مقاله درمورد لاستيک، بوتادين، دماي

نوامبر 30, 2018 0 By admin4
پایان نامه  

که هيچگونه کريستاليزاسيوني درحين کشش براي آن اتفاق نمي‌‌افتد. بنابراين لاستيک نيتريل بدون استفاده از پرکننده‌هاي تقويت کننده، مقاومت کششي ضعيف و مقاومت شروع پارگي پاييني در مقايسه با لاستيک طبيعي، پلي‌کلروبوتادين و لاستيک بوتيل از خود نشان مي دهد. خواص کششي لاستيک‌هاي نيتريلي که با پرکننده‌ها تقويت شده‌اند به طور معمول از ميزان آکريلونيتريل تأثير نمي‌پذيرد. اصولاً خواص بعد از پخت لاستيک‌ها از جمله مقاومت کششي و ازدياد طول در نقطه پارگي به فرمولاسيون پخت بسيار وابسته مي‌باشد [1].
ديگر تست‌ها براي لاستيک نيتريل همچون مانايي فشاري، جهندگي، سايش نيز قابل اجراست. اين خواص بسته به نوع کاربرد داراي اهميت بيشتري مي‌شوند. به طور مثال هنگامي که لاستيک نيتريل در کاربردهاي درزبندي به عنوان واشر استفاده مي شود، مانايي فشاري از اهميت ويژه‌اي برخوردار خواهد شد. هرگاه لاستيک نيتريل تهيه شده از نظر ريزساختارهاي اشاره شده از محدوده قابل قبولي قرار بگيرد مي‌توان با فرمولاسيون مناسب خواص بسيار مطلوبي از آن انتظار داشت.
2-8- جمع بندي
تهيه لاستيک نيتريل به روش امولسيوني تنها روشي مي باشد که تا به امروز در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است. در ابتداي اين فصل در مورد کوپليمريزاسيون امولسيوني بحث شد و در ادامه به روش هاي شناسايي پليمر پرداخته شد. به طور کلي مطالعات انجام شده بر روي لاستيک نيتريل در دو بخش کلي پليمريزاسيون و شناسايي خواص پليمر تقسيم مي شود. در مبحث پليمريزاسيون در گذشته مطالعات بيشتر به سمت تعيين دستور خوراک بهينه و تبيين مکانيسم هاي حاکم بر آن ها، نحوه افزودن مونومرها به سيستم پليمريزاسيون و ارتباط ميان ريزساختار پليمر با خواص ماکروسکوپي پليمر معطوف بوده است. امروزه مطالعات انجام شده در زمينه لاستيک نيتريل به جنبه هاي مدل سازي و کنترل فرآيندهاي پليمريزاسيون با استفاده از روابط رياضياتي مرتبط مي باشد [28]-[35] هر چند که Kowollik و همکارانش [48], [49] اخيراً تحقيقاتي در زمينه پليمريزاسيون محلولي لاستيک نيتريل به روش RAFT86 انجام دادند و پليمري با جرم مولکولي عددي بين 2500 تا g/mol 97000 با شاخص پراکندگي 1/1 تا 6/1 تهيه کنند.
در بحث شناسايي خواص لاستيک نيتريل از گذشته تا به امروز مقالات زيادي ارائه شده است. در قسمت هاي قبل به تعدادي از آنها اشاره شده است که به طور کلي به دو دسته بررسي خصوصيات مولکولي و خصوصيات ماکروسکوپي تقسيم مي شوند.
3- فصل سوم : مواد مورد استفاده و روش هاي انجام کار
در اين فصل به معرفي مواد مورد استفاده در آزمايش ها و تشريح روند آناليزهاي مختلف دستگاهي و غير دستگاهي پرداخته شد در ادامه نحوه تهيه لاستيک نيتريل به روش کوپليمريزاسيون امولسيوني تشريح خواهد شد.
3-1- مواد مورد استفاده
مشخصات مواد شيميايي مورد استفاده در طي مراحل سنتز لاستيک تا آماده سازي نمونه ها براي آزمون هاي مختلف در جدول 3-1 آورده شده است :
جدول ‏3-1- مشخصات مواد مورد استفاده
ماده
جرم مولکولي (g/mol)
نقطه ذوب (?C)
نقطه جوش (?C)
دانسيته (g/cm3)
به عنوان
از شرکت
بوتادين
09/54
9/108-
4/4-
64/0
مونومر
پتروشيمي تبريز
آکريلونيتريل
06/53
0/84-
0/77
81/0
مونومر
پتروشيمي تبريز
ماده
جرم مولکولي (g/mol)
نقطه ذوب (?C)
نقطه جوش (?C)
دانسيته (g/cm3)
به عنوان
از شرکت
SFS (دوآبه)
14/154
5/64

