دانلود مقاله ترمودینامیک، حالت مذاب پلیمرها

اختصاصی از اینو دیدی دانلود مقاله ترمودینامیک، حالت مذاب پلیمرها دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

مقدمه ای بر پلیمرهای مذاب
پلیمرها یا بسپارها ، ترکیباتی هستند که از بهم پیوستن چندین مولکول منومر بوجود می‌آیند. پلیمرها را به طرق مختلف طبقه‌بندی می‌کنند. یکی از روشهای تقسیم بندی پلیمرها ، تقسیم بندی از نظر خواص است. پلیمرها از نظر خواص به سه دسته عمده تقسیم بندی می‌شوند.

پلاستیکها ، دسته‌ای از پلیمرها
توموپلاستها
ترموپلاستها ، پلیمرهایی هستند که در اثر فشار ، تغییر شکل (Deformation) می‌دهند و بعد از حذف نیروی خارجی ، این تغییر شکل ، همچنان باقی می‌ماند. به عبارت دیگر این پلیمرها ، خاصیت پلاستیسیتی دارند. این پلیمرها در اثر گرما بتدریج نرم می‌شوند. با افزایش دما به حالت مذاب در می‌آیند. بعد از حذف گرما به حالت فیزیکی جامد خود تبدیل می‌شوند. این خصلت ، کاربرد صنعتی این نوع پلیمرها را تضمین می‌کند.
اگر ترموپلاستیکی را به صورت پودر یا حلقه‌های کوچک در آوریم و سپس حرارت دهیم، ابتدا نرم و سپس مذاب و ویسکوز می‌شود و اگر آنرا در قالب بگیریم، شکل قالب را به خود می‌گیرد و این علت کاربرد بسیار زیاد این مواد است.
الاستومرها
الاستومرها ، پلیمرهایی هستند که در اثر نیروی خارجی تغییر شکل پیدا می‌کنند. بعد از حذف نیرو ، تغییر شکل از بین می‌رود و دوباره به حالت اولیه باز می‌گردند. این پلیمرها در اثر گرما ، نرم می‌شوند، ولی برخلاف ترموستها (ترموپلاستیکها) به حالت ویسکوز یا مایع سیال در نمی‌آیند. موقعی که این پلیمرها در اثر حرارت نرم شدند، آنرا با اضافه کردن افزودنیهای مورد نیاز در داخل قالب پخت می‌کنند. عملیات پخت را Curing گویند.

کلید و پریز برق ، از گروه ملامینها
ترموسیتینگها
این پلیمرها ، پلیمرهایی هستند که در اثر گرما نرم نمی‌شوند. بلکه با افزایش دما ، سختتر و محکمتر می‌شوند و با بالا رفتن بیشتر دما ، درجه سختی آنها افزایش می‌یابد. این پلیمرها برای قالب گیری ، درون قالب ریخته می‌شوند و قالب گیری می‌شوند. گاهی ممکن است فرایند پلیمریزاسیون نیز همزمان درون قالب انجام شود و بعد از پلمریزاسیون ، پلیمر شکل قالب را به خود می‌گیرد.
مقایسه ترموستها ، الاستومرها و ترموسیتینگها از نظر ساختمانی
ترموستها و الاستومرها ، پلیمرهای یک‌بعدی هستند. بنابراین در حلال‌های مرسوم شیمیایی که بسته به نوع ساختمان پلیمر تعیین می‌شود، حل می‌گردند. اما ترموسیتینگها ، جزو پلیمرهای سه بعدی یا مشبک می‌باشند و بنابراین در هیچ حلالی حل نمی‌شوند.
معادلات حالت ابزاری قوی و مؤثر جهت مطالعه خواص ترمودینامیکی و رفتار فازی مواد مختلف می باشند. این معادلات فشار، حجم و دما را به یکدیگر ربط می دهند. معادلات حالت برای مواد پلیمری نیز موضوع با اهمیتی نزد دانشمندان و مهندسین پلیمر می باشد زیرا چنین معادلاتی قادرند رفتار پلیمرها را در محدوده وسیعی از دما و فشار پیش بینی نمایند بخصوص زمانی که مقادیر آزمایشگاهی موجود نباشند.
معادلات حالت تئوری زیادی برای پلیمرهای مایع وجود دارد، که معادلاتی نظیر(PHCT,FOV GFD,SAFT,PHSC,LF )از آن جمله اند. مراجع مربوط به هر یک از این معادلات را می توان درRadosz Cando (مرجع 1) جستجو نمود. به نظر می رسد که تقریباً کلیه معادلات حالت مربوط به پلیمرهای مایع، اطلاعات PVT را به خصوص در دماهای پایین به خوبی پیش بینی نموده و تحت پوشش قرار می دهند، اما بین معادلات حالت مختلف برای پیش بینی دقیق رفتارPVT در محدوده وسیعی از فشار و دما و پیش بینی خواص ترمودینامیکی مخلوط ها و محلولهای پلیمری خصوصاً رفتار جدایی فاز ، تفاوت عمده ای می باشد(مرجع 2) .
معادله PCOR (مرجع 3و4)، یک معادله حالت تئوری است که بر اساس مدلهای پیوسته به دست آمده است (مرجع 1،5،6) و قابل کاربرد برای پلیمرهای مایع می باشد. به عبارت دیگر معادله حالت CORGC (مرجع 7و9) که در اصل برای ملکولهای کوچک ارائه گردیده به پلیمرها تعمیم داده شده تا رفتار فازی پلیمرهای مذاب را پیش بینی نماید، اما به خاطر وجود نارسایی هایی در این معادله محدودیتهایی در زمینه کاربرد آن ایجاد شده است. در این مقاله ابتدا معادله حالتPCOR بطور مختصر شرح داده شده و سپس نارساییها ومحدودیتهای این معادله حالت بررسی می گردند. پس از آن معادله PCOR ، به نام MPCOR اصلاح شده و به مخلوط های پلیمری تعمیم داده می شود. در نهایت از معادله MPCOR برای شرح رفتار ترمودینامیکی چند پلیمر مذاب به صورت خالص استفاده می شود و مقایسه ای بین مقادیر محاسبه شده و مقادیر آزمایشگاهی صورت می گیرد.

