لاستیک‌های طبیعی و سنتزی
لاستیک‌ها موادی را شامل می‌شوند که خاصیت کشسانی برگشت‌پذیر با محدوده وسیع دارند. به این مواد الاستومر نیز می‌گویند. به‌عبارت دیگر، این مواد قابلیت تحمل کش آمدن زیاد، محدوده 100 تا 500 درصد را بدون پاره‌شدن دارند. حد بالاتر این کشسانی برگشت‌پذیر 1000 درصد افزایش طول خطی است. مایعات و گازها نیز این خاصیت را دارند، اما نکته مهم برگشت‌پذیری این خاصیت است؛ یعنی وقتی تنش وارد شده که باعث تغییر شکل این مواد می‌شود برداشته شود، ماده باید به‌سرعت ابعاد اولیه تقریبی خود را به‌دست آورد (در عرض چند ثانیه و با چند درصد اختلاف با طول اولیه). مواد لاستیکی معمولاً مخلوط پیچیده‌ای از اجزای سازنده قابل وولکانش، پرکننده، نرم‌کننده، ضد اکسنده و رنگدآن‌هاند. اما، خصوصیات لاستیکی آن‌ها به وجود یک یا چند ماده پایه در مخلوط مربوط است که از نظر ماهیت لاستیکی‌اند یا در مجاورت نرم کننده مناسب خاصیت لاستیکی پیدا می‌کنند. مواد پایه معمولاً آلی‌اند. لاستیک‌هایی پایه، که همه مواد لاستیکی شامل آن هستند، در دو گروه بزرگ طبیعی و مصنوعی طبقه‌بندی می‌شوند. منظور از لاستیک طبیعی لاستیکی است که در طبیعت به صورت محصول سوخت و ساز برخی درختان یا گیاهان به‌ویژه درختان گونه هوا (Hevea Brasiliense) یافت می‌شود. لاستیک طبیعی با اینکه ماده خالصی نیست، اما اساساً از سیس-4،1- ایزوپرن با وزن مولکولی زیاد ایجاد می‌شود. لاستیک سنتزی لاستیکی است که از ترکیبات شیمیایی با وزن مولکولی کم (کمتر از 500) توسط بشر تولید می‌شود. مفهوم این اصطلاح معمولاً شامل مواد لاستیکی اصلاح شده، یعنی موادی که با اصلاح شیمیایی موادی لاستیکی مثل لاستیک طبیعی بدست می‌آیند، نمی‌شود. لاستیک‌های سنتزی به دو گروه عمومی و ویژه تقسیم می‌شوند. چنانچه از نام آن‌ها برمی‌آید اولین گروه شامل لاستیک‌هایی است که برای کاربردهایی مانند تولید تایر و محصولاتی صرفاً با خواص مکانیکی خوب و پایدار در نظر گرفته شده‌اند. در گروه دوم لاستیک‌هایی جای می‌گیرند که علاوه بر داشتن خواص ویژه‌ای چون مقاومت در برابر تورم در روغن‌ها، برای کاربردهای ویژه مانند تولید درزگیرهای روغنی ساخته شده‌اند. اولین گزارش تولید لاستیک‌هایی سنتزی به پلیمرشدن ایزوپرن (2-متیل-1،3بوتادیان) اشاره می‌کند.
تقسیم‌بندی لاستیک‌های سنتزی
انواع لاستیک‌های سنتزی موجودند که عمده آن‌ها از این قرار است: 1- پلیمرها و کوپلیمرهای بوتادیان 2- لاستیک‌های حاصل از مشتقات بوتادیان 3- لاستیک‌های مشتق از اولفین‌ها و اکسیدهای اولفین 4- PVC نرم‌شده 5- انواع دیگر لاستیک‌ها 6- لاستیک‌های الاستومری یا الاستومرهای گرمانرم.
1-پلیمرها و کوپلیمرهای بوتادیان
پلیمرشدن دی‌آن‌های مزدوج مانند بوتادیان، ایزوپرن و کلروپرن، مستلزم فعال شدن یک یا هر دو پیوند دوگانه برای تولید پلیمر است. کمی سیرنشدگی باقیمانده در زنجیرهای پلیمر مواضع مناسبی را برای وارد کردن شبکه الاستومری یا ایجاد پیوندهای عرضی (وولکانش) در اختیار می‌گذارد. در نتیجه دی‌ان‌های مزدوج منبع برخی از مهمترین الاستومرها یا لاستیک‌های سنتزی موجود تجاری‌اند خواص فیزیکی و گرمایی این پلیمرها به مقادیر نسبی ساختارهای گوناگون (تک‌آرایش، هم‌‌آرایش یا بی‌آرایش و سیس یا ترانس) در زنجیر پلیمر بستگی دارد. نسبت هر نوع ساختار نیز به روش و شرایط پلیمرشدن وابسته است.
