تحقیق رایگان

سایت فروشگاه علمی اسمان

کاربردهای پلیمر

 

  بشر با تلاش برای دستیابی به مواد جدید, با استفاده از مواد آلی (عمدتاهیدروکربنها) موجود در طبیعت به تولید مواد مصنوعی نایل شد. این مواد عمدتا شاملعنصر کربن , هیدروژن, اکسیژن, نیتروژن و گوگرد بوده و به نام مواد پلیمری معروفهستند. مواد پلیمری یا مصنوعی کاربردهای وسیعی , از جمله در ساخت وسایل خانگی , اسباب بازیها, بسته بندیها , کیف و چمدان , کفش , میز و صندلی , شلنگها و لوله هایانتقال أب , مواد پوششی به عنوان رنگها برای حفاظت از خوردگی و زینتی , لاستیکهایاتومبیل و بالاخره به عنوان پلیمرهای مهندسی با استحکام بالا حتی در دماهای نسبتابالا در ساخت اجزایی از ماشین ألات, دارند.

پلیمرها خواص فیزیکی و مکانیکینسبتا خوب و مفیدی دارند . أنها دارای وزن مخصوص پاییین و پایداری خوب در مقابلمواد شیمیایی هستند. بعضی از أنها شفاف بوده و می توانند جایگزین شیشه ها شوند. اغلب پلیمرها عایق الکتریکی هستند. اما پلیمرهای خاصی نیز وجود دارند که تا حدودیقابلیت هدایت الکتریکی دارند .

عایق بودن پلیمرها به پیوند کووالانسی موجود بیناتمها در زنجیرهای مولکولی ارتباط دارد. اما تحقیقات انجام شده در سالهای اخیر نشانداد که امکان ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی در امتداد محور مولکولها وجود دارد. ایننوع پلیمرها اساسا از پلی استیلن تشکیل شده اند. با نفوذ دادن عناصری مانند فلزاتقلیایی یا هالوژنها «فرایند دوپینگ) به زنجیرهای مولکولی پلی استیلن به ترتیب نیمههادیهای پلیمری از نوع N و P به دست می أیند. افزودن عناصر یا دوپینگ سبب می شود کهالکترونها بتوانند در امتدا د اتمهای کربن در زنجیر حرکت کنند.

تفلون از موادپلیمری است که به دلیل ضریب اصطکاک پایینی که دارد به عنوان پوشش برای جلوگیری ازچسبیدن مواد غذایی در وسایل پخت و پز استفاده می شود.

نحوه ساختارپلي مرها

اغلب پلیمرهای متداول از پلیمریزاسیون مولکولهای ساده آِلی بهنام منومر به دست می أیند. برای مثال پلی اتیلن (PE) پلیمری است که از پلیمریزاسیونبا افزایش (ترکیب) چندین مولکول اتیلن به دست می أید. هر مولکول اتیلن یک منومرنامیده می شود.

با ترکیب مناسبی از حرارت, فشار و کتالیزور , پیوند دوگانه بیناتمهای کربن شکسته شده و یک پیوند ساده کووالانسی جایگزین أن می شود. اکنون دوانتهای أزاد این منومر به رادیکالهای أزاد تبدیل می شود, به طوری که هر اتم کربن یکتک الکترون دارد که می تواند به رادیکالهای آزاد دیگر افزوده شود. از این رو دراتیلن دو محل ( مربوط به اتم کربن) وجود دارد که مولکول های دیگر می توانند در آنجابدان ضمیمه شوند . این مولکول با قابلیت انجام واکنش , زیر بنای پلیمرها بوده و به (مر) یا بیشتر واحد تکراری موسوم است. واحد تکراری در طول زنجیر مولکول پلیمر بهتعداد دفعات زیادی تکرارمیشود. طول متوسط پلیمر به درجه پلیمرزاسیون یا تعدادواحدهای تکراری در زنجیر مولکول پلیمر بستگی دارد. بنابراین نسبت جرم مولکولی پلیمربه جرم مولکولی واحد تکرای به عنوان (درجه پلیمریزاسیون) تعریف شده است . با بزرگترشدن زنجیر مولکولی ( در صورتی که فقط نیروهای بین مولکولی سبب اتصال مولکولها بهیکدیگر شود) مقاومت حرارتی و استحکام کششی مواد پلیمری هر دو افزایش می یابند.