معادله حالت PCOR

در سال 1996 Chao,SIOng-kiaos y , Caruthers (مرجع 4)معادلهCORGC را به پلیمر های مذاب تعمیم دادند، بدین صورت که ملکول زنجیری شکل با قطعات تکرار شونده، به عنوان یک گروه در نظرگرفته شد. بنابر این در صورتی که r تعداد سگمانها(قطعات تکرار شونده) در پلیمر باشد، برای یک پلیمر مذاب با قرار دادن ، ، به جایa,b,c معادلهCORGC[7-9] به فرم زیر در می آید :
که amm , bm , cm پارامترهای پارامترهای سگمان می باشند. همچنین در معادله فوقy = bm/4υ که υ = v/r
حجم مولی سگمان است . معادله(1) معادله PCOR در فرم ملکولی نامیده می شود . با تقسیم دو طرف معادله (1) بر r و در نظر گرفتن مقادیر خیلی بزرگ برای r ، عبارت اول حذف شده و معادله حالت برا ی حجم مولی یک سگمان در پلیمرهای با وزن مولکولی خیلی بالا، بصورت زیر بدست می آید:

معادله فوق، معادله حالت PCOR در فرم سگمانی نامیده می شود، که تنها برای پلیمرهای با وزن مولکولی بسیار بالا قابل کاربرد است . Chaoوهمکارانش [4] معادله(2) را برای مطالعه خواص حجمی ( رفتار PVT ) پلیمرهای مذاب با دانسیته بسیار بالا مورد استفاده قرار داده و پارامترهای سگمان را که عبارتنداز c در جات آزادی چرخش ، a، پارامتر نیروی جاذبه واندروالس که بصورت تابعی خطی با دما نیز در نظر گرفته شده پارامتر حجم آزاد برابر با چهار برابر حجم ثفل سخت (hard core) ،برای26 پلیمر گزارش نموده و رفتار PVT پلیمر ها را با مقادیر آزمایشگاهی ومعادله تجربی Tait[11]مقایسه نمودند و به نتایج خوبی نیز دست یافتند. اما معادله فرم سگمانی(2) دارای نارساییها و محدودیتهایی است که کاربرد آن را فقط محدود به پلیمرهای با وزن ملکولی بسیار بالاو بررسی رفتار PVT پلیمر می نماید.
نارساییهاو محدود یتهای فرم سگمانی معادله حالت PCOR ورفع آنها
نارساییهاو محدود یتهای موجود در فرم سگمانی معادله حالت PCOR عبارتند از:
1- فرم سگمانی معادلهPCOR تنها برا ی پلیمر های با وزن مولکولی بسیار بالا کاربرد دارد.
2- معادله PCOR قادر به ارضای حد گاز ایده ال در حجمهای بزرگ نیست.
3-معادله PCOR رانمی توان برای هیدروکربنهای سنگین و پلیمرهای با دانسیته پایین استفاده نمود.
4- معادله PCOR را نمی توان برای محلولهای پلیمری بکار برد.
5- سایر خواص ترمودینامیکی از قبیل آنتالپی، آنتروپی و فوگاسیته را نمی توان از معادله PCORدست آورد.

برای رفع این نارساییها و محدودیتها کارهای زیر انجام می شود:
1- با درنظر گرفتن فرم مولکولی معادله PCOR، آن را برای کلیه مولکولهای زنجیری نظیر پلیمرهاو هیدروکربنهای سنگین تعمیم می دهیم .
2- با در نظر گرفتن r به عنوان یک پارامتر مولکول یا سگمان می توان معادله (1)را برای کلیه ملکولها به کار برد و حتی وزن مولکولی متوسط پلیمر را پیش بینی نمود.
3- با بکار بردن معادله MPCOR می توان سایر خواص ترمودینامیکی را مشتق نمود.
4- معادله حالت MCORP را می توان به محلولهای پلیمری برای بررسی تعادل فازی آنها تعمیم داد. ( که در کارهای بعدی انجام می شود )
5- با تعریف قواعد اختلاط بر اساس چهار پارامتر سگمان درمعادله MPCOR ، می توان رفتارPVTمخلوط های پلیمری را نیز بررسی نمود.
6- معادله MPCOR در حجمهای بالا قادر به ارضای حد گاز ایده آل (Z=1) می باشد .
در بخش بعد با در نظر گرفتن موارد فوق ، معادله تصحیح شده MPCOR ارائه خواهد گردید.
معادله حالت MPCOR
در این بخش با در نظر گرفتن r به عنوان یک پارامتر سگمان و بر اساس فرم معادله (1) معادله حالت تصحیح شدهMPCOR در حالت کلی زیر ارائه می شود:


در معادله فوق y = bm/4υ و υ = v/r می باشند .
a,b,c,r نیز پارامترهای معادله هستند که در حالت کلی برای مخلوط پلیمرها از قواعد اختلاط زیر تعیین می گردند:
در روابط فوق xi‎ کسر مولی پلیمر در مخلوط می باشد. روابط مشارکت گروهی رانیز می توان همانند قبل به پلیمرها تعمیم داد و مقادیر a ij , bi , ci , ri را برای یک سگمان جدید بر اساس مقادیر پرامترها برای گروه های مختلف در آن سگمان مشخص نمود.
به عنوان یک نتیجه می توان گفت که با مشخص نمودن پارامترهای سگمان برای پلیمرها در حالت خالص، پارامترهای سگمان برای مخلوط پلیمرها بدون نیاز به اطاعات آزمایشگاهی ، از قواعد اختلاط (4)تا(8) تعیین می گردند.
روش تعیین پارامتر ها :
معادله MPCOR دارای چهار پارامتر برای هر سگمان است که بایستی مشخص گردند.
پارامترهای r,b,c مستقل از دما و پارامتر a تابعی خطی از دما در نظر گرفته می شود. این پارامترها با استفاده از اطلاعات آزمایشگاهی PVT برای سگمانهای مختلف به صورت زیر تعیین میگردند:
1- حدس اولیه: مقادیراولیه ای به سگمان اختصاص داده می شود.
2- بر اساس مقادیر پارامترها و فشار و دما از اطلاعات آزمایشگاهی حجم پلیمر در دمای ثابت ، مقادیر حجم مولی سگمان ( calc ν ) محاسبه می گردد.
3- مرحله 2 برای کلیه مقادیر فشار در دمای ثابت تکرار می شود.
4- Objective Function بر اساس مقادیر خطا در محاسبه حجم مولی سگمان به صورت زیر تعیین می شود:

که N تعداد نقاط مربوط به اطلاعات P-V دردمای T رامشخص می کند.
5- باوارد نمودن مقدار OF و مقادیر پرامترها به برنامه MARQ[12]، مقادیر جدید پارامترهای سگمان تعیین می گردند.
6- با تکرار مراحل 2 تا5 عملیات فوق تا زمانی کهOF به سمت مقادیر بسیار کوچک میل نماید، ادامه می یابد.
7- زمانی که OF به سمت صفر میل نماید، مقادیر به دست آمده برای پارامترها ، همان مقادیر دلخواه می باشند.
نتایج:
Chao و همکارانش [4 ] مقادیر مربوط به پارامترهای سگمان را برای 26 پلیمر گزارش نمودند. همچنین مقایسه ای بین درصد خطای مطلق محاسبه شده توسط معادله PCOR و معادله تجربیTait صورت گرفت که در مورد بیشتر پلیمرها توافق بین مقادیر محاسبه شده از معادله Tait و مقادیر آزمایشگاهی بیشتر می باشد به عبارت دیگر درصد خطای موجود در مدل تجربی Tait نسبت به معادله PCOR کمتر می باشد. اما معادلات PCOR,MPCOR و معادلاتی که ریشه تئوری دارند و می توان سایر خواص ترمودینامیکی مربوط به پلیمرها و سیالات را بوسیله آنها پیش بینی نموده و رفتار فازی آنها را بطور کامل بررسی کرد، بیشتر مورد توجه می باشند. از طرف دیگر، برای پلیمرهای جدید یا مخلوط پلیمرها با درصد وزنی متفاوت، پارامترهای معادله Tait را بایستی هر بار از طریق fit نمودن تعیین کرد، اما در صورتی که پارامترهای سگمانهای مختلف تعیین گردند، برای پلیمرهای جدید و مخلوط پلیمرها از طریق قواعد اختلاط و روابط مشارکت گروهی (Group Contribution) می توان پارامترهای مربوطه را بدون نیاز به اطلاعات آزمایشگاهی مشخص نمود. اما پارامتر a مطابق معادله (10) با دما تغییر می کند.

