پلیمر-پلی ایزوپرن

از معروف‌ترین پلیمرهای طبیعی، پلی ایزوپرن، یا لاستیک طبیعی است. اقوام مایایی و آزتکی (ساکنان باستانی مکزیک)، آن را از درخت هِوِآ به دست می آوردند و از آن برای ساخت چکمه های ضد آب استفاده می کردند. آنها همچنین این ماده را در ساخت توپ هایی به کار می بردند که از آنها برای یک بازی شبیه به بسکتبال استفاده می کردند. این پلیمر همان چیزی است که ما آن را الاستومر می نامیم؛ یعنی این ماده پس از کشیده شدن یا تغیر شکل، به شکل اولیه باز می گردد. معمولاً لاستیک طبیعی برای ایجاد اتصالات عرضی، تحت فرآیند قرار می گیرد تا به الاستومر بهتری تبدیل شود.

پلی‌ایزوپرن، یک پلیمر دی‌اِنی است، یعنی پلیمری است که از مونومری حاوی دو پیوند دوگانه‌ی کربن-کربن ساخته شده است. مانند اکثر پلیمرهای دی‌انی، این پلیمر نیز دارای یک پیوند دوگانه‌ی کربن-کربن در زنجیر اصلی است. پلی‌ایزوپرن را می‌توان از شیره‌ی درخت هوآ استخراج نمود، اما می‌توان از طریق پلیمریزاسیون زیگلر-ناتا نیز این ماده را تهیه نمود. این پلیمر، نمونه‌ای نادر از یک پلیمر طبیعی است که ما می‌توانیم آن را تقریباً به خوبی پلیمر به دست آمده از طبیعت، تولید کنیم.

 

02432464407-9

 

پلیمر-پلی‌ایزوبوتیلن

این نوع پلیمر یک لاستیک مصنوعی، یا الاستومر است. این پلیمر استثنایی است، زیرا تنها لاستیکی است که در مقابل گاز، ناتراوا (غیر قابل نفوذ) عمل می‌کند. به عبارت دیگر تنها لاستیکی است که می‌تواند هوا را برای مدت زمان طولانی نگه دارد. احتمالاً متوجه شده اید که بادکنک‌ها پس از چند روز خالی می‌شوند. دلیلش آن است که این بادکنک‌ها از پلی‌ایزوپرن ساخته شده‌اند که در مقابل گاز، ناتراوا نیست. از آنجایی که پلی‌ایزوبوتیلن هوا را نگه می‌دارد، برای ساخت موادی مانند آستر داخلی تایرها و آسترهای داخلی توپ بسکتبال به کار می‌رود.

پلی‌ایزوبوتیلن، که گاهی لاستیک بیوتیل و گاهی هم PIB نامیده می شود، یک پلیمر وینیلی است. این ماده، از نظر ساختاری بسیار شبیه پلی اتیلن و پلی پروپیلن است، به جز این که کربن ها، به صورت یک در میان، دارای دو گروه متیل می باشند. این پلیمر از مونومر ایزوبوتیلن و از طریق پلیمریزاسیون وینیلی کاتیونی ساخته می شود.

پلی‌ایزوبوتیلن، نخستین بار در ابتدای دهه ی ۱۹۴۰ به دست آمد. در آن زمان، پرمصرف ترین لاستیک، لاستیک طبیعی، یعنی پلی ایزوپرن بود. پلی ایزوپرن الاستومری عالی بود، و به راحتی از شیره ی درخت هِوِآ به دست می آمد. مزارع عظیمی در مالزی به وجود آمد که برای رفع نیاز جهانی به لاستیک، درخت هوآ می کاشتند. البته مشکل کوچکی وجود داشت؛ مالزی به دست ارتش امپراتوری ژاپن تصرف شده بود و می دانید که اتفاقاً درست در همان زمان، جنگ جهانی دوم، درگرفته بود و ژاپن هم یک طرف جنگ بود. در حالی که متفقین از لاستیک طبیعی محروم شده بودند، سریعاً دست به کار شدند و به PIB دست پیدا کردند. یقیناً این ماده موثر بوده است، چرا که متفقین برنده ی جنگ شدند.

در حقیقت، پلی‌ایزوبوتیلن در طی جنگ اختراع نشد. این پلیمر، مدتی طولانی پیش از جنگ در آلمان و به دست شیمیدانان ساخته شده بود. ولی این ماده، تا پیش از کشف روشی برای شبکه‌ای کردن آن توسط آمریکایی‌ها، خیلی مفید نبود. کاری که آنها کردند، این بود که ایزوبوتیلن را با مقدار کمی، مثلاً یک درصد، ایزوپرن کوپلیمریزه کردند.

 

02432464407-9

 

اکسترودر تولید مستربچ

در تولید مستربچ از دستگاه اکسترودر دو پیچه استفاده می‌شود. استفاده از ماشین اکسترودر یکی از متداول‌ترین و مقرون‌به‌صرفه‌ترین روش‌های شکل‌دهی به پلیمرها می‌باشد. این ماشین دارای مارپیچی است که حرکت خود را از یک موتور و یک گیربکس می‌گیرد و در یک سیلندر حرکت می‌کند. مواد اولیه پلیمری از قیف به داخل دستگاه ریخته می‌شوند و بعد از ذوب شدن، با فشار از درون قالب دستگاه (دای) عبور کرده و به مرور که سرد می‌شود و شکل قالب (دای) را به خود می‌گیرد که در فرآیند تولید مستربچ مواد پس از عبور از قالب به شکل رشته درمی‌آیند. سپس این رشته‌ها وارد تانک آب شده تا خنک شوند و پس از آن از زیر یک خشک کن جهت گرفتن آب عبور داده می‌شوند و در نهایت وارد خردکن شده تا به شکل دانه های مستربچ خرد شوند.

 

 

02432464407-09

انواع تولید مستربچ

تولید مستربچ به ۲ روش زیر انجام میشود:

 

 

1.   1-روش پیش اختلاط

در این روش برای تولید مستربچ از یک مخلوط کن داخلی با سرعت بالا استفاده میشود. از طریق این مخلوط کن، یک مخلوط همگن از فرمولاسیون مستربچ که شامل پودر پلیمر، پیگمنت و عامل پراکنش می باشد، تولید می شود. روش پیش اختلاط در دو حالت سرد و گرم انجام می شود. در حالت سرد فقط مخلوطی همگن از اجزا تشکیل می شود. اما در نوع گرم این روش به دلیل ایجاد انرژی و اصطکاک کافی عامل پراکنش ذوب می شود و خیس شدگی پیگمنت ها شروع می شود. با توجه به آنچه گفته شد مشخص است که پراکنش بهتر، در روش پیش اختلاط نوع گرم رخ می دهد. بعد از آن این مخلوط همگن به اکسترودر فرستاده می شود تا وزن کشی شود. بعد از این مرحله مخلوط همگن به قسمت تغذیه اکسترودر و ماردون شده میرود و ذوب می شود. در این حالت برهم کنش و پراکنش پیگمنت ها داخل مذاب پلیمری انجام می شود. در آخر مذاب خارج شده از دای خرد میشود و در حمام آب سرد می شود. سپس همگن سازی انجام می شود و به شکل گرانول بسته بندی می شود.

 

*مزایای روش پیش اختلاط

1-روش پیش اختلاط به دلیل هزینه سرمایه گذاری کم، کیفیت خیلی مناسب محصول ،سرعت بالای خروجی محصول بسیار زیاد مورد استفاده قرار میگیرد.

2-در این روش مقدار خروجی محصول در حدود ۱۰۰ الی ۵۰۰ کیلوگرم برساعت است.

 

 

 2-روش تسهیم خوراک

در روش تسهیم خوراک جهت تولید مستربچ در ابتدا پودر پلیمر به صورت جداگونه به مخزن تغذیه وارد می شود و وزن کشی می شود. بعد از آن وارد ناحیه تغذیه اکسترودر دو مارپیچه شده و عملیات ذوب آن آغاز می شود. از طرف دیگر واکس (عامل پراکنش) و پیگمنت داخل مخلوط کن داخلی با سرعت زیاد پیش اختلاط می شوند و مخلوطی همگن از آنها به دست می آید. سپس وزن کشی شده و به وسیله خط جانبی تغذیه اکسترودر، به مذاب پلیمری درون اکسترودر اضافه می شوند .

 

*مزایای روش تسهیم خوراک

 

1-در روش قبلی(پیش اختلاط) به دلیل مقاومت حرارتی پایین تر پیگمنت ها، ممکن بود پیگمنت ها دیگر قابلیت و قدرت رنگدهی لازم را نداشته باشند و یا کیفیت رنگ آنها کاهش یابد. اما در روش تسهیم خوراک این مشکل برطرف شده است.

2-یکی از مزایای روش تسهیم خوراک این است که پیگمنت دیگر به ناحیه ذوب وارد نمی شود و نیازی نیست از آن عبور کند.این امر خطر کلوخه شدن آن را کاهش می دهد .

3-ماردون اکسترودر دو ماردون در این فرآیند نسبت طول به قطر ۴۰ الی ۴۸ را داراست که جهت تولید مستربچ های کربن بلک و تیتانیوم دی اکسید مورد استفاده قرار می گیرد.

4-در روش تسهیم خوراک اغلب مستربچ با کیفیت عالی و بسیار بالاتر از روش پیش اختلاط تولید می شود.

5-روش تسهیم خوراک به علت پیچیده بودن سیستم، هزینه سرمایه گذاری اولیه بیشتری دارد.

6- در این روش تولید محصولات به مقدار ۵۰۰ الی ۵۰۰۰ کیلوگرم بر ساعت صورت می گیرد.

 

02432464407-09

کاربرد های مستربچ

زمینه های کاربرد آمیزه هایمستربچ ها ( کاربرد پلیمری:(

با توجه به گستره وسیع از خواص فیزیکی ، مکانیکی و شیمیایی ارائه شده از سوی آمیزه های پلیمری مختلف، مستربچ ها در صنایع گوناگونی نظیر خودرو سازی، لوازم خانگی، بسته بندی، لوله و اتصالات مصارف بسیار زیادی دارند. بر این اساس کاربردهای متنوع این محصولات در قالب حوزه های ذیل بررسی می شود .

 

• بهبود و اصلاح فرایند پذیری

  از مستربچ گاهی برای کاهش ویسکوزیته، کاهش ضریب اصطکاک، کاهش چسبنگی استفاده شده که در نتیجه آن، شاهد سهولت فرآیند پذیری خواهیم بود. مثلا برای بهبود فرایند پذیری پلی اتیلن مستربچ کمک فرایند استفاده می شود .

•  

• بهبود و اصلاح خواص

  این کاربرد در واقع علت اصلی تولید مستربچ است. زیرا در برخی موارد هدف اصلی، ایجاد طیف وسیعی از خواص گوناگون است و چون یک پلیمر به تنهایی قادر به ایجاد این خواص نیست، از ترکیب پلیمر ها با مواد افزودنی استفاده می شود.

 

• بازیافت مواد

  تولید جهانی پلیمرهای مصنوعی سالانه افزون بر 100 میلیون تن است. از آنجا که پلیمرها موادی با طول عمر بالا بوده، تخریب و بازگشت آنها به چرخه محیط زیست در بلند مدت صورت می گیرد که موجب انباشته شدن آنها در طبیعت می گردد در واقع نوعی مواد آلاینده به شمار می آیند  .بازیافت پلیمرها چالش مهمی در گسترش آنهاست. امروزه برخی از پلیمرهای در حال خروج از چرخه مصرف بازیافت شده که توسط فرایندهای آمیزه سازی و با استفاده از  مستربچ ها در این مواد دوباره به کار گرفته می شوند. درعین حال بیان این نکته ضروری است که پس از بازیافت، خواص فیزیکی و مکانیکی آمیزه تا حدی افت می کند. لذا کاربرد مواد بازیافتی از لحاظ بهداشتی و دستیابی به خواص مکانیکی بالا با محدودیت روبرو است.

