پلیمرهای مقاوم حرارتی – بخش سوم: پلی‌ایمیدها
پلی‌ایمیدها
پلیمرهای مرحله‌ای هستند که در اواخر دهه ۱۹۵۰ به بازار عرضه شدند. در زنجیر اصلی این پلیمرها گروه CO-N-CO وجود دارد.
ساختار کلی پلی‌ایمیدها الف) پلی‌ایمیدهای آلیفاتیک ب)پلی‌ایمیدهای آروماتیک
این پلیمرها به دلیل پایداری حرارتی ناشی از وجود ترکیب‌های هتروسیکل در زنجیر اصلی، روز به روز از نظر صنعتی اهمیت بیش‌تری می‌یابند. خصوصیت چسبندگی در دمای بالا و خواص جالب مکانیکی و الکتریکی، مقاومت ویژه آن‌ها در برابر نور و مقاومت در برابر انحلال در اغلب حلال‌های آلی و پایداری حرارتی فوق‌العاده آن‌ها اهمیت آن‌ها را در مصارف ویژه نشان می‌دهد. همانند بسیاری از مواد تجاری، پلی‌ایمیدها نیز باید بهینه‌سازی شوند؛ یعنی بعضی از خواص باید برای به دست آوردن خواص کاربردی تعدیل شوند. از دیدگاه مهندسی اگر یک پلیمر مقاوم حرارتی را نتوان زیر دمای ۲۰۵ درجه سانتی‌گراد و فشار متوسط فرآورش کرد، هیچ ارزشی ندارد. به همین دلیل هنگام طراحی سنتزی، کاهش پایداری حرارتی به منظور افزایش قابلیت فرآورش، انعطاف‌پذیری، حلالیت‌پذیری، استحکام کششی و… اجتناب‌ناپذیر است.
پلی‌ایمیدها و مشتقات آن‌ها به دلیل پایداری حرارتی بالایشان به عنوان چسب و مواد پیونددهنده در صنایع مختلف استفاده می‌شوند. پلی‌ایمیدها در صنایع هوافضا، ماهواره‌ها، صنایع الکترونیک، مخابرات، میکروالکترونیک، مدارهای چاپی کامپیوتر، سکوهای حفاری نفتی، صنایع حمل و نقل، پوشش سیم‌ها، قالب‌ها، تهیه اسفنج‌ها و… کاربرد دارند.
ویژگی پلی‌ایمیدها
خواص حرارتی
پلی‌ایمیدها که از دی‌آمین‌ها و دی‌انیدریدها تولید شده‌اند، خواص حرارتی برجسته‌ای را نشان می‌دهند. پایداری حرارتی و اکسیداسیونی پلیمرها را باآنالیز حرارتی دیفرانسیلی (DSC) و آنالیز حرارتی جاذبه‌ای (TGA) تخمین می‌زند. مانند کاپتون (Kapton) که از پیروملیتیک‌دی‌انیدرید و دی‌آمین‌های‌آروماتیک مانند متافنیلن‌دی‌آمین یا بیس(۴-آمینوفنیل)اتر، پایداری حرارتی تحت اتمسفر نشان می‌دهد (کم‌تر از ۲% کاهش وزن در TGA تا دمای ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد و تحت اتمسفر نیتروژن و یا خلأ).
در دمای بالای ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد کاهش سریع وزن دیده می‌شود و فقط تا حدود ۶۵%-۶۰% ماده اولیه باقی می‌ماند و پس از آن می‌تواند به دلیل خروج محصولات جانبی فرار حبس شده، همانند دی‌اکسید کربن، مونوکسید کربن و آب، در ماده ایجا دشده باشد که در کنار آن‌ها مقادیر کمی از ترکیبات آروماتیک مانند بنزن و آنیلین خارج می‌شوند.
نوع و میزان این مواد جانبی فرار به ساختار پلیمر، روش پلیمریزاسیون و شرایط اعمالی که موجب تخریب می‌شوند، بستگی دارد. دمای تخریب پلیمرها در هوا به طور مشخص پایین‌تر از نیتروژن است. وارد کردن ترکیبات کربن آلیفاتیک (اشباع شده) در دی‌آمین‌های استفاده شده دمای تخریب حرارتی پلیمر را در نیتروژن ۴۵ درجه سانتی‌گراد و در هوا ۷۰ درجه سانتی‌گراد کاهش می‌دهد. وارد کردن دی‌آمین‌های آلیفاتیک مانند هگزامتیلن‌دی‌آمین در ترکیب پلی‌ایمید که میزان کربن‌های آلیفاتیک پلیمر را افزایش می‌دهد، پایداری حرارتی و اکسیداسیونی پلیمر را بیش‌تر کاهش می‌دهد. پلی‌ایمیدهایی که کربن‌های آلیفاتیک دارند، نسبت به پلیمرهای کاملاً آروماتیک در دمای پایین‌تر و با سرعت بالاتری تخریب می‌شوند. پلی‌ایمیدهایی که در آن‌ها کربن آلیفاتیک مستقیماً به نیتروژن حلقه ایمیدی متصل است. در دمای پایین‌تر و با سرعت بیش‌تری نسبت به پلی‌ایمیدهایی که کربن آلیفاتیک در جای دیگری واقع شده باشد تخریب می‌شوند. پایداری اکسیداسیونی بیش‌تر پلی‌ایمیدها در بالای دمای انتقال شیشه‌ای آن‌ها بسیار کاهش می‌یابد که یکی از مهم‌ترین دلایل آن مهاجرت آسان‌تر مولکول‌های اکسیژن به توده پلی‌ایمید است. دمای انتقال شیشه‌ای روش فرآیند و بالاترین دمایی که در آن پلیمر می‌تواند در کاربردهای خاص به کار رود مشخص می‌کند. گستره دمای انتقال شیشه‌ای در پلی‌ایمیدها بسیار وسیع و در حدود ۵۰ تا ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد است که قویاً به ساختار پلیمر وابسته است. استخوان‌بندی سخت و خطی به تولید پلی‌ایمید با دمای انتقال شیشه‌ای بالا منجر می‌شود. واحدهای انعطاف‌پذیر در طول زنجیر اصلی پلیمر مانند زنجیره‌های کربن آلیفاتیک، اترها، و تیواترها که آزادی حرکت زنجیره‌ها را بیش‌تر می‌کنند، موجب کاهش دمای انتقال شیشه‌ای می‌شوند. دمای انتقال شیشه‌ای پایین‌تر میزان حداکثر دمایی را که در آن می‌توان از پلیمر استفاده کرد و همچنین دمای لازم برای شکل‌دهی پلیمر در حالت مذاب را کاهش می‌دهد که از این لحاظ پلی‌اترایمیدها عالی هستند. آن‌ها به راحتی در حالت مذاب فرآیند می‌شوند در حالی که پلی‌پیروملیتیمیدها در حالت مذاب معمولاً با تجهیزات سنتی قابل شکل‌دهی نیستند.
برخی از پلی‌ایمیدها به صورت مواد بلورین با وزن مولکولی بالا هستد که پلی‌پیروملیتیمیدهایی که از دی‌آمین‌های آلیفاتیک و پیروملیتیک‌دی‌انیدرید به دست آمده‌اند از آن جمله‌اند. بعضی از دی‌آمین‌های آلیفاتیک مانند تری‌متیلن‌دی‌آمین و تترامتیلن‌دی‌آمین به تولید پلی‌ایمیدهایی منجر می‌شوند که در زیر دمای ذب تخریب می‌شوند. دی‌آمین‌های با طول زنجیر بلندتر و با شاخه‌ای می‌توانند پلی‌ایمیدهایی با دمای ذوب ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد تولید کنند. در پلی‌ایمیدها درجه بلورینگی و تمایل به بلورشدن به ساختار آن‌ها بستگی دارد. پلی‌ایمیدهای به دست آمده از مونومرهای متقارن بیش‌تر از پلیمرهای تولید شده از مونومرهای نامتقارن به بلورینگی تمایل دارند.
مقاومت در مقابل حلال
پلی‌ایمیدها پایداری هیدرواستاتیک مناسبی نشان می‌دهند. پلیمرهایی که از دی‌آمین‌های آلیفاتیک و دی‌آمین‌های خاصی غنی از الکترون مانند ۴و۴- دی‌آمینوفنیل‌اتر تشکیل شده‌اند پایداری هیدرواستاتیک بیش‌تری نسبت به دی‌آمین‌های آروماتیک حاوی گروه‌های دافع الکترون، مانند ۴و۴-دی‌آمینوفنیل‌سولفون و یا ۴و۴-دی‌آمینوبنزوفنون از خود نشان می‌دهند. پلی‌ایمیدها از لحاظ هیدرولیکی نسبت به محیط‌های محلولی اسیدی و خنثی مقاوم هستند. پلی‌ایمیدهای آروماتیک در بیش‌تر حلال‌های آلی نانحلول هستند. اسیدهای قوی، مانند اسید سولفوریک و نیتریک غلیظ شده، این مواد را حل می‌کنند.
