پلیمرهای مقاوم حرارتی – بخش دوم: پلی‌آمیدها
پلی‌آمیدهای آلیفاتیک
پلی‌آمیدها پلیمرهایی هستند که گروه عاملی آمیدی در آن‌ها جزء اصلی زنجیره پلیمری به شمار می‌آید. پلی‌آمیدهای خطی از واکنش مرحله‌ای مونومرهای دو عاملی تشکیل می‌شوند. از مونومرهای آمینو اسید، پلی‌آمیدهایی از نوع AB حاصل می‌شود که A مبین گروه آمینی و B مبین گروه اسیدی است. اگر پلی‌آمیدها از واکنش مرحله‌ای دی‌آمین و اسیدهای دو عاملی تولید شوند، پلیمر حاصله از نوع AABB خواهد بود. پلی‌آمیدها اکثراً به نام نایلون شناخته می‌شوند.
فرمول عمومی پلی‌آمیدهای خطی با ساختارهای (الف) و (ب) در شکل زیر نمایش داده شده است که ساختار (الف) از واکنش مرحله‌ای یک دی‌آمین و یک دی‌اسید و ساختار (ب) از واکنش خودتراکمی آمینواسید حاصل شده است.
ساختار پلی‌آمیدهای خطی
واکنش‌گرهای چند عاملی نظیر تری‌آمین‌ها، تتراآمین‌ها و اسیدهای سه‌عاملی منجر به تولید پلیمرهای شاخه‌ای یا شبکه‌ای و باعث تنوع در تهیه و ساختار پلی‌آمیدها می‌شوند.
پلی‌آمیدهای آروماتیک
آرامیدها جزء قدیمی‌ترین پلیمرهای مقاوم حرارتی و جزء اولین پلمیرهایی هستند که کاربرد عملی یافتند و شرکت دوپان از آن‌ها برای تهیه الیاف نومکس (Nomex) استفاده کرد. این سیستم شامل کوپلی‌آمید؛ متافنیلن‌دی‌آمین و ایزوفتالیک‌اسید است که موقعیت متا باعث انعطاف‌پذیری می‌شود. وجود نظم در زنجیر اصلی اهمیت خاصی دارد. نقطه ذوب تا حدود ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد از حالت منظم تا حالت نامنظم تغییر می‌کند.
دو ساختار از پلی‌آمیدهای آروماتیک
اگر جهت‌گیری پارا برای پلی‌آرامید استفاده شود، مدول تا شش برابر بیش‌تر، ازدیاد طول کم‌تر، بلورینگی بیش‌تر، بهبود خواص حرارتی، افزایش مقاومت کششی و کاهش حلالیت‌پذیری خواهد داشت. محصول با مشخصات فوق را شرکت دوپان با نام تجاری کولار ارائه کرده است. این مواد به عنوان تقویت‌کننده‌های تایر، کامپوزیت‌ها، عایق‌های الکتریکی، بالشتک‌ها و… استفاده می‌شوند.
ساختار کولار: الف) ساختار اولیه ب) ساختار بعدی
در روش پلیمریزاسیون مرحله‌ای، دو روش پلیمریزاسیون محلولی و پلیمریزاسیون بین سطحی برای تهیه پلی‌آمید با وزن مولکلولی بالا وجود دارد. در این میان روش محلولی از نظر فرآورش راحت‌تر است.
حلال‌های واکنش معمولاً دی‌متیل‌استامید (DMAC)، N-متیل‌پیرولیدون (NMP)، هگزامتیل‌فسفریک‌تری‌آمید و تترامتیل‌اوره هستند و یک پذیرنده اسید، مانند یک آمین نوع سوم نیز استفاده می‌شود. در روش‌های جدیدتر، از آریل فسفیت‌ها (تری‌فنیل‌فسفیت)، آمین نوع سوم (پیریدین) و نمک فلزی (لیتیم یا کلسیم کلراید) برای تهیه پلی‌آمیدهای با وزن مولکولی بالا استفاده می‌شود. واکنش به دما (۱۲۰-۸۰) درجه سانتی‌گراد، نوع نمک فلزی (لیتیم، یا کلسیم‌کلراید)، غلظت نمک (۱۲%-۲%) و ماهیت آمین نوع سوم حساس است.
فرآیند مناسب‌تر برای پلی‌آمیدهای آروماتیک پلیمریزاسیون مرحله‌ای دمای پایین دی‌اکسیدکلرایدها و دی‌آمین‌ها در حلال‌های آمیدی است. از این روش می‌توان برای تهیه الیافی مانند نومکس استفاده کرد. در پلیمریزاسیون تراکمی محلولی، محیط پلیمریزاسیون حلالی خنثی برای حداقل یکی از واکنش‌گرها و یا عامل تورم‌زا برای پلیمر به شمار می‌آید.
در پلیمریزاسیون محلولی، با افزایش وزن مولکولی پلیمر هیچ حلال آلی توان محلول نگه‌داشتن پلیمر را ندارد. قدرت حلالیت بسیاری از حلال‌های آلی با افزایش لیتیم یا کلسیم‌کلراید افزایش می‌یابد.
در روش پلیمریزاسیون بین سطحی، دی اسیدکلراید در یک حلال آلی خنثی و امتزاج‌ناپذیر با آب که یک عامل تورم‌زا برای پلیمر محسوب می‌شود و دی‌آمین به عنوان یک عامل پروتون‌گیرنده در فاز آبی حل می‌شوند. برای به دست آوردن پلیمر با وزن مولکولی بالاتر واکنش را به هم می‌زنند. در این روش توزیع وزن مولکولی پهن است به این دلیل برای تهیه الیاف و فیلم‌ها مناسب نیست.
پلی‌آمیدها به عنوان مواد مقاوم حرارتی، مواد مقاوم در برابر شعله، موادی دارای استحکام، مدول بالا و پایداری ابعادی استفاده می‌شوند. استفاده به عنوان مقاوم حرارتی در صافی‌ها برای گازهای داغ که از دودکش خارج می‌شوند؛ پارچه‌های تحت پرس در پرس‌های صنعتی مانند پرس داغ مرحله نهایی بافت کتان و لباس‌های پلی‌استر کتان؛ پوشش تخته اتو و نخ خیاطی؛ عایق کردن کاغذ برای موتورهای الکتریکی و تراسفورمرها؛ ساخت مواد مقاوم در برابر شعله در لباس‌های محافظ، لباس‌های جوش‌کاری، لباس آتش‌نشان‌ها، لباس پرواز خلبانان نظامی، کیسه‌های پست، پرده، پوشش قایق‌ها، چادرها و ساخت مواد دارای پایداری ابعادی نظیر لوله‌های آتش‌نشانی، تسمه‌های U شکل و تسمه‌های انتقال نیرو از کاربردهای آن‌هاست. اما از کاربردهایی با خصوصیات استحکام و مدول بالا می‌توان به تسمه‌های U شکل کابل‌ها، چترهای پرواز، جلیقه‌های ضد گلوله، اجزای آنتن، بورد مدارهای الکتریکی، وسایل ورزشی، ریسمان‌های طناب‌کشی، کابل‌های تلفن، خطوط نیرو و کابل‌های فیبر نوری اشاره کرد.
ویژگی‌های عمومی پلی‌آمیدها
نایلون‌ها مقاومت سایشی بسیاری خوبی دارند که با افزودن برخی روان‌کننده‌های خارجی یا با فرآوری (مثل تاب‌کاری) که در نتیجه آن نایلون سطحی سخت و بسیار بلورین پیدا می‌کند، مقاومت سایشی می‌تواند باز هم بهتر شود. نایلون‌ها نسبت چسبش-لغزش زیادی دارند با این وجود انجام اصلاحاتی با پلیمرهای تترافلوئورواتیلن (PTFE) با دی‌سولفیدمولیبدن می‌تواند سبب کاهش این نسبت شود. به نظر می‌رسد دمای انتقال شیشه‌ای نایلون‌ها زیر دمای اتاق باشد زیرا این مواد به رغم بلورینگی زیادشان تا حدی منعطف هستند. نقاط ذوب آن‌ها بسیار تیز است و گران‌روی آن‌ها در بالاتر از دمای ذوب (Tm) بسیار افت می‌کند. در دماها و درصدهای کم رطوبت، این نایلون‌ها عایق‌های الکتریکی خوبی هستند اکا این ویژگی‌ها با افزایش دما و رطوبت به سرعت از بین می‌روند. نایلون‌ها مقاومت بسیار خوبی در برابر هیدروکربن‌ها، استرها، آلکیل‌هالیدها و گلیکول‌ها نشان می‌دهند. الکل‌ها، نایلون‌ها را حل و یا متورم می‌کنند؛ به ویژه روی هموپلیمرها تأثیر بیش‌تری دارند. این رزین‌ها در اسید فوماریک، اسید استیک یخی، فنل‌ها و کروزول‌ها حل می‌شوند. اسیدهای معدنی به ویژه اسید نیتریک بر این پلاستیک‌ها اثر می‌کنند؛ اما مقاومت آن‌ها در برابر قلیاها در دمای اتاق خوب است. با افزایش دما از مقاومت این مواد در برابر تمام مواد شیمیایی کاسته می‌شود. به طور کلی مقاومت شیمیایی هموپلیمرها کم‌تر از جورپلیمرهاست. مقاومت آب و هوایی نایلون‌ها در برابر اشعه ماوراء بنفش ضعیف است. نایلون‌ها در مدت زمان‌های طولانی رنگ‌پریده و ترد می‌شوند. تغییرات همراه با کاهش وزن مولکولی، مقاومت کششی و ازدیاد طول در نقطه شکست است. حضور اکسیژن باعث تسریع و هدایت گسترش و توسعه این تخریب می‌شود. اما استفاده از پایدارکننده‌های نوری و گرمایی تا حدی تأخیراندازی چنین پدیده‌هایی را ممکن می‌کند.
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
بازیافت بطرى‌هاى پلاستیکى و تبدیل آن‌ها به طعم‌دهنده وانیل!
پلی‌اتیلن‌ترفتالات که معمولاً PET نامیده می‌شود، یکی از پرمصرف‌ترین پلیمرهایی است که به روش پلیمریزاسیون مرحله‌ای تولید می‌شود. پلی‌اتیلن‌ترفتالات پلی‌استری از اسید ترفتالیک و اتیلن گلیکول با ساختار شیمیایی زیر است. این پلیمر امروزه کاربرد وسیعی در صنایع مختلف مثل نساجی، ساخت الیاف با مقاومت بالا، ساخت نوارهای سمعی و بصری و بطری‌های نوشیدنی دارد. گریدهای مختلف آن در طیف گسترده‌ای از اوزان مولکولی در صنایع مختلف به کار می‌روند و امروزه وسیع‌ترین زمینه کاربرد آن ساخت بطری‌های نوشیدنی است. بطری‌های PET استحکام بالا، وزن کم و خاصیت گذردهی (CO2) کمی دارند. خاصیت مهم آن قابلیت استفاده در صنایع غذایی است (چون عوارض جانبی ایجاد نمی‌کند). مصرف جهانی PET اخیراً حدود ۱۳ میلیون تن در سال است: ۵/۹ میلیون تن در صنایع نساجی، ۲ میلیون تن در ساخت نوارهای سمعی و بصری و ۵/۱ میلیون تن در ساخت بطری‌ها.
PET صدمه مستقیمی به محیط زیست وارد نمی‌کند اما به خاطر حجم زیاد و مقاومت در مقابل تجزیه باکتری‌ها ماده زائد به حساب می‌آید و با توجه به گسترش روزافزون مصرف آن ملاحظات اکولوژیکی و اقتصادی بازیافت PET را ضروری می‌داند. ضایعات PET را می‌توان ذوب کرد و تغییر شکل داد. مجموعه‌ای از مشکلات و قیمت بسیار بالای بسیاری از فرآیندهای بازیافت آن‌ها را محدود می‌کند.
آینده ای را تصور کنید که مشکل زباله‌های پلاستیکی ما به معنای واقعی کلمه با خوردن آن‌ها به عنوان دسر برطرف شود. البته که سرآشپزها نمی‌توانند “بطری‌های پلاستیکی آماده شده” را سرو کنند، اما تحقیقات منتشر شده در این ماه در مجله شیمی سبز (Green Chemistry) نشان داده است که چگونه یک بطری پلاستیکی مصرف شده به طعم دهنده وانیلی تبدیل می‌شود!
در این راستا محققان دانشگاه ادینبورگ اسکاتلند از باکتری E. coli اصلاح شده به صورت ژنتیکی، برای تبدیل بطری پلاستیکی به وانیلین-منبع اصلی طعم و بوی وانیل- استفاده کرده‌اند. محققان حتی معتقدند که وانیلین مشتق شده از پلاستیک احتمالاً برای مصرف انسان بی‌خطر است؛ اما به گفته سایت خبری دانشگاه، هنوز به آزمایشات بیش‌تری در این زمینه احتیاج است. اگرچه می‌توان وانیلین را به طور طبیعی از دانه‌های وانیل استخراج کرد، اما این دانه‌ها گران‌قیمت هستند. بنابراین وانیلین سنتزی بسیار رایج‌تر است. گزارش شده است که ۸۵% وانیلین از این طریق تولید می‌شود.
به نقل از Ellis Crawford، ویراستار انتشارات در انجمن رویال شیمی، “این یک کاربرد بسیار جالب از علوم میکروبی در سطح مولکولی برای بهبود پایداری و کارایی در جهت اقتصاد چرخشی است. استفاده از میکروب‌ها برای تبدیل پلاستیک‌های زائد که برای محیط زیست مضر هستند، به عنوان یک ماده مهم و سکویی با کاربردهای گسترده در مواد آرایشی و غذایی، نمایشی زیبا از شیمی سبز است.”
نکته مهم موجود آن است که این آزمایش‌ها بطری‌های پلاستیکی را به راحتی به کاسه بستنی وانیلی تبدیل نکردند! بلکه دانشمندان مجبور شدند تعدادی از مراحل واسطه را دنبال کنند. همان طور که گاردین توضیح می‌دهد، ابتدا پلاستیک پلی‌اتیلن‌ترفتالات (PET) باید با استفاده از “سوپرآنزیم‌های” مهندسی شده به اسید ترفتالیک (TA) تجزیه شود. سپس از E. coli مهندسی شده برای تبدیل TA حاصله به وانیلین استفاده شود. اگر چه تا به این زمان تنها ۷۹% از TA تبدیل گردید، اما محققان معتقدند که می توانند این نرخ را بهبود بخشند.
Stephen Wallace، یکی از دو همکار مقاله، خطاب به روزنامه انگلیسی گفته است: “ما فکر می‌کنیم که می‌توانیم خیلی سریع این کار را انجام دهیم. ما در اینجا یک مرکز مونتاژ DNA رباتیک شده شگفت‌انگیز داریم. “آن‌ها همچنین قصد دارند تولید خود را افزایش دهند و به غیر از وانیلین که می‌تواند با این روش ساخته شود، در جستجوی مولکول های مفید دیگری نیز هستند.”
Wallace اظهار داشت: “کار ما تصور وجود پلاستیک به عنوان یک زباله مشکل‌ساز را به چالش کشیده است و در عوض استفاده از آن را به عنوان یک منبع جدید کربنی که محصولات با ارزش بالا از آن قابل حصول است نمایش می‌دهد.”
Joanna Sadler، نویسنده دیگر مقاله، افزوده است: “این اولین نمونه استفاده از یک سیستم بیولوژیکی برای تبدیل زباله‌های پلاستیکی به یک ماده شیمیایی صنعتی با ارزش است و این امر پیامدهای بسیار مهیجی برای اقتصاد چرخشی دارد. نتایج حاصل از تحقیقات ما پیامدهای عمده‌ای در زمینه پایداری پلاستیک داشته است و قدرت زیست شناسی سنتزی را برای حل چالش‌های دنیای واقعی نشان می‌دهد.”
منبع خبر:
https://www.foodandwine.com/news/plastic-bottle-vanilla-flavoring
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
معرفی فیلم پلی اتیلن ترفتالات با خواص سدگری بالا
پلی‌اتیلن‌ترفتالات که معمولاً PET نامیده می‌شود، یکی از پرمصرف‌ترین پلیمرهایی است که به روش پلیمریزاسیون مرحله‌ای تولید می‌شود. پلی‌اتیلن‌ترفتالات پلی‌استری از اسیدترفتالیک و اتیلن گلیکول با ساختار شیمیایی زیر است.
این پلیمر امروزه کاربرد وسیعی در صنایع مختلف مثل نساجی، ساخت الیاف با مقاومت بالا، ساخت نوارهای سمعی و بصری و بطری‌های نوشیدنی دارد. گریدهای مختلف آن درر طیف گسترده‌ای از اوزان مولکولی در صنایع مختلف به کار می‌روند و امروزه وسیع‌ترین زمینه کاربرد آن ساخت بطری‌های نوشیدنی است.
بطری‌های PET استحکام بالا، وزن کم و خاصیت گذردهی (CO2) کمی دارند. خاصیت مهم آن قابلیت استفاده در صنایع غذایی است (چون عوارض جانبی ایجاد نمی‌کند). مصرف جهانی PET اخیراً حدود ۱۳ میلیون تن در سال است: ۹/۵ میلیون تن در صنایع نساجی، ۲ میلیون تن در ساخت نوارهای سمعی و بصری و ۱/۵ میلیون تن در ساخت بطری‌ها.
PET صدمه مستقیمی به محیط زیست وارد نمی‌کند اما به خاطر حجم زیاد و مقاومت در مقابل تجزیه باکتری‌ها ماده زائد به حساب می‌آید و با توجه به گسترش روزافزون مصرف آن ملاحظات اکولوژیکی و اقتصادی بازیافت PET را ضروری می‌داند. ضایعات PET را می‌توان ذوب کرد و تغییر شکل داد. مجموعه‌ای از مشکلات و قیمت بسیار بالای بسیاری از فرآیندهای بازیافت آن‌ها را محدود می‌کند.
در این راستا نماینده AMB، شرکت بین المللی ارائه دهنده محصولات منحصر به فرد بسته بندی مواد غذایی و غذا در ایتالیا می‌گوید که مفاهیم مربوط به بسته بندی تک لایه PET مناسب برای گوشت توسعه یافته است. همچنین اضافه می‌کند این PET با خاصیت سدگری بالا پایدار است و با استفاده از مواد قابل بازیافت که با دستورالعمل‌های بازیافت اتحادیه اروپا مطابقت دارد. این مواد شفافیت بسیار بالایی دارد و بدون استفاده از موادی نظیر EVOH سدگری بالایی را ارائه می‌دهد. این تک لایه قابلیت ترکیب با لایه دیگر PET و Peel film را دارد.
منبع خبر: www.ambpackaging.com
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