آشنایی با روش ساخت لاستیک مشاهده در قالب پی دی اف چاپ فرستادن به ایمیل

تاريخچه لاستيک   
Rubber History


لاستيک به ماده مهم اقتصادي و راهبردي تبديل شده است. در ايالات متحده ، مصرف سرانه لاستيک تقريبا 16.8 و در هندوستان تنها 0.22 است. صنايع حمل و نقل ، شيميايي ، برق و الکترونيک و همچنين فضايي همگن از مصرف کنندگان اصلي لاستيک هستند. وقتي توليد لاستيک طبيعي (کائوچو) بدليل تهاجم ژاپن به مناطق توليد لاستيک سنتزي کرد که به سرعت هم توسعه يافت. بطوري که در حال حاضر 88 درصد لاستيک مصرفي در ايالات متحده منشا سنتزي دارد. صنعت لاستيک موارد زير را شامل مي‌شود. توليد مواد اوليه لاستيک‌هاي سنتزي ، انواع گوناگون لاستيک ، واردات لاستيک طبيعي ، توليد افزودنيهاي لاستيک و نهايتا ساخت فراورده‌هاي لاستيکي.
در ابتداي جنگ جهاني دوم وقتي توليد لاستيک طبيعي (کائوچو) بدليل تهاجم ژاپن به مناطق توليد لاستيک متوقف شد. ايالات متحده اقدام به ساخت واحدهاي توليد لاستيک سنتزي کرد که به سرعت هم توسعه يافت. به طوري که در حال حاضر 88 درصد لاستيک مصرفي در ايالات متحده منشا سنتزي دارد. بنابراين عموما لاستيکها را به دو نوع لاستيک طبيعي و لاستيک سنتزي طبقه بندي مي‌کردند. امروزه لاستيکها را به روشهاي مختلف دسته بندي مي‌کنند.
تاريخچه:
کريستف کلمب دريافت که بوميان آمريکا با توپهاي لاستيکي بازي مي کنند. اشياي لاستيکي نيز از چاه مقدس مايا در يوکاتان بدست آمده بود. لاستيک ، تا جايي که مي‌دانيم محصول سرزمين آمريکا است ولي تنها از طريق انتقال آن به خاور دور و کشت در آنجا به اين حد توسعه يافته است. نام Rubber به معني پاک کن را پريستلي کاشف اکسيژن عنوان کرد. وي اولين کسي بود که قابليت لاستيک در پاک کردن اثر مواد را مشاهده کرد. مواد لاستيکي تنها نتيجه تلاش در جهت تفليحي و حفظ موادي چون افتيون ، بوتا‌دي‌ان و ايزوپرن بودند که از تقطير تخريبي لاستيک طبيعي بدست مي‌آمدند، بدين ترتيب راه توليد لاستيک سنتزي گشوده شد.
با آغاز جنگ جهاني اول ، انواع نامرغوب لاستيک از دي متيل بوتا‌دي‌ان در آلمان و روسيه توليد شد. گو دير با کشف پخت لاستيک توسط گوگرد در سال 1839 به شهرت رسيد. اين کشف مشکل چسبانکي طبيعي لاستيک را حل کرد و آن را به صورت تجاري در آورد. بيشترين تغييرات به لحاظ تاريخي نتيجه محدوديت واردات لاستيک طبيعي به آمريکا بر اثر تهاجم نيروهاي ژاپني در سال 1941 بوده است. اين حرکت سبب پژوهش و ساخت انواع لاستيک‌هاي سنتزي طي سالهاي بعد شد.
انواع لاستيکها
لاستيکهاي طبيعي (natural rubber)
لاستيکهاي  مصنوعي (synthetic rubber)
( لاستيک طبيعي )
گياهان بيشماري از جمله قاصدک ، گوايل ، گل روبينه و توت آمريکايي به عنوان منبع لاستيک پيشنهاد شده بودند. ولي هيچ يک توفيق درخت شيرابه ساز هوآ برزيلينسيس و همچنين صمغ درخت ساپوريلا و درخت بالاتا را نداشته است. لاستيک طبيعي عمدتا در کشتزارهاي مالزي ، اندونزي ، ليبريا و همساگيانثي توليد شد، احتمالا به اين علت که آنها مشکل بيماري‌هاي قارچي و حشرات را که کشتزاهاي بومي در آمريکا را تهديد مي‌کرد نداشتند. حدود 7 سال زمان لازم است تا اين درختان به سن باروري برسند و پس از آن به مدت چند سال بار مي‌دهند. بهره باردهي در طول جنگ دوم افزايش يافت و در حال حاضر از کشف انواع اصلاح شده درخت ، بهره‌اي بيش از 3000 کيلوگرم در هکتار (در سال) بدست مي‌آيد.