مقاومت در مقابل حلال به صورت زمان لازم برای ایجاد ترک سطحی روی نمونه تحت یک تنش مشخص اندازه‌گیری می‌شود. مقاومت پلی‌ایمیدها در مقابل حلال با شبکه‌ای کردن بهببود می‌یابد.
خواص مکانیکی، فیزیکی و الکتریکی
خواص برجسته مکانیکی پلی‌ایمیدها آن‌ها را به عالی‌ترین انتخاب برای جای‌گزینی فلزات، شیشه‌ها و مواد دیگر در کاربردهای با کارایی بالا تبدیل کرده است. پلی‌ایمیدها چقرمه هستند و مقاومت ضربه خوبی از خود نشان می‌دهند. همچنین سخت هستند و در زیر دمای انتقال شیشه‌ای مدول خمشی بالایی دارند. مقاومت‌های کششی، خمشی و فشاری آن‌ها عالی است. خواص مکانیکی آن‌ها می‌تواند با استفاده از پرکننده‌های خنثی مانند شیشه، پودر کربن یا مواد معدنی که سختی را افزایش می‌دهند، بهبود یابد. میزان افزایش طول آن‌ها معمولاً بین %۲۰ تا ۱۰۰% است. پایداری پلی‌ایمیدها نسبت به نور ماورای بنفش برای اغلب کاربردهای عادی مناسب است. به هر حال تحت شرایط در معرض بودن طولانی و یا تشعشع شدید، مثلاً چند هزار ساعت، کاهش خواص قابل ملاحظه‌ای دیده است.
پلی‌ایمیدها مانند اغلب پلیمرهای آلی، عایق‌های خوبی هستند و می‌توانند در کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی به عنوان اتصال‌دهنده و عایق سیم‌ها به کار روند. وزن مخصوص اکثر پلی‌ایمیدها در محدوده ۱/۱ تا ۱/۵ است. همچنین سوختن رفتار مشخصه اکثر پلی‌ایمیدهاست که آن‌ها را برای کاربردهای صنایع حمل و نقل و ساختمان بسیار مناسب کرده است. در طول سوختن، پلی‌ایمیدهای آروماتیک سطحی ایجاد می‌کنند که آتش را خاموش می‌کند. میزان رطوبت تعادلی اغلب پلی‌ایمیدها پایین است (در حدود کم‌تر از ۱۰%).
پلی‌ایمیدها بسته به ساختار و روش پلیمیریزاسیون، رنگی زرد تا قهوه‌ای دارند. پلی‌ایمیدهایی که از مونومرهای بسیار خالص تهیه شده‌اند بر حسب ساختارشان محدوده رنگی از زرد روشن تا بی‌رنگ دارند. پلیمرهایی که از مونومرهای صنعتی، مخصوصاً دی‌آمین‌های آروماتیک تولید می‌شوند رنگ‌های بیش‌تری خواهند داشت.
پلی‌ایمیدهای اصلاح شده
در سال‌های اخیر پلی‌ایمیدهای اصلاح شده بسیاری برای کاربرد خاص تولید شده‌اند، مخصوصاً در کامپوزیت‌های مصرفی در صنایع هوافضا که به مواد مقاوم در مقابل دمای بالا برای زمانی طولانی همچنین مواد مقاوم در مقابل حلال‌های قوی و با مقاومت بالا و آتش‌گیری پایین به شدت نیاز است. برای برآورده ساختن این احتیاجات چندین پلی‌ایمیدها قابل پخت با مکانیسم افزایشی ساخته شده و به تولید صنعتی رسیده‌اند. این سیستم‌ها شامل الیگومرهایی با وزن مولکولی پایین‌اند که گروه‌های غیر اشباع جای‌گزین انتهای زنجیره‌های آن‌ها شده‌اند.
پلی‌ایمیدهایی با خواص طراحی شده نیز برای زمینه‌های کاربردی خاص سنتز ارزیابی شده‌اند. کوپلیمرهای قطعه‌ای و اتفاقی شامل پلی‌آمیدایمیدها، پلی‌استرایمیدها و پلی‌سیلوکسان ایمیدها نیز رشد فراوانی داشته‌اند. همچنین آلیاژ پلی‌ایمیدها با سایر پلیمرها مانند نایلون نیز خالی از فایده نیست.