 

• تعدیل قیمت

  در برخی مواد آمیزه سازی با هدف کاهش قیمت محصول تولیدی صورت می گیرد. مثلا میتوان به آمیزه سازی پلی پروپیلن و پرکننده کربنات کلسیم اشاره کرد. به این ترتیب ماده ای ارزان با خواص مناسب تولید می گردد.

 

02432464407-09

عوامل موثر بر خواص آمیزه های پلیمری

عوامل موثر بر خواص مستربچ ها(خواص آمیزه های پلیمری:(

الف) نوع پلیمر پایه تشکیل دهنده

ب) ترکیب درصد اجزای مستربچ

ج) میزان سازگاری اجزای تشکیل دهنده و چسبندگی میان فازها

د)  پراکنش فازها در هم

 

خواص اجزای تشکیل دهنده گرچه تعین کننده عملکرد آمیزه است اما اگر سازگاری (چسبندگی) مناسبی میان اجزا وجود نداشته باشد، آمیزه حاصل نمی تواند مجموعه خواص مورد نظر را برآورده ساخته و عملکرد ضعیفی از خود نشان خواهد داد. دیگر عامل بسیار موثر بر خواص مستربچ تولیدی میزان پراکنش (dispersion) و توزیع افزودنی ها (distribution) درون رزین پلیمری است که هر چه بهتر انجام شود خواص حاصل  به مراتب بهتر خواهد بود.

 

02432464407-09

مستربچ تمیزکننده و شفاف کننده

مستربچ های تمیز کننده :

برای تمیز کردن هرچه سریعتر دستگاه از رنگ و مواد قبلی برای تولید محصول جدید استفاده می‌شود. این محصول ضایعات تعویض رنگ را به حداقل می‌رساند.

 

مستربچ های شفاف کننده:

از مستربچ شفاف کننده جهت رفع کدری محصولات استفاده می‌کنند و به دلیل ایجاد عبور نور بیشتر در محصول، جلای بیشتری به مصنوعات پلاستیکی می‌دهد. این ماده مورد استفاده در فیلم‌های معمولی و نازک و ضخیم و ظروف یکبار مصرف و انواع مصنوعات پلاستیکی می‌باشد.

02432464407-09

مستربچ آنتی اکسیدانت، ضد حریق و ضد مه گرفتگی

 

1-مستربچ آنتی اکسیدانت:

پلیمرها به دلایل مختلف تحت تاثیر اکسیداسیون و تخریب قرار می‌گیرند. از این مستربچ جهت پایدار‌سازی پلیمر در برابر عوامل اکسایش در فرآیند تولید استفاده می شود.

 

2-مستربچ ضد حریق :

از این مستربچ جهت مقاوم‌سازی در برابر اشتعال استفاده می‌شود.

 

3-مستربچ های ضد مه گرفتگی (ضد بخار) :

این مستربچ در تولید فیلم و جهت جلوگیری از ایجاد بخار در لایه داخلی بسته بندی مواد غذائی و پوششهای گلخانه ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

02432464407-09

مستربچ پایدارکننده ماوراء بنفش و کمک فرآیند

مستربچ های پایدار کننده در برابر اشعه ماوراء بنفش:

 

این مستربچ باعث جلوگیری از اثرات تخریبی و رنگ‌پریدگی محصولات پلیمری در معرض تابش اشعه ماوراء بنفش می‌گردد.

 

مستربچ های کمک فرآیند:

این مستربچ حاوی کمک فرآیندهای پلیمری است که باعث بهبود خواص می‌شود.

 

02432464407-09

 

 

مستربچ های آنتی بلاک و آنتی استاتیک

مستربچ های آنتی بلاک:

در تولید فیلم‌های پلیمری کاربرد دارد و این مستربچ جهت کاهش چسبندگی سطوح فیلم به همدیگر پس از تولید تا زمان مصرف می‌باشد.

 

مستربچ های آنتی استاتیک:

استفاده از این مستربچ باعث جلوگیری از ایجاد الکتریسیته ساکن و جذب گرد و غبار در سطح محصول می‌شود.

 

02432464407-09