تحقیق صنعت لاستیک سازی



موضوع :
لاستیک

فهرست
عنوان
صفحه

1- مقدمه
2- پیدایش و توسعه لاستیکهای سنتزی
3- پیدایش و توسعه لاستیکهای سنتزی
4- آمبزه کاری لاستیکهای
5- روشها و مراحل ساخت لاستیک
6-تکنولوژی لاستیک
7-بازیافت تهیه لاستیک در کشور
8- مصارف جدید برای تابرهای فرسوده
9-خطرات و تبعات زیست محیطی منفعت لاستیک
10- SPC و کاربرد کنترل فرآیند آماری
11- آزمون های معمولی در صنعت لاستیک
12- فرآیند ناتو و ارتباط آن با لاستیک
13- تاثیر فناوری نانو در بازار لاستیک

مقدمه :
از آغاز حیات بشر تا پایان سده نوزدهم، انسان فقط موادی را مورد استفاده قرار می داد که طبیعت، جهت تحقق منظورهای بسیار متفاوت، در اختیار او گذارده بود. این مواد انسان را قادر می ساخت تا در وهله نخست نیازهای ضروری از قبیل دفاع، غذا، پوشاک و سپس وسایل آسایش خود را فراهم سازد.
بدین منظور، ابتدا سنگ آتشزنه. چوب شاخ، و عاج را، که به ترتیب از منابع معدنی، نباتی، حیوانی فراهم می شدند. به کار گرفت. استفاده از فلزات اولیه و در راس آنها طلا، مس، آهن، و سپس فلزات مختلف دیگر، که انسان می توانست به طور پیاپی از منابع زیرزمینی معدنی به دست آورد، در مراحل بعد قرار گرفت.
حدود سالهای 1870، ماده جدیدی به نام سلولویید در بازار تجارت ظاهر شد. این ماده می توانست نرم شود، حالت بخ خود گیرد، وپیچیده ترین شکلها را براحتی به دست آورد. سلولویید محصول آزمایشگاههای شیمیدانها بود و از سنتز دو ماده طبیعی سلولوز و کافور به دست آمد.
طی سی سال، سلولویید تنها نماینده محصولات سنتزی بود که به عنوان ماده اولیه برای ساخت وسایل به کار گرفته می شد. البته وقتی به عقب بر می گردیم، این امر تا اندازه ای عجیب به نظر می رسد. حدود سالهای 1900، تولید صنعتی گالالیت از کازیین و فرمالدهید پدیدار شد. بهای تما شده این ماده تا حدود سالهای 1922 بالا بود و بدین ترتیب کاربرد آن را محدود می ساخت.
در سال 1907، باکلند1 از فنون و فرمالدهید رزین تراکمی به نام باکلیت، (ماخوذ از نام سازنده آن) با خواص مشابه خواص صمغ لاکی، تهیه کرد و با ابهام پیش بینی کرد که سلولویید و گالالیت تنها موادی نیستند که شیمیدان میتواند در آزمایشگاه خود آنها را بسازد و سپس با استفاده از چنین مواد اولیه ای، درمقیاس صنعتی، به مجموعه مواد مناسب برای ساخت محصولا کاملا منتفاوت برسد.
آینده چنین امیدی را تایید کرد سالهای مدیدی که از پیدایش باکلیت تاکنون گذشته است شاهد به وجود آمدن شمار بسیاری از محصولات جدیدی بوده ایم که از آزمایشگاه بیرون آمده است و کم کم. و گاهی به طور چشمگیر، با مواد طبیعی قدیمی به رقابت برخاسته است و موجب به وجود آمدن عملیات کاملا جدیدی شده است.
در حال حاضر این مواد سنتزی بنا به خواص فیزیکی و مکانیکی و طبعاً بنا به ماهیت کاربرد شان، که ناشی از خواص آنها می باشد، به سه دسته تقسیم می شوند:
1- مواد پلاستیکی، که معمولا با عبارت ساده پلاستیکها مشخص می شوند. یکی از خواص اساسی پلاستیکها سخت و صلب بودن آنها در دمای اتقا است این ماده وقتی به اندازه کافی گرم شود صلابت خود را از دست می دهد و بدین ترتیب برای قالبگیری آماده می شود. همه ما با توسعه شگرفی که تاکنون در زمینه صنعت پلاستیک انجام گرفته است و نیز با عملیات شگفت آن آشنایی داریم. ما در این کتاب چنین مواد پلاستیکی را بررسی نخواهم کرد و خوانندگان علاقه مند به این مواد را به مطالعه کتابی که به این موضوع اختصاص دارد دعوت می کنیم.2
2- لاستیکهای سنتزی( به نام کشپارها نیز معروفند ) این مواد کشسان می باشند یعنی، دارای این خصایت هستند که پس از رفع فشار یا انقباضی که بر آنها اعمال شده است مجدداً شکل اولیه خود را به دست آورند.
3- الیاف سنتزی موادی هستند که می توان به آسانی آنها را به صورت نخ قابل ریسیدن در آورد.
در این کتاب تنها دو دسته آخر مواد سنتزی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
برای اینکه خوانندگان بهتر بتوانند مشکلاتی را که هنگام اجرا و به کار بستن این مواد مطرح می شود و نیز راه حلهایی را که برای آنها آورده ایم متوجه شوند به نظر می رسد در ابتدا لازم باشد به صورت فشرده برخی تعریفهای اساسی مربوط به تهیه چنین مواد سنتزی را در اختیار ایشان قرار دهیم.
دو نوع تغییر و تبدیل ضروری که در شکل مولکول یک ماده سنتزی دخالت دارند عبارتد از: بسپارش افزایشی و بسپارش مرحله ای، بسپارش را هنگامی افزایشی ( یا زنجیری) می نامیم که ازیک مولکول پایه به نام تکپار، ماده ای با جرم مولکولی بیشتر به نام بسپار به دست آید و نتیجه آن رشد مناسب مولکول تکپار بدون حذف ماده سوم باشد. طرح نمایشی یک واکنش بسپارش افزایشی به صورت زیر است:

به عنوان مثال، عبور از استیلن به بنزن:

یک نوع بسپارش افزایشی را تشکیل می دهد.
متذکر می شویم که در برخی موارد پدیده مشابهی می تواند اتفاق افتد. بدین ترتیب که وقتی دو مولکول به طور همزمان بسیپار شوند، درشت مولکولی که مخلوطی از دو نوع تکپار است به دست می آید:

( با فرض اینکه در حالت ساده، مولکولهای M و M به تعداد مساوی در ساخت درشت مولکول شرکت کرده باشند)؛ چنین واکنشی را همبسپارش می نامند.
بسپارش را هنگامی مرحله ای (یا تراکمی ) می نامیم که ماده به دست آمده نتیجه واکنش میان مولکولهای پایه باشد، ولی این بار با حذف یک ماده سوم. معمولا مولکول این ماده بسیار ساده می باشد و اغلب آب است. ولی این ماده می تواند یک اسید، یک نمک، یک الکتل، یک آمین، یا… نیز باشد. عناصر سازنده بسپار از هر دو مولکول، که حالا به کیدیگر متصل شده اند، تشکیل شده است. برای مثال، وقتی طبیعت مولکولهای سلولوز را از مولکولهای گلوکوز به وجود می آورد، برای هر دو مولکول گلوکوزی که به یکدیگر متصل می شوند یک مولکول آب حذف می شود. به چنین واکنشی، بسپارش مرحله ای می گوییم.
شایان ذکر است که چندین نوع مولکول نیز می توانند در یک چنین واکنشی با یکدیر متحد شوند و ماده سومی را حدف کنند. در این حالت به چنین واکنشی همبسپارش مرحله ای می گوییم.
باید متذکر شویم که از نقطه نظر شیمی- فیزیکی، تفاوت اساسی میان بسپارش منرحله ای وجود دارد. بسپارش یک واکنش شیمیای واقعی است که بتدریج و گاهی بسیار کند صورت می گیرد، به طوری که اغلب امکان جداسازی مواد حد واسط تشکیل شده، یتعنی دوپار، سه پار، چهار پار، و…، وجود دارد. برعکس، واکنشهای بسپارش افزایشی بیشتر تغییر و تبدیلهای فیزیکی هستند و حساسیت زایدی در برابر کاتالیزورها از خود نشان می دهند. این واکنشها در شرایط معمولی بسرعت کامل می شوند و نمی توان به دلخواه در مراحل حد واسط، آنها را متوقف کرد.
بالاخره، از نظر مواد تشکیل دهنده شیمیایی باید اشاره کنیم که محصول به دست آمده از یک بسپارش افزایشی دارای همان ترکیبهایی است کمه تکپار اولیه دار است. در صورتی که چنین حالتی برای محصول حاصل از بسپارش مرحله ای وجود ندارد، چرا که در اینجا با حذف مولکولهای سومی مواجه هستیم.
چیزی که پیشاپیش می توان حدس زد این است که مواد سنتز شده اجسامی با مولکولهای بزرگ می باشند. در واقع، این مواد ترکیبهایی با مولکولهای درشتند و به همین دلیل به نام درشت مولکولها نامیده می شوند. وزنهای مولکولی چنین موادی حدود 1000 برابر وزن مولکولی مواد معمولی در شیمی آلی است معمولا این مقدارها از 50000 فراتر می رود و می تواند به 400 تا 500 هزار برسد.
درشت مولکولهایی که لاستیکها و الیاف سنتزی را می سازند از زنجیر بندیهای اتمی، که در یک جهت فضا گسترش یافته اند، تشکیل شده اند. به چنین زنجیر بندی رشته ای، خطی، یا تک بعدی می گویند. برای مثال، یک لیف لاستیک از کنار هم قرار گرفتن موازی یک دسته از این درشت مولکولهای بلند تشکیل شده است.
ولی در برخی موارد ممکن است میان این درشت مولکولهای خطی، اتصالات عرضی، همچون پلی میان زنجیرهای نخی شکل به وجود آورده در این حالت می گوییم شبکه سزای انجام گرفته است. برای مثال، در وولکانش لاستیک، با قرار دادن گوگرد به صورت عرضی، پلی میان درشت مولکولهای ایزوپرنی لاستیک خام به وجود می آوریم.
پیدایش و توسعه لاستیکهای سنتزی
لاستیک طبیعی ( یا کائوچوی طبیعی) ماده ای کشسان است و از تجمع شیره انواع مختلف گیاهان، بخصوص هوا، حاصل می شود. این ماده مدتهاست که توسط سرخپوستان امریکا شناخته شده است. سرخپوستان، قبل از کشف امریکا توسط کریستف کلمب، از این ماده برای ساخت وسایل مختلف مصارف روزانه خود، و حتی تهیه توپ بازی، استفاده می کردند. لاستیک، حدود سال 1740 توسط ریاضیدان فرانسوی لاکندامین هنگام بازگشت از امریکا وارد اروپا شد ولی به مدت یک قرن استفاده زیادی ار آن نمی شد. این ماده کاملا به صورت طبیعی به کار گرفته می شد و از این جهت دارای عیبهایی بود. گودیر در سال 1840، موفق شد لاستیک طبیعی را با عمل وولکانش توسط گوگرد پایدار کند. سپس، در سال 1850، موری تولید لاستیک سخت یا ابونیت را به مرحله اجرا درآورد. بدین ترتیب مصرف جهانی لاستیک سال به سال رو به افزایش نهاد به طوری که از 10000 تن در سال 1850، به 50000 در سال 1900 و از 90000 تن در سال 1910، به 300000 تن در سال 1920 رسید. لاستیک به خاطر مصرف زیاد در وسایط نقلیه مانند: دوچرخه، اتومبیل، و هواپیما اهمیت خود را بیشتر نشان داد.
به موازات توسعه کاربرد لاستیک، کوششهای نیز از طرف شیمیدانها به منظور تعیین ساختار و نیز اجرای سنتز آن به عمل آمد. گری ویل ویلیامز در سال 1860 به دنبال زحمات دوما، لیبیگ، دالتون، موفق به جدا کردن ماده ای در محصولات تقطیر شده شد که آن را ایزوپرن نامید .بیست سال بعد بوشاردای فرانسوی نشان داد ه می توا ایزو پرن را به ماده ای سخت نظیر لاستیک تبدیل کرد و بدین ترتیب اولین سنتز در این مورد توسط نامبرده اجرا شد.
انگلستان در سال 1910 و آلمان در همان سال اولین مقاله های علمی را در این زمینه منتشر کردند. در مقاله آلمانیها، که توسط شرکت بایز منتشر شد، استفاده از سدیم فلزی در بسپارش ایزوپرن مطرح شد. انگلیسیها، در سال 1912 اقدام به راه اندازی پیلوت کوچکی در سطح آزمایشگاه کردن که می توانست حدود 2 کیلوگرم لاستیک در روز تولید کند. شروع جنگ 1914- 1918 تحقیقا انگلیسیها را متوقف کرد. در واقع، آلمانیها منابع صمغ طبیعی آنها را قطع کردند. شیمیدانهای آلمانی، از دی متیل بوتا دی ان ( یا متیل ایزوپرن) لاستیک متیل را، که موفقیت بزرگی برای آنها محسوب می شد، تهیه کردند به طوری که از سال 1915 تا 1918 طی سه سال، تولید آنها از 2000 تن گذشت با این وجود، پایان جنگ منجر به توقف این تولید شد چرا که آلمانیها دوباره به منابع لاستیک طبیعی خاور دور دسترسی پیدا کردند و واضح بود که لاستیکهای متیل، به خاطر مرغوبیت بیشتر و بازار بهتری که دارند، می توانند به خوبی با صمغ طبیعی رقابت کنند. ولی کارهای انجام گرفته توسط آلمانی ها، طی چهار سال، دولتهای بزرگ را متوجه مسائلی کرد که در جنگ جهانی دوم از آنها استفاده شد. توسعه غیر قابل تصور وسایل موتوری، مصرف زیاد لاستیک ار به دنبال داشت و به این ترتیب، همواره خطر قطع منابع تولید صمغ وجود داشت از این جهت، پژوهشگران آلمانی، امریکایی و روسی را بر آن داشت تا در سال 1926، بدون وقفه روی تولید لاستیک سنتیزی فعالیت کنند. بعدها در درجه اول کانادا و سپس سایر کشورها تولید کننده این ماده شدند و در حال حاضر صنایع لاستیک سینتزی کم و بیش در سرتاسر دنیا گسترده شده است و به طور وسیعی با لاستیک طبیعی رقابت می کند.
حال، به طور دقیقتر، ببینیم چطور مسئله پیدایش مصنوعی این ماده مطرح شد. از نظر شیمیایی لاستیک طبیعی ماده ای پیچیده است و برای اولین بار بوشاردا نشان دارد که این ماده از بسپارش ایزوپرن حاصل شده است. ایزوپرن به فرمول خام 8H5C دارای ساختار زیر است:

لاستیک طبیعی مخلوطی از بسپارهای این ماده از زنجیرهای خطی بلند است اولین تصوری که برای تهیه لاستیک سنتزی به ذهن می آید، بسپار کردن ایزوپرن است. بسپارش این ماده ظاهراً امکانپذیر است. در واقع، مولکول ایزوپرون تحت تاثیر هیدروژن کلرید یا نور فرابنفش یا کاتالیزورهای دیگر، متحمل تغییراتی در موقعیت پیوندهای خود می شود بدون آنکه ترکیب شیمیایی آن تغییر کند، در این صورت شکل زیر را به خود می گیرد:
– CH2-C=CH-CH2-CH3
حال، پیوندهای آزادی که در انتای مولکول واقع شده است می تواند به دو مولکول دیگر متصل شود و این عمل بدین ترتیب ادامه پیدا کند که زنجیر بلندی از نوع زیر تشکیل شود:
..-CH2-C=CH-CH2-CH2-C=CH-CH2-…CH3
ولی این نوع بسپارش تنها راه امکانپذیر نیست و متاسفانه به وسیله بسپارش مصنوعی نمی توان دقیقاً به لاستیک رسید. از طرف دیگر، ایزوپرن نمی تواند به مقدار کافی تولید شود و در ضن قیمت تمام شده بسیار بالا خواهد بود و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.
بنابراین، بسپارش ایزوپرون خود نمی توانست مشکل را حل کند. به این ترتیب در جست و جوی بسپار کردن موادی بودند که دارای ساختاری شبیه ساختار ایزوپرن نمونه ای از این کوشش بود. این ماده، که با استخلاف یک هیدروژن توسط گروه متیل CH3 روی ایزوپرن به دست می آید. امکان تهیه لاستیکهای متیل را در جنگ جهانی اول به آلمانیها داد
سپس آلمانیها اقدام به سپارش بو تا دی ان به فرمول زیر کردند:
CH2=CH-CH=CH2
بسپارش این تکپار اولیه در حضور سدیم انجام گرفت. آلمانیها تمام لاستیکها را با عنوان عمومی بونا نامگذاری کردند. بوناها، به سرعت یک قسمت عمده از احتیاجات آلمانیها را برآورده کرد. آلمانیها از سال 1936 به بعد توانستند بعضی از بوناها را به خاطر کیفیت بهتر نسبت به لاستیک طبیعی صادر کنند. با وجود قیمت بیشتر بونا نسبت به صمغ طبیعی، این ماده توانست با کشورهای مختلف رقابت کند. جنگ جهانی دوم باعث رونق صنایع لاستیک سنتیزی آلمان شد. تمام تولیدات در پنج کارخانه بزرگ متمرکز شد طوری که ظرفیت سالیانه محصولات به 180000 تن رسید. در واقع، این کارخانه ها هرگز با ظرفیت کامل خودکار نکردند ومتوسط تولید سالیانه آنها حدود 100000 تن بومد. بعدها نیز کشپارهای از نوع بونا قسمت اعظم تولیدات آمان را تشکیل داد.
در ایالات متحد مسئله کشپارهای سنتزی در ابتدا شکل دیگری داشت برای آمریکاییها مهم نبود که دست از لاستیک طبیعی بکشند چرا که توانستند تا سال 1940 احتیاجات خود را برآورده سازند و سپس اقدام به تهیه محصولاتی با کیفیت صنعتی بهتر، نسبت به صمغ طبیعی کنند. شیمیدانهای فنی امریکایی سعی خود را بر بسپارش کلروپرن، که مشتق کلردار بو تا دی آن به فرمول :
CH2=CC1-CH=CH2
است، متمرکز کردند. و نیز از نئوپرن لاستیکهای اشتعال ناپذیر و بخصوص مقاوم در مقابل عامل فیزیکی و شیمیایی به دست آوردند. ولی قیمت این نئوپرنها بسیار بالا تمام می شد طوری که فقط در موارد بخصوص از آنها استفاده می شد و به همین دلیل، در سال 1941، تولید امریکایی نئوپرنها فقط به میزان 8000 تن بود.
در سال 1942 واقعه مهمی به وقوع پیوست: کنترل کشت هوآی خاورمیانه توسط ژاپنیها آمریکاییها در این موقع ناچار به قطع ناگهانی صمغ طبیعی شدند و خود را مجبور به برنامه ریزی جهت تولید لاستیک سنتزی دیدن تابتوانند جایگزین لاستیک طبیعی کنند. و بدین ترتیب بود ه امریکا به نوبه خود به جرگه تولید کنندگان بزرگ لاستیک از نوع بونا پیوست و توانست تا میزان 80 درصد از محصولات خود را به این ماده تخصیص دهد.
در شوروی، سال 1931، اولین کشپارهای سنتزی که به صورت صنعتی ساخته شد مورد مصرف قرار گرفت. این کشپارها عبارت بودند از پلی بوتادی انها که با نام لاستیکهای SK معروف بودند. بعد شیمیدانهای روسی نیز اقدام به بسپارش کلروپرن تحت عنوان سوپرن کردن دکه نام آن هم کشور تولید کنده و هم ماده اولیه را نشان می دهد. در سالهای بعد روسها همبسپار بوتادی ان با استیرن و نیز آکریلونیتریل را نیز تهیه کردند که به ترتیب به نام لاستیکهای SK-A, K-S معروف است.
در کانادا، از سال 1950 صنایع مهم کشپارهای سنتزی شروع به فعالیت کرد و شامل لاستیکهای با انواع مختلف بود. از سال 1954 تولیدات خود را همراه با سه کشور یاد شده به بازار عرضه کرد. بعدها کاناداییها، در تولید این محصول، بخصوص در زمینه تولید همبسپار بوتای ان – استیرن، آلمانیها را پشت گذاردند.
ممکن است خواننگان فکر کنند چطور دو کشرو انگلستان و فرانسه، که در زمینه صنایع مختلف پیشتاز بودند، نقش مهمی در این صنعت نداشتند؟ علت آن این است که تا سال 1942 این دو کشور تمام احتیاجات خود را در زمینه لاستیک طبیعی از کشتی که در مستعمرات خود داشتند برآورده می ساختند. انگلستان برای سالهای زیادی از انبارهای خود استفاده می کند ولی فرانسه تا سال 1950 توانست از ذخیره های خود استفاده کند. در سالهای بعد انگلستان مانند فرانسه لزوم ایجاد صنایع این رشته را احساس کرد. این دو کشور، از سال 1956، اقدام به تاسیس کارخانه های تولید کشپارهای سنتزی کردند. کارخانه های انگلیسی در سال 1958 به تولید رسیدند در صورتی که کارخانه های فرانسوی در سال 1960 به تولید رسیدند.
از سال 1956 سایر کشورها نیز اقدام به ایجاد این صنعت کردند طوری که هم اکنون در بیشتر نقاط دنیا گسترده شده است. به عنوان نمونه، تاریخ شروع تولدی چند کشور آورده می شود: ایتالیا 1958، هلند 1960 ، رومانی 1959، ژاپن 1958، و مکزیک 1961.
لاستیکهای سنتزی
1- تکپارهای اولیه
اکثر لاستیکهایی که در حال حاضر ساخته می شوند محصول عمل بسپارش هستند. تکپارهای استفاده شده مولکولهایی هستند که حاوی حداقل یک پیوند دوگانه می باشند. همانطور که در فصل قبل دیدیم این پیوندهای دوگانه باعث تشکیل زنجیر بلند درشت مولکول می شود.
تکپارهایی که قبلا به عنوان نمونه ذکر شد، یعنی بوتادی ان و مشتقات آن، در واقع حاوی دو پیوند دوگانه در مولکول خود هستند. این مواد دی الفینها هستند و پیوندهای دوگانه آنها مزدوج میباشند یعنی، به وسیله یک پیوند ساده تنها از همدیگر جدا شده اند. ولی بعضی از مونوالفینها فقط دارای یک پیوند دوگانه در مولکول خود هستند و بنابراین آنها نیز می توانند به عنوان تکپار اولیه مورد استفاده قرار گیرند.
در نمودار 1، مجموعه تکپارهای اصلی از این دو نوع، که در حال حاضر، به عنوان تکپار اولیه برای تهیه لاستیک مورد استفاده قرار می گیرند، نشان داده شده است: شایان ذکر است که برخی از این تکپارها، در زمینه کشپارها، فقط جهت تولید همبسپارها مورد استفاده قرار می گیرند. در این مورد برای مثال می توان از اتیلن نام برد.
حال ببینیم این تکپارها را، که برای صنایع لاستیک سازی از مواد اولیه مهم به شمار میروند، چگونه می توان تهیه کرد.
بوتادی ان. چنانچه از مواد طبیعی استفاد شود راههای زیادی برای تهیه بوتادی ان وجود خواهد داشت. دو راه اصلی در نموردار 2 آورده شده است:
با هیدروژن دار کردن فنول، که از مشتقات قطران روغن است، می توان نخست به سیکلو هگزانول و سپس با آب زدایی کاتالیزوری آن به وسیله سیلیس به سیکلوهگزان رسید. تجزیه گرمایی این ماده منجر به تولید بوتادی ان خواهد شد. از فورفورل نیز با استفاده از کاتالیزور می توان به بوتادی ان رسید. بالاخره، روسها بوتادی ان را از دو نوع تخمیر الکلی عصاره های شیرین تهیه کردند( شاید هم در حال حاضر به مقدار کم از این راه تهیه کنند):
الف. تخمیر به وسیله مخمرهای ویژه موجود در عصاره های شیرین که در ؟؟ آبکافت سلولوز منجر به استون و بوتانول می شود. آب زدایی این الکل مستقیماً به بو تا دی ان خواهد رسید. با استفاده از فرایندهای پیچیده تر می توان استون را نیز به بوتا دی ان تغییر داد.
ب. با تخمیر الکلی معمولی عصاره های شیرین سبزیجات مانند چغندر که منجر به بوتانول می شود و سپس با تجزیه آن در حضور کاتالیزور می توان به استالدهید رسید. این ماده به وسیله هیدروژن دار کردن و سپس هیدروژن زدایی به بوتادی ان تبدیل خواهد شد.
ایزوپرون . این ماده را نیز از ایوپنتان، که یی از مواد استخراج شده از نفت است به دست می آورند: برای این کار ابتدا به آن یک مولکول کلر می دهند و سپس دو مولکول هیدروژن کلرید از آن می گیرند:
کلروپرن . از دو پار کردن ( دیمر کردن) استیلن در محلول آمونیاکی و در حضور مس کلرید ابتدا وینیل استیلن به دست خواهد آمد، این ماده را با هیدروژن کلرید ترکیب می کنند کلروپرن حاصل خواهد شد:
اتیلن. از میان فرایندهای زیادی که در صنعت استفاده می شود در اینجا به عنوان مثال به دو فرایند اشاهر می شود:
1- آب زدایی اتانول :
2- تجزیه گرمای اتان که منجر به تولدی گاز هیدروژن می شود. این گاز در صنایع روغن سازی یا کراکینگ نفت خام مورد استفاده قرار می گیرد:
ایزوبوتیلن. ( یا ایزو بوتن)
این ماده را در صنعت از کراکینگ گازهای موجود در نفت به دست می آورند.
استیرن. از ترکیب اتیلن با بنزین ابتدا اتیل بنزن و سپس با هیدروژن زدایی کاتالیزوری آن استیرن به دست خواهد آمد:
آکریلو نیتریل. دراینجا فقط به یکی از روشهای صنعیت تهیه آکریلو – نیتریل اشاره می شود و آن عبارت است از ترکیب هیدروژن سیانید با استیلن در محلول مس کلرید و آلومینیم کلرید:
در صنایع لاستیک سازی اهمیم این تکپار یکسان نیست. بوتادی ان و استیرن، به خاطر استفاده زیاد آنها تهیه کشپار، از اهمیت ویژه ای برخوردارند، سپس این اهمیت به ترتیب برای کلروپرن، ایزوپرن، و ایزوبوتیلن خواهد بود.
2- بسپارهای بوتادی ان ومشتقات آن
1- پلی بو نادی انها. برای اولین بار صنایع جدید کشپار در آلمان به وجود آمد و نتیجه آن به بازار آمدن نخستین پلی بوتادی انها شد. شیمیدان های آلمانی هنگام جنگ جهانی اول، برای اولین بار جهت تهیه لاستیک، متیل سدیم را به عنوان کاتالیزور بسپارش مورد استفاده قرار دادند. آزمایش های انام گرفته زمینه را برای تهیه کشپارهای پلی بو تا دی انی یا بونا فراهم آورد. این کشپارها از بسپارش بوتادیان در حضور سدیم فلزی و در اتمسفر گاز کربن دیو کسید انجام شد.
بوناهای مختلف آلمانی با ارقام متفاوت از یکدیگر متمایز می شوند و مهمترین آنها بونا 32، 115، و مخصوصاً 85 می باشد.
بونا 32 بسپاری گرانرو با وزن مولکولی حدود 30000 است که در ابتدا به عنوان نرم کننده لاستیکهای سخت استفاده می شد. برای تهیه آن از روش بسپارش پیوسته استفاده می کنند و بوتادی آن را در 80 در حضور 5/0 درصد سدیم حبه ای و حدود 10 درصد وینیل کلرید بسپار میکنند. در اینجا به مقدار جزئی هم همبسپارش نیز صورت می گیرد. سپس برای حذف نمکهای معدنی محصول را با آب شسته و به کمک یک ضد اکسنده پایدار می کنند.
بونا 85 نیز با استفاده از روش بسپارش پیوسته به دست می آید. در اینجا به جای سدیم از پتاسیم استفاده می شود و حدود 5/0 تا 1 درصد دی اکسان مصرف می شود. واکنش در 70 در حدود 2 ساعت به طول می انجامد. به محصول حاصله 2 درصد فنیل نفتیلامین و 1 درصد اسید چرب، جهت خنثی کردن باقیمانده کاتالیزور پتاس، اضافه می کنند. بونا 85 درزمان جنگ جهانی دوم به میزان زیادی تهیه می شد ولی امروزه اهمیت خود را از دست داده است. آلمانیها سعی خود را در همبسپار بوتادی ان- استیرن به کار برده اند.
بالاخره بونا 15 115 با وزن مولکولی بیشتر و به خاطر مشکلاتی که در تهیه آن وجود دارد و اینکه محصولی برنده می دهد کاربرد محدودی دارد.
بعد از المانیها، روسها همان لاستیک را که به نام SK معروف است به دست آوردند. دو نوع مهم از انا عبارتند از : SKA که در آن بوتا دی ان استفاده شده از نفت به دست می آید و SKB که در آن بو تا دی ان استفاده شده از الکل گرفته می شد.
سپس کارهای امریکاییها نشان داد که بسپارش بوتادی ان در حضور کاتالیزورهایی به نام ال فین ( نمک سدیم الکل و مشتق سدیم دار یک الفین) بسرعت انجام گرفته است و بسپارهای با وزن مولکولی زیاد و یا ساختر منظم به دست می آید. از طرف دیگر، در صنعت فرایندهای کاتالیزوری، در سالهای 1956، تا 1962، به منظور تهیه کشپارهای پلی بوتادی ان صورت گرفت که در فصلهای بعدی توسعه سریع آنها مورد مطالعه قرار خواهد گرفت.
2- پلی دی متیل بو تا دی انها. در اینجا تنها آنها را از نظر تاریخی مورد بررسی قرار می دهیم. درسالهای جنگ 1914- 1918 لاستیک متیل به عنوان جانشین صمغ طبیعی از طرف آلمانیها استفاده شد دو محصول اصلی وجود دارد، یکی سخت به نام لاستیک متیل H ( از واژه آلمانی hart) و دیگری نرم به نام لاستیک متیل W ( از واژه آلمانیWeich) این محصولات بعدها نتوانستند نه با لاستیک طبیعی و نه با کشپارهای سنتزی، ه از 1926 به بعد به دست آمد، رقابت کنند.
3- پلی کروپرنها: بسپارش کلروپرن CH2==CC1-CH=CH2 بسرعت، بدوم حد واسط، و در غیاب گرما صورت می گیرد با وجود این، خواص بسپار به دست آمده بستگی به شرایط آزمایش دارد. مثلا، چنانچه کلروپرن را در هوا و دمای معمولی به کار بریم پس از هشت تا ده روز به ماده ای غیر پلاستیک شبیه به لاستیک طبیعی و ولکانیده، تبدیل می شود. این ماده راپلی کلروپرن دردمای معمولی دو روزه و در دمای 130 در مدت 5 دقیقه کامل می شود؛ در اینجا از ساختار خطی به ساختارشاخه ای می رسیم. به نظر می رسد این همان حالتی باشد که در وولکانش لاستیک طبیعی اتفاق می افتد. به همین دلیل پلی کلروپرنها که مربوط به بسپار a هستند می توانند به وسیله ازدیاد ساده دما بدون اینکه به آن گوگرد اضافه شود وولکانیده از وولکانش ناخواسته در دمای معمولی به محصول صنعتی باز دارنده اضافه می شود.
تهیه پلی کروپرنها به صورت امولسیون و به کمک صابون سدیم (الئات یا آلبیبتات) انجام میگیرد. بسپارش در 40 در محیط قلیایی، و با استفاده از کاتالیزور و بهبود دهنده زنجیر عملی می شود. کاتالیزور می تواند پتاسیم پرسولفات و بهبود دهنده زنجیر می تواند گوگرد یا تیمو الکلها R.SH باشد. پس از بسپارش امولسیون تترا اتیل تیو رام دی سولفید به فرمول
را اغلب بهمنظور نرم کننده و پایدار کننده به بسپار اضافه می کنند و سپس لاتکس حاصله را بدون رسیدن به نقطه انعقاد، اسیدی میکنند. بعد لاتکس را از استوانه چرخانی که در آنجا انعقاد صورت می گیرد عبور می دهند. لایه نازکی تشکیل می شود که بعد آن را می شویند و در دمای حدود 120 خشک میکنند. این لایه را کشیده به صورت ورقه ای کوچک در می آورند و سپس روی آن طلق می کشند.
بررسی شیمیایی ( اوزونکافت) و فیزیکی ( پرتوایکس) نشان می دهد که درشت مولکول پلی کلروپرن از زنجیر طویل خطی به شکل زیر تشکیل شده است:
این پلی کرو پرن تمایل به بلوری شدن را در دمای معمولی از خود نشان می دهد. این امر معمولا مناسب نیست و برای برطرف کردن آن باید شرایط بسپارش را تغییر داد. برای این کار لازم است بسپارش را دردمایی بالاتر در حضور گوگرد انجام داد.
پلی کلروپرنها نخست در سال 1931 توسط شرکت دوپان به نام دوپرن و سپس به نام نئوپرن ( که هنوز به همین نام معروف است) به بازار عرضه شد. از این ماده انواع مختلفی وجود دارد که پر مصرفترین آنها نئوپرن GN است که به خاطر تبلور سریع آن می توان آن را برای هفته ها، بدون سخت شدن، نبار کرد. به همین خاطر لازم به تذکر است که همبسپار آن با سرعت تبلور ضعیفتری به دست می آید و تبدیل آن سالها به طول می انجامد. از میان این همبسپارها می توان مواد زیر را نام برد: نئوپرن و GRT، که حاوی استیرن است و نئوپرن FR، که از تکپارهای کلروپرن و ایزوپرن به دست میآید. و بالاخره نئوپرن Q، که در ان از آکریلونیتریل استفاده شده است.
نئوپرنها، که عملا اشتعال ناپذیرند، نه تنها نسبت به لاستیک طبیعی بلکه نسبت به اغلب کشپارهای سنتزی دیگر دارای خواص مطلوبتری میباشند. ازجمله می توان از مقاومت بهتر آنها در مقابل روغن، اکسیژن، اوزون، و سایر عوامل فیزیکی بخصوص در سرما نام برد. در صنایع اتومبیل سازی و هواپیماسازی نیز به عنوان اتصالات باک بنزین و ضربه گیر، و درصنایع نساجی به عنوان غلتک از نئوپرنها استفاده می شود. با تمام کاربرد وسیعی که این ماده می تواند داشته باشد با وجود این، به خاطر قیمت تمام شده بالایی که دارد فقط در ساخت قطعات بخصوص از آن استفاده می شود مثلاً ، برای ساخت اتصالات و لوله های مرتبطکننده ماشینهای مولد سرما، چرا که برای یک چنین دستگاههایی نیاز به موادی است که مقاوم باشند، در مقابل آمونیاک و متیلن کلرید واکنشی از خود نشان ندهند، و در مقبل روغن و سرما بی تفاوت باشند.
4- پلی ایزوپرنها برای مدتهای مدیدی بسپارش ایزوپرن
CH2=C(CH3)-CH=CH2
فقط به منظور تهیه کشپاری بود که ساختار آن از ساختار لاستیک طبیعی از نظم کمتری برخوردار بود از این جهت خواص مکانیکی جزئی نمی توانست داشته باشد. در سال 1955 از سنتز ایزوپرن ماده ای تهیه شد که ساختار و خواص آن شبیه ساختار و خواص صمغ طبیعی بود و به همین خاطر نام آن را لاستیک طبیعی گذاشتند. پلی ایزوپرنها پس ازاینکه برای مدتی فقط در آزمایشگاهها تهیه می شد به صورت نیمه صنعتی اقدام به تولید آن شد و از سال 1962 تولید آن به میزان زیاد آغاز شد.
3- همبسپارهای بوتادی ان – استیرن
همبسپارهای بوتادی ان- استیرن از لحاظ مقدار تولید مهمترین لاستیک سنتزی می باشند. شایان ذکر است که اولین تولید زیاد این نوع لاستیک در حین جنگ جهانی دوم، میان سالهای 1942- 1944 توسط ایالات متحده، تحت عنوان لاستیک دولتی (G.R.) انجام گرفت. از میان مواد تولید شده کشپار به دست آمده از همبسپارش بوتادیان و استیرن به نام G.R.S نامگذاری شد.
1- کلیاتی در مورد ساخت همبسپارش بوتادی ان – استیرن. همبسپارش بو تادی ان – استیرن به ورش املسیونی صورت می گیرد. به وسیله عامل امولسیون کننده امولسیونی از دو تکپار در فاز آبی به وجود می آوریم و سپس کاتالیزور بعضی از موادی که می تواند روی طول و ساختار زنجیر درشت مولکولی تاثیر بگذارد اضافه می کنیم. این مواد را تغییر دهنده زنجیر نامیده اند. این واکنش در ظرفهای دو جداره صورت می گیرد که جریان آب می تواند باعث سرد کردن محیط شود. مواد داخل ظرف توسط بهمزن مخلوط می شود و دمای محیط حدود 50 خواهد بود. پس از 12 تا 15 ساعت 70 تا 75 درصد از تکپارهای اولیه بسپار می شود. در این لحظه با افزودن یک متوقف کننده بسپارش، واکنش را متوقف می کنند و سپس به مخلوط ضد اکسنده اضافه می کنند. هر دو ماده اضافه شده محصول را پایدار می کند. آن قسمت از تکپارهایی که تغییر پیدا نکرده اند جمع اوری و از محیط خارج می کنند، بوتادی ان براحتی و به کمک خلا جدا می شود و استیرن نیز در فشار کم همراه با بخار آب حذف می شود.
برای اینکه لاتکس سنتزی به صورت دانه های کوچک درآید به آن محلول سدیم کلرید و سولفوریک اسید رقیق اضافه می کنند. به جای سدیم کلرید می توان از سایر الکترولیتها مانند کلسیم کلرید، آلومینیم سولفات ی ژاج سفید استفاده کرد. پس از اینکه دانه ها شست و شو داده شد و خشک شد، آن را به صورت قطعات بزرگی متراکم می کنند.
برای نمونه، موادی که مورد استفاده قرار می گیرند همراه بانقش و خواص آنها در زیر آورده می شود:
ترکیب
نقش
مقدار ماده
آب
حلال
180
صابون
امولسیون کننده
5
دو دسیل مر کپتان
تغییر دهنده
50/0
پتاسیم پر سولفات
کاتالیزور
30/0
استیرن
واکنشگر
25
بو تادی ان
واکنشگر
75
هیدورکینون
متوقف کننده
10/0
فنیل نفتیل آمین
ضد اکسنده
25/1

درباره هر یک از ترکیبات بالا توضیح مختصری داده می شود:
الف- عوامل امولسیون کننده. مهمترین امولسیون کننده هایی که در ایالات متحده به کار می رود عبارتند از: صابون و مخلوط نمکهای سدیم اسیدهای چرب. ازمشتقات کلوفان نیز به عنوان امولسیون کننده استفاده می شود، در این صورت لازم است بعضی از مواد از نوع آییتیک، که نقش باز دارنده بسپارش را باز می کنند، از محیط حذف شود.
در آلمان، ازنمک سدیم دی ایزوبوتیل – نفتالین- سولفونیک اسید، با نام تجاریتی نکال ب-ایکس استفاده می شود.
بالاخره میتوان واکنش را درمحیط کمی اسیدی، در حضور نمک- های آمین با جرم مولکولی زیاد، بخصوص املاح دو سیل آمین، انجام داد.
ب- کاتالیزورها، بررسیهای عمیق و زیادی ریو کاتالیزورهای قابل استفاده انجام گرفته است. چرا که از دو نظر انتخاب کاتالیزور مهم است:
نخست اثر حساسی که روی کیفیت فنی مواد حاصله دارد و دوم به خاطر نقش تعیین کننده ای که در سرعت بسپارش دارد.
به عنوان کاتالیزور می توان از عوامل اکسنده، بخصوص پرسولفاتهای قلیایی و بنزوئیل پروکسید، استفاده کرد. در این صورت لازم است سیستم های رودکس به کار گرفته شود یعنی مخلوط دو ماده یکی کاهنده و دیگری اکسنده. از میان انها می توان از مخلوط نمکهای فرو- پروکسید، گلوکوز- پرسولفات، سدیم سولفیت- آب اکسیژنه نام دارد. در مورد نمکهای فرو پروکسید موادی که وجد دارند عبارتند از : هیدروپروکسیدهای کومن، ایزوپروپیل کومن، منتان، و فنیل سیکلوهگزان. از سیستمهای رود کس نیز به عنوان کاتالیزورهای بسیار فعال استفاده می شود. این کاتالیزورها به طور قابل ملاحظه ای 0 5 تا 20 بار) مدت بسپارش را کوتاه می کنند و اجازه انجام واکنش در دماهای پایین را می دهند.
امریکاییها، در حین جنگ جهانی دوم 1939- 1945، برای رسیدن به این خصوصیات آمزایشهای زیادی برای امکان بسپارش در 40 یا 30 و حصول بسپارهای مرغوب انجام ددند ولی تهیه بسپارهای مرغوب نتیجه بخش نبود و واکنش در دماهای بسپار پایینتر به موفقیت نرسید.
در پایان جنگ امریکاییها از فرمول کاتالیزورهای رودکس آلمانیها اطلاع پیدا کردند و این در حالی بود که خود آلمانیها پژوهشهایی روی ترکیبات دی آزوئیک، به عنوان باز داردنده های بسپارش در 5، انجام می دادند. از این تاریخ کارهای زیادی به منظور پیدا کردن مخلوطی که برای دماهای بسپار پایین جهت بسپار شدن انجام گرفت به طوری که هم اکنون امکان انجام واکنش در 40- امکانپذیر است.
دری آزوتیواترها ( که از ترکیب نمک دی آزونیوم با یک تیوالکل یا مرکپتان به دست می آید) بازدارنده های فعالی هستند و اجازه می دهند دما تا 18- پایین رود. ولی بهترین کاتالیزور در ابتدای تولید نمک فرو- آب اکسیژنه بود که در پی آن تولید آمریکایی لاستیک سرد توسعه یافت و نتایج بهتری با استفاده از هیدروپروکسید کومن فرو پیرو فسفات به دست آمد.
ج- تغییر دهنده زنجیر- تغییر دهنده های زنجیر، که به نام تنظیم کننده نیز معروف اند، در روند بسپارش تاثیر می گذارند. آنها رابه دو دلیل مورد استفاه قرار می دهند، نخست سبب می شودزنجیرهای کوتاهتری به دست آید و در نتیجه کشپارها خاصیت پلاستیکی بیسشتری از خود نشان دهند و دوم اینکه تعداد پیوندهای عرضی را که روی زنجیر اصلی تشکیل می شود کاهش می دهند. در ایالات متحده، همانطور که قبلا دیدیم، مرکپتانها بیشتر استفاده می شوند در صورتی که در سایر ممالک بخصوص آلمان از دی ایزوپروبیل اگزانتوژن سولفید استفاده می شود:
این ماده ازترکیب کربن دی سولفید CS2 ایزوپروپیل الکتل CH3-CHOH-CH3 به دست می آید و به نام تجارتی دی پروکسید معروف است تغییر دهنده ها به مقدار 2/0 تا 1 درصد در ترکیب مخلوط اولیه بسپارش اضافه می شوند
د- متوقف کننده های زنجیر . از این مواد برای متوقف کردن واکنش در زمانی که بسیپار بهترین خواص را پیدا کرده است استفاده می شود. بدین منظور فنولها به کار برده می شوند( بخصوص از هیدروکینون و مشتقات کرزول مانند دی بوتیل پاراکرزول) .با وجود این برای بسپارش در سرما ترجیح داده می شود از دی توی کرباماتها استفاده شود.
هـ – ضد اکسنده ها . مواد به دست آمده از عمل بسپارش باید پایدار شوند. مهمترین آنها N – فنیل بتانفتیل آمین می باشد.
و- تکپارهای اولیه. لازم است نخست به بو تادی ان و استیرن کاملا
خالص اشاره شود. عمل خالص کردن به میزان وسیعی توسط تولید کنندگان و باح ف 1،4- پنتادی ان و سیکلو پنتادی ان، که نقش باز دارنده را بازی می کنند، صورت می گیرد. در هنگام انبار کردن تکپارها، بخصوص استیرن، تبدیل به دوپار می شوند جهت جلوگیری از دوپارشدن باز دارنده بسپارشی مثل دی بوتیل پیروکاتکول اضافه می کنند. حذف این باز دارنده درست قل از شروع واکنش بسپارش توسط شست و شوی تکپارهای انبار شده به وسیله سود انجام می گیرد.
2- ساختار همبسپار بوتادی ان – استیرن. به فرض اینکه همبسپارش با ترکیب شدن سه مولکول بوتادی ان با یک مولکول استیرن انجام گیرد، از لحاظ نظری باید زنجیر درشت مولکولی به دست آید که واحدهای تکراری آن در طول زنجیر به صورت زیر باشد:
از این جهت شیمدان باید قادر باشد روند بسپارش را طوری تنظیم کند که ساختار درش مولکول شبیه ساختار لاستیک طبیعی شود.
در واقع، بدین صورت نخواهد بود زیرا چند شکل بسپارش ممکن است اتفاق افتد. برای مثال حالت بو تا دی ان تنها را در نظر می گیریم:
CH2=CH-CH=CH2
(4) (3) (2) (1)
بسپارش می تواند روی کربنهای 1-4 صورت گیرد و زنجیر زیر را بدهد:
…-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH=CH-CH2-…
ممکن است بسپارش روی کربنهای 1-2 صورت گیرد و زنجیر زیر را بدهد.
چنانچه بسپارش به طور همزمان روی کربنهای 1-2 و نیز 1-4 صورت گیرد نوع زنجیر به شکل زیر خواهد بود:
…-CH2-CH=CH-CH2- CH -CH2-…
اما برحسب اینکه چه تعداد افزایش روی کربنهای 1-4 و 1-2 انجام شود ساختارهای متعددی را می تواند بوجود آورد.
به علاوه، گروه جانبی -CH=CH2 که در نتیجه افزایش روی کربنهای 1-2 به وجود آمده است، خود می تواند موجب تشکیل زنجیر جدیدی شود که در آن افزایشهای 1-2 و 1-4 به طور متغیر انجام می گیرد.
بالاخره، چنانچه حالت همبسپارش بوتادی ان- استیرن را در نظر بگیریم، می بینیم که رادیکال C6H5 می تواند در نستبهای متغیری در افزایشهای 1-2 جایگزین گروه CH=CH2 – بشود.
همانطور که مشاهده کردیم، به ساختاری میرسیم که پیچیده است و یک درشت مولکول بلند نخی شکل نخواهیم داشت بلکه دارای مجموعه ای زنجیرهای پیچیده با طولهای متفاوت همراه با گروههای جانبی خواهیم بود. با استفاده از روشهای متعدد شیمیایی و شیمی فیزیکی بررسیهای عمیقی روی ساختار واقعی محصولات انجام گرفته است. در این زمنیه میزان غیر اشباع بودن ( نسبت تعداد پیوندهای دوگانه به تعداد کل پیوندها)، نسبت میان افزایش روی کربنهای 1-2 به افزایش روی کربنهای 1-4، ترتیب زنجیرهای مختلف، و غیره اندازه گیری شده است.
با استفاده از این آزمایشها می توان به همبسپارهای بوتادی ان- استیرن منظمتری رسید که در نتیجه مرغوبیت فنی کشپار به دست آمده را دربر دارد. در حال حاضر، به نظر میرسد بهترین روش برای به دست اوردن ساختار منظم از یک طرف کاهش یدمایی است که در آن بسپارش انجام می گیرد و از طرف دیگر انتخاب کاتالیزور مخصوص، به ویژه، نمک پایدار آمین آروماتیک دو نیتروژن دار که در بازار به نام نیتراژول CF مشهور است.
3- انواع اصلی همبسپارهای بوتادی ان- استیرن تجارتی. همان طور که قبلا دیدیم در امریکا تمام کشپارهای حاصل از همبسپارش بوتادی ان- استیرن با علامت G.R.S نامگذاری می شوند. اولین نوع این محصول که مدتهای زیادی به نام G.R.S استاندارد نامیده می شد دارای 76 قسمت بوتادی ان و 24 قسمت استیرن بود و به وسیله صابون قلیایی پرسولفات، تنظیم کننده آن دو دسیل مرکپتان، و بالاخره پایدار کننده ضد اکسیژن آن فنیل- تا- نفتیل آمین ( که از تراکم دی فنیل آمین با استون به دست می آید) بود. این محصول با نام تجارتی BLE وارد بازار شد دمای این همبسپارش 50 ولاستیک به دست آمده می توانست متسقیماً شکل پذیر شود. در میان انواع متعدد محصولهایی که به بازار آمده است می توان از مواد زیر نام برد : – G.R.S. 10 در تهیه این محصول به جای نمک قلیایی اسیدهای چرب از صابون رسینیک اسید استفاده شده است. G.R.S. 29 ، در این محصول فقط 20 درصد استیرن وارد واکنش شده است. خصلت پلاستیکی و شکل پذیری آن بیشتر از مقدار استاندارد است. – G.R.S. 60 که در آن همبسپارش در حضور مقدار کمی وینیل بنزن انجام می گیرد. – G.R.S. 65 دارای خاصیت دی الکتریک بسیار خوبی است. بعدها که کارخانه های دولتی آمریکا توسط شرکتهای خصوصی خریداری شد از همان علامت G.R.S برای محصولات خود استفاده کردند و نام یک علامت تجارتی را که مخصوص خودشان بود به آن اضافه کردند مثل : آمریپول، بوتاپرن، هرکرول، فیل پرن، پلیوفلکس، پلی ژن، سینپل و غیره
لازم به یادآوری است که " انجمن آمریکایی آزمایش مواد" (ASTM) در سال 1956، نامگذاری جدیدی را برای لاستیکهای سنتزی پیشنهاد کرد که عبارت بود از حرف اول تکپار به کار رفته به اضافه حرف R( حرف اول Rubber )؛ از این جهت کشپارهای گروه G.R.S هم اکنون به نام S. B. R. نامیده می شوند.
در آلمان لاستیکهای حاصله از همبسپارش بوتادی- استیرن به نام بونا S معروف است.
پس از تولید بوناهای S2,S1 بونا S3، که همبسپار استاندارد است، وارد بازار شد. برای تهیه آن از 71 قسمت بوتادی و 29 قسمت استیرن استفاده می شود. امولسیون کننده آن نکال ب ایکس (Nekal BX) کاتالیزور آن پتاسیم پرسولفات، و تنظیم کننده آن دی پروکسید می باشد. همبسپارش در 50 انجام می گیرد بونا S3 نسبتاً سخت است و باید قبل از مصرف به کمک حرارت شکل داده می شود.
کارخانه آلمانی سازنده عمده لاستیک طبیعی علاوه بر بونا S3 محصولات زیر را نیز تولید می کند:
– بونا S4، این محصول بهترین خصلت پلاستیکی را دارد و احتیاج به عملیات حرارتی ندارد.
– بونا S4L، این محصول چنانچه زمان زیادی در مقابل نور قرار گیرد به رنگ قهوه ای در نمی آید.
– بونا S4T، این محصول مقاومت خوبی در مقابل ساییدگی دارد.
– بونا SS3، این محصول حاوی مقدار زیادی استیرن است و در روکش کابلهای الکتریکی از آن استفاده می شود.
– بونا SO40، این محصول حاوی 40 درصد ماده نرم کننده است و مورد استفاده آن در ساخت تیوپ و پاشنه کفش می باشد.
در کانادا، شرکت پلی مرکور پوریشن لاستیکهای مشابه G. R. S را به نمر پلی سارز S تولید می کند. در شوروی، کشپارهایی از نوع بوتادی ان- استیرن با نام S. K. S ساخته می شود. در فرانسه، شرکت فرانسوی مواد شیمیایی شل با نام کاری فلکس این محصول را تولید می کند و بالاخره در ایتالیا، شرکت A. N. I. C. آن را با نام اروپرن تهیه می کند
بدنیست بدانیم که در کنار تولید محصولات سنتزی حاصل از عمل بسپارش در 50
( نوع گرم)، محصولات دیگری نیز که نتیجه عمل بسپارش در 50است ساخته می شود(نوع سرد). این عمل در حضور یک سیستم کاتالیزور رودکس انجام می گیرد و لاتکس همبسپار را با دوده کربن یا روغن، قبل از انعقاد، مخلوط می کنند.
4- خواص و موارد استفاده. همبسپار بوتادی ان- استیرن با لاستیک طبیعی دارای خصوصیات مشترکی است در اینجا به بعضی از اختلافها که در کاربرد آنها موثر است اشاره می شود.
نخست اینکه، محصولات سنتزی در مقابل پارگی زنجیرها مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند و این بدین خاطر است که محصولات سنتزی نسبت به محصولات طبیعی زمان بیشتری برای افزایش خصلت پلاستیکی احتیاج دارند. برای افزایش خصلت پلاستیکی همبسپار سنتزی می توان از موادی مثل فورفورال- فنیل هیدرازون استفاده کرد.
G. R. S ها ( یا بهتر بگوییم S. B. R. ها) از خود خاصیت چسبندگی نیز نشان می دهند که اشکالاتی را پیش می آورد. برای رفع این اشکال یا به صمغ 10 تا 15 درصد لاتکس طبیعی اضافه می کنند یا کروژین ( که نتیجه تراکم بوتیل فنول و استیلن است) اضافه می کند.
برای بالا بردن خواص فیزیکی و مکانیکی، لازم است به همبسپار و ولکانیده دوده کربن اضافه کرد.
افزایش دما موجب پایین آمدن مقاومت در مقابل پارگی، بیشتر S. B. R. می شود تا باری لاستیک طبیعی. برای لاستیک سنتزی زمانی که دما را از 15 به 100 بالا بریم این مقاومت به میزان 65 درصد کاهش می یابد در حالی که برای لاستیک طبیعی مقاومت به میزان 25 درصد کاهش می یابد.
S. B. R. ها مدت طولانی تری، نسبت به صمغ طبیعی، در مقابل خمیدگی از خود مقاومت نشان می دهند و زمانی که یکبار ترک خوردگی ایجاد شود نسبت به مواد طبیعی گسترش بیشری پیدا می کند و مقاومت S. B. R. در مقابل پارگی نسبت به لاستیک طبیعی کمتر است، بالعکس، مقاومت S. B. R. در مقابل فرسودگی بیشتر است. مخصوصاً در حالت اکسایش در برابر گرما.
در پایان تذکر داده می شود که S. B. R.هایی که در سرما تهیه می شوند در مقابل ساییدگی مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند تا S. B. R. های معمولی و گاهی در مقایسه بالاستیک طبیعی نیز مقاومت بیشتری در برابر ساییدگی از خود نشان می دهند.
همبسپارهای بوتادی ان- استیرن اهمیت زیادی در کشپارهای سنتزی دارند و کاربرد اصلی آنها درصنایع لاستیک سازی است.
4- همبسپارهای بوتادی ان- آکریلونیتریل
1- طرز تهیه. طرز تهیه این همبسپار تقریباص شبیه طرز تهیه همبسپارهای بوتادی ان- استیرن است، ولی در عمل به مشکلات زیادی برخورد می شود. از جمله اینکه همبسپار بوتادی ان غیر قابل حل است و در نتیجه فاز روغن سیست ناهمگن خواهد شد. از طرف دیگر آکریلو نیتریل حلالیت قابل توجهی در آب دارد و در مقابل سایر مواد موجود در واکنش، بخصوص کاتالیزورها، فعالیت و واکنش پذیری بزرگی از خود نشان می دهند.
نمودار زیر مثالی از ترکیب استفاده شده برای همبسپارش را نشان می دهد:
ترکیب
نقش ترکیب
مقدار استفاده شده
آب
حلال
150
نکال BXG
امولسیون کننده
60/3
دی پروکسید
تغییر دهنده
30/0
پتاسیم پرسولفات
کاتالیزور
20/0
بوتادی ان
واکنشگر
72
نیتریل آکریلیک
واکنشگر
28

واکنش در دمای حدود 30 انجام می گیرد. چنانچه زنجیر بندی واحد های تکراری تکپار همیشه یکی باشد و منظم قرار بگیرد باید زنجیر درشت مولکولی با واحدهای تکراری زیر به دست آید:
ولی در مواقع، مانند حالت همبسپار بوتادی ان- استیرن ممکن است نظمهای مولکولی مختلفی تولید شود، در این صورت از نظم کامل زنجیر جلوگیری می شود. بنابراین در اینجا ساختار از ساختار همبسپار بوتادی ان- استیرن دارای بی نظمی کمتری است چرا که آکریلو نیتریل، به صورت افزایش 4-1 روی بو تادی ان می نشیند. چنانچه دمای همبسپارش تا
5پایین رود ساختاری با نظم بیشتر حاصل می شود. در این صورت آن را همبسپارش سرد نامند.
2- انواع مختلف تجارتی. در آلمان بونا N از سال 1930 با نام تجارتی پربونان تولید شد. این ماده در حدود 25 درصد آکریلو نیتریل داشت. در حال حاضر انواع مختلف پربونان بایر تولید می شود. درصد آکریلو نیتریل به وسیله دو رقم اول عددی که پس از نام پربوتان می آید. مشخص می شود مانند: پربونانهای 2818 و 2810، پربونان 3310، پربونانهای 3810 و 3805 که به ترتیب 28، 33، 38 درصد نیتریل دارند.
درایالات متحده، مقدار کمی توسط کارخانه های دولتی با نام GR-A ( A = آکریلو نیتریل) ساخته می شود. در حال حاضر کارخانه های خصوصی زیادی این ماده را تولید می کنند که مهمترین آنها عبارتند از : گوردیچ، که به عنوان نمونه مواد زیر را تولید می کند: Hycae-OR-25 ( با 33 درصد نیتریل)، Hycar-OR-15 ( با 40 درصد نیتریل) گودیر، که محصلو خود را با نام کمیگام به بازار می دهد، و فایرستون، که این ماده را با نام بوناپرن می سازد. یو -اس. را برکو، محصول خود را با نام پاراکریل تولید می کند و استاندارد اویل آن را با نام استانکو پربونان تولید می کند.
بالاخره در کانادا، پلی سارها، توسط پلی مرکورپوریشن، و در فرانسه بوتاکریلها توسط اوژین ساخته می شود.
5- بسپارها و همبسارهای ایزوبوتیلن
1- تهیه و خواص. بسپارش ایزوبوتیلن در محلول، در دمای پایین و در حضور بورفلوئورید BF3 یا آلومینیم کلرید AlCl3 انجام می گیرد. برای اینکه کشپار داشته باشیم بسپار باید دارای جرم مولکولی حداقل 60000 باشد. در صنعت، جرم مولکولی معمولا میان 60000 و 200000 است و خاصیت کشیده شدن آنها به 1000 درصد می رسد. این ماده را همچنین به صورت مخلوط با سایر لاستیکها برای بهتر کردن مقاومت آن در برابر مواد شیمیای مصرف می کنند. پلی ایزوبوتیلن به عنوان ایزوله کننده به کار می رود (گازها در مقابل آن نفوذ ناپذیر است). در آلمان این ماده با نام اپانول و در آمریکا به نام ویتانکس به بازار می آید.
ولی چنانچه همبسپارش ایزوبوتیلن با مقدار کمی ایزوپرن انجام گیرد، محصول به دست آمده دارای مقداری ترکیب غیر اشباع خواهد بود. که برعکس پلی ایزوبوتیلن تنها می تواند وولکانیده شود. در اینجا محصول وولکانیده مقاومت خوبی دربرابر اکسیژن و مواد اکسنده از خود نشان می دهد. از آنجا که گازها را نیز از خود عبور نمی دهد مصارف گوناگونی میتواند داشته باشد. این محصول را لاستیک بوتیل می نامند.
در عمل، ایزوبوتیلن را با مقادیر مختلف ایزوپرن، میان 5/1 تا 5/4 درصد وزن ایزوبوتیلن، وارد واکنش می کنند. حلال به کار رفته متیلن کلرید و دمای واکنش 80- است. در متیلن کلرید محلولی از 5 درصد آلومینیم کلرید اضافه می کنیم، واکنش سریع است و بسپار به صورت تعلیق در متیلن کلرید تشکیل می شود در خاتمه، تعلیق را در آب گرم ریخته رسوب حاصل را پس از خشک کردن توسط مخلوط کن خرد می کنند.
2- انواع مختلف تجارتی. تولید لاستیک بوتیل در آمریکا، از سال 1943، توسط استاندارد اویل کو و سپس توسط کارخانه های دولتی با نام G-R-I (I= ایزوبوتیلن ) تولید شد. در حال حاضر، مجدداً استاندارد اویل این ماده را تولید و با نام انجی بوتیل به بازار عرضه می کند. در کانادا، این ماده توسط پلی مرکورپوریش با نام پلی ساربوتیل تولید می شود.
انجی بوتیل دارای 5/1 تا 5/3 درصد ایزوپرن است و در روکشهای الکتریکی به کار می رود.
شرکت گودریچ این ماده را با نام هیکار 2202 می سازد که عبارت است از یک لاستیک بوتیل برم دار که مقدار برم آن حدود 1 تا 3 درصد است. این ماده با صمغ طبیعی یا
S. B. R. رقابت می کند.
در فرانسه، (SO. CA. BU) در سال 1959، اقدام به تولید لاستیک بوتیل کرد. واکنش مربوطه در 100- انجام می گیرد.
6- لاستیکهای سیلیکون
لاستیکهای سیلیکون، به علت ساختار و خواص آنها، جای ویژه ای در مجموعه کشپارهای سنتزی دارند.
زنجیر اصلی درشت مولکولی آنها حاوی اتمهای سیلیسیم و اکسیژن می باشد.
1- طرز تهیه. نخست دی آلکوییل کلروسیلان به فرمول:
از دو روش زیر تهیه می شود: 1- از واکنش یک مشتق ارگانو منیزیم (مشتق گرینیارد) با سیلیسیم تتراکلرید SiCl4 – 2- از سنتز سیلیسیم با مشتق هالوژن دار R-Cl سپس دی آلکوییل سیلان تهیه شده را آبکافت می کنند دی آلکوییل سیلیکول به دست می آید که در آن R تقریباً همیشه گروه متیل CH3 می باشد. با بسپارش این تکپار که همراه با حذف آب است، لاستیک سیلیکون به دست خواهد آمد. در زیر زنجیر مولکول این نوع لاستیک نشان داده می شود:
اگر چه این بسپار اشباع شده ولی می توان آن را ضمن گرم کردن با بنزوییل پروکسید و ولکانید. مکانیسم عمل به این صورت است که بنزوییل پروکسید، تولید رادیکالهای آزاد کرده است. این رادیکالها هیدروژن مولکولهای بسپار شده را می کند و والانسهای آزادی تهیه می شود که می توان آن را توسط مواد وولکانش به صورت شبه در آورده لازم به تذکر است که برای حصول به موادی با خواص کشسانی مورد توجه باید دی کلروسیلان اولیه دارای خلوص بسیار بالایی باشد.
2- خواص. برجسته ترین خاصیت لاستیکهای سیلیکون نگاهداری خواص کشسانی آن در محدوده زاید دما اس ( مثال میان 50 -و 300) به این لاستیک می توان همان موادی که به سایر لاستیکها اضافه می کنند اضافه کرد، مثل دوده کربن به عنوان مواد فعال، روی اکسید یا منیزیم اکسید به عنوان مواد خنثی، حتی گاهی به دلیل مصارف خوب آن در زمینه نگاهداری گرما مواد غیر قابل حساس در برابر گرما به آن اضافه می شود مثل پنبه کوهی، پشم شیشه، یا گرد میکا.
لاستیک سیلیکون را می توان به صورتهای مختلف نرم شده و نخی شکل مورد استفاده قرار داد. لاستیکهای سیلیکون در مقابل روغن، اوزون، و اشعه های فرا بنفش مقاومت می کد و دارای خواص الکتریکی خوبی است.
برعکس، لاستیک طبیعی، پس از اینکه آ نرا برای مدت زیاد تحت فشرا قرار دادیم. متحمل تغییر شکل نخواهد شد. برای مثال، یک مکعب لاستیکی از این ماده را در 150 میان دو صفحه فولاد تحت فشار قرار می دهیم به طوری که ارتفاع آن نزدیک 3/1 کاهش یابد. پس از قطع فشار دوباره به ارتفاع اولیه خود باز می گردد.
3- کاربرد. لاستیک سیلیکون را به مقدار زیاد در تولید اتصالهای مختلف به کار می برند. اتصالهایی که یا در دمای بالا به کار می روند یا متحمل تغییرات سریع در دما هستند
لاستیکهای سیلیکون در صناعی هواپیما سازی نیز مورد استفاده زیادی دارد. چرا که در ارتفاع بالا در دمای 70- لاستیک طبیعی در واقع ترد می شود و خاصیت کشسانی خود را از دست می دهد. از طرف یدگر اوزون در ارتفاع بالا بسرعت اغلب لاستیکهای معمولی را فاسد می کند در حالی که سیلیکونها بسیار پایدار هستند و خاصیت کشسانی خد را حفظ می کنند. ضمناً در هواپیما نیز از این لاستیک برای بسیاری از هدایت کننده های هوا، که دمای آن به 300 می رسد، استفاده می کنند. در ساخت تیوپهایی که هوای 200 را در خود جای می دهند و برای روشن کردن توربینها به کار می روند از این لاستیک استفاده می شود.
در صنایع اتومبیل سازی نیز از لاستیک سیلیکون برای ساخت اتصالهای زیادی که گاهی تعداد آن به 30 نمونه می رسد استفاده می شود. بالاخره برخی از روغنهای سیلیکون به مخلوطهای معمولی، به منظور لاستیکهایی با مشخصات فوق، اضافه می شود. این لاستیکها را "لاستیکهای تغییر یافته به سیلیکون " می نامند.
"انواع مختلف تجارتی"، مقدار زیادی از این ماده از دی متیل سیلیکون به دست می آید با این وجود بعضی زا آنها دارای مثدار کمی رایدکال C6H5 هستند در امریکا این لاستیک به نام سیلاستیک، لاستیکهای لند سیلیکون و لاستیکهای جی ای، و در آلمان به نام سیلو پرن ب و سیلیکون – کائوچو، در فرانسه به نام الاستومر رودورسیل، و در آلمان به نام لاستکیهای آی -سی- آی سیلیکون یا سیلکوز معروف است.
7- لاستیکهای فلوئوردار
اولین بسپارهای فلوئوردار، که به طور صنعتی تولید شدند، مواد پلاستیکی بودند که مهمترین آنها تفلون است. سپس مواد کشسان نیز از درشت مولکولهای فلوئوردار تهیه شد. برای آن هیدرو کربنهای فلوئوردار یا کلورفلوئوردار غیر اشباع را با وینیلیدن فلوئورید همبسپار می کنند. این مواد را از لحاظ صنعتی به دو دسته تقسیم می کنند.
1- همبسپارهای اتیلن مونوکلروتری فلوئور با وینیلیدن فلوئورید. در امریکا این ماده به نام کل- اف- لاستومرز معروف است. این بسپارهای خطی که زنجیر آن دارای ساختار زیر است بیشتر از 50 درصد فلوئوردارند:
…-(CH2-CF2)n-CF2-CF-(CH2-CF2)n-…
2- همبسپارهای پروپیلن هگز افلوئور با وینیلیدن فلوئورید. در امریکا این ماده به نام فلوئورل و ویتون A دارای زنجیر زیر است:
…-(CH2-CF2)n-CF2-CF-(CH2-CF2)n-…
این ماده حدود 65 درصد فلوئور دارد.
لاستیکهای فلوئور دار معمولاً در مقابل گرما و حلالها و مواد شیمیایی مقاوم هستند و گازها ینز در انهها غیر قابل نفوذند.
در خاتمه اضافه می شود که لاستیکهای سیلیکون فلوئوردار به نام سیلاستیک ال .اس تهیه می شود که مقاوت خوبی در مقابل سرما و گرما از خود نشان می دهد و در مقابل مواد شیمیایی نیز مقاوم است

لاستیک طبیعی
منابع
گیاهان بیشماری از جمله قاصدک، گوایل، گل روبینه و توت آمریکایی به عنوان منبع لاستیک پیشنهاد شده بودند. ولی هیچ یک توفیق درخت شیرابه ساز هوا برزیلینسیس و همچنین صمغ درخت ساپوریلا و درخت بالاتا را نداشته است. لاستیک طبیعی عمدتا در کشترازهای مالزی، اندونزی، لیبریا، و همساگیانثی تولید شد، احتمالا به انی علت که آنها مشکل بیماری های قارچی و حشرات را که کشتزارهای بومی در آمریکا را تهید می کرد نداشتند حدود 7 سال زمان لازم است تا این درختان به سن باروری برسند و پس از آن به مدت چند سال بار می دهند. بهره باردهی در طول جنگ دوم افزایش یافت و در حال حاضر از کشف انواع اصلاح شده درخت، بهره ای بیش از 3000 کیلوگرم در هکتار در سال بدست می آید.
ساختار لاستیک طبیعی
لاستیک طبیعی یا کائوچو، سیس-1، 4- پلی ایزوپرن است و مولکولهای آن بر اثر کشش، بلوری می شوند، بدین ترتیب شکل مطلوبی از تقویت حاصل می شود، به عنوان پیش نیاز ساختاری، مولکولهای لاستیکهای طبیعی و سنتزی باید طویل باشند. خاصیت مشخصه کشسیدگی برگشت پذیر به دلیل ترتیب اتفاقی و کلافی زنجیرهای بلند بسپاری است. بر اثر کشش، زنجیرها بهم می خورند ولی مثل یک فز پس از رها کردن تنش به شکل کلافی خود بر می گردند. لاستیک طبیعی 6 تا 8 درصد مواد غیر پلاستیکی دارد و در برابر گرما اندوزی مقاومت زیاد نشان می دهد.
روش تهیه لاستیک طبیعی
برای بدست آورد شیرابه، پوست درخت را طوری بر می دارند که مایع در فنجانهای کوچکی جمع شود، فنجانها باید مرتبا جمع آوری شوند تا از گندیدگی یا آلودگی شیرابه جلوگیری شود. پس از آن شیرابه به محل جمع آوری برده می شود و در آنجا پس از صاف شدن با افزودن آمونیاک محافظت می شود. لاستیک از طریق فرآیندی موسوم به انعقاد جدا می شود. این کار با افزودن اسیدها یا نمکهای مختلف انجام می گیرد. در طی این عمل، لاستیک به شکل یک توده سفید خمیری از مایع جدا می شود، و سپس از آن با استفاده از غلتک ورقه ای و در نهایت خشک می گردد.
آمیزه کاری لاستیکها
در آمیزه کاری لاستکیها افزدنیهای شیمیایی بسته به مصرفشان به گروههای دسته بندی می شوند.
* مواد ولکانشی :
معمولا ترکیبات گوگردی هستند که از واکنش آنها با بسپار مواد شبکه ای بدست می اید و اتصالات شبکه از نوع C-S-C- است. اتصالات عرضی ممکن است مونو-، دی-، یا پلی سولفیدی باشند. نوع اتصال از طریق غلظت گوگرد، تسریع کننده، باز دارنده و دما تعیین می شد.
* تسریع کننده ها :
ترکیباتی هستند که زمان لازم برای ولکانشی لاستیک را از چند ساعت به چند دقیقه کاهش می دهند. ضمنا به گوگرد کمتری نیاز است و محصول یکنواخت تری هم بدست می آید. اغلب تسریع کننده ها نیتروژن و گوگرد دارند.
* مواد ضد پیری یا ضد اکسنده ها :
این مواد قطعات لاستیکی را از تهاجم اکسیژن و اوزون محافظت می کنند. این ترکیبات به عنوان ضد اکسنده، ضد اوزون یا عوامل ضد ترک خمشی دسته بندی می شوند. عمل آنها به این صورت است که واکنشهای زنجیر ی رادیکالی را متوقف می کنند و بدین ترتیب مانع از تخریب پیشتر زنجیر می شوند. مواد صنعتی معمولا آمینی یا فنلی هستند. آمینها محاظتهای قوی هستند و به شکل وسیع در تایر و سایر قطعات تیره مصرف می شوند.
* نرمسازهای کاتالیزی یا مواد لخته زدا:
این مواد با کاهش گرانروی لاستیک فراورش آنرا اسان می کند. موقع اختلاط با لاستیک سبب شکست زنجیر و طبعا کاهش وزن مولکولی زیاد قابل استفاده اند.
* پراکنهای بی اثر یا خنثی :
این مواد به مقدار زیاد به لاستیک اضافه می شوند. بعضی از آنها تنها برای سخت کردن یا نرم کردن فیزیکی است. خاک رس، کربنات کلسیم، خرده ذغال، باریت و تقریبا گرد هر جامدی را می توان به لاستیک افزود که در نتیجه آن کلیه خواص کشش کاهش می یابد. ولی در عین حال کاهش می یابد و لی در عین حال کاهش قیمت، سخت مناسب، فقط شکل، رنگ و سایر خواص مطلوب از دیگر آثار آن است. اما گرد بعضی مواد بی شکل خصوصا دوده و سیلیس، به طرز ناباورانه ای سبب افزایش استحکام، جهندگی، مقاومت سایشی و سایر خواص مطلوب می شود و به همین سبب به تقویت کننده موسوم اند.
فراوش پذیری با استفاده از لاستیک باز یافتی، واکسها، روغنها، فاکتیس( روغنهای گیاهی و لکانیده) و لاستیکهای معدنی ( آسفالت قیر وهیدروکنهای سیر نشده و لکانیده) یا از طریق واکنش شمییایی روی مولکول، کار مکانیکی، گرما و خرد کردن بهبود می یابد. ساختار اسفنجی با افزودن بی کربنات سدیم، کربنات سدیم، کربنات آمونیوم و بی کربنات، اره با ترکیبات آلی گاز زا به دست می آید. با افزایش قابل توجه و گوگرد و استفاده از پرکن در مقادیر زیاد به لاستیک سخت می توان دست یافت.

روشها و مراحل ساخت لاستیک
* غلتک زنی یا پوشش دهی:
یکی از ابتدایی ترین مصارف لاستیکها، پوشش دهی پارچه برای ضد آب کردن آن بوده است. محلول یا بتونه های لاستیکی در حلالها را می توان به سادگی روی پارچه بخش کرد. اما اگر از مواد لازم برای پخت و کنترل خواص استفاده نشود نتایج کاملا نامطلوبی به دست آید. برای آغشته کردن پارچه به آمیزه های لاستیکی ازروش غلتک زنی استفاده می شود، به این صورت که بر روی دستگاههای غلتک زن چند استوانه ای آمیزه لاستیکی را تحت فشار به داخل پارچه نورد می کنند. نخ تایر مورد خاصی است که برای ساخت آن نخهای پنبه، ریون، نایلون ی اپلی استر در آرایش موازن توسط لاستیک روی یک دستگاه غلتک زن به هم می چسبند.
* قالب گیری :
آمیزه های خمیری لاستیکی را می توان به هر شکلی قالب گیری و شکل آنها را با پخت در قالب تثبیت کرد. یک نمونه مناسب توپ تنیس است. یک نوع بسیار مرغوب و ارتجاع پذیر لاستیک در قالبی که به شکل دو نیمه توپ است قالب گیری می شود. سپس این دو نیمه را به هم می چسباند( با قرضی از ماده شیمیایی گاز زا که در داخل قرار دارد) و پخت می کنند، بر روی این مغزی پارچه و الیاف پرزدار مناسب چسبانده می شود این ماده سازه ای پیچیده که برای مصارف خیلی خشن مناسب است.
* روز رانی :
نوار درزگیر، شیلنگ، تیوپ، نخ تایر، واشر، پروفیل و بسیاری دیگر از قطعات لاستیکی به تقلید از روش روزن رانی پلاستیک ها ساخته و در طول همین عملیات یا بعدا، پخت می شوند. تایر خودروها نمونه مناسبی است، مصرف عمده لاستیک در حمل و نقل است که به مصرف تایر می رسد. تایرهای امروزی ممکن است فاقد تیوپ باشند که در این صورت مجهز به لایه ای محافظ هستند یا این که تیوپ رزون رانی شده از جنس لاستیک بوتیل در آنها قرار داده می شود. لاستیک بوتیل با اینکه بسیار بی اثر یا مرده است ولی در برابر عبور هوا مقاومت بسیار عالی از خود نشان می دهد. در خودروهای جدید، لاستیک را علاوه بر استفاده از تایر در پروفیل پنجره، نوار درزگیر، برف پاک کن، شاسی موتور، صندلی و به عنوان صدا خفه کن نیز به کار می برند. به طوری که در هر وسیله نقلیه چیزی حدود kg 115 لاستیک به کار می رود.
فرایند الاستومرها : تکنولوژی لاستیک
اکثر قطعات لاستیک از صمغ لاستومری (کائوچوی طبیعی یا مصنوعی) مثل
(EPDM, NBR) که قبل از مرحله پخت با مواد آلی و غیر آلی مخلوط می شود تولید می گردند و نوعی از کاربردها را ایجاد می کند.
قطعات تولید شده نظیر تایرها، تسمه های نقاله و قطعات اتومبیل از نظر فنی کاملا دارای اهمیت هستند.
برای آندست از قطعات لاستیکی که نیازمند سرویس دهی در شرایط ساده تری هستند کاهش قیمت محصول و آمیزه آنها با استفاده از پرکردن آمیزه توسط موادی نظیر دوده، پودر تالک و پر کننده های دیرگ امری مطلوب و دلخواه است
تعریف پلیمر:
پلیمر عبارتست از زنجیرهای بلندی که ازواحدهای کوچکی بنام مونومرتشکیل شده اند.
تهیه آمیزه:
کائوچو به وسیله ماشین آلات سنگین ( بنبوری- غلتک) با دیگر افزودنی ها مخلوط می شود. یک سری فرآیندهای مقدماتی روی آمیزه اعمال می شود تا آمیزه به شکل ورقی یا نواری درآید. تهیه و ساخت آمیزه که امروزه عمدتا در مخلوط کن های داخلی (بنبوری) انجام می گیرد ( پیش از این اغلب روی میل های دو غلتکه صورت می گرفت)
برای خنک کردن و تکمیل عمل اختلاط و همچنین برای ورقه ای و نواری کردن آمیزه های لاستیکی بعد خارج شدن مواد از بنبوری روی غلتک آمیزه را میل می کنند.
در بعضی موارد فرآیند اختلاط نهایی آمیزه مثل افزودن گوگرد و شتاب دهنده پخت به آمیزه و همین طور اضافه کردن اجزا با مقادیر کم مثل اضافه کردن مواد اسفنجی کننده و یا جاذب رطوبت نیز روی میلها صورت می گیرد.
در تکنولوژی مدرن و در مقیاس بزرگ، جریان مواد ( توزین و حمل و نقل) و افزودن آن به طور کامل با استفاده از تجهیزات کنترل شده به صورت اتوماتیک در آمده است.
اجزای آمیزه:
اجزای اصلی که در یک آمیزه را برای (لاستیکی ) وجود دارند عبارتند از :
1- کائوچو …………… Rubber
2- پر کننده ها یا فیلرها …………… Filler
3- کمک فرآیندها …………… processing Aids
4- شتاب دهنده ها …………… Accelerator
5- باز دارنده ها و تاخیر اندازها…………… Inhibitors
6- آنتی اسکیدانتها …………… Antioxidant & Antiozonat
7- عوامل فوم زا یا اسفنجی کننده …………… Foaming Agent Blowing
8- سیستم پخت …………… Wolcanization system
1- کائوچو( rubber):
جزء اصلی در تهیه آمیزه کائوچو می باشد. کائوچو تعیین کننده خواص آمیزه اس، با توجهه به خواص قطعه نهایی و بقیه انتطارات پایه رابری یا کائوچو را انتخاب می کنیم، اوع رابرها عبرتند از : NR-SBR- NBR- SR- EPDM- BR- BUTYL- EPM-…
اصول اولیه در انتخاب کائوچو توجه به 3 نکته مهم است :
* خواص (Properties)
* فرآیند پذیری (Processing)
* قیمت (Price)
فرآیند پذیری :
به طور کلی فرآیند پذیری رابرها (کائوچوها) به سه دسته تقسیم می شود که عبارتند از :
– فرآیند پذیری خوب : مانند: BR-NR-SBR-NBR
– فرآیند پذیری متوسط : مانند: EPDM-EPM ( در بعضی مواقع بخصوص در غلتک سخت است)
– فرآیند پذیری ضعیف : مانند : Butyl
قیمت :
اکثر رابرها از نظر قیمت مناسب هستند.
مثل : NR- SBR- NBR
2- پر کننده ها یا فیلرها( Filler ):
فیلرها موادی به شکل پودر جامد هستند.
هدف از اضافه کردن فیلرها به آمیزه 2 چیز است:
– اولا فیلرها ارزان قیمت هستند که با اضافه کردن آن به آمیزه قیمت آمیزه پایین می آید.
– فیلرها بعضی از خواص آمیزه رابری را افزایش می دهند.
* استفاده از فیلرها باعث افزایش مدول (سختی) می شود.
انواع فیلرها عبارتند از :
دوده ( N550-N660- N330-N220-N660…) – پودر تالک- کائولین- اکسید روی- سیلیکات آلومینیوم
3- کمک فرآیندها ( processing Aids) :
موادی هستند که برای افزایش فرآیند پذیری آمیزه به کار برده می شود.
یعنی وسیکوزیته را کم می کنند.
فیلترها فرآیند پذیری را کاهش می دهند به همین دلیل از کمک فرآیندها استفاده می شود
این مواد اغلب به صورت روغن های مایع هستند.
کمک فرآیند ها به سه دسته ی آروماتی، آلیفاتیک، نفتیک تقسیم می شوند.
روغن از 2phr- 2ophr به آمیزه اضافه می شود.
هر چه میزان فیلر مصرفی زایدتر باشد میزان روغنی که می زنیم بالاتر می رود.
اثر روغن و کمک فرآیندها :
کمک فرآیندها تا حدودی کاهش و BE را افزایش می دهند
در بعضی موادر بعضی از کم فرآیندها مقاومت اکسیداسیونی و اوزونی را فزایش می دهند. زمانی که روغن یا واکس بتواند روی سطح قرار گیرد جلوی اکسیژن را می گیرد. رزین هایی که به عنوان کمک فرآیند استفاده می شوند مدول (سختی) را کاهش میدهند.
انواع کمک فرآیندها عبارتند از :
روغنهای معدنی- پارافین ها- واکسهای معدنی- رزینهای کومارون و ایندین- استئارت روی- فکتیس
4- شتاب دهنده ها (Accelerator ):
گوگرد به تنهایی عامل ولکانیزاسیون کندی است. حتی با استفاده از مقدار بسیار زیاد گوگرد در درجه حرارت های بالا و صرف زمان گرما دهی طولانی باز هم اتصالهای عرضی تشکیل شده وضعیت مناسبی نداشته و آمیزه ولکا نیز شده حاصل، خواص خوبی نخواهد داشت. تنها با استفاده از شتاب دهنده های ولکانیزاسیون است که می توان با کیفیتی متناسب با سطح به تکنولوژی عصر حاضر دست یافت. به طور کلی شتاب دهنده ها سرعت واکنش را افزایش و زمان واکنش را کاهش می دهد.
انواع شتاب دهنده ها عبارتند از :
TMTD-MBTS- ZDMC-DPG- ETU- MBSS-PTA-PPC-DOTG-PEP-DOTG
5- باز دارنده ها و تاخیر اندازها( Inhibitors ):
6- آنتی اسکیدانتها و آنتی اوزانات ها ( Antioxidant & Antiozonat ):
این مواد مقاومت اکسیداسیونی (واکنش با اکسیژن) و مقاومت را بالا می برد و مانع تخریب آمیزه می شود.
این مواد با دو مکانیسم جلوی تخریب ماده را می گیرند:
– مکانیسم فیزیکی : موادی هستند که پس از استفاده در آمیزه از داخل آن مهاجرت کرده روی سطح یک لایه نازک را تشکیل می دهند.
– مکانیسم شیمیایی : در این روش پایدار کننده در مجاورت زنجیر پلیمر قرار می گیرد و زمان حمله اکسیژن با یک واکنش شیمیایی اجازه تخریب زنجیر را نمی دهد.
* این مواد معمولا بین 0-5 phr-5phr در آمیزه استفاده می شوند.
* اطن مواد تاثیر چندانی روی فرآیند پذیری و سختی ندارند.
7- عوامل فوم زا یا اسفنجی کننده( Foaming Agent Blowing ):
برای تهیه فوم از یک سری مواد استفاده می شود عواملی که باعث می شود آمیزه ما متخلخل (اسفنجی) شود. کار این مواد این است که در داخل آمیزه حبابهای ریز هوا تولید می کند.
این مواد سختی را کاهش می دهند ( تخته کفش های جدید با این روش تولید می شوند)
8- سیستم پخت :
مفهوم ولکانیزاسیون یا پخت :
ولکانیزاسیون (پخت) فرآیندی است که در طی آن لاستیک خام کاملا به یک حالت الاستیکی کشسان تغییر می کند.
این فرآیند که پلیمرها را از طریق محل های فعالشان درگیر می کند، همچنین پخت یا اتصال عرضی نیز نامیده می شود.
موادی که باعث پخت آمیزه می شوند را سیستم پخت می گویند. انتخاب سیستم پخت در خواص نهایی بسیار موثر است.
به طوری کلی 3 نوع سیست پخت داریم :
– گوگردی : معمول ترین سیستم پخت در صنعت لاستیک است. معمولا از نظر خواص بهینه ای از خواص را تولید می کمند، از نظر زمان پخت معمولا متوسط است، فرآیند پذیری راحت دارد، اکثر رابرها را می توان با آن پخت کرد، قیمت نسبتا ارزانی هم دارد.
– پراکسیدی : سختی بلاتری ایجاد می کند، قیمت آن از گوگرد بالاتر است. فرآیند پذیری راحت اما چسبندگی به سطح فلز و مقاومت Aging ( فرسودگی) را زیاد می کند.
– رزینی : قیمت آن از گوگرد بیشستر است و از نظر اختلاط و فرآورش بسیار سخت است. زمان پخت محصولاتش از گوگردی و پراکسیدی بالاتر است.
بازیافت بهینه لاستیک ها در کشور
استفاده از مواد پلیمری در دنیای فعلی روز به روز افزایش یافته است. این درحالی است که عدم بازگشت مجدد این مواد به چرخه تولید از مشکلات زیست محیطی محسوب می شود.
با توجه به این موضوع محققان در تلاش هستند به فناوری حیاتی در بازیافت لاستیک ها دست یابند. تهیه آلیاژهای آمیزه سه تایی با استفاده از ضایعات ای. پی. دی. ام یکی از جدیدترین پروژه های تحقیقاتی کاربردی محققان داخلی بوده است که به جهت برطرف شدن بخش عمده ای از مشکلات ناشی از عدم بازیافت لاستیک ها بشدت مورد توجه قرار گرفته است.
در پروژه ای که توسط محققان کشور انجام شده است شاهد افت خواص اصلی این نوع لاستیک نخواهیم بود، در حالی که در روشهای سنتی که در دو کارخانه داخلی مورد استفاده قرار می گیرد، بازیافت لاستیک با افت خواص همراه است.
هم اکنون این فناوری در کشور ژاپن و چند کشور آسیایی دیگر ارائه شده و استفاده از آن انحصاری است.
بازیافت فرآیندی است که در نتیجه آن مواد زائد جدا شده و به عنوان ماده خام برای تولید محصولات جدید به کار گرفته می شود، به عبارت دیگر می توان گفت بازیافت عبارت است از بازگرداندن مواد قابل استفاده به چرخه تولید یا طبیعت.
در نتیجه فرآیند بازیافت، حجم زباله های ورودی به محیط زیست و آلودگی ناشی از آن کاهش خواهد یافت. بنابراین نیاز به تولید یا ورود مواد خام از خارج کشور کاهش و تولید ملی افزایش می یابد. لاستیک ها حدود 5 درصد وزن خودرو را تشکیل می دهند. در ایران سالانه حدود 7 میلیون حلقه انواع لاستیک سبک و سنگین مصرف می شود. لاستیک های فرسوده از ضایعاتی هستند که به سبب پایداری زیاد، اثرات زیانبار زیست محیطی بسیاری دارند و چهره طبیعت را نازیبا می کنند. اگر بدانیم به ازای تولید یک لاستیک کامیونی معادل 22 گالن نفت مصرف می شود و در صورت روکش گذاری لاستیک، معادل 70 درصد در مصرف نفت خام مورد نیاز صرفه جویی می شود، بیشتر به لزوم بازیافت لاستیک پی می بریم.
لاستیک های فرسوده به صورت روکش مجدد، پورد یا سوزاندن مورد استفاده مجدد قرار می گیرند. لاستیک هایی که از شرایط لازم برای بازسازی برخوردار باشند، روکش مجدد شده و مورد استفاده قرار می گیرند. برخی از لاستیک ها نیز خرد شده و پس از آسیاب شدن به صورت گرانول برای استفاده در زمینهای ورزشی، رنگها و کف پوش ها آماده می شوند. در پیشرفت پیروفیر، لاستیک ها به دور از مجاورت هوا حرارت داده می شوند و از آنها روغن و کربن به دست می آید. برای ایجاد انرژی در نیروگاه یا تولید سوخت در کارخانه تولید سیمان، سوزاندن لاستیک ها در شرایط حفاظت شده ای صورت می گیرد تا موجب آلودگی هوا نشود. این روش برای لاستیک های قابل بازیافت به کار برده نمی شود. متخصصان بازیافت، روکش گذاری را مناسب ترین شیوه بازیافت می دانند. فناوری صنعت روکش با پیشرفت فناوری در صنعت ساخت لاستیک همگام بوده و به شیوه ای مکمل رشد داشته است.
* کاهش پیامدهای زیست محیطی
به گفته دکتر کرابی از محققان پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران و مجری این طرح، افزایش روز افزون مصرف مواد پلیمری در دنیا، علی رغم مزایای بسیار زیاد این مواد، مشکلات زیست محیطی فراوانی را با خود همراه داشته است.
مواد پلیمری پس از دور ریخته شدن مدت طولانی در طبیعت باقی می مانند تا تجریه شوند، به همین دلیل تلاشهای زیادی در دنیا برای ساخت پلیمرهای زیست تخریب و توسعه فناوری های مربوط در حال انجام است.
در حال حاضر سالانه مواد پلیمری زیادی دور ریخته می شود که بخشی از آنها بازیافت شده و دوباره به چرخه مصرف باز می گردند. بخش دیگری نیز در طبیعت باقی مانده و علاوه بر ایجاد مشکلات زیست محیطی منجر به از دست رفتن سرمایه می شوند.
* خوردوهای فرسوده
حدود 75 درصد وزن خودرو شامل فلزات و 25 درصد دیگر آن شامل مواد غیر فلزی مانند پلاستیک، لاستیک و شیشه است که دوریز محسبو می شوند. هنگامی که عمر یک خورد به پایان می رسد، معمولا به اوراق کنندگان فروخته می شود.
قطعات قابل فروش آن جدا شده و باقی مانده قطعات در محیط رها می شود. این دوریز سبب آلودگی زمین و خاک می شود و تاثیر نامطلوبی بر محیط زیست دارد.
امروزه در کشروهیا توسعه یافته تلاش برآن است که میزان مواد دوریز را به حداقل برسانند. از جمله در انگلستان پروژه ای با همکاری خودروسازان و اوراق کنندگان خودرو در حال اجراست که هدف آن کاهش میزان مواد دورریز غیر فلزی است.
به کمک روشهای جدید بازیافت مواد می توان میزان دورریز ماد اولیه را به 8 درصد رساند. این گروه محققان در تلاش هستند تا سال 2015 این مقدار به 5 درصد کاهش پیدا کند.
به همین دلیل، همراه با شروع تولید مواد پلیمری همواره تلاش فراوانی برای یافن روشهای بازیافت آنها و توسعه این فناروی ها انجام می شود. فرآیند بازیافت مواد پلاستیکی نسبت به مواد لاستیکی بسیار ساده تر است. لاستیک ها به دلیل گرما سختی قابلیت ذوب مجدد ندارند و بازیافت آنها کاری دشوار است.
لاستیک اتیلین پروپیلن دی ان مونومر ( EPDM) تقریبا 7درصد بازار مصرف لاستیک را در جهان به خود اختصاص داده است که رقم قابل توجهی است علت این امر مقاومت عالی این ماده در برابر ازن، اکسیژن، مواد شیمیایی و شرایط مختلف آب و هوایی و همچنین پذیرش مقدار زیادی پر کننده و نرم کننده و دارا بودن خواص خوب الکتریکی و مکانیکی است.
این ویژگی ها باعث شده است تولید این مواد سریع ترین رشد را در میان لاستیک های سنتزی داشته باشد. بیشترین کاربرد EPDM در صنایع خودروسازی است که در تولید پروفیل، شلنگ ها و درزگیرها به کار می رود. در خودرو 15 درصد قطعات لاستیکی از EPDM تشکیل شده است. در صنایع ساختمانی محصولات این ماده به عنوان عایق بام، درزگیر، پروفیل و در صنایع کابل سازی به عنوان روکش عایق استفاده می شود. همنچنین این نوع لاستیک برای تهیه آلیاژ مواد پلیمری با سایر مواد لاستیکی و پلاستیکی مخلوط شده و باعث بهبود مقاومت در برابر ازن، شرایط محیطی مختلف و بهبود ضربه پذیری پلاستیک ها می شود. برای مثال، برای بهبود ضربه پذیری پلی پروپیلن، اتیلن، پروپیلن، دی ان مونومر با آن مخلوط شده و آلیاژی از ترکیب آنها به دست می آید. این در حالی است که تاکنون توجه زیادی به توسعه فناوری های مربوط به بازیافت این ماده نشده است.
در دهه 90 میلادی شرکت تویوتا، تلاشهای گسترده ای را برای بازیافت محصولات ساخته شده از EPDM در مقیاس سنعتی آغاز کرد که منجر به ارائه فناوری بازیافت لاستیک به حالت پیوسته شد. با استفاده از این فناوری امنکان فراورش مجدد این ماده فراهم خواهد شد.
* کاربرد فناوری های نوین
به گفته کرابی، در این طرح تحقیقاتی که بررسی آن حدود یک سال در پژوهشگاه، به طول انجامید EPDM مورد بررسی قرار گرفت و با به کارگیری آنها آلیاژهای سه تایی تهیه شد که موارد مصرف بسیاری در صنایع خودروسازی، ساختمانی، کابل سازی و … دارد. براساس نتایج به دست آمده از این تحقیقات زائدات این نوع لاستیک با استفاده از یک مجموعه مارپیچ حلزونی، تحت فشار و حرارت قرار می گیرد. در این فرآیند مقداری دی فنیل دی سولفید به عنوان عامل ایجاد استحکام مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین از EPDM که در نتیج قرار گرفتن درمعرض فشار و حرارت بر استحکام آن افزوده شده است به عنوان جایگزین مناسبی برای EPDM خالص استفاده می شود. از جمله این کاربردها می توان به شلنگ، پروفیل های لاستیکی و درزگیرها اشاره کرد. با استفاده از این فناوری ها می توان لاستیک ها را بدون افت خواص اصلی در داخل کشور بازیافت و به این ترتیب انحصار آن را از برخی کشورهای صاحب نام جهان خارج کرد. اگر چه مواد لاستیکی در مقایسه با مواد پلاستیکی برای بازیافت شدن مواد سخت تری محسوب می شوند، اما این لاستیک ها امروزه کاربرد وسیعی دارند و استفاده از آنها در صنعت خودروسازی بشدت مورد توجه قرار گرفته است.
این روش جدید بدون نیاز به دمای زیا دصورت می گیرد و از مواد حاصل از ان در آمیزه های سه تایی استفاده می شود که در ساخت قطعاتی مانند سپر پژو و هر محصول پلیمری دیگر کاربرد دارد. با توجه به این که این روش در شرکت معتبری مانند تویوتا در دهه 90 میلادی ارائه شده و مورد استفاده قرار گرفته است، پیش بینی می شود از این روش نیز بتوان در آینده ای نزدیک برای بازیافت لاستیک با استفاده از فناوری های نوین استفاده کرد. تحلیل : روزنامه جام جم
* تایرهای مستعمل ابزاری برای پوشش سقف
یک همکاری موفقیت آمیز تجاری گروهی بین مرکز تجاری فرودگاه و شرکت تولید کننده خرده لاستیک از ضایعات ( Crumb Rubber Ltd) و دانشگاه کوئین ماری لندن برای توسعه و تولید یک نوع پوشش جدید بجای سفال سقف از ضایعات تایرهای مستعمل بوجود آمده است
این سه سازمان در انگلستان آزمایشات پخت فوق العاده ای روی این خره لاستیکها که از تایرهای کامیون بدست می آید انجام داده و توانستند به ترکیب جدیدی برای سقف به شکل ورق مسطح دست بیابند.
این آزمایشات که توسط سازمان (WRAP) ( برنامه عملیاتی ضایعات و بازیافت) مورد پشتیبانی قرار گرفت نشان می دهد که بازیافت ضایعات بسیار ریز مواد لاستیکی نیز قابل استفاده برای محصولات متنوع نهایی می باشد
تد پترسون مدیر فنی ABC می گوید: در گذشته تنوع زیادی در محصولات و مشتقات لاستیک برای استفاده در ساختمان موجود بوده است و این آزمایش دریچه جدیدی از یک تجارت نو در ساختمان باز کرده است.
به یمن تحقیق و توسعه، این پروژه ما را قادر ساخت یک فرمول جدید برای یک محصول جدید بوجود بیاوریم، ما امید واریم یک صنعت تجاری جدید برای بازیافت لاستیک از تایر بوجود آید، همزمان ما این آزمایشات را مدیریت می کنیم و برای توسعه صنعت بازرگانی در این خصوص با پشتیبانی WRAP کوشش می نماییم.
* لاستیک کهنه در تایرهای جدید
یک تیم تحقیقاتی از دانشکده مهندسی دانشگاه Swansea در ویلز انگلستان با آمیختن لاستیک کهنه در تولید تایرهای جدید روش نوینی را ابتدا کردند. آنها به منظور جلوگیری از ذوب لاستکی آن را قبل از مخلوط با مواد دیگر خرد کردند. اگر چه این خرده لاستیک خواص چسبندگی پایینی داشت اما تیم تحقیقاتی در همکاری با یک شرکت محلی این مشکل را حل کرد به این صورت که با در معرض قرار دادن سطح لاستیک خرد شده در برابر گاز یونیزه به منظور تغییر ساختار شیمیایی یآن می توان خواص چسبندگی آن را به میزان قابل توجهی بهبود بخشید.
با این روش آنها ادعا کردند که با افزایش مقدار لاستیک کهنه در ترکیب لاستیک جدید می توانند تایرهای جدید با کیفیت بالا و بدون عیب تولید کنند. تیم Swansea امیدوار است که پس از یک دوره آزمایشی در حال پیشرفت بتواند این روش جدید بازیافت را به فروش برساند.
خطرات و تبعات زیست محیطی صنعت لاستیک
در آغاز قرن 21 موضوع در خطر قرار گرفتن محیط زیست و آلوده شدن آن در سطح جهانی مورد قرار گرفت.
میانگین دمای سطح زمین از اواخر قرن 19 رو به افزایش گذاشت. سطح دریا ها بین 10-25 سانتی متر طی صد گذسته بالا آمده و …
که این پیامد ها علتهای خیلی زیادی دارد کی از این عوامل رشد صنعت و در پی آن افزایش کارگاهها و کارخانه های صنعتی و بروز تبعات زیست محیطی است. صنعت لاستیک نیز به نوبه خود تا حدودی بر محیط زیست تاثیر گذاشته است که ما در این مقاله مهمترین عواملی که از جانب صنعت لاستیک به خصوص صنعت تایر سازی ممکن است بر محیط زیست تاثیراتی بگذارد اشاره می کنیم.
(انرژی – آلودگی هوا- فاضلابها- تایر و قطعات ضایع- تایرهای فرسوده)
مقاله : خطرات و تبعات زیست محیطی صنعت لاستیک
اولین مسئله : مصرف انرژیست
استفاده از انرژی یکی از بزرگترین منابع ایجاد ضایعات یا آلودگی هاست انرژی یک اثر غیر مستقیم روی محیط دارد.
یکی از منابع تولید انرژی آب است که به وسیله توربین به انرژی الکتریکی تبدیل می شود و یا به عنوان عامل انرژی مصرف می شود ( بخار آب و آب داغ)
به همین دلیل هرچه مصرف آب بالاتر برود به مراتب آلودگی آن بیشتر و روی محیط زیست تاثیر گذارتر می شود.
منبع دیگر تولید انرژی در صنع لاستیک گاز طبیعی است که یکی از سالمترین انرژی های دیناست.
ولی در صورت قطع یا بنودن آن از منابع دیگری مانند ( سوخت های فسیلی و مازوت) برای تولید انرژی استفاده می شود.
که هنگام سوختن در کوره ها گازهایی از قبیل متان دی اکسید کربن تولید می شود به طور کلی در صنعت لاستیک مصرف انرژی خیلی بالاست.
به طور مثال در یک کارخانه لاستیک که ما آن را به عنوان نمونه انتخاب کرده ایم مصرف انرژی مختلف در طول سال به شرح زیر است :
انرژی الکتریکی : 34 میلیون کیلو وات در سال
سوخت فسیلی : 200 هزار لیتر در سال
مازوت : 50000 لیتر در روز ( البته در صورت قطع گاز) 8250000 در سال
گاز طبیعی : 12 میلیون متر مکعب در سال
دومین مسئله : آلودگی هواست.
در صنعت لاستیک عوال زیادی وجود دار دکه هوا را آلوده می کند داسکالکتورها ونیروگاهای بخار (Builer) قابل توجه تر است.
خروجیها یا داسکالکتورها یک سیستم جمع آوری کننده گرد و غبار است. که در صورت خراب شدن یا مسدود شدن فیلتر موجب انتشار گازهای خطرناکی مانند so2, NOX در ها شد.
در اگزوز بویلرها یا دیگهای بخار نیز گازهای آلاینده ای مانند CO/NO/SO به محیط وارد می شوند.
مسئله دیگر انبار کردن نادرست تایرها و مواد اولیه تولید لاستیک است. که موجب آلودگی هوای محیط می شود از آنجایی ه لاستیکها موادی هستند که قابلیت اشتعال آنها خیلی بالاست می تواند با کوچکترین بی احتیاطی فاجعه عظیم به بار آورد به طور مثال:
* انبار کائوچوی ایران تایر
* انبار تایرهای خارجی در جاده خاوران تهران در سال 81
* آتش سوزی بزرگ kirby در اوهایو در سال و….
سومین مسئله : فاضلابها ست
آلودگی آب یا تولید فاضلاب عبارتست از افزایش مقدار هر معرف اعم از شیمیای فیزیکی یا بیولوژیکی که موجب تغییر خواص و نقش اساسی آب در مصارف ویژه اش می شود.
به طور کلی آلودگی آب مشکل بزرگی است به طوریکه نتایج پژوهش پیرامون آن از صدها بلکه هزاران مقاله و مجله و کتاب تجاور می کند.
فاضلابها در صنعت لاستیک به دو صورت است:
1- فاضلاب های انسانی
2- فاضلاب های صنعتی
* فاضلابهای صنعتی :
1- حاصل از شستشو محوطه و نظافت کاری
2- در قسمتهای مختلف تولید مانند: بنبوری، بچاف یونتی، دترژنت ها
که این فاضلاب ها وارد سیستم تصفیه بیولوژیکی می شود که بعد از کلر زنی تخلیه می شود.
علاوه بر این هنگامی که فاضلات کارخانه ها تصفیه می شود، آب تمیز شده اما کارخانه با لجن یا محصولات جانبی روبه روست که بایستی به طریقی از بین بروند و یا به طور معمول دفن شوند.
اگر به دلیل کارخانه فاقد سیستم تصفیه فاضلات باشد و پساب ها را بدون تصفیه و به صورت خام به محیط پیرامون منتقل کند می تواند موجب آلودگی آبهای سطحی و دیرگ منابع طبیعی و انسانی شود.
به همین دلیل فاضلات خروجی باید استاندارد آب و فاضلاب بنا بر محله تخلیه ( مانند تخلیه در کانال های روباز. رودخانه و ….) پیروی کند، به همین دلیل سالی یک دفعه فاضلاب خروجی را نمونه برداری می کنند تا از لحاظ میکروبی، شیمیایی و … مشکلی ایجاد نکمند.
برای نموه در کارخانه لاستیک انتخابی ما میزان آب مصرفی و تولید فاضلاب به شرح زیر است:
میزان آب مصرفی در سال …………260 هزارو 840 متر مکعب
میزان تولید فاضلاب در سال …….. 198 هزار متر مکعب
میزان تولید فاضلاب صنعتی ……. 250 متر مکعب
چهارمین مسئله : تایر و قطعات ضایع و زباله های صنعتی است.
تمام آلودگی ها از زباله ها و ضایعات سرچشمه می گیرند. ضایعات در واقع مواد خام یامصرف شده ای هستند که به شکلی موثر مورد استفاده قرار نگرفته اند.
سه منبع عمده برای تولید ضایعات و جمع شدن زباله های لاستیکی وجود دارد: ضایعات لاستیکی مصرف شده، ضایعات و مواد اولیه پیش از تولید و ضایعات تولید یا حین تولید.
تفاوت قایل شدن میان این سه گروه از ضایعات لاستیکی بسیار مهم است زیرا هر کدام تاثیرات خاصی روی محیط می گذارند.
ضایعات لاستیکی مصرف شده ضایعاتی است که قبلا از آنها استفاده شده و غیر قابل استفاده اند که در مبحث بعدی به طور کامل توضیح داده می شود.
ضایعات مواد اولیه پیش از مصرف، ضایعاتی است که به دلایلی از قبیل : نم دارشدن، ورود ناخالصی به منبع آن و حمل ونقل نادرست غیر قابل استفاده شده است. ضایعات تولیدی لاستیکها، موادی هستند و یا مشکل دار و یا ضایعات حین فرآیند تولید می شوند.
اقلام ضایعاتی که ممکن است در یک کارخانه لاستیک سازی تولید شود به شرح زیر است:
* انواع تایرهای ضایعاتی شامل همه سایز
* تیوپ
* بالدر ضایعاتی
* کامپونت
* فابریک
* فلاپ
* دوده ضایعاتی
* کاغذ و کارتن
* روغن سوخته
* کائوچو
* سیم کلاف و نخ
که یک سری از این اقلام قابل بازیاتف می باشند ( حدود 70%) برای نمونه در کارخانه تولید لاستیک انتخابی ما میزان مواد زائد تولیدی در طول یک سال 2 میلیون و 3000 هزار کیلوگرم
مسئله دیگر و آخرین مبحث : مسئله تایرهای فرسوده است
در این مقاله بعد از بحث بر روی عوامل تاثیر گذار صنعت لاستیک روی محیط زیست اعم از : انرژی، آلودگی هوا، فاضلابها، زباله و ضایعات به یکی از علل مهم و شاید اصلی ترین علت تاثیر گذار روی محیط زیست می پردازیم.
از اوایل دهه 1960- 1970 انباشتگی تایرهای فرسوده در گورستان های زباله، زباله دانی های غیر قانونی، زمین های خالی، ساختمان های متروکه و کناره جاده ها آغاز شد. چهره ناخوشایند مکان های جمع آوری و دفن تایرهای فرسوده همراه با خطرهای بالقوه حاصل از احتراق آنها باعث اعتراض گروههای طرفدار محیط زیست نسبت به روشهای جمع آوری و دفن این زباله ها شده است.
این مسئله به قدری اهمیت داشت که در سال 1989 زمانی که کمیسیون اروپا شروع به مطالعه روی زباله های جوامع صنعتی کرد تایر فرسوده به عنوان یکی از بحث های کلیدی مطرح شد
تایرهایی که در گورستان های بهداشتی زباله می شوند نیز مشکلات زیست محیطی به وجود می آورند. گاهی اوقات تایرهای دفن شده به سطح زمین باز می گردند و به این ترتیب خسارتهای پرهزینه ای به سیستم های جمع آوری مایع وارد می کنند همچنین به قابلیت آنها برای جلوگیری از اختلاط آلاینده های دفت شده با آبهای زیرزمینی و سطحی نیز خدشه وارد می کند.
قطعه تایرهایی که به طور غیر قانونی در ساختمان های متروکه و محوطه ها انباشته شده است خطرهای زیست محیطی و عمومی بیشتری را متوجه می شود چون تحقیقات صورت گرفته بر روی تایرهایی که بدین صورت جمع شده اند نشان می دهد که این تایرها در هوای آزاد گازی به نام متان از خود متصاعد می کنند که گازی خطرناک است.
مهمترین خطری که انباشتگی کنترل شده مقادیر زیاد تایر ایجاد می کند، قابلیت آتش گیری آنهاست که برای محیط زیست بسیار زیان آور است.
خاموش کردن اتشی که در توده های انبوه تایر ایجاد می شود اگر غیر ممکن نباشد کار آسانی نیست. گاهی ماها طول می کشد تا تمامی تایرها بسوزد و این امر دودهای غلیظ و مایعی سمی تولید می کند که می تواند آب زیرزمین و سطحی محل را آلوده کند.
اگر برای خاموش کردن آتش از آب یا کف استفاده شود، آلودگی هوا، آب، خاک شدیدتر نیز خواهد شد به همین دلیل گاهی اوقات اجازه می دهند که آتش تا سوختن تمام تایرها ادامه پیدا کند.
چنین حادثه ای همان طوری که اشاره شد در تهران جاده خاوران در سال 81 رخ داد و در آن تعداد بی شماری تایر وارداتی در آتش سوخت و یکی از بزرگترین سوانح در سال 81 بود.
همچنین در سال 1991 در اوهایو نیز چینن حادثه ای رخ داد که در یکی از بزرگترین توده های لاستیک فرسوده متشکل از 26 میلیون حلقه تایر آتش گرفت. این آتش 5 روز هب طول انجامید و ستوی سیاه از دود که از فاصله 4-5 کیلومتری قابل مشاهده بود.
طبق برآورد مقام های ایالت، 5 میلیون حلقه تایر در آتش سوخت و بیش از 250 میلیون آتش نشان از 21 حوزه آتش نشانی به فرونشاندن آتش پرداختند و در نهایت با ریختن خاک موفق به مهار آن شدند.
براساس تحقیقات سازمان حفاظت محیط زیست فرو نشاندن آتش هم مشکلات زیست محیطی ایجاد می کند.
براساس گزارش در نشریه ( Soild waste report) درسال 2003، 750 تن خاکی که بر روی آتش اوهایو ریخته شد، آلوده به روغنی شد که از تایرهای در حال سوختن تراوش می کرد که موجب شد مبلغ گزافی صرف جابجایی و پاکسازی آن شود.
همچنین از تایرهای در حال سوختن روغنی خارج و وارد نهری که در همان نزدیکی بود شد و سبب مرگ هزاران ماهی در رودخانه سانداسکی شد.
خطر دیگری که از انباشته شدن تایرهای ضایعاتی متوجه ما و محیط زیست می شود منشا بیماری بودن این مکانهاست.
درس ال 2002 شیوع عفونتهای ناشی از پشه های مرگ آور مالاریا ( ویروس پشه بورن) موضوع جدیدی در اوهایو بود این پشه در نواحی استوایی و گرمسیری زاد و ولد می کند و باعث بیماریهایی نظیر تبی زرد و مالاریا می شود. در طی سالهای 1826-1832 حدود 500 نفر از کسانی که در اونتاریوی کانادا کار می کردند بر اثر مالاریا جان باختند. ویروس کشنده و عجیب دیگری در سالهای بعد در آمریکا شناسایی شدند که با پژوهش و بررسی منشا رشد و نمو آنها تایرهای ضایعاتی شناخته شد.
در اواسط دهه 80 طبق گفته رایدوی ملی آمریکا، پول ریتر بازرس کنترل بیماریها و پیشگیری از آنها اولین کسی بود که فهمید انواع پشه ها و بیماریهای منطقه استوا که قبلا در آمریکا شناخته نشده بود از محموله تایرهای فرسوده و ضایعاتی که از آسیا می آیند سرچشمه می گیرند.
پشه ها در آبهای راکند تخم ریزی می کنند، آب راکد به دام افتاده در یک تایر فرسوده و فراموش شده فضای بسیار مناسبی برای رشد و نمو این پشه های بیماری زاست. در طول یک تایر منبع تولید هزاران چشمه مرگ آورد است.
عال یبیماری زای دیگری که منشا آن تایرهای فرسوده است ویروس نیل غربی (west nile virus) است. در اوهایو مردم آلوده شده به این ویروس هیچ نشانه ای از بیماری نداشته اند و اگر هم داشته اند از قبیل تب، سردرد، بدن درد و بعضی اوقات جوش های پوستی یا غده های ورم کرده ی چرکی بوده است.
نخستین بار این ویروس در نیویورک در سال 1999 کشف شده و سپس در سال 2001در اوهایو جان 31 نفر را گرفت و درسال 2002 در west coast و 44 شهر دیگر بیش از 4000 مورد از این بیماری گزارش داده شده که 260 مورد آن با مرگ همراه بوده ویروس نیل غربی تنها ویروس خطرناک پشه بورن نیست، ولی ثابت شده خطرناک ترین آنهاست. تحقیقات صورت گرفته نشان می دهد تنها راه مقابله با آن از بین بردن تایرهای فرسوده است.
بیماریهای دیگری هم وجود دارد که منشا آن تایرهای ضایعاتی است مانند تب dangue که ویروس کشنده تری از نیل غربی است که در جزایر هاوایی مشکل ساز شده است.
برای حل این مشکلات ایجاد شده راه حل های زیادی وجود دارد که بازیافت اولین گزینه ای است که هر کس به آن فکر می کند. ولی راههای زیادی طی این چند سال پیشنهاد و عملی شده که بعضی از آنها عبارتند از :
– استفاده از تایرهای فرسوده در تولید سیمان، مصرف انرژی در تولید سیمان خیلی بالاست. یک کارخانه سیمان با ظرفیت 800000 در سال 38Gj/h انرژی مصرف می کند بررسی انجام شده نشان می دهد که محتوای انرژی تایرها به همان اندازه زغال سنگ است بازدهی تایرهای فرسوده 85% است. یک کوره ایده ال بین 1-13 میلیون ترکیب می شود و گوگرد به نمکهای کلسیم تبدیل می شود.
– استفاده از لاستیک در روکش جاده ها
– استفاده از خرده لاستیک در ساخت بتن
SPC و کاربرد کنترل فرآیند آماری
کنترل فرایند آماری در صنعت لاستیک بر روی مشخصه مهم محصول، پیاده سازی شد و برای استنباط آماری از کنترل ONLINE استفاده گردید در این تحقیق، نمودار کنترل رگرسیون برای مشخصه کنترلی مورد نظر طراحی شده و نتایج، منجر به کاهش ضایعات در تولید و بهبود کیفیت شد.
واژه های کلیدی : کنترل آماری فرایند SPC، همبستگی متغیرها، رگرسیون، نمودار کنترل، ضریب همبستگی، سختی محصول، بهره وری
با در نظر گیری وجود انحرافات مهم در صنعت لاستیک و قطعه سازی، کنترل فرایندهای ساخت یکی از مهمترین اقدامات در زمینه کنترل کیفیت تولیدات است. کنترل آماری فرایند کمک می کند تا بتوانیم با استفاده از علم آمار، مشخصه های کیفی محصولات را رد صنایع مختلف و حتی بخش خدمات، تحت کنترل داشته باشیم. استفاده از نمودارهای کنترلی و تجزیه و تحلیل های آماری، این امکان را می دهد تا بتوانیم به سمت کاهش ضایعات و افزایش بهره وری در سازمان دست پیدا کنیم. همچنین محصولات با انحرافات پایین تری و با کیفیت بالاتری تولید شده و به دست مشتریان برسند. در این مقاله نوعی نمودار کنترل به نام نمودار کنترل رگرسیون را که در مورد مشخصه سختی منحصل پیاده سازی شده است معرفی می کنیم. این تحقیق در صنایع قطعه سازی خودرو شرکت "پلی سیل" انجام و پیاده سازی شده است.
بخش تجربی
با توجه به الزامات متشریان ( صنایع خودروسازی مادر) شرکت های تولید کننده قطعا خودرو می بایستی روش های کنترل آماری کیفیت را در مورد مواد اولیه، فرایندها و محصولات نهایی، پیاده سازی کنند. ما استفاده از روش کنترل آماری فرایند (SPC) را در مورد فرایند پخت لاستیک انجام داده ایم. سختی محصول یکی از مشخصه های مهم در صنعت تولید قطعات لاستیکی خودرو است. در بررسی انجام شده تولید یک طرح نمونه برداری 25=m بار با زیر گروه 4=n انتخاب شد. مهمترین موضوع در این مرحله آن است که سختی محصول پس از انجام عملیات پخت محصول شکل خواهد گرفت و مشتریان، عامل سختی محصلو را به صورت usl بالای مشخصه و lsl واحد پایین مشخصه در دمای محیطی ( شرایط طبیعی) تعریف می کنند یک محصول لاستیکی پس از انجام عملیات پرسکاری (پخت) دارای دمای حداقل 100 درجه سانتی گراد است. در صورتی که بخواهیم SPC را در مورد این مشخصه پیاده سازی کنیم، به گذشت حداقل 8 ساعت زمان یناز است تا دمای محصول با دمای محیط هماهنگ شود. در این صورت، اگر انحرافات ضایعاتی در این مشخصه وجود داشته باشد، سیستم کنترل کیفیت پس از گذشت این وقفه 8 ساعته. متوجه خواهد شد.
در این جا از اربتاط مشخصه ها در آمار استفاده کرده و این امکان را ایجاد کرده ایم که با استفاده از رابطه رگرسیون خطی بتوانیم پس از اندازه یگی سختی محصول در زمانی که از قالب خارج شده است، سختی محصول سرد شده را تخمین زده و این مشخصه را به صورت online تحت کنترل داشته باشیم. پس از نمونه برداری از محصولات گرم، سختی آنها را اندازه گیری کرده و این کار پس از گذشت زمان لازم، دوباره انجام شد. سپس تست زیبندگی نرمال پذیری 2 در مورد داده ها انجام شد و نتایج نشان داد که داده ها نرمال هستند. سپس، برای آزمون رابطه رگرسیون ( پیش بینی ) از تجزیه و تحلیل واریانس (ANOVA) استفاده کردیم در این قسمت از آزمون، فرض a: شیب رگرسیون
رابطه 1 شیب رگرسیون
آزمون، در سطح 95/0 فاصله اطمینان با توزیع F انجام فرض صفر مردود تلقی شد. یعنی شیب رگرسیون صفر نیست ( قبول فرض یک) پس از آن، می بایستی ضریب همبستگی متغیرها، محاسبه شود. پس از آنالیز (نرم افزار Statistica) ضریب همبستگی میان سختی محصول گرم (x) و سختی محصول سرد (Y) ضریب همبستگی 77/0= R به دست آمد که نشان می دهد رابطه همبستگی مثبت و تقریباً قوی، بین متغیرها وجود دارد. در گام بعد، رابطه پیش بینی رابطه
0/736x * y= 15/5
به دست آ,د که در آن x: سختی محصول زمانی که گرم است ( بعد از خروج از قالب)
Y : سختی محصول زمانی که سرد است ( پس از گذشت 8 ساعت).
نمودار کنتر پایین نمودار کنترل رگرسیون برای مشخصات x و y می باشد.
50= usl حد بالای سختی از نقشه A shore 40= lsl = حد پایین سختی از نقشه shore A با توجه به همبستگی قوی بین مشخصه های از محصولات لاستیکی زمانی که از قالب خارج می شوند نمونه برداری شده و سختی آنها اندازه گیری شده سپس با استفاده از رابطه 2 سختی آنها زمانی که سر خواهند شد ( دمای طبیعی) پیش بینی می شود

آزمون های معمول در صنعت لاستیک
در صنعت لاستیک اندازه گیری خواص آمیزه قبل از پخت و بعد از آن از زمره ضروری ترین کاهرا به منظور نیل به محصولی با کیفیت و خواص مطلوب می باشد. آزمونهای انجام شده روی یک آمیزه به دو منظور صورت می گیرد. یکی به جهت کنترل کیفیت و دیگر اینکه محصول ساخته شده تا چه حد قادر به تامین و برآوردن نیازهای مصرف کننده می باشد.
به طور کلی آزمونهایی که در صنعت لاستیک صورت می گیرند بر دو دسته هستند:
1- آنهایی که روی مواد اولیه خام ( مثل کائوچو، دوده و …) انجام می گیرند.
2- آنهایی که روی آمیزه صورت می پذیرد.
که خود بر دو نوعند:
I. آزمونهای که روی آمیزه پخت شده با شکل خاص مثل دمبل، حلقه و .. صورت می گیرد.
II . آزمونهایی که مستقیما روی محصول نهایی ساخته شده مثل تایر، تسمه نقاله و … صورت می گیرند و بیشتر جنبه اختصاصی برای هر دو محصول دارند.
* آزمونهای آمیزه خام
1) گرانروی لاستیک ( مونی ویسکوزیته )
2) رئومتر
3)جرم مخصوص
4) چسبندگی
5) پراکنش دوده
* آزمونهای آمیزه پخت شده :
1) کشش
2) مانایی فشاری
3) سختی
4) سایش
5) مقاومت در مقابل پارگی
6) مقاومت خمشی
7) خستگی
8) جهندگی
9) خزش و آسودگی از تنش
10) تخریب اوزنی
11) زمان بندی
1 – Baekeland
2 – کتاب" پلاستیکها" نوشته ژان ون ( از مجموعه چه می دان شماره 312)
—————

————————————————————

—————

————————————————————

1

16