پلی‌اترایمیدها
گروه‌های اتری سهم مهمی در بهبود فرآیندپذیری و جریان مذاب پلی‌اترایمیدها دارند. پلی‌اترایمیدها آمورف، شفاف، مقاوم نسبت به اشعه ماورای بنفش و پرتوهای یونیزه‌کننده هستند و کاربردهای متفاوتی از جمله دستگاه‌های مایکروویو و صنایع هوافضا دارند. از الیاف آن‌ها برای محافظت لباس آتش‌نشان‌ها، رانندگان مسابقات اتومبیل‌رانی، لوازم داخلی هواپبما و… استفاده می‌شود.
پلی‌آمیدایمیدها
پلی‌آمیدایمیدها کوپلیمرهای تجاری مشتق شده از ایمیدها هستند که با وارد کردن یک پیوند پلی‌آمیدی، پلیمری با خواص مطلوب‌تر، فرآورش پذیرتر، قابل انحلال و قابل قالب‌گیری تهیه می‌شود.
به پلی‌آمیدایمیدها به دلیل سبکی وزن و استحکام بالاتر به ازای هر واحد وزنی، بیش‌تر از اغلب آلیاژهای فلزی توجه می‌شود. پلی‌آمیدایمیدها در صنایع هوافضا و اتوماتیک و به عنوان بستر (ماتریس) پلیمرهای گرمانرم (ترموپلاستیک) در کامپوزیت‌های با کارایی بالا، هدایت‌کننده‌های نوری عالی، الکترولومینسانس، ابزارهای الکتروکرومیک و… کاربرد دارند. پلی‌آمیدایمیدها به دو صورت گرمانرم و گرماسخت هستند که خواص مکانیکی برجسته‌ای در دمای بالا با پایداری ابعادی عالی، خزش خوب و مقاومت شیمیایی و ضربه‌ای مناسب از خود نشان می‌دهند.
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
پتروشیمی بوعلی‌سینا ایران را از واردات بنزن بی‌نیاز کرد
ایران به دنبال تحقق ۱۰۰ای برنامه تولید بنزن در پتروشیمی بوعلی‌سینا در سال ۹۹ از واردات این محصول راهبردی بی‌نیاز شد.
به گزارش نیپنا به نقل از شرکت پتروشیمی بوعلی‌سینا، این مجتمع آروماتیکی سال ۱۳۹۹ موفق به تولید بیش از ۱۰۰٪ برنامه تولید خود در محصول بنزن شده و با تولید ۸۵۶۱۰ هزار تن محصول نسبت به سال ۹۸ با ۸٪ افزایش، به تولید حداکثری رسیده است.
اردلان صداقت‌زاده، مدیر بازرگانی شرکت پتروشیمی بوعلی‌سینا در این زمینه اظهار کرد: این افزایش تولید، کشور را از واردات محصول راهبردی بنزن که به عنوان محصول پایه در شوینده‌ها و مواد بهداشتی کاربرد دارد بی‌نیاز کرده است تا علاوه بر جلوگیری از خروج ارز از کشور، در شرایط همه‌گیری ویروس کرونا و لزوم افزایش مصرف شوینده‌ها، کشور بدون چالش و با تکیه بر تولیدات داخلی نیازهای مصرف‌کنندگان را برطرف کند.
وی ادامه داد: با تحقق ۱۰۰٪ای برنامه تولید در سال ۱۳۹۹، افزون بر جلوگیری از واردات محصول بنزن، بخشی از تولید این محصول راهبردی را به خارج از کشور صادر کرده‌ایم که در شرایط سخت تحریم‌ها، ارزآوری قابل توجه‌ای را برای کشور به ارمغان آورده است.
مدیر بازرگانی شرکت پتروشیمی بوعلی‌سینا افزود: همچنین سال ۱۳۹۹، تولید محصولات برش سبک با ۲۲٪، برش سنگین با ۷٪ و گاز مایع با ۷٪ افزایش تولید همراه بوده است.
صداقت‌زاده تصریح کرد: در سال ۱۳۹۹ نیز صادرات زمینی رشد چشم‌گیر ۳۴۰٪ای را نشان می‌دهد که با افزایش حمل و نقل زمینی و کاهش حمل و نقل دریایی، هزینه حمل محصولات نیز به شدت کاهش داشته و سبب افزایش سود این شرکت شده است.
وی اظهار کرد: سال ۱۳۹۹ مقدار فروش شرکت در مجموع ۲۵٪ افزایش نسبت به مدت مشابه سال ۹۸ را نشان داد که روزهای خوب شرکت پتروشیمی بوعلی‌سینا در روزهای تحریم با تکیه بر توان داخلی و بی‌اثر ساختن تحریم‌ها در صنعت پتروشیمی را نوید می‌دهد.
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