بایستی توجه داشت که هرچه r کوچکتر باشد پلیمر سبکتر است و هرچهr بزرگتر باشد پلیمر سنگین تر است. جدول (2) متوسط درصد انحراف مطلق (AAD%) حجم مخصوص پلیمر محاسبه شده از معادله حالت MPCOR ، را از مقادیر آزمایشگاهی ، نمایش می دهد. همچنینFOV که استفاده می گردند در این جدول موجود می باشند . با توجه به مقادیر خطای به دست آمده از معادله حالتMPCOR و مقایسه آنها با مقادیر به دست آمده از معادلات دیگر می توان نتیجه گرفت که معادله MPCOR در کلیه موارد بهتر از دو معادله دیگر به خصوص معادلهFOV عمل می نماید.
نتیجه گیری :
دراین مقاله معادله حالت PCOR توسط chao و همکارانش[4] ارائه شد، بدین صورت که تعداد سگمانهای تکرار شونده در زنجیر پلیمر ( r ) نیز به عنوان پارامتری در نظر گرفته شد. این کار باعث گردید تا با استفاده از معادله MPCOR و قواعد اختلاط پیشنهاد شده می توان رفتا رPVT و خواص ترمودینامیکی مختلف از قبیل انتالپی ، فوگاسیته، ظرفیت حرارتی و…. را برا ی مخلوط پلیمرها و کوپلیمرها از روی پارامترهای مربوط به حالت خالص آنها مشخص نمود. همچنین برای پلیمرهای با دانسیته بالا و هم برای پلیمرهای با دانسیته پایین و حتی هیدروکربنهای سنگین قابل استفاده باشد. نتایج به دست آمده قدرت معادله حالت MPCOR را در پیش بینی حجم مخصوص پلیمرهای مذاب چه سبک و چه سنگین تأیید می نمایند.
با استفاده از روابط مشارکت گروهی نظیر آنچه که در معادله CORGC آمده ، می توان معادله MPCOR را نیز به یک معادله مشارکت گروهی برای پلیمرها تبدیل نموده، مقادیر پارامتر ها رابرای سگمانهای جدید که تشکیل دهنده. پلیمرها ی جدیدمی باشند ، تعیین نمود
افزایش مقاومت حرارتی پلیمرها به کمک نانوذرات خاک رس
پژوهشگران ایرانی با حمایت شرکت پژوهش و فنآوری پتروشیمی موفق به سنتز نانوکامپوزیت‌های ABS در مقیاس آزمایشگاهی، در دانشگاه تهران شدند.
امروزه بدنه‌ی وسایل الکتریکی چون تلویزیون، تلفن، موبایل و همچنین بخش عمده‌ای از قطعات داخلی هواپیما از پلیمر ABS ساخته می‌شود. در وسایلی که در معرض نوسانات برق هستند، به لحاظ وجود احتمال آتش سوزی، لازم است مقاومت حرارتی بدنه بالا باشد. در چنین مواردی استفاده از خاک رس در پلیمر ABS، مقاومت آنرا تا30°C بالاتر می‌برد. نانوکامپوزیت ABS (آکریلونیتریل- بوتادی ان-استایرین) شکل نانومقیاس پلیمر ABS- خاک رس است که نسبت به حالت عادی خواص بهتری دارد.دکتر عزیز الله نودهی با دو روش مختلف نانوکامپوزیت ABS را سنتز نموده است. در روش اول که اختلاط در حالت مذاب نام دارد، پلیمری که از قبل در راکتور تولید شده با خاک رس اصلاح شده در حالت مذاب، مخلوط می‌شود تا نانو کامپوزیت مورد نظر به دست آید. در روش دوم پلیمر در سیستم آبکی تولید و خاک رس اصلاح نشده در همان محیط به پلیمر اضافه می‌شود و نانوکامپوزیت تشکیل می‌گردد. خواص نانوکامپوزیت‌های حاصل از روش‌های مختلف با یکدیگر متفاوت می‌‌باشد. به‌عنوان مثال، محصول حاصل از روش اول، حالت لانهادگی (Intercalated) دارد و عایق بهتری در مقابل حرارت است. در مقابل محصول حاصل از روش دوم خاصیت تورق دارد و خواص نانویی را بهتر مشهود می‌سازد.
پژوهش در این زمینه از سه سال پیش و به حمایت شرکت پژوهش و فن آوری پتروشیمی آغاز شده است. مجری این طرح از جمله موانع و محدودیت‌های کار را نبود دستگاه‌های مناسب برش لایه نازک در دمای پایین می‌داند. وی در این خصوص خواستار همکاری بیشتر مراکز دارنده امکانات آزمایشگاهی با محققین شد.
نودهی در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، ضمن ناکافی دانستن تعداد مقالات بین‌المللی، برای محک رشد سطح علمی کشور، افزود: "اگر سیاست‌هایی تدوین شود که ارزش‌گذاری‌ها به سمت ثبت اختراع و ارائه پتنت پیش رود، نتیجه کار محققین کاربردی‌تر می‌شود."
دکتر نودهی در این پژوهش از راهنمایی دکتر موسویان، دکتر نکومنش و مهندس صدر از اساتید دانشگاه تهران بهره‌مند بوده است. جزئیات این طرح که از حمایت‌های تشویقی ستاد بهره‌مند شده، در مجله Iranian Polymer Journal (IPG)، (جلد 16، شماره 3 ، سال 2007، صفحات 193-185) منتشر شده است.
کاربرد پلیمر مذاب در صنعت ایران
با توجه به بر خورداری ایران از منابع نفت و گاز فراوان (ایران مقام دوم جهان را در ذخایر اثبات شده نفت و گاز دارا می‌باشد) تلاشگران این عرصه با طرح برنامه‌های توسعه اقتصادی سعی در کسب سهم مناسبی از تولید و تجارت محصولات پتروشیمی در منطقه و جهان داشته‌اند بطوریکه تولید هشتصد هزار تن انواع محصولات پتروشیمی در پایان جنگ تحمیلی(1367) به سی و پنج میلیون تن در پایان برنامه سوم اقتصادی افزایش خواهد یافت.
تولید انواع بسپار از جهات مختلف حایز اهمیت می‌باشد. دسترسی به بسپارها، باعث گسترش صنایع پایین دستی میشود که خود نتایج در خور توجهی مانند توسعه صنایع داخلی، ایجاد اشتغال انتقال فن‌آوری، افزایش ارزش افزوده را برای کشورمان به ارمغان می‌آورد. همچنین صادرات و تجارت این دسته از محصولات، نقش جمهوری اسلامی ایران را در تجارت جهانی و مناسبات بین المللی ارتقا خواهد داد.
بسپار و مشخصا PVC برای اولین بار در سال 1349 در آبادان به میزان 36 هزار تن در سال تولید شد. با راه اندازی واحدهای بسپار در مجتمع‌های اراک، بندرامام و تبریز طی سال‌های 1372 تا 1376 میزان تولید بسپارهای کشور به 800 هزار تن رسید. که پیش‌بینی می‌گردد با تحقق طرح های در دست اجرا، میزان تولید این مواد ارزشمند تا سال 1391 به حدود 6/10میلیون تن افزایش یابد. در سال 1990 آمریکای شمالی با 29 درصد بیشترین سهم را در تولید انواع بسپارها در جهان داشت که پس از آن آسیا و اروپای غربی به ترتیب، دومین و سومین تولید کننده انواع بسپار بودند. اما از سال 1995 آسیا گوی سبقت را از آمریکای شمالی ربود و با سهم 33 درصد از تولید جهان، بزرگترین تقلید کننده انواع بسپارها گردید. سهم خاورمیانه از تولید بسپارها در سال 1990 حدود 4درصد بوده است که پیش بینی می‌گردد با راه‌اندازی طرح‌های در دست اجرای منطقه، تا سال 2011 به حدود 10 درصد افزایش یابد. در حال حاضر، سهم ایران از ظرفیت مواد عمده پتروشیمی منطقه و جهان به ترتیب حدود 5/24 و 9/1 درصد است که در صورت تحقق طرح های پتروشیمی، پیش‌بینی می‌گردد به حدود 31 و 4 درصد تا سال 2011 افزایش یابد پیش‌بینی می گردد سهم تجارت ایران از مواد عمده پتروشیمی منطقه و جهان تا سال 2011 از حدود 5/11 و 8/1 درصد کنونی به حدود 1/29 و6/7 درصد افزایش یابد .
تعریف بسپار (پلیمر)
واژه بسپار یک واژه فارسی است که از دو بخش بس (بسیار) و پار (پاره، قطعه) تشکیل شده است. این واژه به جای پلیمر که از دو بخش یونانی (پلی) به معنای بسیار و(مر) به معنی قسمت، پاره یا قطعه گرفته شده است.بسپار یا پلیمر polymer ماده‌ای شامل ملکول های بزرگی است که از واحد های کوچک تکرار‌شونده که تکپار یا منومر نامیده می‌شود ساخته شده است .
قسمت عمده خوراک بسپار‌ها از موتد پایه پتروشمی مانند اتیلن، پروپیلن، بنزن و زایلین‌ها تامین میگردد که تنها 5 درصد از مصرف انرژی فسیلی جهان (نفت ، گاز و ...) را به خود اختصاص داده است. تولید کنندگان بسپار، سازنده هزاران هزار محصول با ارزش قبیل لاستیک‌ها، پلاستیک‌ها، الیاف، چسب‌ها و پوشش ها و ... می‌باشند که نه تنها از ارزش افزوده بسیار بالاتری نسبت به مواد اولیه بر خوردارند، بلکه توسعه صنایع پایین دستی را نیز به همراه می آورد .
انواع بسپار
تعداد واحد‌های تکرار شونده در یک مولکول بزرگ، درجه بسپارش یا درجه پلیمریزاسیون نامیده می‌شود. بسپارهایی که فقط از یک نوع واحد تکرار شونده تشکیل شده اند، همگون بسپار (Homopolymer) و آنهایی که از دو نوع واحد تکرار شونده تشکیل شده‌اند، هم بسپار (copolymer) نامیده می‌شوند. گاهی لفظ‌ ترپلیمر (Terpolymer) نیز برای محصولات حاصل از بسپارش سه تک پار (منومر) به کار می‌رود. در عین حال، در مورد محصولاتی که با بیش از سه تک پار بسپارش شده‌اند، لفظ ناهمگون بسپار (Hetrerpolymer) رایج است. بیشتر مواد اساسی همچون پروتئین، چوب، کتان، مو، پشم، لاستیک خام (کائوچو) و رزین ها که در موجودات زنده یافت میشود، بسپار هستند .
بسپارها را می توان از دیدگاه های مختلف طبقه بندی نمود مانند: صنایع، منبع، اساسی یا مهندسی، عبور نور، واکنش حرارتی، واکنش‌های پلیمریزاسیون‌، ساختمان مولکولی و ساختمان کریستالی .
بسپار‌ها از لحاظ منبع به سه گروه اصلی تقسیم بندی می‌شوند که عبارتند از: بسپار های طبیعی، طبیعی اطلاح شده و مصنوعی. بسپارها از نظر اثرپذیری در برابر حرارت به دو دسته گرما نرم‌ها (ترموپلاستیک‌ها ) و گرما سخت‌ها (ترموست ها) تقسیم می‌شوند. گرما نرم یا ترمو پلاستیک (Thermoplastic) به بسپارهایی گفته می‌شود که با افزایش دما بدون تغییر شیمیایی، ذوب می‌شوند. این پلیمرها را می توان به دفعات ذوب و دوباره جامد نمود. چنین بسپارهایی در حالت مذاب مانند مایعات جاری می‌شوند و از این لحاظ با بسپار‌های دارای اتصالات عرضی متمایزند .
گرما سخت یا ترموست (Thermoset) به بسپارهایی گفته می‌شود که در اثر اعمال حرارت در آنها پیوند‌های عرضی با واکنش‌های شیمیایی ایجاد می‌شود و در نتیجه وزن مولکولی متوسط آنها بالا رفته و به حالت یکپارچه صلب درمی‌آیند. این بسپارها هنگام حرارت دهی ذوب نشده، بلکه در دماهای بسیار بالا به صورت برگشت ناپذیری تجزیه می‌شوند.ازنظر صنایع مادر، بسپارها به چهار گروه صنعتی لاستیک، پلاستیک، الیاف، پوششی و چسب تقسیم بندی می شوند که صنایع بسیاری به آنها وابسته است .

تاریخچه بسپار
بشر نخستین آموخته بود چگونه الیاف پروتئینی پشم و ابریشم و الیاف سلولزی پنبه و کتان را عمل آورد، رنگرزی کند و ببافد. از بسپارهای طبیعی مانند قیر، پوشش خارجی لاک پشت، شاخ حیوانات و صمغ درختان (که در ساخت کهربا و لاستیک استفاده می شده است) با استفاده از حرارت دادن و اعمال فشار وسائل تزئینی بسازد. بومیان آمریکای مرکزی از لاستیک طبیعی، برای ساختن اشیاء کشسان و پارچه‌های ضد آب استفاده می‌کردند. اولین کاربرد تجاری بسپارها در سال 1843 با کشف کائوچو آغازگردید. باکلیت (Bakelite) اولین بسپار مصنوعی بود که در سل 1909 ساخته و پس از آن الیاف نیمه مصنوعی ریون (Rayon) در سال 1911 ساخته شد.
با شروع جنگ موادی مانند نایلون، آکریلیک، نئوپرن، لاستیک بوتا دین استایرن (SBR)، پلی‌اتیلن و سایر بسپارها جایگزین مواد طبیعی کمیاب گردیدند. از آن زمان، سیر رشد صنایع بسپار ادامه یافت.
80 درصد مواد پایه پتروشیمی تا سال 1980 در کشورهای ایالات متحده آمریکا، اروپای غربی و ژاپن تولید میگردید که ضمن تامین نیاز داخل به دیگر مناطق نیز صادر می‌شد. از آن پس ساختار جهانی صنعت پتروشیمی تغییرات قابل توجهی پیدا کرد. کشورهای که از منابع عظیم نفت خام و گاز طبیعی بهره‌مند بودند مانند کشورهای خاورمیانه و کانادا، به منظور افزایش ارزش افزوده منابع خود شروع به تاسیس واحدهای پتروشیمی نمودند.
از طرفی کشورهای سنگاپور، کره جنوبی و تایوان به منظور تامین نیاز صنایع داخلی خود و نیز صادرات به کشورهایی نظیر چین، ظرفیت‌های زیادی برای تولید مواد پایه پتروشیمی ایجاد کرده‌اند. رشد مصرف بالای ناشی از رشد سریع جمعیت برخی کشورها نظیر چین و هند،‌ تقاضای مواد پایه این کشورها را افزایش داد. راه‌اندازی واحد‌های پتروشیمی در مناطق دیگر جهان که یا دسترسی به خوراک این صنعت داشته‌اند مانند عربستان سعودی و یا خود بازار هدف این محصولات بوده اند مانند چین ، الگوی تولید و تجارت جهانی را تغیییر داد. به طوریکه سهم ظرفیت مناطق صنعتی جهان (ایالات متحده آمریکا، اروپای غربی و ژاپن ) از تولید مواد پایه پتروشیمی از 81 درصد در دهه 1970 به 64 درصد در دهه 1980 و 63 درصد در دهه 1990 رسیده که پیش بینی می گردد این رقم در سال 2012 میلادی به 35 درصد کاهش یابد. در حال حاضر، ظرفیت جهانی مواد پایه پتروشیمی از قبیل اتیلن، پروپیلن، بنزن، متانول، زایلین‌ها،تولوئن و بوتادین بالغ بر 379 میلیون تن است .
الاستومر یا لاستیک
الاستومر، بسپاری است که قابلیت ارتجاعی زیادی داشته و می‌توان آنرا تراکم ناپذیر فرض کرد. نام الاستومر از دو قسمت الاستو" (برگرفته از "الاستیک" و به معنای ارتجاعی) و "مر"(بر گرفته از "پلیمر") تشکیل شده است .
هر چند قدمت تاریخی صنایع لاستیک دقیقاً مشخص نیست، اما اعتقاد بر این است که بومیان آمریکای مرکزی از برخی درختان، شیرابه هایی استخراج می‌کردند که بعد ها نام (لاتکس) را به خود گرفت که اولین مواد لاستیکی را تشکیل می‌دادند. مشکل اساسی این لاستیک سفت شدن در زمستان و چسبنده بودن در تابستان بود. تا اینکه در سال 1839 چارلز گودیر متوجه شد که در اثر مخلوط کردن لاتکس طبیعی با گوگرد و حرارت دادن آن، ماده ای قابل ذوب و قابل شکل دادن ایجاد می‌شود که مشکلات قبلی آن برطرف شده و کاملا مقاوم و مستحکم است و میتوان از آن، محصولات مختلفی از قبیل لاستیک های توپر، پوتین، چرخ اربه، توپ و... تهیه کرد. این پدیده ولکانیزاسیون ولاستیک حاصله را"کائوچوی ولکانیزه" نامیدند.
بعدها خواص مکانیکی لاستیک‌ها با استفاده از دوده صنعتی (کربن بلک) به عنوان یک ماده پرکننده افزودنی استحکام دهنده، بهبود یافت و در نتیجه، لاستیک های بادی و( تیوپ) تهیه شد. بعد از آن، لاستیک‌های سننتزی مانند ایزوپرن، بوتادی‌ان، کلروپرن و ...بعد‌ها لاستیک‌های سنتزی مثل کوپلیمرهای استایرن و بوتادی‌ان تهیه و به بازار عرضه گردید. تولید انواع لاستیک مصنوعی، انقلابی در صنایع دیگر ایجاد نمود .
کاربرد لاستیک‌ها
مهمترین کاربرد لاستیک‌های سنتزی، در ساخت انواع تایر اتومبیل سواری، کامیون و هواپیما، ساخت کفش، تسمه و نوارهای نقاله، مصنوعات ابر شکل، روکش کابل و سیم، لوله ها و وسائل لاستیکی است. همچنین از این ماده ارزشمند در صنایع پالایش، شیمیایی، رنگسازی، چرم مصنوعی، پوشش نخ و پارچه، نوارهای لاستیکی، پوشش مخازن و لوله ها، لاستیک های ضربه گیر و صدا گیر، ساخت قطعات مکانیکی، واشرها و ... استفاده می‌گردد.
الیاف مصنوعی
از آغاز پیدایش انسان، همواره چگونگی پوشش و نجات او از سرما مطرح بوده است. مصریها نزدیک به 5500 سال پیش، هنر ریسندگی و بافندگی پنبه را آموختند و چینیها با پرورش کرم ابریشم در حدود 3600 سال پیش، مشکلات پوشش خود را حل کردند. درسده هفدهم، دانشمند انگلیسی بنام رابرت هوک "Robert- Hooke" پیشنهاد کرد که می توان الیاف را با توجه به شیوه ای که کرم ابریشم عمل می‌کند ، تولید نمود. پس از آن، یک بافنده انگلیسی به نام لویزشواب Lois-Schwabe توانست الیاف بسیار ظریف شیشه را با عبور شیشه مذاب از منافذ بسیار ریز تهیه نماید. پس از چندی، سایر دانشمندان موفق به استخراج سلولز چوب و در نتیجه تولید الیاف شدند در سده های هجده و نوزده، همراه با انقلاب صنعتی، ریسندگی و بافندگی، مبدل به تکنولوژی تهیه پارچه از الیاف گوناگون طبیعی و مصنوعی گردید .
انواع الیاف
در صنعت نساجی، الیاف به سه دسته تقسیم می شوند که عبارتند از :
الیاف طبیعی "Natural fibres" شامل دو بخش الیاف نباتی مانند : پنبه، کتان، کنف و الیاف حیوانی مانند پشم و ابریشم می‌باشند .
الیاف کانی"Mineral fibres" الیافی هستند که مواد اولیه آنها از کانی ها به دست می‌آیند مانند الیاف شیشه ای و الیاف فلزی.الیاف مصنوعی به گروهی از الیاف نساجی گفته می‌شود که توسط روش‌های خاص تولید و بصورت مصنوعی تولید می‌گردند که خود بر دو دسته اند .
- الیافی که منشا طبیعی دارند ،ولی توسط انسان دوباره تهیه می شوند مانند ویسکوز ، استات و تری استات که هر یک ریشه سلولزی دارند .
- الیاف سینتتیک یا مصنوعی که از مشتقات نفتی تولید می‌گردند ، مانند: نایلون، داکرون، ارلون یا بطور کلی پلی‌آمیدها، پلی‌استر ها‌، پلی اورتانها‌، پلی آکریل و نیتریل، پلی وینیل کلراید و ...
ویژگی الیاف مصنوعی
الیاف مصنوعی در تولید انواع لباس های مردانه، زنانه، جوراب و دستکش، کمربند و مچ بند، لباس‌های ورزشی، انواع فرشهای ماشینی و موکت، کاموا و پتو، رویه مبلمان، پرده، تورهای ماهیگیری، بالن‌ها، چتر نجات، چتر و بارانی، کیف، نخ بخیه، رویه‌کفش، عروسک‌سازی، عایق‌های الکتریکی، وسائل ورزشی، پوشش‌های ضد رطوبت،‌ ضد حرارت، لباس فضا نوردان و ... مورد استفاده قرار می گیرد .

گریدهای مختلف بسپارهای اساسی (دریافت فایل)
عمده بسپارهای پرمصرف تولیدی در صنعت پتروشیمی، شامل پلی‌اتیلن، پلی‌اتیلن‌ترفتالات، پلی پروپیلن، پلی وینیل کراید، پلی‌استایرن و اکریلونیتریل بوتادین استایرن است. پلی‌اتیلن که عمدتا در سه گروه پلی اتیلن سنگین، سبک و سبک خطی تولید می‌گردد پر مصرف ترین بسپار جهان است. رشد سریع مصرف پلی اتیلن ترفتالات و پلی پروپیلن نسبت به پلی وینیل کلراید باعث گردید که این بسپار از مقام دومین بسپار پر مصرف جهان به مقام چهارم پس از پلی اتیلن تر فتالات و پلی پروپیلن نزول نماید. پلی استایرن و اکریل و نیتریل بوتادین استایرن نیز در مراتب بعدی پس از پلی وینیل کلراید قرار دارند .
پلی اتیلن
اتیلن، سبکترین الفین است که گازی بی رنگ، قابل اشتعال و با بویی تقریبا شیرین است. پلی اتیلن بسپاری است که از اتیلن درست می شود. رزین های پلی اتیلن به دلیل برخورداری از ویژگی‌هایی نظیر انعطاف پذیری بالا، مقاومت خوب در مقا بل اسیدها، بازها و نمک‌ها (به استثنا مواد اکسید کننده قوی) و آب، در محصولات بیشماری بکار رفته و به همین دلیل، امروزه بیشترین تولید بسپار جهان را به خود اختصاص داده است . در حال حاضر ، مصرف جهانی این بسپار بالغ بر 69 میلیون تن ، معادل 31 درصد کل مصرف بسپارهای پر مصرف جهان است. سه گروه اصلی این بسپار، پلی اتیلن سنگین، پلی اتیلن سبک و پلی اتیلن سبک خطی می‌باشد .
پلی اتیلن سنگین HDPE
فشردگی زنجیره مولکولی در این نوع بسپار باعث افزایش دانسیته و کاهش شدید انعطاف پذیری آن می‌گردد . این بسپار اگرچه نسبت به پلی اتیلن سبک از مقاومت ضربه ای کمتری بر‌خوردار است، اما مقاومت آن در برابر مواد شیمیایی تنش‌های شکننده محیطی خوب است. لذا در ساخت انواع محصولات تجاری مانند ظروف نگاه دارنده سوخت، صندلی های مورد استفاده در فضای باز، اسباب بازی‌ها، جامه دان‌ها، لوله‌ها، روکش کابل و سیم و ... بکار می رود.
پلی اتیلن سبک LDPE
پلی اتیلن سبک به لحاظ فشردگی کم مولکولی از دانسیته پایین و در نتیجه انعطاف پذیری خوبی برخوردار است، چنین ویژگی باعث گردیده که این محصول در ساخت فیلم و ورق جهت مصرف در روکش‌های طلقی شفاف، آستر‌های بسته بندی ، کاورها، ظروف تحت فشار، روکش کابل و سیم و... مصرف می‌گردد.
پلی اتیلن سبک خطی
این بسپار از دانسیته کمتری نسبت به پلی اتیلن سبک برخوردار است، در مقابل پارگی و سوراخ شدن مقاومت، استحکام و کشش بهتری از خود نشان می‌دهد. این بسپار، جهت تولید فیلم بسته بندی، روکش کابل و سیم، بطری و ظرف، اسباب بازی، ورقه، لوله و... بکار می رود. آسیا، آمریکای شمالی و اروپای غربی به ترتیب، بزرگترین تولید کنندگان پلی اتیلن جهان می باشند.
تولید پلی اتیلن سبک خطی در سال 2002 بالغ بر 9/14 میلیون تن بوده است که با رشد 7/5 درصدی به 6/19 میلیون تن در سال 2007 رسید. پیش بینی می‌گردد که تولید این بسپار به حدود 26 میلیون تن در سال 2012 افزایش یابد. این بسپار به دلیل ویژگی های منحصر به فرد، از رشد مصرف بالاتری نسبت به پلی اتیلن‌‌های سبک و سنگین برخوردار است. بطوریکه پیش بینی می‌گردد تا سال 2017 مصرف این پلیمر با متوسط رشد مصرف سالانه 4/5 درصد به حدود 34 میلیون تن (34 درصد مصرف کل پلی اتیلن ها ) با لغو گردد . همچنین پیش بینی می‌گردد که در سال 2017، پلی اتیلن سنگین با مصرف حدود 46 میلیون تن حدود 46 درصد مصرف کل پلی اتیلن ها را به خود اختصاص دهد . هر چند به ظاهر، بازار مصرف پلی اتیلن سبک اشباع گردیده است، اما پیش بینی می‌گردد که مصرف این بسپار از حدود 7/17 میلیون تن کنونی به حدود 7/20 میلیون تن در سال 2017 افزایش یابد.
پلی اتیلن ترفتالات
این پلاستیک گرما نرم که تحول عظیمی در نگهداری مواد غذایی (مایعات) ایجاد کرده، به علت بر خورداری از استحکام بالا و تحمل فشار بیش از PSI100 و مقاومت در برابر عبور گاز دی اکسید کربن ، کاربرد بسیار وسیعی در نگهداری انواع نوشابه های گاز کربنیک دار یافته است. این بسپار که عمدتاٌ در دو گرید بطری و الیاف تولید می گردد. دومین بسپار پر مصرف جهان است.
گرید بطری
همانطور که از اسم این گرید پیداست، از این گرید در نگهداری انواع نوشیدنی‌های گاز کربنیک دار استفاده می‌شود. در حال حاضر، مصرف جهانی آن 2/14 میلیون تن است که معادل 7/6 درصد بسپارهای پرصرف جهان می باشد و پیش بینی می‌گردد تا سال 2017 به حدود 8/26 میلیون تن افزایش یابد.

گرید الیاف
این گرید در تولید انواع پارچه و پوشاک بکار می رود بهترین تشابه را با پنبه طبیعی دارد. در حال حاضر، مصرف جهانی گرید الیاف، 29 میلیون تن می‌باشد که حدود 6/13 درصد مصرف بسپارهای پر‌مصرف جهان است. پیش بینی می‌گردد که میزان مصرف این بسپار به حدود 3/41 میلیون تن در سال 2017 بالغ گردد. داکرون و ترویرا، نام تجاری برخی از الیاف پلی اتیلن تر فتالات می‌باشد.
پلی پروپیلن
پلی پروپیلن، بسپاری گرما نرم است که ابتدا در سال 1951 توسط دکتر کارل رهن بدون پی بردن به اهمیت آن، درهوخست آلمان بدست آمد. اهمیت این بسپار با کشف مجدد آن توسط جولیوناتا در سال 1954 آشکار گردید .
پلی پروپیلن با مصرف سالانه 6/45 میلیون تن و اختصاص 20 درصد از مصرف بسپار های اساسی، سومین بسپار پر مصرف جهان است. قابلیت افزایش پرکننده، تقویت کننده و دیگر اصلاح کننده‌ها، پلی پروپیلن را تبدیل به بسپاری پر مصرف و پر طرفدار نموده است. ظرفیت جهانی تولید این بسپار در سال 2002 حدود 4/39 میلیون تن بوده است که با رشد 5/4 درصدی به حدود 49 میلیون تن در سال 2007 رسیده است . پیش بینی می گردد مصرف جهانی پلی پروپیلن تا سال 2017 به 5/69 میلیون تن افزایش یابد .
پلی پروپیلن در صنعت اتومبیل در ساخت تزئینات داخلی، پروانه‌ها، کف‌پوش اتومبیل و جعبه باطری و همچنین در ساخت بدنه رادیو و تلویزیون، اجزای ماشین ظرف شویی، همزن‌های شست و شوگر، لوله، ساخت فیلم‌های بسته بندی برای صنایع غذایی و ساخت الیاف جهت تولید فرش، پشتی و گونی مورد استفاده قرار می‌گیرد. 

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله   30 صفحه

پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید