برگشتن به شیمی

دانلود مقاله : پايداري حرارتي الاستومرهاي پلي يورتان

۳,۷۰۰ تومان

Continue Shopping
دسته: , برچسب: , , , , , , , , , , , , ,

توضیحات

دانلود مقاله : پايداري حرارتي الاستومرهاي پلي يورتان

38ص

 

 

واژه هاي كليدي:

پلي يورتان ها،‌ پايداري حرارتي يورتان ها، ايزوسيانورات، پايداري حرارتي، اثر قسمت‌هاي سخت و نرم.

الاستومرهاي پلي يورتان به دليل داشتن خواص فيزيكي و مكانيكي بسيار خوب و عالي همواره مورد توجه در كاربردهاي مختلف بوده اند. ضعف عمده اين الاستومرها، عدم امكان كاربرد آنها در دماهاي بالاست كه خواص فيزيكي و مكانيكي عالي خود را از دست مي‌دهند، بنابراين مقاومت حرارتي و افزايش اين مقاومت در الاستومرهاي پلي يورتان موضوع مهمي است كه مي تواند در به كارگيري آنها در زمينه هاي گوناگون از جمله تهيه و ساخت تاير اتومبيل مؤثر واقع گردد.

 

 

 

مقدمه

پايداري حرارتي پليمرها از مسائل خاص و جديدي است كه طي بيست و پنج سال گذشته به عنوان موضوعي مستقل و تحت نام پليمرهاي مقاوم در مقابل حرارت مورد بررسي و مطالعه قرار گرفته است. پليمرها در طول عمر كاربردي خود در معرض عوامل گوناگوني مثل حرارت، اكسيدكننده ها، حلال ها و غيره قرار مي گيرند و پايداري آنها در مقابل اين نيروها و عوامل تخريب كننده را مي توان با اندازه گيري ميزان خواص مكانيكي باقيمانده در شرايط خاص و با انجام آزمايش مشخص كرد. به طور كلي پايدراي يك ماده پليمري عبارت است از اينكه پليمر مذكور بتواند در دما و زمان معيني، بدون كاهش چشمگير خواص، دوام بياورد. تغييرات حاصله در پليمر معمولاً به يكي از صور زير انجام مي گيرد:

1- تغييرات فيزيكي (برگشت پذير)

2- تغييرات شيميايي (برگشت ناپذير)

تغييرات فيزيكي به طور مشخص شامل تغييرات در دماي انتقال شيشه اي، پديده هاي ذوب و بلور شدن و شك شناسي، پليمر مي شود كه نشان دهنده حالت گرما نرمي ماده است. مواد اين گروه قبل از تجزيه نهايي، ذوب و غيرقابل استفاده مي شوند. براي مثال عدم پايداري حرارتي پلي استرين در دماهاي  110-70 را مي توان در نظر گرفت كه نشان دهنده محدوديت كاربدر ان است. در اين گستره دمايي، پليمر نرم و غير قابل استفاده مي شود؛ بدون آنكه تجزيه و تخريب گردد. تغييرات برگشت ناپذير، در تعيين خواص حرارتي پليمرهاي گرما سخت و داراي پيوند عرضي، اهميت دارد. در اين پليمرها عمل ذوب صورت نمي گيرد و تغييرات با تجزيه و تخريب در يك دماي معين كمتر باشد پليمر پايداتر است. چون شكسته شدن پيوندهاي شيميايي و تشكيل مجدد آنها نقش عمده اي در اين نوع تجزيه ايفا مي كنند، لذا نقش شرايط محيطي حاكم بر پليمر بسيار حساس و مؤثر خواهد بود. به عنوان مثال تجزيه پليمر در خلاء و يا اتمسفر بي اثر، با تجزيه ان در محيط داراي اكسيژن متفاوت خواهد بود. همچنين تجزيه پليمر در يك محيط بسته كه در آن گازهاي حاصل از تجزيه، در واكنش هاي ديگري شركت مي كنند. با تجزيه آن در يك محيط باز كه در آن گازهاي حاصل از تجزيه از محيط عمل خارج مي شوند، متفاوت است. نامنظم بودن ساختار پليمر، شاخه اي بودن آن، وجود پراكسيد و ناخالصي هاي ديگر به عدم ثبات پليمر مي افزايند. در كاربرد پليمرها هميشه پايداري آنها در مقابل اكسايش و انحلال مورد توجه بوده است، اكسيژن معمولاً يكي از مهمترين عوامل تخريب پليمرهاست. همچنين پليمرهايي كه داراي گروه هاي استري، آميدي، بورتاني و اوره اي هستند نسبت به تجزيه هيدروليتيكي حساس اند. هر دو عامل الودگي اسيدي و يا قليايي در اين عمل نقش كاتاليزور را ايفا مي كنند و حضور آنها پايداري پليمر را به طور محسوسي كاهش مي دهد. خواص مطلوبي را كه يك پليمر در دماهاي بالا داشته باشد به طور خلاصه مي توان چنين بيان كرد:

1- حفظ خواص مكانيكي و داشتن نقطه ذوب و نرمي بالا.

2- مقاومت زياد در مقابل گسيختگي حرارتي.

3- مقاومت زياد در مقاب اثرات شيميايي مثل اكسايش و هيدروليز.

نقطه نرم شدن را مي توان با افزايش نيروهاي بين مولكولي و زنجيرها افزايش داد. افزايش نيروهاي بين ملكوي نيز با به كار بردن گروه هاي جانبي قطبي كه امكان ايجاد پيوندهاي هيدروژني را افزايش مي دهند، و همچنين با ايجاد شبكه هاي واقعي در زنجيرها امكانپذير است. از ديگر روش هاي افزايش نقطه نرم شدن پليمر، ايجاد نظم بيشتر در زنجير پلي مر است كه امكان بالابردن درجه تبلور در زنجير را ميسر مي سازد. اين امر با انتخاب گروه هاي حجيم حلقوي مخصوصاً آنهايي كه در وضعيت «پارا» استخلا مي دهند امكانپذيرتر است.

ساده ترين روش افزايش پايداري حرارتي، شامل انتخاب گروهي از مواد است كه پيوندهاي قوي شيميايي دارند و در نتيجه موادي كه داراي ساختار متراكم و همبست هستند در اين گروه قرار مي گيرند. به طور كلي جهت بالا بردن پايداري حرارتي يك پليمر بايد:

الف- تنها مواد داراي قوي ترين پيوندهاي شيميايي به كار برده شوند.

ب- ساختار مواد به گونه اي باشد كه جابجايي مولكول ها به سادگي امكانپذير نباشد.

ج- بيشترين حالت رزونانسي در فرمول امكانپذير باشد.

د- همه ساختارهاي حلوقي داراي زواياي پيوندي نرمال باشند.

هـ- تكرار پيوندها تا حد ممكن عملي شود.

پلي يورتان ها از گروه پليمرهاي پيچيده اي هستند كه اين پيچيدگي نه تنها به نوع ساختاري مواد تشكيل دهنده و ميزان استفاده از آنها بستگي دارد، بلكه به دليل وجود بسياري از پليمرهاي معروف تجارتي ديگر در ساختار پليمري آنها نيز هست. به غير از يورتان كه ساختار اصلي پلي يورتان را تشكيل مي دهد گروه هاي ديگري مثل اوره، ايزوسيانورات، آلوفانات، بي اوره، يورتيديون و كربودي ايميد نيز در ساختار پلي يورتان وجود دارند. اين گروه ها در خلال توليد پلي يورتان و در ساختار پليمري حاصل مي شوند. دو گروه مهم ديگر نيز در ساختار پلي يورتان وجود دارند كه منشأ يورتاني ندارند، اين گروه ها عبارتند از گروه هاي اتري و گروه هاي استري.

در زمينه پايداري حرارتي يورتان ها مطالعات خاصي صورت گرفته است كه به عنوان مثال مي توان از پايداري حرارتي تركيبات مدل كه توسط شيهان و همكارانش مورد بررسي و مطالعه قرار گرفته اند، نام برد. بررسي هاي آنها نشان مي دهند كه مشتقات-S تري آزين تركيبات پايدري در مقابل حرارت هستند. بكاس و همكارانش آتش گير و پايداري حرارتي پليمرهاي بر پايه ايزوسيانات را د مجموعه اي از مدل هاي پلي يورتان و پلي اوره مورد بررسي و مطالعه قرار دادند. اين پليمرها از واكنش بين MDI يا پلي ايزوسيانات و مواد آليفاتيك و آروماتيك به دست آمده بودند. بايد توجه داشت كه تركيبات مقاوم در مقابل اشتعال از موادي به دست مي آيند كه يا در مقابل حرارت پايدارند و غير قابل تبخير و تجزيه هستند و يا در اثر تجزيه محصولات غير قابل اشتعال توليد مي كنند. عوامل اصلي تعيين كننده پايداري حرارتي پلي يورتان ها عبارتند از: ماهيت مواد تشكيل دهنده واكنش و شرايط و روش تهيه پليمر مربوطه.

اثر ساختار شيميايي مواد تشكيل دهنده

پايداري حرارتي الاستومرهاي پلي يورتان، به تركيب شيمياي موادي كه در فرمول بندي آنها به كار رفته است بستگي دارد. اين موضوع در هر دو مورد پايداري حرارتي فيزيكي (ذوب و يا نرم شدن پليمر) و پايداري حرارتي شيميايي (جدايي و تجزيه گروه هاي يورتان) قابل توجه و بررسي است. قسمت هاي نرم تشكيل دهنده پليمر (گروه هاي اتري و استري) نيز در پايداري حرراتي يورتان ها، سهم دارند. نقطه ذوب پلي يورتان هاي خطي در بعضي موارد بيش از  200 است. اين موضوع نه تنها با ماهيت مواد به كار رفته و نسبت مولي آنها بستگي دارد بلكه به روش سنتز نيز ارتباط پيدا مي كند. چون حضور و ميزان دمين ها ميكروكريستالي به وضعيت سنتز وابسته است. از طرفي افزايش دمين هاي باعث پايداري گرمايي بيشتر مي گردند. ارتباط حرارتي الاستومرهاي پلي استريورتان با مواد تشكيل دهنده آنها توسط ماسيولانيس مورد بررسي قرار گرفته است. بر اساس گزارش هاي وي، براي پلي يورتان هايي كه ميزان اجزاء سخت در آنها بيش از 30 درصد است، هيدروكينون دي بتاهدروكسي اتيل اتر بهترين زنجير افزاينده براي مواردي است كه پايداري ترموديناميكي مدنظر است. وي همچنين گزارش كرد كه پايداري حرارتي پلي يورتان هاي بر پايه بيش فنولA، نسبتاً كم است و نشان داد كه پايدراي حرارت الاستومرهاي تهيه شده از H12MDI در مقايسه با پليمرهاي تهيه شده ازMDI كمتر است. نوع دي ايزوسيانات مصرفي، ميزان پيوندهاي عرضي، نوع پيوند و وجود ساختارهاي حلقوي ايزوسيانورات در زنجير پليمرها، اثرات مهمي بر پايداري حرارتي پلي يورتان ها دارند. تعدادي از پارامترهاي مهم و مؤثر در پايداري حرارتي يورتان ها عبارتند از:

1- انتخاب نوع دي ايزوسيانات،

2- انتخاب مواد داراي هيدروكسيل،

الف- پلي استر

ب- پلي اتر

ج- زنجير افزاينده

3- نوع و مقدار پيوندهاي عرضي در پليمر

4- ايجاد پيوندهاي غير يورتاني مقاوم در مقابل حرارت پايدراي حرارتي مشتقات ايزوسيانات به ترتيب زير است:

اثر قسمت هاي سخت:

حضور قسمت هاي سخت، نيروي  جاذبه بين ملكولي و پيوندهاي عرضي در زنجير پليمر باعث تقويت خواص فيزيكي و مكانيكي و دوام پليمر در دماهاي بالا مي شود. اگرچه پيوندهاي عرضي مي توانند هم در قسمت هاي سخت و هم در قسمت هاي نرم پليمر وجود داشته باشند ولي جاذبه هاي بين مولكوي معمولاً بين قسمت هاي سخت پليمر موجودند.

بنابراين همانطور كه قسمت هاي نرم تشكيل دهنده پليمر مي توانند بر خواص آن در دماهاي پايين تأثير زيادي داشته باشند، تصور مي شود كه ساختار قسمت هاي سخت نيز اثر قابل توجهي بر خواص پليمر در دماهاي بالا دارد.

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “دانلود مقاله : پايداري حرارتي الاستومرهاي پلي يورتان”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *