وحید موحدنیا – رویش پلیمر درسا

نسل جدید سازگارکننده های پلیمری

در این مقاله از جانکریل ۴۳۶۸ برای سازگارکردن پلی استال (POM) و ترموپلاستیک پلی یورتان (TPU) استفاده شده است. پلی استال یک پلیمر مهندسی با خواص مکانیکی، حرارتی، شیمیایی و الکتریکی بسیار خوب می باشد. این پلیمر دارای ساختار بلوری بوده و درصد بلورینگی آن بین ۶۰ تا ۸۰ درصد قرار دارد. با این وجود به دلیل همین بلورینگی بالا، این ماده در دمای محیط و دمای پایین شکننده بوده و همین امر موجب ایجاد محدودیت هایی در استفاده از آن برای کاربردهای خاص می گردد. به منظور بهبود چقرمگی پلی استال و توسعه کاربردهای آن، تلاش های زیادی صورت گرفته است که در میان آنها افزودن ترموپلاستیک پلی یورتان به این ماده بهترین عملکرد را داشته است. این امر از تشکیل باند هیدروژنی بین باندهای اتری پلی استال و TPU نشات می گیرد. به منظور بهبود بیشتر سازگارپذیری میان POM و TPU از سازگارکننده های گوناگونی از قبیل دی فنیل متان دی ایزوسیانات (MDI)، کوپلیمر دسته ای پلی استایرن-پلی (اتیلن-بوتیلن)-پلی استایرن شاخه دارشده با انیدرید مالئیک (SEBS-g-MAH)، اتیلن-پروپیلن-دی ان شاخه دارشده با انیدرید مالئیک (EPDM-g-MAH) استفاده شده است. استفاده از سازگارکننده مناسب برای کاهش اندازه ذرات TPU، پخش بهتر TPU در POM، تشکیل فصل مشترک خوب به منظور افزایش اتصال فصل مشترک، و بنابراین افزایش استحکام ضربه آمیزه بسیار موثر و کارآمد می باشد.

شماتیک عملکرد سازگارکننده پلیمری جانکریل، محصولی جدید از شرکت BASF

در این پژوهش ترکیب POM/TPU به میزان ۷۵/۲۵ درصد وزنی ثابت نگه داشته شده و سازگارکننده های گوناگون به آن اضافه شده است تا اثر این سازگارکننده ها روی چقرمه کردن آمیزه با یکدیگر مقایسه شوند. سازگارکننده های استفاده شده و درصد مصرف آنها شامل نیم درصد جانکریل، پنج درصد MDI، پنج درصد EPDM-g-MAH و پنج درصد پلی(اتیلن-اکتن) شاخه دارشده با انیدرید مالئیک (POE-g-MAH) می باشد.

شکل زیر واکنش میان زنجیرهای POM و TPU با جانکریل را نمایش می دهد. همانطور که از این شکل پیداست واکنش اتریفیکیشن میان گروه های هیدروکسی واقع در انتهای زنجیر POM با گروه اپوکسی جانکریل کنترل کننده فرایند زنجیرافزایی برای POM می باشد. نکته قابل توجه در اینجا این است که به منظور جلوگیری از ایجاد شبکه های عرضی ناخواسته، باید مقدار جانکریل به نحوی کنترل شود که به حد مشخصی از واکنش برسیم.

مکانیسم سازگارکنندگی جانکریل برای آمیزه POM/TPU.

نویسنده: موحدنیا

آخرین ویرایش: ۸ بهمن ۱۴۰۱

جاذب اسید (Acid Scavenger)

جاذب های اسید (Acid Scavenger) که بعضا با نام antacid یا co-stabilizer نیز شناخته می شوند، تاثیر قابل ملاحظه ای در عملکرد کلی پلیمرها دارند. افزودن این مواد به خاطر پس ماندهای باقیمانده از کاتالیست در پلیمرهای کاتالیزشده با مواد حاوی کلر ضروری است. روش های متعددی به منظور افزایش فعالیت کاتالیست ها در پلیمریزاسیون و کوپلیمریزاسیون اولفین ها بسط داده شده است. با این وجود، فرآیندهای پلیمریزاسیونی که در آنها کومونومرهای قطبی یا کاتالیزورهای زیگلر-ناتا حضور داشته باشند، همچنان در معرض مشکل باقی ماندن محصولات اسیدی در پلیمر هستند. بنابراین پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE)، پلی اتیلن سنگین (HDPE) و پلی پروپیلن هایی که توسط کاتالیزور زیگلر-ناتا تولید می شوند حاوی ترکیبات هالوژنه در مقادیر بسیار کم می باشند. وجود این ترکیبات هالوژنه باعث ایجاد خوردگی در تجهیزات فلزی از قبیل خشک کن، ماشین آلات قالب گیری، سطوح قالب و سطح داخلی دای می گردد. علاوه بر این، قطعاتی که با این پلیمرها تولید می شوند مستعد رنگ پریدگی و یا تخریب در حین استفاده خواهند بود. در کنار خنثی نمودن اثر پس ماندهای پلیمریزاسیون و محصولات تخریبی ایجاد شده از تجزیه در حین فرآیند یا تخریب در محیط، باید به اجزای اسیدی که از سایر افزودنی ها، از جمله تاخیراندازهای شعله بر پایه برم یا کلر، ناشی می شود نیز توجه خاصی گردد.

اصول اولیه عملکرد جاذب اسید:

در کنار قابلیت جذب و خنثی سازی اثر اسید، سایر معیارهای پایه ای که یک جاذب اسید باید داشته باشد شبیه به سایر افزودنی ها می باشد. این معیارها شامل خلوص بالا، پایداری حرارتی، نسبت قابل قبول قیمت به کیفیت، سازگاری با ماتریس پلیمری، دمای ذوب کمتر از دمای فرآیند پلیمر و اندازه ذرات مناسب جهت دستیابی به پخش خوب می باشد. به طور کلی، جاذب های اسید از میان مواد قلیایی با قابلیت انحلال یا پخش که با پس ماندهای اسیدی کاتالیزور واکنش بدهند انتخاب می شوند. این ویژگی ها عمدتا در مواد آلی از قبیل استئارات ها یا لاکتات های فلزی، همچنین مواد غیرآلی مانند هیدروتالسیت یا اکسید روی دیده می شود. صابون های فلزی عمدتا برای خنثی کردن باقیمانده های اسیدی ناشی از کاتالیزورهای زیگلر-ناتا به پلی اولفین ها اضافه می گردد (تصویر ۱).

برای مثال، استئارات کلسیم اسیدهایی از قبیل هیدروکلریک اسید را خنثی کرده و کلرید کلسیم و اسید استئاریک بوجود می آورد. به طور کلی، در کنار مشتقات اسید استئاریک، مشتقات مشابه سایر اسیدهای کربوکسیلیک نیز قابلیت خنثی سازی دارند. لاکتات ها جزو این دسته از مواد هستند که در کاربردهای خاصی مورد استفاده قرار می گیرند. لاکتات کلسیم مشابه آنچه در تصویر (۱) برای استئارات کلسیم نشان داده شد به عنوان جاذب اسید عمل می کند. علاوه بر این، لاکتات کلسیم می تواند ترکیباتی را با فلزاتی از قبیل تیتانیوم یا آلومینیوم که به مقدار خیلی ناچیزی در پلیمرها یافت می شوند تشکیل بدهد. با جذب کردن این پس ماندهای فلزی، رنگ پریدگی ناشی از حضور این فلزات در کنار آنتی اکسیدانت های فنولیک کاهش می یابد. با این وجود، پایداری حرارتی پایین لاکتات کلسیم در مقایسه با استئارات های فلزی یا حتی خنثی کننده های غیرآلی، مصرف این مواد را به برخی کاربردهای خاص محدود کرده است.

در جاذب های اسید پایه هیدروتالسیت، آنیون های کلر در میان دو صفحه بروسیت (Brucite) جای گرفته و در یک ساختار بلوری پایدار ثابت می شوند. برای رهاسازی آنیون های کلر از این ساختار به دمایی در حدود ۴۵۰ درجه سانتیگراد نیاز است. تبادل یون در این فرآیند توسط ابعاد آنیون، بار الکترونی آنیون و نسبت مولی منیزیم به آلومینیوم کنترل می شود

هیدروتالسیت های مصرفی در پلیمرها به صورت پودرهای بسیار ریز، روان، بدون بو و با ساختار آمورف عرضه می گردند. برای استفاده در پلی اولفین ها، هیدروتالسیت های با متوسط اندازه ذرات نیم میکرون و سطح ویژه کمتر از ۲۰ m^۲/g پیشنهاد می گردد. به منظور بهبود پخش و سازگاری میان هیدروتالسیت و ماتریس پلیمری، پوشش هایی از جنس استئارات سدیم، کلسیم و روی به کار می رود. در انتخاب نوع پوشش باید خیلی دقت کرد، چراکه روی اسیدیته پلیمر اثر می گذارد. چنانچه مقدار pH هیدروتالسیت بالاتر از ۹.۵ باشد، در صورت وجود مقدار مشخصی از ترکیبات فنولیک محصول اندکی صورتی رنگ خواهد شد.

عملکرد اکسید روی به عنوان جاذب اسید در حضور هیدروکلریک اسید می تواند به شکل گیری هیدروکسی کلریدهای قلیایی مرتبط باشد

رفتار جاذب های اسید مختلف بسته به نوع پلیمر و نحوه تهیه آن عموما متفاوت است، چراکه فرمولاسیون کاتالیزور، شرایط فرآیندی و افزودنی هایی که استفاده می شود بسیار متنوع می باشد. مشاهده تفاوت در رنگ از پلیمری به پلیمر دیگر به جز تفاوت در غلظت و واکنش پذیری پس ماندهای مختلف کاتالیزور می تواند دلایل دیگری نیز داشته باشد.

هیندرد فنول ها (Hindered Phenols) که به عنوان آنتی اکسیدانت به پلیمر اضافه می شوند، بسیار در توقف واکنش های تخریبی موثر هستند، اما متاسفانه تمایل به تشکیل اجزای رنگی دارند. در نتیجه تشکیل رنگ با افزایش غلظت آنتی اکسیدانت های فنولیک افزایش می یابد.

انتخاب جاذب اسید از آنجائیکه اسیدیته پلیمر را تغییر می دهد و بنابراین روی واکنش های بسیاری از ترکیبات آلی موجود در سیستم اثر می گذارد، رنگ نهایی را تعیین می کند. افزودن موادی به منظور غیرفعال کردن یا خنثی کردن ناخالصی های پلیمر و پایدار کردن آن امری حیاتی است

منبع: Plastic Additives Handbook; H. Zweifel, R. D. Maier, M. Schiller; Carl Hanser Verlag