDPE به طور گسترده براي سيم و پوشش کابل در صنعت برق و تلفن استفاده مي شود. پوشش به ويژگي هايي از قبيل انعطاف پذيري ،کشش،دماي شکنندگي پايين،مقاومت بالا در برابر خراشيدگي،و خواص دي الکتريک بالا نيازکند است که بزاي رزين هاي PE معمولي است.سيم پوشيده شده با LLDPE بطور گسترده در توزيع برق با ولتاژ پايين ،اتصال کابل هاي قدرت زيرزميني،شبکه هاي ارتباطي و اطلاع رساني، سيم کشي خودرو و لوازم خانگي به کار مي رود.همچنين حجم مهمي از LLDPE در بعضي کاربردهاي الکتريکي مثل jacketing,molded accessory panels و ورقه هاي نيمه هادي استفاده مي شود.

تصور جهان پيشرفته کنوني بدون وجود مواد پليمري مشکل مي باشد. امروزه اين مواد جزيي از زندگي ما شده اند و در ساخت اشياي مختلف ، از وسايل زندگي و مورد مصر ...

ريشه لغوي واژه پليمر از دو واژه يوناني Poly و Meros مشتق شده است و به معني بسپار است. مقدمه بشر نخستين ، آموخته بود چگونه الياف پروتئيني پشم و ابريشم ...

البته تا اوايل قرن نوزدهم ميلادي توجه زيادي به مواد پليمري نشده بود بوميان آمريکاي مرکزي از برخي درختان شيرابه هايي استخراج مي کردند که شيرابه بعدها ن ...

بشر با تلاش براي دستيابي به مواد جديد, با استفاده از مواد ألي (عمدتا هيدروكربنها) موجود در طبيعت به توليد مواد مصنوعي نايل شد. اين مواد عمدتا شامل عنص ...

تهيه غذاي سالم تر ، پيشرفت کيفيت ابزار و وسائل، استانداردهاي اندازه گيري و ماشين ها از جمله اين موارد هستند. در تشخيص ناهنجاري هاي متابوليسمي و درمان ...

تصور جهان پيشرفته کنوني بدون وجود مواد پليمري مشکل مي باشد. امروزه اين مواد جزيي از زندگي ما شده اند و در ساخت اشياي مختلف، از وسايل زندگي و مورد مصرف ...

امروزه با رشد توليدات پلاستيکي(پليمري) در سطح جهان و استفاده روزافزون از اين توليدات، ميزان توجه به اين محصولات نيز زياد شده است. استفاده از پليمر به ...

تاريخ نشان داده است که در ابتداي تمدن بشري نيازي به بسته بندي مواد غذايي نبود، بلکه مردم براي به دست آوردن غذا از محلي به محل ديگر مي رفتند تا زماني ک ...

دانلود نسخه PDF - پليمر