75/1
عامل کاهنده
Merk
EDTA
24/292


86/0
عامل کي ليت ساز
Fluka
کيومين هيدروپروکسايد
19/152
0/9-
0/153
02/1
شروع کننده
Merk
ترشيودودسيل مرکاپتان
40/202
0/30-
0/227
86/0
عامل انتقال به زنجير
Merk
صابون روزيني (نمک پتاسيم)
0/338



امولسيفاير
پتروشيمي تبريز
سديم دودسيل سولفات
37/288
0/206

01/1
امولسيفاير
DAE JUNG
دي اتيل دي تيوکاربامات
259/171
0/95

1/1
بازدارنده
Merk
آلومينيوم سولفات (هجده آبه )
42/666
5/86

62/1
لخته کننده
Fluka
متيل اتيل کتون
11/72
0/86-
64/79
805/0
حلال لاستيک
DAE JUNG
کلروفرم دوتره
384/120
0/64-
0/61
5/1
حلال لاستيک
ARMAR
تري کلروبنزن
45/181
9/16
4/214
46/1
حلال لاستيک
Applichem
پتاسيم هيدروکسيد
10/56
406
1327
04/2
تنظيم کننده pH
Aldrich
3-2- روش تهيه نمونه ها
3-2-1- مشخصا ت راکتور
راکتور هم زن دار مورد استفاده ساخت شرکت Parr (کشور آمريکا) مي باشد. اين راکتور 5/7 ليتري فشاري در حدود bar 130 را تحمل مي کند. اين راکتور به يک ژاکت و يک گرم کن الکتريکي مجهز مي باشد. ژاکت راکتور دور تا دور بدنه راکتور قرار دارد و به خروجي و ورودي سيال مجهز مي باشد. اين راکتور درپوش87 دار به ورودي و خروجي هاي متعددي مجهز مي باشد که عمده اين اتصالات بر روي درپوش آن تعبيه شده اند. همچنين يک فشارسنج بر روي درپوش قرار گرفته است تا فشار راکتور نشان داده شود. براي اندازه گيري دماي راکتور بر روي درپوش آن يک محفظه لوله اي شکل تا انتهاي راکتور تعبيه شده است تا بتوان حسگر دما را در آن قرار داد. جنس بدنه راکتور از استيل ضد زنگ مي باشد. همزن مورد استفاده يک همزن توربيني 6 پره با زاويه 45 درجه مي باشد که در ارتفاع cm 3 از کف راکتور قرار گرفته است. به منظور سرمايش راکتور در دماي پايين، از يک سيرکولاتور مجهز به يخچال استفاده شد. براي تنظيم دماي راکتور در دماي پايين ( مثلا ?C 5 ) مخزن سيرکولاتور با يخ فراوان پر شد و از طريق پمپ سيرکولاتور آب سرد در درون ژاکت راکتور به جريان افتاد. با اين کار بدنه راکتور سرد و به طبع آن محتويات درون راکتور نيز سرد گرديد. همچنين گرم کن الکتريکي راکتور به يک کنترل کننده دما از نوع PDI متصل است. با اتصال يک حسگر دما به اين کنترل کننده، و با توجه به دماي مقرر88 مي توان دماي راکتور را کنترل نمود. به اين صورت که هرگاه دماي راکتور از ميزان دماي مقرر پايين تر آيد، گرم کن روشن شده و بدنه راکتور را گرم مي کند. به اين ترتيب مي توان دماي محتويات درون راکتور را در دماي مورد نظر حفظ نمود. نحوه کار با راکتور در قسمت 3-2-2-ب با جزئيات بيشتري توضيح داده خواهد شد.
3-2-2- روش تهيه
3-2-2-أ‌- آماده سازي مواد قبل از تزريق
دستور خوراک پليمريزاسيون امولسيوني شامل دو فاز آبي و آلي مي باشد. براي آماده سازي مواد پيش از تزريق به راکتور اين دو فاز به صورت جداگانه آماده شدند. بدين معنا که مواد انحلال پذير در فاز آبي و آلي به ترتيب در آب و مونومر حل گرديده و مخلوط آنها درون راکتور شارژ شد. ابتدا مقدار لازم آب ديونيزه توسط حرارت دهي اکسيژن زدايي شد و پس از خنک شدن، درون بالون ژوژه cc 2000 ريخته شد. پس از توزين مقدار لازم از EDTA ، FeSO4 و SFS ، آن ها به ترتيب به آب درون بالن ژوژه اضافه شدند. پس از هم خوردن و انحلال کامل اين مواد درون آب، نوبت به افزودن محلول امولسيفاير ( DPR يا SDS ) مي باشد. براي اين کار به مقدار لازم DPR يا SDS توزين گرديد و مقدار 100 گرم آب ديونيزه ( بسته به دستور خوراک مي تواند متغيير باشد ) به آن افزوده شد. ( در مواقع استفاده از SDS ، مقدار بيشتري آب براي تهيه محلول مورد نياز است زيرا امولسيفاير DPR خود به صورت محلول غليظ مي باشد) پس هم خوردن به اندازه کافي، محلول تهيه شده به بالن ژوژه اضافه شد. به اين ترتيب فاز آبي تهيه گرديد.
براي تهيه فاز آلي ابتدا اجزاي انحلال پذير در فاز آلي به مونومرها اضافه شدند. از آنجايي که مونومر بوتادين در دما و فشار محيط به صورت گازي مي باشد از اين رو اين مونومر در آخرين مرحله به راکتور وارد مي شود لذا براي تهيه فاز آلي اجزاي انحلال پذير درون آکريلونيتريل حل مي شوند. بدين ترتيب که پس از توزين مقدار لازم آکريلونيتريل درون يک ظرف درب دار، مقداري کيومين هيدروپروکسايد و ترشيو دودسيل مرکاپتان به صورت جداگانه توسط يک سرنگ تميز برداشته شد و پس از صفر کردن وزن آکريلونيتريل توزين شده، به دقت و به مقدار لازم به آکريلونيتريل اضافه شد. در اين مرحله فاز آلي آماده مي باشد. در جدول 3-2 دستور خوراک نمونه براي تهيه لاستيک نيتريل مشاهده مي شود.
جدول ‏3-2- دستور خوراک نمونه براي تهيه لاستيک نيتريل در °C5
مواد
مقدار وزني ( گرم )
pphm89
آب يون‌زدايي شده
2000
7/527
بوتادين
250
66
آکريلونيتريل
129
34
ترشيو-دودسيل مرکاپتان (TDM)
2
52/0
کيومين هيدروپروکسايد (CHP)
25/0
06/0
سديم فرم آلدهيد سولفوکسيلات (SFS )
5/0
13/0
سديم اتيلن دي آمين تترا استيک اسيد (EDTA)
5/0
13/0
سولفات آهن (FeSO4)
125/0
03/0
سديم دودسيل سولفات (SDS) يا صابون روزيني (DPR)
25
59/6
دي اتيل دي تيوکاربامات (SDD)
758/0
2/0
3-2-2-ب‌- تزريق مواد به درون راکتور
براي توضيح نحوه تزريق فاز آبي و آلي به درون راکتور ابتدا بايد با جزئيات راکتور آشنا شد. شکل 3-1 شماي کلي سيستم استفاده شده براي پليمريزاسيون امولسيوني را نشان مي دهد.
پس از آماده سازي فاز آبي و آلي مي توان آنها را به راکتور تزريق کرد. از آنجايي که فاز آلي آماده شده حاوي شروع کننده است پس سعي مي شود تا فاصله زماني زيادي بين تزريق فاز آلي حاوي آکريلونيتريل و بوتادين ايجاد نشود. در اولين مرحله از تزريق ابتدا فضاي درون راکتور با گاز نيتزوژن اکسيژن زدايي شد و سپس فاز آبي از شير 11 به درون راکتور تزريق شد. در ادامه دماي راکتور با استفاده از کنترل کننده و به کمک سيرکولاتور حاوي آب و يخ بر روي دماي مقرر ( در اکثر دستور خوراک ها ?C 5 ) تنظيم مي شود. سپس تمام ورودي ها و شير هاي راکتور بسته و همزن روشن مي شود تا مخلوط فاز آبي به دماي مقرر برسد. پس از رسيدن به دماي مقرر همزن خاموش کرده و ورودي راکتور باز مي شود تا فاز آلي حاوي آکريلونيتريل و ديگر اجزا به آرامي به کمک يک قيف به راکتور وارد شوند. به دليل اينکه آکريلونيتريل فرار مي باشد در اين مرحله هيچگونه پرژ نيتروژني انجام نمي شود و بلافاصله شير شماره 5 و 11 بسته مي شوند. اينک نوبت شارژ مونومر بوتادين به درون راکتور است.
شکل ‏3-1-شماي کلي سيستم استفاده شده براي پليمريزاسيون امولسيوني
براي توزين مونومر بوتادين و انتقال آن به داخل رآکتور، ابتدا کپسول بوتادين روي ترازو قرار مي گيرد. سپس مطابق با شکل 3-1 ، در حالي که شير 2 بسته است، شيرهاي 1 و 6 و 7 و 8 باز مي شوند تا فشار نيتروژن که برابر با bar 5 است، بوتادين مايع را از داخل کپسول بوتادين به حرکت درآورد. سپس براي هواگيري و اطمينان از اين که بوتادين مايع تا پشت شير 10 آمده است، شير 9 باز مي شود و به محض مشاهده خروج بوتادين مايع از شير 9 ، بلافاصله بسته مي شود. در اين هنگام شيرهاي 3 و 4 و 5 بسته شد و ترازو صفر مي گردد. در ادامه شير 10 به آرامي باز مي گردد تا ترازو مقدار بوتاديني که از وزن کپسول کم مي شود را نشان دهد. هنگامي که مقدار مورد نظر توزين شد، شير 10 بسته شد و به دنبال آن شيرهاي 1 و 6 و 7 و 8 نيز بسته مي شوند. در اين هنگام بوتادين مايع در مخزن 1 ذخيره شده است. سپس شير 1 و 2 باز مي شود و رگولاتور مخزن نيتروژن به گونه اي تنظيم مي گردد تا فشار bar 4 درون مخزن 1 قرار بگيرد. به اين ترتيب فشار نيتروژن بر روي سطح بوتادين مايع قرار مي گيرد. سپس شير 1 بسته مي شود و شيرهاي 3 و4 باز مي شوند تا بوتادين مايع به داخل رآکتور تزريق شود. در انتها همه شيرها بسته مي شوند. با تنظيم فشار bar 4 بر روي مخزن 1 و پس از باز کردن شيرهاي 3