در اثناي جنگ جهاني دوم موادي مثل نايلون پلي اتيلن ، اکريليک موسوم به پرسپکس به دنيا عرضه شد. نئوپرن را شرکت دوپان در سال 1932 ابداع و به شکل تجارتي ابتدا با نام دوپرن و بعدها نئوپرن عرضه کرد.
شاخه‌هاي 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 1970 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 7 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.
استفاده از فناوري نانو:
استفاده از فناوري نانو براي ديرسوزكردن پليمرها
يكي از كاربردهاي مهم فناوري نانو بهبود خواص مواد پليمري از نظر آتشگيري و بالابردن مقاومت اين مواد در برابر آتش است. اين مواد عموماً در دماهاي بالا ايمن نيستند؛ اما با استفاده از فناوري نانو امكان ديرسوز نمودن آنها وجود دارد. در اين مطلب، نظرات مهندس صحرائيان، عضو هيأت علمي پژوهشگاه پليمر و پتروشيمي ايران، در زمينة استفاده از فناوري نانو در اين زمينه آورده شده است:
نانوكامپوزيت‌هاي ديرسوز
با توجه به اين كه امروزه حجم وسيعي از كالاهاي مصرفي هر جامعه‌اي را پليمرهايي تشكيل مي‌دهند كه به‌راحتي مي‌سوزند يا گاهي در مقابل شعله فاجعه مي‌آفرينند، لزوم تحقيق در خصوص مواد ديرسوز احساس ميشود. بر همين اساس، در كشورهاي صنعتي، تلاش گسترده‌اي براي ساخت موادي با ايمني بيشتر در برابر شعله آغاز شده است و در اين زمينه نتايج مطلوبي هم به دست آمده است.
بر همين اساس و با توجه به تدوين استانداردهاي جديد ايمني، به نظر مي‌رسد استانداردهاي ساخت مربوط به پليمرهاي مورد استفاده در خودروسازي، صنايع الكترونيك، صنايع نظامي و تجهيزات حفاظتي و حتي لوازم خانگي، در حال تغيير به سوي مواد ديرسوز است.
از طرف ديگر مدتي است كه نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك¬رس به عنوان موادي با خواص مناسب مثل تأخير در شعله¬وري، توجه بسياري از محققان را به خود جلب كرده است. بنابراين به¬نظر مي‌رسد كه نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك¬رس مي‌توانند جايگزين مناسبي براي مواد پليمري معمولي باشند؛
براي تهيه پليمرهاي ديرسوز، علاوه بر رفتار آتشگيري، عوامل زيادي بايد مورد توجه واقع شوند؛ از جمله اينكه:
از افزودني‌هايي استفاده شود كه قيمت تمام¬شده محصول را خيلي افزايش ندهد. (مواد افزودني بايد ارزان قيمت باشند.)
مواد افزودني به پليمرها بايد به آساني با پليمر فرآيند شود.
مواد افزوده‌شده به پليمر نبايد در خواص كاربردي پليمر تغيير قابل ملاحظه ايجاد كند.
زباله‌هاي اين مواد نبايد مشكلات زيست¬محيطي ايجاد كند.
با توجه به اين موارد، خاك¬رس از جمله بهترين مواد افزودني به پليمرها محسوب ميشود كه مي‌تواند آتشگيري آنها را به تأخير بيندازد و سبب ايمني بيشتر وسايل و لوازم شود. مزيت ديگر خاك رس فراواني آن است كه استفاده از اين منبع خدادادي را آسان مي‌كند.
ويژگي‌هاي نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك¬رس
خواص مكانيكي نانوكامپوزيت‌هاي پليمر-نايلون6 كه از نظر حجمي فقط حاوي پنج درصد سيليكات است، بهبود فوق‌العاده¬اي را نسبت به نايلون خالص از خود نشان مي‌دهد. مقاومت كششي اين نانوكامپوزيت 40 درصد بيشتر، مدول كششي آن 68 درصد بيشتر، انعطاف‌پذيري آن 60 درصد بيشتر و مدول انعطاف آن 126 درصد بيشتر از پليمر اصلي است. دماي تغيير شكل گرمايي آن نيز از 65 درجه سانتي¬گراد به 152 درجه سانتي¬گراد افزايش يافته است. در حاليكه در برابر همة اين تغييرات مناسب، فقط 10درصد از مقاومت ضربه آن كاسته شده است.