پلیمرها و کوپلیمرهای بوتادیان شامل لاستیک بوتادیان (BR)، لاستیک استیرن-بوتادیان (SBR)، لاستیک آکریلونیتریل-بوتادیان (NBR ) هستند.
پلی بوتادیان الاستومری است که پس از SBR بزرگترین حجم تولید را به خود اختصاص داده است. پلیبوتادیان را می‌توان به وسیله پلیمر شدن افزایشی رادیکال آزاد بوتادیان تولید کرد.
کاربرد اصلی BR مانند SBR در تولید تایرها و محصولات وابسته به تایر است. BR دارای جهندگی و مقاومت خوب در برابر سایش و گرما اندوزی کم است. ویژگی‌های اخیر از شرایط لازم برای کاربردها در تایر است. در هر حال فراورش BR مشکل‌تر از SBR است. بنابراین برای ساخت تایر، BR با SBR و لاستیک طبیعی آمیزه‌سازی می‌شود تا غلتک‌کاری، کشش و مقاومت در برابر لغزش آج تایر بهبود یابد. این در حالی است که BR مقاومت خوب در برابر سایش و ترک‌خوردگی را موجب می‌شود و مقاومت در برابر چرخش و گرما اندوزی را کاهش می‌دهد.
لاستیک استیرن-بوتادیان (SBR) بزرگترین حجم تولید تجاری الاستومرهای سنتزی را به خود اختصاص داده است. این نوع لاستیک از راه پلیمرشدن امولسیونی رادیکال آزاد استیرن و بوتادیان درC ° 50-60 (SBR امولسیون داغ) یا درC ° 5 (SBR امولسیون سرد) تولید می‌شود. دو نوع SBR خواص کاملاً متفاوتی دارند. فرایند SBR امولسیون داغ، که اول توسعه یافت، به پلیمری شاخه‌دار تر از فرایند امولسیون سرد منتهی می‌شود. SBR سرد مقاومت سایشی بهتری دارد و در نتیجه خواص دینامیک و مقاومت سایشی بهتر آج را ارائه می‌دهد.
SBR یک کوپلیمر اتفاقی با محتوای استیرن در حدود 10 تا 20 درصد است. وجود استیرن موجب مشخصات تشکیل پیوند و مقاومت خوب در برابر فرسایش SBR می‌شود و قیمت آن را کاهش می‌دهد. همچنین، در مقایسه با لاستیک پلیبوتادیان تنها، استحکام، مقاومت در برابر سایش و سازگاری در آمیزه را بهبود می‌بخشد.
مصرف عمده SBR در تولید تایر است، به‌ویژه تایرهای ماشین‌های مسافربری، تایرهای کامیون‌های سبک و در کاربردهای خودرو که در آن SBR با الاستومرهای دیگر آمیزه‌سازی می‌شود. این کاربردها شامل تسمه‌ها، شیلنگ‌ها و سایر قطعات گوناگون اکسترود‌شده و قالبگیری شده است. مصارف غیر خودرو و غیر تایریSBR در صنایع مربوط به تسمه، شیلنگ، واشر یا درزگیرهاست. کاربردهای دیگر SBR عبارتند از: انواع چرخ‌های توپر، روکش غلتک، منسوجات پوشش‌دار و عایقکاری الکتریکی (سیم و کابل).
لاستیک آکریلونیتریل-بوتادیان (لاستیک نیتریل، NBR)
لاستیک نیتریل الاستومری منحصر به فرد به صورت کوپلیمری از بوتادیان و آکریلونیتریل است. برخلاف SBR، NBR برای تولید تایر مناسب نیست، اما به علت مقاومت عالی در برابر روغن،که با نسبت آکریلونیتریل در کوپلیمر افزایش می‌یابد، بی نظیر است. لاستیک‌هایی نیتریل به دلیل مقاومت خوب در برابر روغن عمدتاً به شکل شیلنگ، لوله و واشردر محیط روغن، انواع سوخت و مواد شیمیایی مشابه و همچنین درزگیر، واشرهای حلقوی و شیلنگ بنزین به کار گرفته می‌شوند. از این وسایل در تجهیزاتی که برای حمل و نقل همه نوع محصول، فراورش مواد غذایی و تولید نفت خام بکار می‌رود استفاده می‌شود.لاستیک‌هایی نیتریل برای تقویت ضربه‌ای پلیمرهایی مانند PVC و ABS نیز مصرف می‌شود. لاستیک نیتریل برای اشباع کاغذ برای نوارهای پوششی، کاغذهای دیواری و برچسب‌ها نیز به کار می‌رود.
