وضعیت ورود
درحال حاضر شما وارد سایت نشده اید.
آمار بازدیدکنندگان
  • کاربران حاضر: 0
  • بازدید امروز: 1,614
  • بازدید ماه: 50,926
  • بازدید سال: 228,644
  • کل بازدیدکنند‌گان: 122,850
قیمت روز

آلیاژهای پلیمری

سازگارکننده‌های پلیمری

مخلوط‌های پلیمری تقریباً یک سوم کل پلیمرهای مصرفی جهان را تشکیل می‌دهند. آن‌ها تعادل خوبی از خصوصیات فنی را ارائه می‌دهند؛ یا ممکن است انگیزه اقتصادی باشد، مانند زمانی که یک پلیمر ارزان قیمت برای کاهش هزینه‌ها به یک پلیمر مهندسی گران‌تر اضافه می‌شود. برخی از جفت‌ پلیمرها به راحتی در اکسترودر امتزاج‌پذیر هستند، ولی برخی دیگر ناسازگارند و آن ها دو فاز تشکیل می‌دهند، یکی در دیگری پخش می‌شود. خواص مکانیکی مخلوط ناسازگار به دلیل فصل مشترک ضعیف میان دو فاز، ضعیف است.

سازگارسازی: فرآیند اصلاح خواص بین سطحی در پلیمرهای امتزاج‌ناپذیر که منجر به کاهش کشش بین سطحی و تثبیت ریزساختار مطلوب و در نتیجه محصول آلیاژ پلیمری مطلوب می‌گردد. سازگارسازی، از کاهش فعالیت بین سطحی و بهبود چسبندگی در آلیاژهای پلیمری است. سازگارسازی در آلیاژهای دو فازی مورد استفاده قرار می گیرد زیرا در آلیاژهای تک فازی، بر هم کنش میان اجزا مناسب بوده و نیازی به استفاده از روش های سازگارسازی نیست. این امر سبب خواهد شد که چسبندگی میان اجزاء بهبود یابد و در نتیجه خواص استحکامی ماده حاصله، بسیار مناسب شود. از سوی دیگر سازگارسازی باعث می شود تا اندازه ذرات پخش شده در آلیاژ پلیمری، کوچک تر شده و در نتیجه خواص مناسب تری حاصل شود. نقش مهم دیگری که یک سازگارکننده دارد ایفای تثبیت مورفولوژی است. استفاده از سازگارساز باعث می شود که مورفولوژی آلیاژ حاصله، در فرآیندهای بعدی تغییر نکرده و در نتیجه خواص مورد نظر از محصول به دست آید. (نکته مهم این است که آلیاژهای تولید شده، برای تبدیل به محصول نهایی باید وارد فرآیندهای شکل دهی شوند. اگر تثبیت مورفولوژی انجام نگیرد، در فرآیندهای بعدی مورفولوژی آلیاژ و ابعاد ذرات پخش شده تغییر خواهد کرد و این امر باعث تغییر خواص آلیاژ خواهد شد.)

سازگارکننده: پلیمر یا کوپلیمری که یا به یک مخلوط پلیمری اضافه می‌گردد یا در حین اختلاط واکنشی تولید شده، مشخصات فصل مشترک را بهبود می‌بخشد و باعث تثبیت ریزساختار می‌گردد. سازگارکننده‌ها گونه‌های ماکرومولکولی هستند که فعالیت‌های بین سطحی در مخلوط‌های پلیمری ناهمگن را به نمایش می‌گذارند.

پلیمرها با ساختارهای مختلف از لحاظ ترمودینامیکی امتزاج‌پذیر نیستند و بنابراین مخلوط‌های ناهمگن (آلیاژ) ایجاد کنند. پلیمر در غلظت بالاتر فاز پیوسته‌ای تشکیل خواهد داد و پلیمر با غلظت کم‌ در بستر پیوسته پراکنده خواهد شد. اما چسبندگی بین مولکولی میان فاز پراکنده و پیوسته خیلی ضعیف است، در حالی که منجر به عمل‌کردهای مکانیکی ضعیف مخلوط می‌شود.

عمل‌کرد آلیاژها بستگی به خواص اجزاء تشکیل‌دهنده آلیاژ، غلظت اولیه اجزاء در آلیاژ و ریزساختار آلیاژ حاصل دارد. فرآیند آلیاژ کردن بایستی منجر به مخلوط پلیمری با خواص پایدار و تکرار پذیر گردد. بنابراین ریزساختار یا باید پایدار و غیر قابل تغییر در حین مراحل تهیه باشد و یا این که تغییرات آن قابل پیش‌بینی باشند.