ساختار لاستيک طبيعي
لاستيک طبيعي يا کائوچو ، سيس- 1 ، 4- پلي ايزوپرن است و مولکولهاي آن بر اثر کشش ، بلوري مي‌شوند، بدين ترتيب شکل مطلوبي از تقويت حاصل مي‌شود. به عنوان پيش نياز ساختاري ، مولکولهاي لاستيکهاي طبيعي و سنتزي بايد طويل باشند. خاصيت مشخصه کشيدگي برگشت‌پذير به دليل ترتيب اتفاقي و کلافي زنجيرهاي بلند بسپاري است. بر اثر کشش ، زنجيرها بهم مي‌خورند ولي مثل يک فلز ، پس از رها کردن تنش به شکل کلافي خود بر مي گردند. لاستيک طبيعي 6 تا 8 درصد مواد غير پلاستيکي دارد و در برابر گرما اندوزي مقاومت زيادي نشان مي‌دهد.
روش تهيه لاستيک طبيعي
براي بدست آوردن شيرابه ، پوست درخت را طوري برمي‌دارند که مايع در فنجانهاي کوچکي جمع شود، فنجانها بايد مرتبا جمع‌آوري شوند تا از گنديدگي يا آلودگي شيرابه جلوگيري شود. پس از آن شيرابه به محل جمع آوري برده مي‌شود و در آنجا پس از صاف شدن با افزودن آمونياک محافظت مي‌شود. لاستيک از طريق فرآيندي موسوم به انعقاد جدا مي‌شود. اين کار با افزودن اسيدها يا نمکهاي مختلف انجام مي گيرد. در طي اين عمل ، لاستيک به شکل يک توده سفيد خميري از مايع جدا مي شود، و سپس از آن با استفاده از غلتک ورقه‌اي و در نهايت خشک مي گردد.
روش جديدتر اين است که با استفاده تيغه‌هاي دوار يا اعمال برش بين دو غلتکي که با سرعت متفاوت مي چرخند ، شيرابه منعقد شده را به دانه تبديل مي‌کنند. دانه‌ها سپس به مدت چند ساعت در خشک کن‌هاي مکانيکي خشک مي‌شوند، اين عمل در روش قديمي که از هوا يا دود چوب براي خشک کردن استفاده مي شد چندين روز به طول مي‌انجاميد. به هر صورت ورقه يا دانه خشک شده متراکم و از آن مدلهايي به وزن 33 کيلوگرم مي سازند.
مقداري از لاستيک طبيعي بصورت شيرابه به بازار عرضه مي‌شود. پيش از آنکه لاستيک را بتوان با انواع افزودنيهاي لازم آميزه کاري مثل دوده (به عنوان پرکن) گوگرد يا ترکيبات گوگردي ، تسريع کننده و ولکانش ، ضد اکسنده محافظ و روغن بر روي همان غلتکها يا مخلوط‌کن ممکن است به ارتفاع يک ساختمان دو طبقه باشد و در عين حال تنها مقدار کمي لاستيک را در يک زمان مي‌توانند عمل آورند. يک نمونه مخلوط‌کن ممکن است به ارتفاع يک ساختمان دو طبقه باشد و در عين حال تنها بسته‌هاي 250 کيلوگرمي را جوابگو باشد. پس از اختلاط ، لاستيک با روزن راني يا قالب گيري به شکل محصول دلخواه در مي آيد و بعد پخت مي شود. و ولکانشي به يک پليمر سخت شبکه‌اي مي‌انجامد که با گرمادهي مجدد نرم و با ذوب نمي‌شود.
( لاستيک مصنوعي )
دو لاستيک صناعي که براي نخستين بار با موفقيت تجاري همراه بودند، يعني نئوپرن و تيوکول، هر دو برحسب تصادف توليد شدند. کشف نئوپرن شبه بخت يارانه و کشف تيوکول بخت يارانه بود.
شيميدانان با حرارت دادن لاستيک در شرايط تنظيم شده و شناسايي قطعاتي که از تجزيه آن به دست مي آمد، مطالبي در باره ساختار مولکولي لاستيک آموختند. يکي از اين قطعات ايزوپرن بود، که ترکيبي پنج کربني با دو پيوند مضاعف است. در سال 1920 هرمان استاودينگر مقاله معروفي نوشت که در آن براي ساختار فراورده هاي طبيعي مهمي نظير لاستيک، سلولوز، و پروتئين ها، و نيز برخي مواد صناعي که ويژگي هاي مشابهي داشتند، توجيهي ارائه شده بود. به نظر وي اين مواد، که ظاهراً با ترکيبات آلي ساده تر تفاوت مرموزي داشتند، پليمر بودند ( اين کلمه از دو واژه يوناني پلي به معناي چندين و مروس به معناي پاره يا قطعه مشتق شده است). پليمرها از مولکول هاي عظيمي تشکيل شده اند که در آنها واحدهاي تکرارشونده با همان انواعي از پيوندهاي شيمياي که در ترکيبات ساده تر ديده مي شوند به هم متصل شده اند. به عنوان نمونه فرمول مولکول لاستيک چنين پيشنهاد شد:
فرض شد که تعداد زيادي واحد ايزوپرن " منومر" ( لغتاً به معناي " يک پاره" ) در درخت کائوچو طي واکنش هاي زيست شناختي به يکديگر متصل مي شوند و مولکول هاي پليمري بزرگ لاستيک به دست مي آيد.
پس از آنکه اين فرمول براي لاستيک طبيعي پيشنهاد شد، تلاشهاي زيادي براي تهيه نوعي لاستيک صناعي که ساختار مولکول و خاصيت ارتجاعي لاستيک به دست آمده از درخت را داشته باشد انجام شد. ايزوپرن در معرض کاتاليزورهاي مختلفي قرار گرفت تا معلوم شود آيا به شکل چيزي مثل لاستيک پليمريزه مي شود يا نه. اين تلاش ها به اندازه اي موفقيت آميز بودند که مشخص شد نظريه استاد و دينگر صحيح است، اما جنبه هاي جزئيتر ساختار مولکولي ناشناخته بودند، تا سرانجام کارل زيگلر در 1953 کاتاليزورهاي تنظيم کننده آرايش فضايي را کشف کرد ( در فصل 26 در باره اين اکتشاف بخت يارانه توضيح داده شده است). معلوم شد که در لاستيک طبيعي آرايش واحدهاي منومر ايزوپرن " تمام - سيس" است؛ اين آرايش را مي شد با کاتاليزورهاي جديد در لاستيک صناعي تقليد کرد، در حالي که کاتاليزورهاي قبلي باعث ايجاد آرايش اتفاقي واحدهاي سيس و ترانس مي شدند. تنها از اين موقع بود که توليد لاستيک صناعي مقدور گرديد، به نحوي که تقريباً نمي شد فرقي بين آن و همتاي طبيعي اش گذاشت. امروز مهمترين عامل تعيين کننده استفاده از لاستيک طبيعي يا صناعي در ساخت تاير و توليدات ديگر قيمت نفت است، که ماده اوليه لاستيک صناعي است.
دکتر و. س. کلکات، که در آزمايشگاه جکسون شرکت دوپون پژوهش مي کرد، متوجه تحقيقاتي که پدر نيولند در دانشگاه نوتردام انجام داده بود شد. نيولند کشيشي کاتوليک، رئيس نوتردام و شيميدان بود. او با انتشار نتايج تحقيقاتش نشان داد که استيلن، هيدروکربني که فرمولH2 C2 را دارد، تحت شرايطي يک يا دوبار به خود اضافه مي شود، و وينيل استيلن و دي وينيل استيلن، که مولکول هايي با فرمولC6H6,C4H4 هستند، ايجاد مي کند. به عقيده کلکات ممکن بود اين ديمرها و تريمرها آن قدر به واحد سازنده لاستيک طبيعي، يا ايزوپرن، شباهت داشته باشند که بتوان از آنها براي تهيه لاستيک صناعي استفاده کرد. عده اي از شيميدانان زير دست خود را در دوپون به اين کار مشغول ساخت، اما موفقيتي نصيب شان نشد، بنابر اين نزد والاس کارودرز رفت، که در ايستگاه آزمايشي دوپون که محل انجام مهمترين پژوهش ها در زمينه پليمرها بود مقام سرگروهي داشت.
کارودرز به مسئله علاقه مند شد. از شيميداني به نام آرنولد کالينز که زير نظرش کار مي کرد خواست تا نمونه اي از مخلوط خامي را که به روش نيولند از استيلن به دست مي آمد تخليص کند. وقتي کالينز اين کار را انجام داد توانست مقدار ناچيزي مايع جدا کند که به نظر مي رسيد نه وينيل استيلن باشد نه دي وينيل استيلن، و نيولند نيز آن را شرح نداده بود. اما آن را دور نريخت، بلکه در مدت تعطيلات آخر هفته بر ميز کارش در کناري گذاشت. وقتي دوشنبه برگشت متوجه شد که مايع سفت شده است، و وقتي آنرا بررسي کرد، دريافت که حالتي لاستيکي پيدا کرده است، تا حدي که وقتي آن را روي ميزش مي انداخت، برمي گشت.
شايد بگوييد اين هيچ تصادف نبود، بلکه همان چيزي بود که کلکات انتظارش را مي کشيد يا حتي پيش بيني مي کرد. اما وقتي اين جامد لاستيکي مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت، معلوم شد شکل پليمري هيدروکربن استيلن نيست، بلکه در آن کلر وجود دارد، که کاملاً غير مترقبه بود. ظاهراً اين کلر ناشي از اسيد کلريدريک (HCI) بود که در روش نيولند براي به دست آوردن ديمر و تريمر استيلن استفاده مي شد، و به وينيل استيلن اضافه شده بود. محصولي که از اين اضافه شدن به دست آمد به دليل شباهتش به ايزوپرن، کلروپرن نام گرفت. تنها تفاوتي که وجود داشت اين بود که در مولکول منومر آن، اتم کلر به جاي يک گروه متيل ( واحدي مولکولي متشکل از يک اتم کربن متصل به سه اتم هيدروژن، يعني CH3) قرار گرفته بود. اين پليمر يزاسيون خود به خودي کلروپرن در طي تعطيلات آخر هفته بر ميزکالينز ايجاد جامد لاستيک مانندي کرده بود که شرکت دوپون نئوپرن ناميد.
معلوم شد که اين لاستيک صناعي جديد بر خلاف لاستيک طبيعي مقاومت زيادي در برابر نفت، بنزين واوزون دارد. همين ويژگي ها باعث شد دوپون آن را با وجود گرانتر بودنش در مقايسه با لاستيک طبيعي، در سال 1930 توليد و به بازار عرض کند. نئوپرن هنوز هم مفيد و ارزشمند است؛ دوامش در کار بردهاي سنگيني همچون شلنگهاي صنعتي، پوشش کف کفش، درزگيري دور شيشه ، تسمه هاي انتقال نيروهاي مکانيکي سنگين و پوشش کابل هاي برق، اثبات شده است. از کاربردهاي تازه و جالب آن، استفاده از نئوپرن به عنوان ماده چسباننده کمربندهاي چرمي دو لايه است: با اين ماده مي توان دو نوار چرمي سياه و قهوه اي را بدون دوزندگي بطور دايمي به هم چسباند و کمربندهاي دو رنگ قابل تعويض توليد کرد.
در سال 1924 ج . س . پاتريک تصميم گرفت از مقادير زياد اتيلن و گاز کلر که محصول جانبي فرايندهاي صنعتي بود، ماده مفيدي تهيه کند. از قبل مي دانستندکه از ترکيب اين دو ماده دي کلريد اتيلن به دست مي آيد؛ پاتريک مشغول آزمايش بر روي واکنش مواد مختلف با دي کلريد اتيلن بود، به اين اميد که اتيلن گليکول، که محصول قابل فروشي بود، توليد شود. يکي از موادي که امتحان کرد پلي سولفيد سديم بود. واکنش اين ماده با دي کلريد اتيلن موجب توليد مايع گليکولي که به دنبال آن بود نشد، بلکه ماده اي نيمه جامد و لاستيکي به دست آمد. پاتريک بي درنگ به اهميت بالقوه اين جسم لاستيکي پيش بيني نشده پي برد، و طرح پژوهشي گسترده اي را آغاز کرد که پس از مدت کوتاهي به در خواست ثبت امتياز و تاسيس شرکتي براي توليد اين لاستيک صناعي جديد منجر شد.
شرکت شيميايي تيوکول، که پاتريک رئيس آن بود، تيوکول A را در سال 1929 به بازار فرستاد. ساختار مولکولي آن با لاستيک طبيعي کاملاً تفاوت داشت، ولي در عين حال ارتجاعي بود. نسبت به لاستيک طبيعي يک برتري داشت و آن اينکه مثل نئوپرن در برابر مواد نفتي مقاوم بود. اما چندي نگذشت که عيب بزرگ آن معلوم شد: بوي گندي داشت!
شرکت تيوکول و ديگران لاستيک هاي پلي سولفيد متعددي توليد کردند. در به کار گرفتن آنها از مقاومتشان در مقابل فراورده هاي نفتي و ويژگي هاي عايقکاري خوبشان نظير درزگرفتن دور شيشه هاي اتومبيل و پوشاندن مخازن سوختي که در بالهاي هواپيماها وجود دارند استفاده مي شد. چون لاستيک هاي تيوکول را مي شد در دماي پايين تثبيت کرد، مدتي از آنها به عنوان چسباننده و جزئي از سوخت هاي جامد موشک براي پرتاب ماهواره ها و سفينه هاي فضايي به مدار استفاده مي شد.در سال 1982 شرکت نمک مورتون، شرکت تيوکول را خريد و تشکيل شرکت مورتون تيوکول را داد؛ هر دو شرکت قبل از ادغام در يکديگر مواد شيميايي تخصصي توليد کرده بودند و پس از ادغام نيز به کار خود ادامه دادند. شرکت مورتون تيوکول که از پيمانکاران عمده در ساخت شاتل فضايي نا فرجام چلنجر بود، دچار بدنامي زيادي شد. اما حلقه O شکلي که انفجار سفينه فضايي مزبور را به آن نسبت مي دادند از لاستيک هاي صناعي پلي سولفيد تيوکول نبود، بلکه آن را از ويتون، نوعي پليمر ارتجاعي که از لحاظ شيميايي بيشتر به تفلون شباهت دارد، تهيه کرده بودند.
نگاه اجمالي
لاستيک‌هاي سنتزي به دو گروه ولکانش پذير و ولکانش ناپذير دسته بندي شده‌اند. اين کار از طريق ترکيب شيميايي زنجير بسپار هم انجام مي‌گيرد. پرمصرف‌ترين لاستيک سنتزي SBR است. از ديگر کشپارهاي معمولي مي‌توان پلي ‌بوتا‌ديان ، پلي اتيلن - پروپيلن ، لاستيک پوتيل ، نئوپرن ، لاستيکهاي نيتريل و پلي ايزوپرن را نام برد.
توليد مواد اوليه لاستيک‌هاي سنتزي
مواد اوليه‌اي ياتکپارهايي که بطور عمده در توليد لاستيکها مورد استفاده قرار مي‌گيرند عبارتند از :
·         بوتا‌ديان :
بخش عمده بوتا دي ان به عنوان محصول جانبي از کراکينگ نفت (با بخار) در توليد اتيلن بدست مي‌آيد. هيدروژن زدايي از بوتان يا بوتن روش ديگري است که در صورت کمي توليد بصورت عمليات يک مرحله‌اي يا دو مرحله‌اي انجام مي‌گيرد. توليد سالانه بوتا دي ان حدود 1.8 ميليون تن است.
·         استيرن :
عمدتا در توليد پلاستيکهاي پلي استيرن به کار مي‌رود. روش عمده توليد استيرن از طريق واسطه اتيل بنزن است. ابتدا بنزن با اتيلن آلکيل‌دار مي‌شود. سپس بر روي کاتاليزگر کلريد آلومينيم ، اسيد فسفريک جامد يا سيليس - آلومين به استيرن هيدروژن زدايي مي‌شود.
·         اکريلونيتريل :
عمدتا از روش سوهيو ساخته مي‌شود. در اين فرآيند ، پروپيلن در يک واکنشگاه کاتاليزي سيال بستر با هوا و آمونياک عمل مي‌شود. سيال خروجي در يک واحد خوب دوسويه تصفيه و آکريلونيتريل از طريق تقطير جز به جز جدا مي‌شود.
·         کلروپرن :
تکپاري است که از آن لاستيک نئوپرن ساخته مي شود. اين ماده از استيلن و هيدروژن کلريد بدست مي‌آيد. ابتدا استيلن به مونو وينيل استيلن ، ديمر مي‌شود (ديمريزاسيون). سپس در واکنش با کلريد هيدروژن به کلروپرن تبديل مي گردد.
·        ايزو بوتيلن
تکپار مصرفي در ساخت لاستيک بوتيل است و از تقطير مشتقات گازي نفت بدست مي‌آيد.
·         ايزوپرن
ايزوپرن را مي‌توان از هيدروژن زدايي ايزوپنتال توليد کرد. ايزوپرن از پروپيلن هم ساخته مي‌شود. همچنين از ايزوبوتيلن و متانول مي‌توان ساخت و محصولي که به اين روش بدست مي‌آيد خلوص بالايي دارد.
·         __اتيلن و پروپيلن از برشهاي سبک نفتي به راحتي بدست مي‌آيد و اين دو ترکيب را مي‌توان از کراکينگ پروپان با برشهاي سنگينتر (توسط بخار) تهيه کرد.

روش توليد لاستيک سنتزي
·         روش امولسيون سرد
بسپاري در يک امولسيون در دماي 5 درجه سانتيگراد و به مدت 8 تا 12 ساعت انجام مي‌گيرد. اين عمل اغلب در يک مجموعه واکنشگاه انجام مي‌گيرد. واکنش در 60 تا 75 درصد تبديل خاتمه مي‌يابد. امولسيون به صورت شيرابه در مخازن ذخيره انبار و براي رسيدن به نوع لاستيک مورد نظر با دستور کار مناسبي مخلوط مي‌شود. مخلوط ابتدا منعقد ، سپس کاملا شستشو و پيش از عمليات خشکاندن آبگيري مي‌شود. به عمده لاستيکهاي SBR پيش از وولکانش روغن زده مي‌شود. نرم شدن لاستيک با روغن با اضافه کردن دوده جبران مي‌شود.
·         روش محلول
در اين نوع بسپارش ، کنترل بيشتري بر ساختار فضايي بسپار حاصل و طبعا خواص فيزيکي آن وجود دارد. توزيع واحدهاي استيرن در طلوع زنجير اتفاقي است. اين بسپارش نسبت به بسپارش امولسيوني ، مقاومت سايشي و خستگي بهتر ، جهندگي بالاتر و گرما اندوزي کمتر دارد.
·         .در شرايط ويژه بسپارش ، همبسپارهاي دسته‌اي استيرن و بوتا‌دي‌ان را مي‌توان توليد کرد. اين بسپارها گرما نرم‌اند و براي اينکه مفيد باشند به وولکانشي نيازي ندارند.
نکات قابل توجه در توليد لاستيک سنتزي
·         بازيابي تکپار
کيفيت لاستيک و سرعت واکنش هر دو با پيشرفت بسپارتي کاهش مي يابند، به همين علت رسم بر اين است که واکنش پيش از تبديل کامل متوقف شود. بازيابي تکپار واکنش نکرده و تخليص ، مرحله ضروري در واحد صنعتي توليد لاستيک سنتزي است. روشهاي بازيابي از طريق عريانسازي با بخار شيرابه‌ها يا تقطير از سيستم حلال بکار گرفته مي‌شود

 

نظرسنجی

عملکرد پرسنل خزر تایر را چگونه می بینید؟
 

اوقات شرعی

هواشناسی

آمار سایت

Power by PCA