2- لاستیک‌هایی حاصل از مشتقات بوتادیان
دراین دسته لاستیک‌هایی قرار دارند که از پلیمرشدن بوتادی‌ان‌های استخلاف‌شده به‌دست می‌آیند. دو خانواده دارای اهمیت تجاری در این دسته از پلیمرشدن ایزوپرن و کلروپرن حاصل می‌شوند.
لاستیک ایزوپرن لاستیک هیدروکربنی همه‌منظوره‌ای است که به عنوان رقیبی برای لاستیک‌های طبیعی به شمار می‌رود. از سوی دیگر، کلروپرن لاستیکی ویژه است؛ به همین علت در کاربردهایی از آن استفاده می‌شود که مقاومت در برابر تورم در روغن‌های هیدروکربنی، مقاومت در برابر گرما و در برابر اثر اوزون مدنظر باشد. کلروپرن را می‌توان مشتقی از ایزوپرن دانست که در آن گروه متیل با اتم کلر (تقریباً هم‌اندازه) استخلاف شده است. با اینکه مونومر یکی از این لاستیک‌ها از دیگری مشتق می‌شود، اما دو لاستیک تفاوت زیادی دارند. منشاء این تفاوت اختلاف الکترونگاتیوی اتم کلر نسبت به گروه متیل است. ایزوپرن به شکل پلیمری لاستیکی به وسیله پلیمرشدن امولسیونی تهیه می‌شود. ایزوپرن در سیستم واکنش شامل مونومر، آب، صابون یک اسید چرب، آغازگر پرسولفات و اصلاح‌کننده مرکاپتان پلیمر می‌شود.
لاستیک کلروپرن، لاستیکی فضا منظم است و در واقع از ترانس 1-4- پلی کلروپرن تشکیل شده است، بنابراین در اثر کشش می‌تواند متبلور شود و بر همین اساس، محصولات وولکانش آن استحکام کششی زیادی دارند. این محصول مقاومت متوسطی در برابر متورم شدن در انواع روغن و گریس، مقاومت خوبی در برابر سخت شدن در دمای پایین و همچنین مقاومت زیادی در برابر پیرشدن، اکسایش و حمله اوزون دارد. این لاستیک هنوز جزء لاستیک‌هایی سنتزی گران‌تر از لاستیک‌هایی همه منظوره است.
3- لاستیک‌هایی مشتق از اولفین و اولفین‌اکسیدها
مهمترین مشخصه مشترک این لاستیک‌ها این است که همه آن‌ها تقریباً به طور کامل از نظر شیمیایی سیر شده‌اند. عموماً درجه‌ای از سیرنشدگی آن‌ها ناشی از کوپلیمرکردن اختیاری آن‌ها با مقادیر اندک مثلاً یک ترکیب چند اولفینی است. نتیجه سیرشدگی شیمیایی آن‌ها مقاومت ذاتی بیشتر آن‌ها در برابر تاثیرات مخرب مثل اکسیژن، گرما و ازون در مقایسه با لاستیک‌هایی حاصل از پلیمرشدن یا کوپلیمرشدن دی‌آن‌هاست. نتیجه دیگر این سیرشدگی شیمیایی برای این گروه مقاومت شیمیایی عمومی خوب آن‌هاست. در ادامه به بررسی چند نوع از این لاستیک‌ها می‌پردازیم.
لاستیک‌هایی ایزوبوتن- ایزوپرن: واحد اصلی تکرارشونده در این لاستیک‌ها از ایزوبوتن مشتق می‌شود. یک مشخصه غیر عادی این لاستیک‌ها که به عنوان لاستیک سنتزی مورد توجه زیاد قرار دارد، نفوذپذیری کم آن در برابر گازها به‌ویژه هواست. این ویژگی لاستیک ایزوبوتن-ایزوپرن آن را به‌ویژه برای تولید تویوپ‌های داخلی تایر مفید می‌سازد. البته، بعدها لاستیک‌هایی بدون تویوپ داخلی ساخته شدند، اما هنوز از این نوع محصول در مناطق مختلف به علت مقاومت آن در برابر ازون و مواد شیمیایی استفاده می‌شود.
لاستیک‌هایی اتیلن- پروپیلن: اهمیت لاستیک‌هایی اتیلن-پروپیلن (EMP)، اتیلن-پروپیلن-دی‌ان (EPDM) به عنوان لاستیک‌های سنتزی همه منظوره، ارزانی نسبی و مقاومت آن‌ها در برابر پیرشدن، تخریب با ازون و حمله واکنشگرهای شیمیایی به دلیل سیرشدگی اغلب واحدهای تکرارشونده در توالی پلیمر است.
واحد تحقیق و توسعه شرکت فناوران رنگدانه سپاهان
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.