وبلاگ

جدول ۴- ۳ اثر مقدار ماده فعال سطحی در استحکام چسبندگی جداشدگی و ویسکوزیته رزین اکریلیک. ۵۲ جدول ۴- ۴ اثر دما بر استحکام چسبندگی جداشدگی و ویسکوزیته رزین اکریلیک. ۵۴ جدول ۴- ۵ اثر نانو ذرات سیلیسی بر استحکام چسبندگی جداشدگی و ویسکوزیته رزین اکریلیک. ۵۸ فهرست شکل‌ها شکل ۱- ۱ نمایش اجزای مختلف پلیمریزاسیون در روش ناپیوسته ۹ شکل ۱- ۲ نمایش اجزای مختلف پلیمریزاسیون در روش نیمه پیوسته. ۹ شکل ۳- ۱ نمایش روش‌های ناپیوسته، نیمه پیوسته و پیوسته ۴۱ شکل ۴- ۱ اثر افزایش مقدار مونومرهای بوتیل اکریلات و اکریلیک اسید بر ویسکوزیته رزین اکریلیک. ۴۹ شکل ۴- ۲ اثر افزایش مقدار مونومرهای بوتیل اکریلات و اکریلیک اسید بر استحکام چسبندگی جداشدگی رزین اکریلیک (میانگین دو اندازه گیری برای هر نقطه). ۵۰ شکل ۴- ۳ اثر مقدار آغازگر بر ویسکوزیته رزین اکریلیک. ۵۱ شکل ۴- ۴ اثر مقدار آغازگر بر استحکام چسبندگی جداشدگی رزین اکریلیک (میانگین دو اندازه گیری برای هر نقطه). ۵۲ شکل ۴- ۵ اثر مقدار ماده فعال سطحی بر ویسکوزیته رزین اکریلیک. ۵۳ شکل ۴- ۶ اثر مقدار ماده فعال سطحی بر روی استحکام چسبندگی جداشدگی رزین اکریلیک (میانگین دو اندازه‌گیری برای هر نقطه). ۵۳ شکل ۴- ۷ اثر دما بر ویسکوزیته رزین اکریلیک. ۵۴ شکل ۴- ۸ اثر دما بر استحکام چسبندگی جداشدگی رزین اکریلیک. ۵۵ شکل ۴- ۹ سمت راست نانو ذرات سیلیکات مخلوط شده به روش التراسون (۲%) و سمت چپ نانو ذرات سیلیکات مخلوط شده بدون-التراسون (۲%). ۵۶ شکل ۴- ۱۰ تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نانو ذرات سیلیکات پودری. ۵۶ شکل ۴- ۱۱ تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نانو ذرات سیلیکات مخلوط شده به روش التراسون (۲%). ۵۷ شکل ۴- ۱۲ تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نانو ذرات سیلیکات مخلوط شده بدون-التراسون (۲%). ۵۷ شکل ۴- ۱۳ اثر نانو ذرات سیلیکات بر روی ویسکوزیته رزین اکریلیک. ۵۸ شکل ۴- ۱۴ اثر نانو ذرات سیلیکات بر روی استحکام چسبندگی جداشدگی رزین اکریلیک (میانگین دو اندازه‌گیری برای هر نقطه). ۵۹ چکیده چسب‌های حساس به فشار با پایه اکریلیکی پر هزینه تر از چسب‌های با پایه لاستیک هستند، اما طول عمر بیشتر و مقاومت در برابر دمای بالا، مواد شیمیایی، امواج فرابنفش، حلال‌ها، نور، نرم کننده‌ها و محیط زیست دارند. اصلاح چسب‌های حساس به فشار اکریلیکی، برای بهبود خواص چسبندگی مفید است. در این پژوهش پلیمریزاسیون امولسیونی مونومرهای اکریلیکی برای بهبود خواص چسب‌های حساس به فشار مورد بررسی قرار گرفته است. پلیمریزاسیون امولسیونی مونومرهای اکریلیکی از نظر اثر مقدار کوپلیمر اکریلیک اسید و بوتیل اکریلات، آغازگر، ماده فعال سطحی، دما و از نظر اثر نانو ذرات سیلیکات بر استحکام چسبندگی جداشدگی و ویسکوزیته رزین اکریلیک مورد بررسی قرار گرفت. در مقادیر بالای (۱۰ گرم) از کوپلیمر اکریلیک اسید و بوتیل اکریلات استحکام چسبندگی جداشدگی افزایش و ویسکوزیته کاهش یافت. در مقادیر بالای (۲۰ گرم) از کوپلیمر اکریلیک اسید و بوتیل اکریلات استحکام چسبندگی جداشدگی کاهش و ویسکوزیته افزایش یافت که نشان دهنده این است که بهتر است کوپلیمر اکریلیک اسید و بوتیل اکریلات در مقادیر بالاتر از این محدوده برای ساخت چسب حساس به فشار بهتر است استفاده نشود. حداکثر استحکام چسبندگی جداشدگی در مقدار آغازگر (۲۵/۱ گرم، ۰۰۵/۰ مول) به دست آمد. با افزایش مقدار آغازگر استحکام چسبندگی جداشدگی کاهش و ویسکوزیته به شدت افزایش یافت. در مقدار ماده فعال سطحی (۷۰ گرم، ۶۱/۱ مول) افزایش شدیدی در مقدار ویسکوزیته مشاهده شد و با افزایش بیشتر مقدار ماده فعال سطحی، ویسکوزیته کاهش یافت. در مقدار ماده فعال سطحی (۱۰۵ گرم، ۴۱/۲ مول) بیشترین استحکام چسبندگی جداشدگی به دست آمد. در دماهای بالای Cº ۶۰ استحکام چسبندگی جداشدگی افزایش و در حالیکه دماهای بالاتر از Cº ۶۵ استحکام چسبندگی جداشدگی کاهش یافت. بهترین دما برای داشتن استحکام چسبندگی جداشدگی بالا در چنین فرمول بندی Cº ۶۵ بود. با افزایش دما ویسکوزیته ابتدا مقدار کمی داشت سپس در دمای ºC 68 افزایش شدیدی یافت. استحکام چسبندگی جداشدگی نانو ذرات سیلیکات پودری صفر به دست آمد. استحکام چسبندگی جداشدگی و ویسکوزیته در نمونه نانو ذرات سیلیکات مخلوط شده به روش التراسونیک (۲%) افزایش یافت. ویسکوزیته نیز در نانوذرات سیلیکات پودری و نانو ذرات سیلیکات مخلوط شده بدون التراسونیک (۲%) (با بهره گرفتن از همزن معمولی) کاهش یافت. واژه‌های کلیدی: پلیمریزاسیون امولسیونی، چسب‌های حساس به فشار، امولسیون کننده، آغازگر، ماده فعال سطحی، کوپلیمریزاسیون وینیل استات و بوتیل اکریلات. فصل اول کلیات پژوهش ۱-۱ مقدمه اکثر پلیمرهای سنتزی در مجتمع‌های پتروشیمی و کارخانه‌های صنایع شیمیایی تولید می‌شوند. سپس به شرکت‌های تولیدی که فرآیندهای تبدیلی مانند فرمول بندی، مخلوط کردن، اکستروژن و قالب گیری را انجام می‌دهند ارسال می‌گردد. فرآیندهای مورد نیاز تهیه‌ی کالاهای نهایی به طور عمده فیزیکی هستند. بدین معنی که بدون انجام هیچ نوع واکنش شیمیایی محصول بدست می‌آید. بعضی از پلیمرها که رزین نامیده می‌شوند به عنوان پیش ماده توسط کارخانه‌های صنایع شیمیایی به سازنده‌ها داده می‌شوند. که در این موارد سازنده‌ها با انجام واکنش‌های شیمیایی آن‌ها را به محصول نهایی تبدیل می‌کنند. هم چنین در رزین‌ها مرحله میانی وجود دارد. که پلیمرهای کوچکتر یا پیش پلیمرها با انجام واکنش‌های شیمیایی و ایجاد پیوندهای شیمیایی جدید به خواص نهایی می‌رسند. از این رو امکان اصلاح آن‌ها بسیار بیشتر است. انواع مختلفی از رزین‌ها مانند رزین‌های پلی استری، پلی اورتان، الکیدی اپوکسی، فنل-فرمالدهید، اوره-فرمالدهید، ملامین-فرمالدهید، فوران، اکریلیک‌ها و … در زمینه‌های مختلف صنعت مانند رنگ، چسب، پوشش، نساجی، منسوجات و … استفاده می‌شوند (بارد[۱]، ۲۰۰۵). اصلاح رزین‌ها بسیار مفید است. زیرا با تغییر ماهیت شیمیایی و خواص فیزیکی آن‌ها می‌توان به خواص کاربرد معینی دست یافت. از آنجایی که انواع مختلف زیادی از مواد واکنش دهنده با رزین نهایی می‌توانند ترکیب شوند تنوع ویژگی‌های نهایی و قدرت اصلاح شدن در مورد رزین‌ها در مقایسه با سایر پلیمرها بسیار بیشتر مطرح شده است (بارد، ۲۰۰۵). استفاده از نانو سیلیکات[۲] در پلیمریزاسیون امولسیونی رزین اکریلیک نیز مفید است. اثر نانو سیلیکات التراسونیک[۳] شده و بدون-التراسون بر استحکام چسبندگی جداشدگی و ویسکوزیته[۴] رزین اکریلیک قابل بررسی است. امواج التراسون با اعمال شرایط مناسب در دستگاه[۵]‌های مختلف از طریق انتقال جرم درونی و خارجی، باعث افزایش سرعت و توانایی جذب می‌شود. آشفتگی‌های ناشی از امواج التراسون در اثر اعمال فشارهای مکانیکی باعث ریزتر شدن ذرات می‌شود (نوسکایا[۶] و همکاران، ۱۹۹۹). ۱-۱-۱ رزین‌های اکریلیک اکریلیک‌ها مقاومت بالایی در برابر اشعه فرابنفش و اکسیژن دارند اما بسیار گران هستند (ظهوری، ۱۳۸۱، ص ۱۰۰). رزین‌های اکریلیک از پلیمریزاسیون متیل، اتیل و بوتیل استرهای اکریلیک اسید و متاکریلیک اسید به تنهایی یا با همدیگر در اثر گرما و آغازگرهای مناسب حاصل می‌شوند. پلیمریزاسیون رزین‌های اکریلیک را می‌توان به روش توده‌ای برای ریخته گری یا به روش‌های امولسیونی و محلول انجام داد. رزین‌های اکریلیک بخاطر شفافیت، درخشندگی، سهولت ساخت وجرم کم به میزان زیاد در صنعت استفاده می‌شوند. این رزین‌ها خواص نوری عالی دارند. آنها حتی برای لنز دوربین و دستگاه‌ها استفاده می‌شوند. پلاستیک‌ها و رزین‌های اکریلیک به دلیل استحکام دی الکتریک اغلب برای درز گیرهای خطوط فشار قوی و بست کابل‌ها استفاده می‌شوند (بارد، ۲۰۰۵). ۱-۱-۲ رزین‌های اکریلیک امولسیونی رزین‌های اکریلیک امولسیونی به طور گسترده در صنایع نساجی، رنگ، سلولزی، چرم و همچنین در صنایع چسب به کار گرفته می‌شوند. در حقیقت رنگ‌ها و دیگر پوشش‌ها به تنهایی بیشترین کاربرد برای شیرابه[۷]‌های اکریلیک می‌باشند (حدود ۳۳%). دیگر کاربردهای اصلی رزین‌های اکریلیک به ترتیب اهمیت: پارچه‌های بافته شده و بدون بافت[۸]، چسب‌ها، پولیش‌ها و واکس‌ها، صنعت گرافیک و چاپ، درزگیرها و افزودنی‌های سیمان و بتن می‌باشد. هزاران نوع خاص از شیرابه‌های اکریلیک وجود دارند که برای کاربردهای خاص مهندسی شده‌اند. میزان مصرف آن‌ها سالانه به میزان میلیون‌ها تن می‌رسد (ون هرک[۹]، ۲۰۰۵). ۱-۱-۳ چسب‌ها به هر ماده‌ی معدنی یا آلی چه طبیعی باشد چه مصنوعی، که بتواند مواد دیگر را از طریق سطح آن‌ها به هم متصل کند چسب می‌گویند. چسب‌های کازئینی، نشاسته، شیرابه‌های لاستیکی، خون و قیر نمونه‌هایی از چسب‌های آلی هستند. دو گروه چسب‌های مصنوعی گرما نرم و گرما سخت در دو طبقه پلاستیکی و لاستیکی طبقه بندی می‌شوند: ۱-۱-۳-۱ چسب‌های گرما نرم چسب‌های گرما ذوب[۱۰] مثال مناسبی برای چسب‌های گرما نرم به نظر می‌رسند. که در این گروه از چسب‌ها پلی اتیلن، ایزوبوتیلن، پلی امیدها و پلی وینیل استات قرار گرفته‌اند. چسب پلی وینیل کلراید که برای اتصال قطعات پلی وینیل کلراید بسیار خوب عمل می‌کند نیز در گروه چسب‌های گرما نرم جای دارد. از چسب پلی وینیل استات که بهترین چسبندگی را در مواد سلولزی دارد به مقدار بسیار زیاد به عنوان چسب چوب و کاغذ استفاده می‌شود (نعمتی، ۱۳۹۱، ص ۱۲). فیلم پلی وینیل بوتیرال در شیشه جلو اتومبیل‌ها بین لایه‌های شیشه قرار می‌گیرد. نقش مهمی را از نظر ایمنی سرنشینان جلو به عهده دارد. چسبندگی فوق العاده زیادی به شیشه دارد. این فیلم هنگام شکستن شیشه جلو اتومبیل از پرتاب شدن قطعات شیشه به سوی سرنشینان جلوگیری می‌کند. ضمن آنکه چون ضریب انعکاس این پلیمر با شیشه برابر است با چشم قابل تشخیص از شیشه نیست و دیده نمی‌شود. در مقابل اشعه ماوراء بنفش نور خورشید نیز مقاومت بسیار بالایی دارد و تخریب نمی‌شود (نعمتی، ۱۳۹۱، ص ۱۲). ۱-۱-۳-۲ چسب‌های گرما سخت چسب‌های گرما سخت در دو گروه لاستیکی و پلاستیکی قرار دارند. از مشهور ترین چسب‌های پلاستیکی گرماسخت می‌توان به چسب دوپایه یا دوقلو که اغلب دارای پایه‌ی اپوکسی هستند اشاره نمود. که از قدرت چسبندگی بسیار زیاد برخوردارند و از این ترکیب به عنوان چسبی عالی برای آهن، قطعات شیشه و سرامیک استفاده نمود. از دیگر ویژگی‌های خوب این چسب عملکرد مطلوب آن در دمای بالاتر از °C80 است. همچنین حساسیت بسیار کمی در برابر رطوبت دارند (نعمتی، ۱۳۹۱ ، ص ۱۲). ۱-۱-۴ تاریخچه پلیمریزاسیون امولسیونی از نظر تاریخی ثابت شده است مایا[۱۱]ها ۱۶۰۰ سال قبل از میلاد توانایی تولید چیزهای مفیدی مثل توپ لاستیکی، چسب، لباس‌های ضد آب، دارو و … را از شیره‌ی درخت خاصی داشته‌اند. آن‌ها این شیره را کائوچو[۱۲] نامیدند. اهمیت علمی وسیع کائوچو با گزارش چارلز دلا کندامین و فرسنو (۱۷۳۶) در مورد سفرشان به تمام نقاط آمریکای جنوبی و تجارب آنها درباره زرین سفید شیری و محصولات متعلق به آن آغاز شد. شکی نیست توسعه علم پلیمر مدیون بررسی لاستیک طبیعی است. مایکل فارادی (۱۸۲۶) ترکیب واقعی لاستیک طبیعی را مشابه با هیدروکربن تعیین کرد. سپس جداسازی لاستیک و پاکسازی آن را با دقت و به طور اصولی با همان روش‌های به کار رفته امروزی شرح داد. بعد از کشف پخت[۱۳] (ولکانش) به وسیله چالز گودیر (۱۸۳۹)، لاستیک طبیعی به ماده اولیه‌ای با اهمیت رو به افزایش تبدیل شد. سی سال بعد از فارادی، ویلیامز محصولات تجزیه کائوچو در اثر تقطیر تخریبی را جدا کرد. سپس آن‌ها را سبک ترین ایزوپرن نامید. وی به این نتیجه رسید که هیدروکربن کائوچو شامل پلیمرهایی از ایزوپرن است. توسعه روش‌های پلیمریزاسیون در فاز ناهمگن در واقع به طور دقیق مصادف با تاریخچه لاستیک سنتزی[۱۴] است. پیدایش پلیمریزاسیون امولسیونی را می‌توان به سال ۱۹۰۹ نسبت داد. در این زمان سعی شد تا شرایط ملایمی که طبیعت طی ساخت شیرابه از آن بهره می‌گیرد، تکرار شود. با این هدف که خواص لاستیک‌های سنتزی تهیه شده به روش پلیمریزاسیون توده‌ای آغاز شده با سدیم فلزی را بهبود بخشند. پیش از آن، گروهی به سرپرستی هافمن در آلمان در توسعه پلیمریزاسیون ایزوپرن در حالت توده یا در محلول بنزن توفیقاتی به دست آورده بودند (مهدویان و همکاران، ۱۳۸۷ ، ص ۲۳). ایده استفاده از یک امولسیون آبی مونومر برای انجام دادن پلیمریزاسیون به زمان انجام اولین ثبت اختراع یعنی سال ۱۹۱۲ بر می‌گردد. این ثبت، پیدایش آنچه را که ما امروزه آن را پلیمریزاسیون در فاز ناهمگن می‌نامیم نشان می‌دهد. در نیمه دوم دهه ۱۹۲۰، کار بر روی پلیمریزاسیون در فاز ناهمگن دی ان‌ها زمانی پیشرفت قابل ملاحظه‌ای یافت که مولکول‌های فعال سطحی (آمونیوم، سدیم و پتاسیم و اولئات‌ها و نیز الکیل اریل سولفونات‌ها) برای اولین بار استفاده شدند. به علاوه، در این یافته‌ها به استفاده همزمان از مواد فعال سطحی و آغازگرها (پراکسیدهای محلول در آب و نیز محلول در مونومر) اشاره شد. بنابراین می‌توان این مرحله را نقطه آغاز پلیمریزاسیون امولسیونی کاتالیز شده در نظر گرفت. مزیت ویژه روش پلیمریزاسیون امولسیونی بسیار زود شناخته شد. دستیابی همزمان به سرعت پلیمریزاسیون بالا و وزن مولکولی بالا در این فرایند پلیمریزاسیون رادیکالی امکان پذیر است (مهدویان و همکاران، ۱۳۸۷ ، ص ۲۴). ۱-۱-۵ توصیف پلیمریزاسیون امولسیونی متعارف