آلیاژسازی از روش‌های پراکندن فازها در یک‌دیگر و همچنین سازگارسازی آن‌ها با هم استفاده می‌نماید. روش سازگارسازی سه وظیفه اصلی را برعهده دارد:

  • کاهش کشش بی سطحی فازها که منجر به پراکندگی ریزتر و یکنواخت‌ فازها در هم می‌شود.
  • پایدارسازی ریزساختار در مقابل اثرات حرارتی و برشی در حین مراحل فرآیند.
  • چسبندگی بین سطحی در فصل مشترک در حالت جامد.

راه‌کارهای مختلفی برای عمل سازگارسازی به کار می‌رود که عبارتند از:

  • افزودن مقدار کمی از یک حلال مشترک و یا جزء سومی که با هر دو امتزاج‌پذیر باشد.

افزودن یک کوپلیمر بلوکی یا پیوندی که قسمتی از آن با یک فاز و قسمتی دیگر از آن با فاز دیگر امتزاج‌پذیر باشد. . این کوپلیمرها اغلب دارای دوجزء هستند به‌ طوری که هر یک از اجزاء می‌توانند با یکی از فازها برهم‌کنش برقرار کند و به این ترتیب با کاهش تنش بین سطحی دو پلیمر و ممانعت از به ‌هم‌ پیوستن قطرات، اندازه قطرات به وجود آمده در فرآیند اختلاط را کاهش دهند و سبب چسبندگی بهتر بین دو فاز و پایدارسازی مورفولوژی سامانه حین فرآیند شده و فصل مشترک دو فاز را بهبود بخشند.

  • افزودن مقدار زیادی از یک کوپلیمر به صورت هسته-پوسته که معمولاً به منظور بهبود خواص ضربه استفاده می‌گردد.
  • اختلاط واکنشی که منجر به اصلاح حداقل یکی از اجزاء ماکرومولکول و ایجاد نواحی امتزاج‌پذیر می‌گردد.
  • مخلوط کردن مکانیکی-شیمیایی

مرجع دیگری بیان می‌کند معمولاً زنجیرهای سازگارکننده ساختار قطعه‌ای (Block) دارند، با یک بلوک امتزاج‌پذیر سازنده با یک جزء مخلوط و بلوک امتزاج‌پذیر دوم با جزء دیگر مخلوط دارند.

روش‌های سازگارسازی می‌توانند به دو دسته تقسیم‌بندی شوند:

  • (i) افزودن مقدار کمی از یک جزء که با هر دو فاز امتزاج‌‌پذیر است (ii) افزودن مقدار کمی کوپلیمر که یک قسمت با فاز اول سازگار است و قسمت دیگر با فاز دیگر (iii) افزودن مقدار زیادی از یک هسته-پوسته، سازگارکننده-اصلاح کننده ضربه چند-منظوره.
  • سازگارسازی واکنشی که از راهبردهایی نظیر موارد ذکر شده استفاده می‌کند: (i) واکنش‌های ترانس (ii) تشکیل واکنش پیوندی (graft)، قطعه‌ای (block) یا کوپلیمر دارای اتصالات عرضی سبک، (iii) تشکیل ساختارهای پیوندی از لحاظ یونی (iv) اختلاط مکانیکی-شیمیایی که می‌تواند منجر به شکست زنجیره‌ها و بازترکیب شود، بنابراین در حالی که کوپلیمرها را تولید می‌کنند.

فشارهای شدید زیست محیطی صنایع را به بازیافت پلیمرهای زائد به ویژه آن‌هایی که در کاربردهای بسته‌بندی سر و کار دارند، سوق می‌دهند. پلی‌اتیلن در تمام اشکال تجاری موجود (HDPE)، (LDPE)، (LLDPE)، در حال حاضر بیش از ۵۰٪ از بازار بازیافت پلیمر را نشان می‌دهد. همراه با پلی‌پروپیلن (PP) ، پلی‌استایرن (PS) ، پلی وینیل کلراید (PVC) و پلی اتیلن ترفتالات (PET)، PE عمده مواد زائد پس از مصرف در مورد مواد پلیمری را تشکیل می‌دهند.

با توجه به ترکیب پلیمری مورد نظر، انواع مختلف سازگارکننده‌ها به صورت تجاری موجود است:

Untitled

یکی از عوامل مهم در امتزاج‌پذیری، سرعت رسیدن به تعادل ترمودینامیکی است که این عامل، خود به ضریب اثرات متقابل ترمودینامیکی و نیروهای مقاوم ریولوژیکی مانند خود-نفوذی (Diffusion-Self) بستگی دارد. برای مثال در مخلوط‌های پلی‌الفینی ضریب اثرات متقابل نزدیک به صفر است از طرفی ضریب خودنفوذی ماکرومولکول‌ها هم بسیار کوچک است، لذا رسیدن به تعادل ترمودینامیکی به ندرت اتفاق می‌افتد. عامل دیگر روش تهیه مخلوط است. برای مثال مخلوط‌های پلی‌الفینی که به روش محلول تهیه می‌گردند به دلیل داشتن فرصت کافی برای رسیدن به تعادل ترمودینامیکی، امتزاج‌پذیرند. در حالی که چنانچه مخلوط به روش اختلاط مکانیکی تهیه گردد، امتزاج‌ناپذیر خواهد بود.

در پلیمرهای امتزاج‌ناپذیر به دلیل کوچک بودن برهم‌کنش ذاتی بین آن‌ها محصولی با مورفولوژی نایکنواخت و ناپایدار و دارای چسبندگی ضعیف بین فازی حاصل می‌گردد که این امر باعث افت خواص فیزیکی و مکانیکی محصول نهایی می‌شود. این مشکل از برهم‌کنش ضعیف بین فازها ناشی می‌شود که در پی آن میان فازها یک فصل مشترک شکل می‌گیرد و در این ناحیه به دلیل چگالی پایین گره‌خوردگی زنجیرهای پلیمری با یکدیگر، انتقال تنش بین دو فاز به خوبی صورت نمی‌پذیرد به طوری که از یک سو موجب بالا بودن تنش بین سطحی بین اجزاء در حالت مذاب می‌گردد و در نتیجه تغییر شکل و شکست (Break-Up) قطرات برای پراکندگی فاز متفرق در حین اختلاط و مقاومت در برابر پدیده ائتلاف (Coalescence) قطره را در فرآیندهای بعدی مشکل‌ می‌سازد و از سویی دیگر موجب چسبندگی ضعیف در حالت جامد شده که بر حسب نوع تنش اعمال شده و ساز و کار شکست منجر به شکست مکانیکی زود هنگام می‌شود. موفولوژی و چسبندگی بین سطحی با استفاده از فرآیند سازگارسازی بهبود می‌یابند.

این نوع سازگارسازی نتیجه اثر ممانعت فضایی‌ای (Hindrance Effect) است که به دلیل حضور سازگارکننده در فصل مشترک و به دنبال آن گرادیان غلظت سازگارکننده روی فصل مشترک و متعاقب آن به وجود آمدن نیروهای مارانگونی (Marangoni Forces) روی فصل مشترک دو پلیمر، ایجاد می‌گردد. (اثر مارانگونی پدیده‌ای است که در آن به علت وجود گرادیان تنش بین سطحی در طول فصل مشترک دو سیال، انتقال جرم انجام می­شود. گرادیان تنش بین سطحی می­تواند در اثر وجود گرادیان غلظت و یا گرادیان دما ایجاد شود زیرا تنش بین سطحی تابع دما است) همان طور که گفته شد، ابعاد نهایی قطرات از تعادل بین نیروهای ویسکوز و نیروهای تنش بین سطحی منشأ می‌شود. در تحقیقاتی که توسط محققین صورت گرفته اگر چسبندگی بین دو فاز مناسب باشد، قطره می‌تواند تغییر شکل بسیار زیادی را قبل از شکست تحمل کند و در نتیجه ریزساختار فازی با ذرات ریزتری حاصل می‌شود.

گفته شد اصطلاح سازگارکننده به ماده افزودنی گفته می‌شود که جهت بهبود امتزاج‌پذیری و خواص مخلوط پلیمری استفاده می‌شود. گاهی اوقات به طور خاص‌تر به معنای افزودنی است که برای تقویت چسبندگی بین یک پلیمر و یک سطح غیر آلی مانند یک ماده معدنی یا الیاف شیشه استفاده می شود. در این گزارش عوامل جفت‌کنندهایی که جهت ارتقاء چسبندگی میان پلیمرها و افزودنی‌های معدنی استفاده می‌شوند، تحت عنوان پرکننده‌ها مورد بحث قرار می گیرند، و این بخش تقریباً به طور کامل در مورد سازگارکننده‌هایی که برای ارتقاء قابلیت سازگاری دو پلیمر آلی استفاده می‌شوند، متمرکز است.