نتايج تحقيقات حاكي از آن است كه ميزان آتشگيري در اين نانو كامپوزيت پليمري حدود 70 درصد نسبت به پليمر خالص كاهش نشان مي¬دهد و اين در حالي است كه اغلب خواص كاربردي پليمر نيز تقويت مي¬شود. البته كاهش در ميزان آتشگيري پليمرها از قديم مورد بررسي بوده است. بشر با تركيب مواد افزودني به پليمر ميزان آتشگيري آنرا كاهش داد ولي متاسفانه خواص كاربردي پليمر هم متناسب با آن كاهش مي¬يافته است. در واقع كاهش در آتشگيري همزمان با بهبود خواص كاربري پليمرها ويژگي منحصر به فرد فناوري نانو است، خصوصاً اينكه تنها با افزودن 6 درصد ماده افزودني به پليمر تا 70 درصد آتشگيري آن كاهش مي¬يابد.
برخي نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك¬رس پايداري حرارتي بيشتري از خود نشان مي‌دهند كه اهميت ويژه‌اي براي بهبود مقاومت در برابر آتش¬گيري دارد. اين مواد همچنين نفوذپذيري كمتري در برابر گاز و مقاومت بيشتري در برابر حلال‌ها از خود نشان مي‌دهند.
استانداردسازي؛ ابزار قدرت در دست كشورهاي پيشروي صنعتي
تطابق با استانداردهاي جديد موضوعي است كه همواره كشورهاي پيشرو بر كشورهاي پيرو ديكته كرده‌اند. در كشورهاي پيشرو صنعتي، استانداردها همواره رو به بهبود است. در اين كشورها براساس جديدترين نتايج تحقيقات و مطالعات متخصصان، هر چند وقت يكبار، استانداردها دستخوش تغيير مي‌شوند و ديگر كشورها ناچار خواهند بود در مراودات تجاري خود با آنها اين استانداردها را رعايت كنند و به اين ترتيب، مجبور مي‌شوند كه نتايج تحقيقات آنها را خريداري كنند. مطلب زير مثالي از اين موارد است:
چندي پيش در جرايد اعلام شد كه بنا بر تصميم جديد اتحاديه اروپا، هواپيماهايي كه مجهز به سيستم جديد ناوبري (مطابق با استاندارد جديد پرواز) نباشند، اجازه پرواز بر فراز آسمان اروپا را ندارند. در آن زمان در كشور ما فقط تعداد معدودي از هواپيماهاي مجهز به اين سيستم وجود داشت. اخيراً هم اتحاديه مزبور اعلام كرده است كه ورود كاميون‌هاي فاقد استاندارد زيست¬محيطي به خاك اروپا ممنوع است. در پي اين اعلام، خودروسازان ايراني به ناچار استانداردهاي خود را با شرايط جديد تطبيق دادند.
نكتة پاياني؛ نتيجه¬گيري
هر چند ممكن است استفاده از برخي فناوري¬ها در كشور ما در حال حاضر موضوعيت نداشته و يا اينكه مقرون به صرفه نباشد. ولي اگر جهت¬گيري تحقيقات و پژوهش¬ها در جهان را مد نظر قرار دهيم متوجه مي¬شويم كه در آينده نزديك ناگزير به استفاده از اين فناوري¬ها خواهيم بود. بنابراين لازم است از فرصت¬هاي موجود براي ايجاد اين توانمندي¬ها بهره بگيريم تا در زمان مناسب از اين پتانسيل¬ها استفاده كنيم.
به¬عبارت ديگر لازم است مراكز پژوهشي و تحقيقاتي همواره لااقل يك نسل از صنعت جلوتر باشند. در اين صورت ضمن امكان هدايت بخش صنعت به سمت و سوي معين، پاسخ به مشكلات صنعت نيز همواره قابل پيش¬بيني بوده و در اين مراكز در دسترس خواهد بود.
بهبود لومينسانس پليمرها با استفاده از نانولوله‌هاي كربني چندديواره:
ابزارهاي قابل فراوري محلول مبتني بر ترکيبات آلي براي متحول کردن صنعت روشنايي و فتوولتائيک بسيار نويدبخش مي‌باشند. نه تنها هزينه، بلکه مسائل مربوط به پايداري و هزينه چرخه عمر باعث ميشود تا حرکت از سمت ترکيبات معدنيبه سوي ترکيبات آلي سريع‌تر صورت گيرد. با اين حال، کارايي و طول عمر ابزارهاي آلي موجود براي بسياري از کاربردها کافي نمي‌باشند.
يکي از روش‌هاي بررسي شده براي افزايش طول عمر اين ابزارها استفاده از نانولوله‌هاي کربني در پليمرها جهت ايجاد يک کامپوزيت ميباشد. اين کامپوزيت‌هاي هيبريدي «مواد معدني درون مواد آلي» عملکردها و ابعاد جديدي به فيلم‌هاي پليمري معمول مي‌افزايند.
با اين حال معمولاً اضافه کردن نانولوله‌هاي کربني با هزينه‌هايي همراه است. مثلاً در مواد نورافشان، حضور نانولوله‌هاي کربني موجب کاهش نشر نور از کامپوزيت ميشود؛ اين امر به دليل کاهش فعاليت حاملان بار در نانولوله‌هاي کربني است که عموماً براي نانولوله‌هاي کربني چندديواره طبيعت فلزي دارند. اين کاهش فعاليت موجب کاهش بهره نشر نور از اين ابزارها ميشود.
محققان موسسه فناوري پيشرفته در دانشگاه سوري با همکاري محققان چيني و آمريکايي نشان داده‌اند که اين اثرکاهندگي يک مشکل غيرقابل اجتناب نيست. در حقيقت آنها ثابت کرده‌اند که با افزودن نانولوله‌هاي کربني چندديواره به يک پليمر نايلوني، نشر نور توسط آن صد برابر افزايش مي‌يابد.
اين افزايش نشر نور زماني اتفاق افتاد که نانولوله‌هاي کربني را قبل از مخلوط نمودن با پليمر در معرض اسيد قرار دادند. آنان پيشنهاد مي‌کنند که اين افزايش فعاليت به دليل مکنيسم جديد انتقال بار از سطح آسيب‌ديده نانولوله به به محل‌هاي نشر در پليمر ميباشد. علاوه بر اين، مطالعات آنها نشان مي‌دهد که نانولوله‌هاي کربني چندديواره موجب افزايش پايداري پليمر در برابر تجزيه ناشي از نور ميشود.
دکتر سيمون هنلي يکي از محققان اصلي اين پژوهش توضيح مي‌دهد: «اين مطالعات نشان مي‌دهد که نانولوله‌هاي کربني قابليت بسيار بالايي براي استفاده در ابزارهاي اپتوالکترونيک آينده دارند و امکان استفاده از اين ترکيبات را به عنوان جاذب‌هاي نور در پيل‌هاي خورشيدي همراه با افزايش استحکام آنها، تقويت مي‌کند».
پروفسور راوي سيلوا مدير موسسه فناوري پيشرفته مي‌گويد: «اين حقيقت محض که حال ما مي‌توانيم يک کامپوزيت هيبريدي آلي-نانولوله قابل پيش‌بيني با ويژگي‌هاي بهبوديافته داشته باشيم، راه را براي کاربردهاي بسياري هموار مي‌کند. بهبود خواص لومينسانس نشانه‌اي از نسل جديدي از ابزارهاي آلي است که قابليت رسيدن به بازار و توليد انبوه را دارا مي‌باشند. ما از اين نتايج اوليه بسيار هيجان‌زده هستيم».
پليمر آنتي باكتريال
يكي از گسترده ترين كاربردهاي كامپوزيت نانوسيد، استفاده از آن براي ايجاد انواع پليمر آنتي باكتريال مي باشد. پليمرهايي كه آنتي باكتريال ضد قارچ و ضد ويروس هستند و هيچگونه ضرري براي محيط زيست ندارند و براي تركيب كامپوزيت نانوسيد با انواع پليمر مانندABS ، PET ، PP ، PE و ... بهترين راه بكارگيري مستربچ مناسب با پليمر مي باشد كه به ميزان 20-10رصد با كامپوزيت نانوسيد اختلاط ميشود . اين امر براي بكار گيري مستربچ به همراه گرانولهاي خام در دستگاههاي اكسترودر يا تزريق براي رسيدن به يك اختلاط كاملا يكنواخت در درصدهاي اختلاط 5/0-1/0 ميباشد. پليمرهاي ميكس شده داراي كاربردهاي مختلف صنعتي و خانگي و بيمارستاني مي باشند. از جمله بدنه داخلي يخچال ، انواع فيلترهاي آب و هوا ، ظروف پلاستيكي و ...
كاربرد نانوسيد
روش اختلاط كامپوزيت نانوسيلور با انواع پليمر
بهترين روش ايجاد مستربچ و استفاده از آن در دستگاههاي اكسترودر مي باشد. براي ايجاد مستربچ مي توان از خود دستگاههاي اكسترودري كه داراي گرانول ساز هستند استفاده نمود در غير اينصورت بايستي سفارش ساخت مستر بچ به مراكز مربوطه داده شود.
نكته 1: اگر شرايط استفاده از اكسترودر دو مار پيچه وجود داشته باشد نيازي به ساخت مستر بچ نيست و مرحلهMix بصورت Continous ضمن ساخت محصول انجام مي گيرد. همچنين اگر اكسترودر يك مار پيچه باشد و نسبت طول به قطر آن بيشتر از 40 باشد نيز مي توان Mix را بدون مستربچ انجام داد.
نكته 2 : در سيستمهاي تزريقي نيز با ايجاد گرانولها قبل از استفاده به صورت مستر بچ مي توان مواد نانو سيد را با پليمر Mix كرد و اگر اين شرايط وجود نداشته باشد بايد سيستم Mix به همراه تزريق چند بار تكرار شود
ایا میدانید :