به طور کلی فرایند پلیمریزاسیون می تواند به صورتهای مختلفی مانند افزایشی , مرحله ای و .... انجام گیرد.در پلیمریزاسیون افزایشی , تعدادی از واحدهای تکراری بهیکدیگر اضافه شده و مولکول بزرگتری را به نام پلیمر تولید می کنند. در این نوعپلیمریزاسیون ابتدا در مرحله اول رادیکال آزاد, با دادن انرژی (حرارتی , نوری) بهمولکولهای اتیلین با پیوند دوگانه و شکست پیوند دوگانه , به وجود می آید. سپسرادیکالهای آزاد با اضافه شدن به واحدهای تکراری مراکز فعالی به نام آغازگر شکل میگیرند و هر یک از این مراکز به واحدهای تکراری دیگر اضافه شده و رشد پلیمر ادامه مییابد .
از نظر تئوری درجه پلیمریزاسیون افزایشی می تواند نامحدود باشد, که دراین صورت مولکول زنجیره ای بسیار طویلی از اتصال تعداد زیادی واحدهای تکراری بهیکدیگر شکل می گیرد. اما عملا رشد زنجیر به صورت نامحدود صورت نمی گیرد.هر چه قدرتعداد مراکز فعال یا آغازگرهای شکل گرفته بیشتر باشد , تعداد زنجیرها زیادتر ونتیجتا طول زنجیرها کوچکتر می شود و بدین دلیل است که خواص پلیمرها تغییر می کند. البته سرعت رشد نیز در اندازه طول زنجیرها موثر است . هنگامی که واحدهای تکراریتمام و زنجیرها به یکدیگر متصل شوند, رشد خاتمه می یابد.

از دیگر روشهایپلیمریزاسیون, پلیمریزاسیون مرحله ای است که در آن منومرها با یکدیگر واکنش شیمیاییداده و پلیمرهای خطی را به وجود می اورند. در بسیاری از واکنشهای پلیمریزاسیونمرحله ای مولکول کوچکی به عنوان محصول فرعی شکل می گیرد . این نوع واکنشها گاهیپلیمریزاسیون کندنزاسیونی نیز نامیده می شوند.

@@@@@@@@@@@@@@@@
سنتزي به نام پلياتيلن

پلي اتيلن يا پلي اتن يكي از ساده ترين و ارزانترين پليمرهااست. پلي اتيلن جامدي مومي و غيرفعال است. اين ماده از پليمريزاسيون اتيلن بدست ميآيد و بطور خلاصه بصورت PE نشان داده مي شود. مولكول اتيلن (C2H4) داراي يك بند دوگانه C=C است در فرايند پليمريزاسيون بند دوگانه هر يك از منومرها شكسته شده و بجايآن پيوند ساده اي بين اتم هاي كربن مونومرها ايجاد مي شود و محصول ايجاد شده يكدرشت مولكول است.
پلي اتيلن اولين بار بطور اتفاقي توسط شيميدان آلماني Hans von pechmanv سنتز شد. او در سال 1898 هنگام حرارت دادن دي آزومتان تركيب مومي شكلسفيدي را سنتز كرد كه بعدها پلي اتيلن نام گرفت. اولين روش سنتز صنعتي پلي اتيلنبطور تصادفي توسط ازيك ناوست و رينولرگيسون (از شيميدان هاي ICI) در 1933 كشف شد. اين دو دانشمند با حرارت دادن مخلوط اتيلن و بنزاهيد در فشار بالا ماده اي موممانند بدست آوردند. علت اين واكنش وجود ناخالصي هاي اكسيژن دار در دستگاه هاي مورداستفاده توسعه داد و تحت فشار بالا پلي اتيلن را سنتز كرد كه اين روش اساسي برايتوليد صنعتي LDPE در سال 1939 شد.

اتفاق مهم در سنتز پلي اتيلن كشف چندينكاتاليزور جديد بود كه پليمريزاسيون اتيلن را در دما و فشار ملايمتري نسبت بهروشهاي ديگر امكان پذير مي كرد. اولين كاتاليزور كشف شده در اين زمينه تري اكسيدكروم بود كه در 1951 توس روبرت بانكس و جان هوسن در شركت فيليپس تپروليوم آنرا كشفكردند در سال 1935 كارل زيگلر شيميدان آلماني سيستم هاي كاتاليزور شامل هاليدهايتيتان و تركيبات آلي آلومينيوم دار را توسعه داد.

اين كاتاليزورها در شرايطملايمتري نسبت به كاتاليزورهاي فيليپس قابل استفاده بودند و همچنين پلي اتيلن يكآرايش (با ساختار منظم) توليد مي كردند. سومين نوع سيستم كاتاليزوري استفاده ازتركيبات متالوسن بود كه در سال 1976 در آلمان توسط والتر كامينيكي و هانس ژوژسينتوليد شد. كاتاليزورهاي زيگلر و متالوسن از لحاظ كاركرد بسيار انعطاف پذير هستند ودر فرايند كوپليمريزاسيون اتيلن با ساير اولفين ها كه اساس توليد پليمرهاي مهمي مثل VLDPE و LLDPE و MDPE هستند مورد استفاده قرار مي گيرند.

اخيراً كاتاليزوري ازخانواده متالوين ها با قابليت استفاده بالا براي پليمريزاسيون پلي اتيلن به نامزيركونوسن دي كلريدساخته شده است كه امكان توليد پليمر با ساختار بلوري (تك آرايش) بالا را مي دهد. همچنين نوع ديگري از كاتاليزورها به نام كمپلكس ايمينوفتالات بافلزات گروه ششم مورد توجه قرار گرفته است كه كاركرد بالاتري نسبت به متالوسن هانشان مي دهند.

طبقه بندي اتيلن ها بر اساس دانسيته آنها صورت مي گيرد. كهدر مقدار دانسيته اندازه زنجير پليمر و نوع و تعداد شاخه هاي موجود در زنجير دخالتدارد.
HDPE پلي اتيلن سنگين چیست

اين پلي اتيلن دارايزنجير پليمري بدون شاخه است. بنابراين نيروي بين مولكولي در زنجيره بالا و استحكامكششي آن بيشتر از بقيه پلي اتيلن ها است. شرايط واكنش و نوع كاتاليزور مورد استفادهدر توليد پلي اتيلن HDPE موثر است. براي توليد پلي اتيلن بدون شاخه معمولاً از روشپليمريزاسيون با كاتاليزور زيگلر ـ ناتا استفاده مي شود.

LDPE پلياتيلن سبك چیست

اين پلي اتيلن داراي زنجيري شاخه دار است. بنابراينزنجيرهاي LDPE نمي توانند بخوبي با يكديگر پيوند برقرار كنند و داراي نيروي بينمولكولي ضعيف و استحكام كششي كمتري است اين نوع پلي اتيلن معمولاً با روشپليمريزاسيون راديكالي توليد مي شود از خصوصيات اين پليمر انعطاف پذيري و امكانتجزيه بوسيله ميكروارگانيهاي است.

LLDPE پلي اتيلن خطي با دانسيتهپايين چیست

اين پلي اتيلن يك پليمر خطي با تعدادي  شاخه هاي كوتاه است ومعمولاً از كوپليمريزاسيون اتيلن با آلكنها بلند زنجير ايجاد ميشود.

MDPE پلي اتيلن با دانستيه متوسط است.

كاربرد

پلي اتيلن كاربرد فراواني در توليد انواع لوازمپلاستيك مورد استفاده در آشپزخانه و صنايع غذايي دارد. از LDPE در توليد ظروفپلاستيكي سبك و همچنين كيسه هاي پلاستيك استفاده مي شود. LDPE در توليد ظروف شير ومايعات و انواع وسايل پلاستيكي آشپزخانه كاربرد دارد. در توليد لوله هاي پلاستيكي واتصالات لوله كشي معمولاً از MDPE استفاده مي كنند.

LLDPE بدليل بالا بودنميزان انعطاف پذيري در تهيه انواع وسايل پلاستيكي انعطاف پذير مانند لوله هايي باقابليت خم شدن كاربرد دارد. اخيرا پژوهش هاي فراواني در توليد پلي اتيلن هايي بازنجير بلند و داراي شاخه هاي كوتاه انجام شده است اين پلي اتيلن ها در اصل HDPE باتعدادي شاخه هاي جانبي هستند اين پلي اتيلن ها تركيبي استحكام HDPE و انعطاف پذيري LDPE را دارد.

كاربرد پليمر در عايق كاري ساختمان چیست

فوم‌هاي پليمري فوم جسمي است كه از دو فاز مختلف گاز و جامد تشكيل شده است. در مورد فوم‌هاي پليمري فاز جامد از پليمر ساخته شده است. در يك توده فومي دو نوع فضاي خالي در بخش پليمري مي‌تواند وجود داشته باشد كه آنها را سلول مي‌نامند. از اين‌رو دو نوع سلول شامل باز و بسته در فوم‌ها وجود دارند. در مورد فوم‌هاي سلول باز فاز گاز موجود نيز پيوسته است در حالي كه در فوم‌هاي سلول بسته فاز گاز ناپيوسته است. نوع سلول شديدا خواص مكانيكي و حرارتي فوم‌هاي پليمري را تغيير مي‌دهد. انواع فوم‌هاي پليمري به شرح زير است: فوم پلي‌استايرن فوم پلي‌يورتان فوم فنليك فوم اوره فرمالدئيد فوم پلي وينيل كلرايد ‌ فوم پلي وينيل الكل _ فرمالدئيد فوم اپوكسي فوم‌هاي ديگر از ميان اين فوم‌ها مورد يك تا پنج در عايق‌كاري ساختماني و پانل‌هاي ساندويچي به كار برده شده‌اند. شايان ذكر است كه در پانل‌هاي ساندويچي اغلب فوم‌هاي سخت كه سلول باز هستند به كار برده مي‌شوند. پليمرهايي كه در ساخت اين فوم‌ها استفاده مي‌شوند به دو دسته كلي گرمانرم و گرماساخت تقسيم مي‌شوند. فوم‌هاي پلي‌استايرن و PVC مثال‌هاي مورد اول و فوم‌هاي فنليك، اوره فرمالدئيد و پلي‌يورتال مثال‌هاي مورد دوم هستند. از اين رو بسته به نوع پليمر به كار رفته در فوم ساخته شده نحوه توليد آن متفاوت است. آنچه كه در مورد فوم‌هاي مختلف اهميت دارد نوع پليمر و نوع گازي است كه در سلول‌هاي آن قرار دارند. اين دو عامل ضريب هدايت حرارتي و يا توانايي يك فوم را در ايفاي نقش عايق حرارتي تعيين مي‌كند. پلي‌استايرن منبسط مصالح عايق‌كاري حرارتي فوم پلي‌استايرن صلب، مصالح پلاستيك سلولي صلبي با يك ساختار عمدتا سلول بسته است كه از پلي‌استايرن يا از كوپليمرهايي كه تشكيل‌دهنده اصلي آنها پلي‌استايرن است، ساخته مي‌شود. بنابر روش توليد، تمايزي بين فوم پلي‌استايرن توليد شده با انبساط دانه‌هاي پلي‌استايرن براي تشكيل حبه‌ها (به اختصار فوم منبسط شده EPS) كه پس از آن به هم متصل مي‌شود تا تخته‌ها را تشكيل دهند و فوم پلي‌استايرن فوم شده با اكسترود كردن، (به اختصار فوم اكسترود شده XPS) وجود دارد. فوم پلي‌استايرن به طور وسيعي در عايق حرارتي به كار برده شده است. قيمت آن پايين بوده، در دسترس بوده و به راحتي ساخته مي‌شود، محكم و پايدار بوده و در برابر تخريب مقاوم است. پلي‌استايرن اكسترود شده به صورت تخته در اندازه‌هاي مختلف جهت ساخت ديوار و عايق بام در دسترس است. دانه‌هاي قابل انبساط پلي‌استايرن را نيز مي‌توان به صورت صفحاتي براي نما در ساختمان‌سازي ساخته و به كار برد. در مواردي كه كاربرد عايق حرارتي موردنظر است مقاومت بالا لازم نبوده و پلي‌استايرن منبسط به اندازه كافي مقاومت دارد.از آنجا كه مقاومت برشي فوم PVC بالاست سطح آن براي اعمال سيمان و گچ بسيار مناسب است. مزيت عمده فوم‌هاي PVC عملكرد بهتر آنها در برابر آتش نسبت به ساير فوم‌هاي پليمري است. از اين‌رو اين نوع پانل‌ها در كاربردهاي دريايي و ساختماني در اروپا پذيرفته شده‌اند.