سازگارکننده‌ها به طور معمول کوپلیمرهای (قطعه‌ای یا پیوندی هستند، نه تصادفی). کوپلیمرهای بلوکی مولکول‌های طویلی دارند که در آن‌ها دنباله‌ای متشکل از چندین واحد ساختاری یکسان، ppppp، در ادامه دنباله دیگری با واحدهای ساختاریی یکسان اما مجزا از دنباله اول، QQQQQ، در یک زنجیر قرار می ‌گیرد. در مورد کوپلیمرهای گرافت شده، یک بخش منشعب به زنجیر اصلی متصل می‌شود و ساختاری T شکل را ایجاد می‌کند، و بخشی از زنجیر اصلی نیست.

سازگارکننده‌ معمولاً از وزن مولکولی بالاتر نسبت به پلیمرهای مخلوط شده برخوردارند. خواه کوپلیمر یک بلوک باشد یا یک گرافت، یک توالی، P برای سازگاری با پلیمر A و دیگری Q، با پلیمر B انتخاب می‌شود.  توالی P حتی ممکن است با واحد تکراری پلیمر A یکسان باشد ، یا نه. اگر پلیمر A و پلیمر B ناسازگار باشند و در حال مخلوط شدن باشند، ساده ترین چیدمان استفاده از کوپلیمر بلوک A و B به عنوان سازگارکننده است، اما این تنها احتمال نیست. از پلیمرهای تری‌بلاک مانند PPPPPP – QQQQQ – TT RRRRRR نیز گاهی استفاده می‌شود، اما لزوماً از انواع دی‌بلاک موثرتر نیستند.

از کوپلیمرهای هسته-پوسته نظیر گلیسیدیل متاکریلات-اتیلن-وینیل استات، در حالی که حاوی هر دو بخش قطبی و غیر قطبی هستند، جهت سازگارسازی و چقرمه‌سازی مخلوط‌های دو پلیمر شکننده استفاده شده است.

عوامل مؤثر در روش افزودن کوپلیمر بلاک یا گرافت به آلیاژ پلیمری عبارتست از نوع کوپلیمر و میزان آن. باید توجه داشت که اگر سطح مشترک بین دو فاز از کوپلیمر سازگارساز اشباع شود، با افزایش این جزء، بهبود بیشتری در چسبندگی حاصل نمی شود و بهبود خواص به دست نمی آید (در برخی موارد، با افزایش بیش از حد سازگارساز حتی افت خواص نیز حاصل خواهد شد.)

سازگارکننده‌ها معمولاً از گره‌خوردگی‌های مولکولی جهت اتصال به دو پلیمر غیر مشابه استفاده می‌کنند. مخلوط‌های سازگارشده از مخلوط‌های طبیعی پلیمرهای امتزاج‌پذیر متفاوتند، به این دلیل که هر کدام از پلیمرهای اصلی به حضورشان در نواحی بسیار کوچک و متمرکز از خود یا پلیمر دیگر، معمولاً در حد نواحی میکرونی، ادامه می‌دهند.

سازگارکننده‌ها می‌توانند مانند سورفکتانت‌های جامد عمل کنند، در حالی که ضریب تنش بین سطحی را کاهش می‌دهند، اندازه ذرات یک پلیمر پراکنده را در دیگری کاهش می‌دهند و اغلب باعث بهبود پراکندگی آن‌ها می‌شوند. عمل‌کردهای دیگر سازگارکننده‌ها ایجاد ثبات در مورفولوژی و بهبود چسبندگی بین مواد تشکیل دهنده است. برای دستیابی به موفقیت در همه این موارد ممکن است بیش از یک سازگارکننده لازم باشد. هر دو ساز و کار شیمیایی فیزیکی و واکنشی ممکن است در این امر دخیل باشند. همیشه به حداکثر رساندن سازگاری یک ترکیب مطلوب نیست، زیرا درجه خاصی از ناسازگاری، ناهمگنی و ضعف سطحی باعث افزایش مقاومت در برابر ضربه می‌شود.

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com 📧