دانلود مقاله مهندسی شیمی (طراحی فرآیندهای صنایع نفت)

کائوچوی اتیلن پروپیلن نخستین بار به سال 1962 در ایالات متحده و در مقادیر کم و محدود تجاری عرضه گشت .

حدود سالهای 1954 و 1960 مقادیر کم آن درآزمایشگاههای ایتالیا و اپالات متحده ساخته شده بود.

اگر چه تولید تجاری آن در سال 1963 آغاز شد، اما کائوچوی اتیلن پروپیلن اکنون دارای بالاترین ضریب و میزان رشد می باشد.

کائوچوی اتیلن پروپیلن راعموماً EPDM می نامند.

این نامگذاری که از طرف انجمن آمریکایی آزمون مواد (ASTM)، انستیوی بین المللی تولید کنندگان کائوچوی مصنوعی و سازمان استانداردهای بین المللی به عنوان یک قرارداد پذیرفته شده است، به محصولی پرمصرف تر و قابل ولکانش با گوگرد که در مولکولهای آن درصد کمی از یک منومر دی ان علاوه بر اتیلن و پروپیلن وجود داشته باشد، اطلاق می گردد.

مفهوم این حروف که در کنار هم قرار گرفته اند، EPDM، بدین ترتیب است، E برای اتیلن، P برای پروپلین، D برای دی ان و M برای متیلن، واحد تکراری ( ) که در حقیقت ستون اصلی تشکیل دهنده زنجیره پلیمری می باشد.

کوپلیمر کم مصرف تر اتیلن و پروپیلن خوانده می شود.

گاهی اوقات این کوپلیمر به نام EPR خوانده می شود حتی این نامگذاری برای مشخص کردن تمامی گروههای الاستومرهای اتیلن ‌ پروپیلن که شامل تمامی ترپلیمرها و کوپلیمرها است، نیز بکار برده می شود.

در دمای محیط، پلی اتیلن یک پلاستومرکریستالی است اما در اثر حرارت از یک فاز الاستومری عبور می کند.

با در نظر گرفتن (دخالت دادن) ویژگی کریستالیزاسیون پلی اتیلن در یک زنجیر پلیمری که ماهیتاً مانع کریستاله شدن است، دو ویژگی درجه حرارت ذوب و قابلیت الاستومری پلیمر در دمای کمتر از درجه حرارت محیط به شدت کاهش می یابد
در دمای محیط، پلی اتیلن یک پلاستومرکریستالی است اما در اثر حرارت از یک فاز الاستومری عبور می کند.

با در نظر گرفتن (دخالت دادن) ویژگی کریستالیزاسیون پلی اتیلن در یک زنجیر پلیمری که ماهیتاً مانع کریستاله شدن است، دو ویژگی درجه حرارت ذوب و قابلیت الاستومری پلیمر در دمای کمتر از درجه حرارت محیط به شدت کاهش می یابد.

چنین مواد آمورف ( بی شکل) و قابل پختی (Corable) می توانند به عنوان الاستومر شناخته شده که از طریق کوپلیمریزه کردن اتیلن و پروپیلن با کاتالیزور و نوع زیگلر ـ ناتا بدست می آیند.

ماده ای حاصل از این پلیمریزاسیون EPDM نامیده می شود که آمورف و لاستیکی (Robbery) هستند.

اما از آنجائیکه شامل پیوندهای غیر اشباع نیستند فقط می توانند با پراکسید ها اتصال عرضی ایجاد کنند.

اگر در خلال کوپلیمریزاسیون اتیلن و پروپیلن یک مونومرموی ، یک دی ان اضافه شود، الاستومر حاصل دارای پیوند غیر اشباع خواهد بود که می تواند با گوگرد ولکانیزه یا پخت شود.

این گروه از الاستومرها EPDM نامیده می‌شوند مهمترین گونه های EDM تجاری، شامل حدود 40 تا 80 درصد وزنی یا 45 تا 85 درصد مولی اتیلن میباشد.

ولی مهمترین انواع آنها دارای حدود 50 تا 70 درصد مولی اتیلن هستند.

CH2 CH2 CH2 CH CH 3 مطالعات و منابع موجود ترکیبات زیادی را به عنوان ترمونومرها معرفی کرده اند، اما تاکنون در الاستورمرهای تجاری فقط 3 نوع دی ان به کار رفته است.

این دی ان ها با هم مزدوج نشده اند زیرا پیوند دوگانه در گروههای جانبی پلیمر قرار دارند.

در تولید الاستومر EPM و EPDM همانند سایر الاستومرهای دی ان پارامترهای بسیاری نقش دارند.

این پارامترها تعیین کننده ویژگیهای تعداد زیادی از گونههای تجاری قابل دسترسی می باشند.

این پارامترهای مهم عبارتند از : ـ نسبت غلظت اتیلن و پروپیلن ( شکل دهنده ای گونه های آمورف و قطعه یی ـ Segmented) ـ کوپلیمریزاسیون یا ترپلیمریزاسیون ( تشکیل EPDM یا EPM) ـ نوع و مقدار ترمونومرها ( تعیین کننده ای خواص ولکانیزاسیون و خواص دینامیکی ) ـ پلیمریزاسیون محلولی یا سوسپانسیون ( موثر روی بالاترین وزن مولاری بدست آمده ) ـ وزن مولکولی (ایجاد اختلاف در ویسکوزیته و فرایند پذیری) ـ گسترش با روغن ( تاثیر روی فرایند پذیری و قیمت) سپاسگزاری با سپاس از استاد راهنمای گرامی که در تمامی مراحل انجام این پروژه اینجانبان را صمیمانه یاری نمودند چکیده نگاهی کلی در مورد EPDM نام تجاری، ایکار، اپسین ، نوردل، رویالین وستالون Epcar, Epsyn, Nordel, Royalene and vistalon مزایا مقاومت عالی در برابر حرارات، ازن و نور خورشید، انعطاف پذیری خیلی خوب در دماهای پایین، مقاومت خوب در برابر بازها، اسیدها و حلالهای اکسیژن داده شده مقاومت فوق العاده در برابر آب و بخار، پایداری عالی رنگ.

محدودیتها مقاومت در برابر روغن، بنزین و حلالهای هیدروکربوری دگرچسبی آن به فایربک ها و فلزات ضعیف ملاحظات EPDM بخاطر ترکیبی از خواص فیزیکی یگانه ای که دارد می تواند در محدوده وسیع غیر معمولی از محصولات به مصرف رسد بجز مواردی که نیاز به مقاومت روغن و حلالهای ئیدروکربوری وجود دارد.

کمتر کاربردی را می‌توان یافت که EPDM در آن بصورت کامل نامناسب باشد.

بخاطر مقاومت عالی این کائوچو در برابر ازن و نور خورشید و شرایط سخت جوی ، EPDM مشابه کائوچوی بیوتیل بوده، لیکن قدری مناسب کمتری برای آلودگی داراست.

فهرست مطالب عنوان صفحه فصل –1 ساختمان EPDM 1-1- تاریخچه 2 1-2 ساختمان پلیمر EPDM 3 1-2ـ1ـ ترمونومر 6 1-2ـ2ـتوزیع مونومرها 6 1-3 اثرخواص فیزیکی و شیمیایی بر EPDM 7 1-3-1ویسکوزیته و فرایند پذیری 7 1ـ3-2ـپایدارکننده ها 8 1ـ3ـ3 چسبناکی غیر اشباعیت 8 1ـ3-4 درجه غیر اشباعیت 9 1ـ 4 خواص عمومی پلیمر EPDM 9 1ـ5 غیر اشباعیت 11 1ـ 6 طبقه بندی انواع کائوچو 12 1ـ6-1ـ وزن مولکولی 13 1ـ6-2ـ مقدار پروپیلن 13 1ـ6-3ـمیزان غیر اشباعیت 14 فصل –2 ولکانش 2ـ ولکانش 16 2ـ1ـ ولکانش EPM 16 2ـ1ـ1ـپراکسیدهای آلی 16 2ـ1ـ2ـ انرژی تشعشعی زیاد 22 2ـ2ـ ولکانش EPDM 22 2ـ2ـ1ـپراکسیدهای آلی 22 2ـ2ـ2ـگوگرد و شتاب دهنده 23 2ـ2ـ3ـسیستم های رزین ـ کوئینوئید و مالتیمید 25 2ـ2ـ4ـانرژی تشعشعی زیاد 25 2ـ2ـ5ـولکانش در دمای معمولی 29 فصل –3 آمیزه کاری 3ـ آمیزه کاری 31 3ـ1ـدوده 31 3ـ2ـپرکننده‌های معدنی 31 3ـ2ـ1ـخاک رسی 32 3-2ـ2ـسیلیکا 32 3ـ2ـ3ـکربنات کلسیم 32 3ـ2ـ4ـآلومینای آبنده 33 3ـ2ـ5 ـ عوامل اتصال ساز 33 3ـ3ـ نرمساز 34 3ـ4ـرزین چسب 35 3ـ5ـ ضد شکفت ( Anti Blooming) 36 3ـ6ـ ضداکسان 37 3ـ7ـ ضدنور ماوراءبنفش 38 3ـ8ـ مقاوم کننده‌ها در برابرشعله 38 3ـ9ـ امتزاج با سایر الاستومرها ………………………………38 3ـ10ـآلیاژها 40 3ـ11ـ عوامل پخت 41 3ـ12ـ عوامل محافظت کننده 43 3ـ13ـ فیلرها 43 3ـ14ـ کمک فرایند 45 فصل-4 نگاهی به کیفیت اختلاط آمیزه های EPDM 4ـ نگاهی به کیفیت اختلاط آمیزه های EPDM 47 4ـ1ـ سختی دانه های دوده 53 4ـ2ـ پلیمرهای EPDM دارای شاخه های جانبی 54 4ـ3ـ پارامترها و دستورالعمل های اختلاط 54 4ـ4ـ اثر نحوه اختلاط 57 فصل –5 فرآیند پذیری 5ـ فرآیند پذیری 62 5ـ1ـ اختلاط 62 5ـ2ـشکل دهی 63 5ـ3ـجابجایی و دست پردازی 64 5ـ4ـ اکستروژن 64 5ـ5ـ کلندرینگ 65 5ـ6ـ قالب گیری 66 5ـ7ـ پخت 66 فصل –6 خواص کائوچوی اتیلن ـ پروپیلن 6ـ خواص کائوچوی اتیلن ـ پروپیلن 69 6ـ1ـدرجه حرارتهای بالا 69 6ـ2ـ درجه حرارتهای پایین 69 6ـ3ـ مقاومت در حالت خام 72 6ـ4ـ مقاومت در برابر عوامل جوی 72 6ـ5ـ مقاومت نسبت به مواد شیمیایی 73 6ـ6ـخواص الکتریکی 74 6ـ7ـ خواص دینامیکی 76 6ـ8ـ قدرت کشتی و سختی 77 6ـ9ـ مقاومت فرسایشی و سایشی در برابر پارگی 78 6ـ10ـ مانانی فشاری 78 6ـ11ـ خزس و واهیختگی تنش…………………………………78 6ـ12ـ نفوذ پذیری در برابر گازها 78 فصل –7 مصارف کائوچوی EPDM و EPM 7ـ مصارف کائوچوی EPDM و EPM 81 7ـ1ـ تایر اتوموبیل 81 7ـ2کابل و عایقهای الکتریکی 81 7ـ3ـدرزگیرهای اتوموبیل 82 7ـ4ـ لوله مصرفی در اتوموبیل 82 7ـ5ـ لوله‌های تخلیه ماشینهای لباسهای خانگی 82 7ـ 6 استفاده از EPDM در سایدوال تایرهای رادیال 82 فصل یک ساختار EPDM 1- تاریخچه 2- ساختار پلیمر EPDM 3- اثر خواص فیزیکی و شیمیایی بر EPDM 4-خواص عمومی پلیمر EPDM 5-غیر اشباعیت 6-طبقه‌بندی انواع کائوچو 1-1ـ تاریخچه: در سال 1951 پروفسور کارل زیگلر در آلمان، گروه جدیدی از کاتالیزورهای واکنش های پلیمریزاسیونی را کشف نمود.

این کاتالیزورها از یک نمک ها لوژنه فلزات واسطه همراه با یک عامل احیاء کننده آلی ـ فلزی مثل آلکیل آلومینیوم تشکیل می شدند.

این کاتالیزورها مسیر واکنش پلیمریزاسیونی را از طریق مکانیزم آنیونی پیش برده و در بسیاری از حالات ،‌پلیمری با نظم ساختمانی بسیار زیاد به وجود می آورند.

زیگلر این اختراع خود را به ثبت رسانید.

کاتالیزورهای زیلگر اولین بار به صورت تجاری در ساخت پلی اتیلن خطی یا چگالی زیاد و در فشار پایین به کار گرفته شدند.

در ایتالیا پروفسور گویلو ناتا، تحقیقات روی این نوع کاتالیزوها را گسترش داده و نشان داه که برخی از آنها ،‌قادر به تولید و ایجاد پلیمرهای بسیاری ، که قالباً با انواع دیگر از لحاظ آرایش فضایی تفاوت دارند، می باشند.

به همین دلیل این کاتالیزورها را به نام کاتالیزورهای فضا ویژه خواندند.

پروفسور ناتا همچنین دریافت که پروپیلن نیز می‌تواند از این طریق پلیمریزه گردد.

و به این ترتیب پلی پروپیلن نیز به عنوان دومین پلاستیک اولفینی تجاری که از طریق این تکنولوژی کاتالیزوری جدید ساخته شده بود به بازار عرضه شد.

پلی اتیلن و پلی پروپیلن هر دو بلوری و گرما ـ خمیر هستند و به هیج رو ،‌حالت لاستیکی و کشانی ندارند با پیشرفت بیشتر مطالعات ،‌پروفسور ناتا دریافت که با استفاده از برخی گونه های کاتالیزورهای زیلگر می توان ترتیبی فراهم نمود که اتیلن و پروپیلن به صورت اتفاقی و نامنظم کوپلیمریزه شده ( به صورت غیر فضا ویژه ) و ایجاد ماده ای بی شکل با خواص کشانی و لاستیکی جالب نمایند.

در سال 1963 به پروفسور کارل زیگلر و پروفسور کویلر ناتا مشترکا جایزه نوبل شیمی، به خاطر کشفی که منجر به ساخت چندین نوع الاستومر و پلاستیک جدیدی از جمله کائوچوهای اتیلین پروپیلن گشت ،‌اعطا گردید.

تولید انبوه EPM و EPDM از سال 1963 آغاز شده و در سال 1985 با افزایش رشد مصرف، مقدار تولید جهانی این الاستورمر به 54/0 میلیون تن رسید که حدود 4/4 درصد ظرفیت تولید کل استومرهای مصنوعی را بخود اختصاص داد.

1-2ـ ساختمان پلیمر EPDM ساختمان منظم و بی شکل کوپلیمر یک در میان اتیلن پروپلین CH3 +CH2 CH2 C CH2 + n H را به این ترتیب می توان نمایش داد: این ساختمان فوق العاده شبیه به ساختمان کائوچوی طبیعی یعنی سیس 1 و 4 پلی ایزوپرون می باشد.

CH3 +CH2 CH2 C CH2 + n لذا تعجب آور نخواهد بود که کوپلیمر یک در میان منظم اتیلن و پروپلین، حتماً یک ماده لاستیکی باشد، زیرا ساختمان آن بسیار شبیه ساختمان اولین کائوچوی مفید و با ارزش یعنی کائوچوی طبیعی است.

ساختمان با مول برابر اتیلن و پروپلین نظیر آنچه که در قبل نشان داده شده است،‌را نمی توان در کائوچوی اتیلن ـ پروپیلن تجاری موجود دید،‌ترکیب در مواد تجاری عموماً بر اساس و مبنای درصد وزنی داده می شود، کوپلیمر با درصد مولی 50/50 را به نام کوپلیمر های اتیلن ـ پروپیلن را می توان در یک محدوده وسیع از ترکیب درصد آن دو دید، اما محصولات تجاری د رمحدوده درصد وزنی 50/50 تا 25/75 از اتیلن و پروپیلن عرضه می گردند .

به علاوه حتی در یک ترکیب درصد مساوی با مول برابر زنجیره های کوتاه با مجتمع هایی از پلی پروپیلن و پلی اتیلن که در میان پاره زنجیرهای بزرگتر در کوپلیمر اتفاقی ،‌به صورت نامنظم توزیع شده اند، .وجود دارند.

مولکول های کائوچوهای اتلین ـ پروپیلن کاملاً خطی نیستند.

بلکه شامل شاخه های جانبی با زنجیرهای کوتاه و بلند در درجه های مختلف می‌باشند این حالت که متاثر از شرایط پلیمریزاسیون و نسبت درصد منومرها می باشد.

دقیقاً به همان صورتی که در کوپلیمرهای اتیلن ـ پروپیلن (EPM ) دیده می شود، در ترپلیمرهای آن (EPDM) که ویژگیهای دیگری مثل تمایل به ایجاد بیشتر شاخه های جانبی به خاطر اثرات منومر دی ان وجود دارد، دیده نمی شود.

علاوه بر نسبت درصد منومر های اتیلن و پروپیلن، وزن مولکولی متوسط کائوچو نیز متاثر از انتخاب نوع کاتالیزور و متغیرهای واکنش پلیمریزاسیونی می باشد.

بر خلاف یک شیمیست پلیمر، که عموماً جرم مولکولی متوسط را با استفاده از گرانروی ذاتی تعیین می نماید.

شخص آمیزه کار لاستیک بیشتر تمایل به جانب اندازه گیری ویسکوزیته مونی دارد.

ویسکوزیته مونی پلیمر خام کائوچوهای اتیلن پروپیلن در محدوده ای کنترل می شود که بتوان از آن انواع خواص کاربردی و فرایندپذیری را در صنعت لاستیک بدست آورد و علاوه بر آن در محدوده سایر کائوچوهای مصنوعی تجاری نیز قرار داشته باشند.

ویسکوزیته مونی EPM ، EPDM در چهار دقیقه، پس از یک دقیقه پیش حرارت دهی ، در دماهای F‌ ْ 250 اندازه گرفته می شود که این مقدار به صورت (1+4) ML در F ْ 250 بیان می گردد.

در هر وزن مولکولی مولی متوسط توزیع وزن مولکولی مربوط به زنجیره های پلیمر تشکیل دهنده یک الاستومر، بر خواص فرایند پذیری و مکانیکی آمیزه خام و پخت شده آن تاثیر می گذارد.

چگونگی توزیع وزن مولکولی در این کائوچو نیز بستگی به نوع کاتالیزوهای مصرفی و شرایط کوپلیمریزاسیون دارد.

فراسنج اساسی و کنترل کننده دیگر، توزیع نسبت های اتیلن و پروپیلن در اجزاء اوزان مولکولی متفاوت است، که این نیز بوسیله کاتالیزو و شرایط پلیمریزاسیون کنترل می‌شود.

به طور خلاصه حداقل شش متغیر قابل اندازه گیری در ساختمان مولکولی کائوچوی اتیلن ـ پروپیلن وجود دارد که به صورت جداگانه یا در مجموع کنترل می شوند به این ترتیب مجموعه وسیعی از مواد تجاری که دارای خواص مورد نظر در صنعت لاستیک، از لحاظ فرایند‌پذیری و کاربردی هستند، قابل تولید می باشند.

این خواص عبارتند از : I ) نسبت درصد منومرها: کائوچوهای با درصد پروپیلن بالاغلطک‌پذیری بهتری دارند، در حالی که بهبود خواص فیزیکی در گام و قابلیت بهتر اکسترود شدن را در نسبت های بالای اتیلن می توان مشاهده کرد.

II ) بلوریت: عموماً برای یک الاستومر جدید،‌ میزان بلوریت صفر مطلوب نظر می باشد، اما در بعضی مواقع ایجاد و گسترش حالت بلوری به هنگام کشش نیز مورد نظر است.

III) شاخه های جانبی : شاخه های جابنی بلند بایستی حذف کردند مگر آن که یک آمیزه لاستیکی مرده مورد نیاز باشد، شاخه های جانبی کوتاه اثر چندانی ندارند.

IV) وزن مولکولی متوسط: خواص فیزیکی محصول پخت شده با افزایش ویسکوزیته مونی بهبود می یابد اما در عوض فرایند پذیری عموماً مشکل تر می گردد.

V) توزیع وزن مولکولی : اگر وزن مولکولی متوسط ثابت باشد، کائوچوهای با توزیع وزن مولکولی باریک دارای خواص فیزیکی بهتر ولی در عوض فرآیند پذیری ضعیف تر هستند.

VI) چگونگی توزیع منومرها: در محدوده های نسبتاً وسیع و در کاربردهای علمی کائوچو، این فراسنج قابل اندازه گیری نیست.

1-2ـ1 ترمونومر: دی سیکلو پنتا دی ان ( DCP) اولین ترمونومری بود که برای تولید این الاستومر استفاده گردید، اما از آنجاییکه اختلاف نسبتاً کمی در فعالیت دو پیوند دو گانه ی آن وجود دارد، مقدار محسوسی اتصال عرضی یا متشکل ژل در طی پلیمریزاسیون رخ می دهد.

به علاوه پلیمر حاصله سرعت پخت کافی ارائه نمی دهد.

با DCP ،‌فقط 3 تا 6 پیوند دو گانه می‌تواند به ازای هر 1000 اتم کربن در طول زنجیر پلیمر ایجاد شود.

اتیلیدن نوزبورتن (ENB) رفتار کاملاً متفاوتی دارد.

قابلیت کوپلیمریزه شدن پلیمر حاصله همانند فعالیت پخت آنان عالی است.

امکان دارد با ENB ، 4 تا 15 پیوند دوگانه به ازای هر 1000 اتم کربن در طول زنجیر ایجاد شود.

در حالی که پلیمر حاصله عاری از ژل می‌باشد.

هگزا دی ان (HX) ،‌موقعیت حد واسطی را بین ENB و DCP اشغال کرده است و توپلیمرهای حاصل از آن می تواند شامل 4 تا 8 پیوند دو گانه برای هر 1000 اتم کربن در زنجیر اصلی باشد.

1-2ـ2ـ توزیع مونومرها : کوپلیمرهایی که شامل 45 تا 60 درصد اتیلن هستند کاملاً آمورف می‌باشند و خود تقویت کننده نیستند.

در مقادیر بالاترین اتیلن، حدود 70 تا 80 درصبد، پلیمرها شامل رشته های طولانی اتیلن خواهند بود که به طور جزیی کریستاله هستند.

این پلیمرها با عنوان گونه های آمورف معمولی متفاوت است.

همانند ترموپلاستیک الاستومرها بخشهایی که کریستاله گشته اند پلهای عرضی فیزیکی که با حرارت قابل برگشت می‌باشند، ایجاد می کنند طوری که الاستومرهای حاصله بدون داشتن پلهای عرضی شیمیایی استحکام مکانیکی بالایی دارند.

در درجه حرارتهای بالاتر، این استحکام دینامیکی کاهش پیدا می کند.

1-3ـ اثر خواص خواص فیزیکی و شیمیایی برای EPDM 1-3ـ1ـ ویسکوزیته و فرایندپذیری : فرایند پذیری EPDM به ساختمان مولکولی آن بستگی دارد.

پیشرفت فرایند پخش دوده در حین اختلاط الاستومرهای EPDM درمخلوط کن‌ها داخلی، t توزیع جرم مولی گونه های EPDM بستگی دارد.

این فرایند باید به طور مناسبی انتخاب شود که بستگی به درجه مطلوب و مورد نیاز پخش دوده در کاربردهای ذیربط دارد بدین .

شکل که توزیع باریک جرم مولکوبی برای پخشهای متوسط دوده و توزیع پهن یا گسترده جرم مولکولی برای کاربردهایی که نیاز به پخش عالی دوده دارند انتخاب می شودگونه‌های EPDM با توزیع گسترده‌ی وزن مولکولی و یا زنجیره دارای شاخه های طولانی می تواند در بعضی مواقع نرم و خرد ( masticate) شود.

وزن مولکولی بیشتر گونه های تجاری بین 200000 و 300000 می‌‌باشد و مونی ویسکوزیته ( 4 + 1) ML آنها در 100 درجه سانتی‌گراد د رمحدوده ای 25 تا 100 قرار دارد.

البته گونه هایی از EPDM با مونی ویسکوزیته د رمحدوده 250 و 50 می توانند همانند سایر الاستومرهای مصنوعی به راحتی فرایند شوند، اما پذیرش فیلرها و پلاستی سایزرها در آنها به غلظت ها یا مقادیر پایینی و کم محدود می شود.

اگر مصرف بالای فیلر مورد نیاز باشد، گونه های بامونی ویسکوزیته بالا باید استفاده شوند، اگر چه فرایند پذیری در این حالت خیلی مشکل است که می تواند به طور جزئی با استفاده از مقدار بیشتری پلاستی سایزر راحتتر شود.

EPDM با وزن مولکولی بسیار بالا که به راحتی فرایند پذیر نیستند به طور تجارتی به صورت گونه های که با روغن ( روغن پارافینی یا روغن نفتی) گسترده شده اند، در دسترس می باشند.

این گونه ها به خوبی فرایند می شوند و خیلی اقتصادی هستند.

1-3ـ2ـ پایدار کننده ها گونه های EPDM اغلب به طور گسترده با پایدار کننده های غیر لکه زا فروخته می شوند بنام این مشکلات لکه زایی در آنها به طور قابل ملاحظه یی بر طرف شده است.

1-3ـ3ـ چسبناکی چسبناکی EPDM خیلی کمتر از حد مطلوب است و این باعث بروز مشکلاتی هنگام استفاده از آن مثلاً در بافت اجزای تایر می شود.

تحقیقاتی برای بهبود خود چسبندگی (building lack) برای EPDM در گذشته انجام شده است اما به خوبی این مشکل تا حد مطلوب بر طرف نشده است افزایش عوامل چسبناکی به تنهایی کافی نیست، بنابراین اضافه کردن حساس شونده های نوری و تابشی با نورمرئی به فرمول نیز مورد نیاز است .

تترافنیل ـ پورفیرین حساس کننده خوبی است همچنین اگر در ترکیب با بنزوآنتراسن ها مورد استفاده قرار گیرد که به مقدار زیادی در روغنهای آروماتیک موجود هستند.

چسبناکی تابع نوع EPDM کاربردی نیز می باشد.

بهترین اثر را در این مورد ترمونومر ENB دارد زیرا قادر است که با اکسیژن تکی (singolar oxygen ) واکنش دهد، بر خلاف DCP و HX که در این زمینه فعالیت خیلی کمی دارند.

نسبت اتیلن پروپیلن باید در گونه های EPDM مناسب باشد.

سایر کاستی هایی که از این الاستومرها می توان نام برد.

عبارت است از سطح متوسط چسبندگی آنها به پارچه و فلز و توانایی کم آنها برای هم پخت شدن با سایر الاستومرهای دی انی می‌باشد.

1-3ـ4ـ درجه غیر اشباعیت در EPDM عامل یا پیوند غیر اشباع در گروههای (شاخه های ) جانبی قراردارد و زنجیر پلیمر کاملاً اشباع شده می باشد.

این حالت باعث می شود که پلیمر در برابر تخریب اکسیژنی، ‌ازنی و مواد شیمیایی مقاومت عالی شان بدهد، بنابراین محصولات تولید شده با EPDM خیلی با دوام هستند.

خواص ولکانیزاسیون ، شامل سرعت و حالت پخت یک EPDM ، به مقدار و نوع پیوندهای دو گانه ی موجود در ترمونومرآن بستگی دارد.

EPDM ـ DCP ها به مقدار قابل توجهی آهسته پخت می شوند و حالتهای پخت پایین تری نسبت به EPDM ـ ENB ها ارائه می دهند.

در این زمینه EPDM ـ HX ها موقعیت حد وسطی را اشغال می کنند.

با توجه به غلظت ENB در پلیمر، انواع EPDM ـ ENB به سه گروه با سرعت پخت معمولی ( با حدود 4 درصد ENB ) ، پخت سریع ( با حدود 6 درصد ENB) و خیلی سریع ( با حدود 8 درصد و بیشتر ENB ) تقسیم و مشخص می شوند با افزایش سرعتهای پخت ، حالتهای پخت، و در کنار آنها خواص مکانیکی مثل مانایی فشاری نیز بهبود می باید، اما برای یک زمان مشخص پخت ،‌مقاومت در برابر بازگشت در درجه حرارت بالای پخت ضعیف تر می شود و گونه های EPDM با غیر اشباعیت بالا دارای قیمت بالاتری هستند.

1-4ـ خواص عمومی پلیمر EPDM خواص یک نمونه کوپلیمر اتیلن ـ پروپیلن (EPDM) د رجدول (1) نشان داده شده است.

تمامی این خواص اساساً شاید با توپلیمرهای اتیلن پروپلین می باشد.

جدول (1) خواص فیزیکی EPM با توجه به جدول (1) مشاهده می گردد که چگالی نسبتاً کم EPM و EPDM را می توان به ارزش و قیمت پایین در محصولات نهایی ساخته شده از این لاستیک ربط داد.

کائوچوهای خام و مصنوعی به صورت وزنی خریده می‌شوند اما به صورت حجمی مصرف می شوند.

از یک آمیزه لاستیکی با چگالی نسبی پایین، می توان محصولات بیشتری را نسبت به یک آمیزه با چگالی بالا تولید نمود.

کائوچوی اتیلن ـ پروپیلن دارای پایین ترین چگالی نسبی در بین کلیه الاستومرهای مصنوعی و طبیعی موجود می باشد.

نقطه شکنندگی و درجه حرارت انتقال شیشه ای پایین کائوچوی اتیلن ـ پروپیلن در کاربردهایی که حفظ خواص دینامیکی در دماهای پایین مورد نظر است مهم می باشد.

جهندگی محصولات ولکانیده از EPM و EPDM در یک محدوده درجه حرارت تقریباً هم اندازه با کائوچوی طبیعی است، اما بهتر از SBR .و خیلی بهتر از IIR می باشد.

1-5ـ فیر اشباعیت و منومر سوم :‌ همان طوری که قبلاً نیز توضیح داده شد، منومر سومی که دی ان نیز باشد در مقادیر کم با تیلن و پروپیلن ترپلیمریزه شده تا به این وسیله مقداری نقاط اشباع نشده که قابلیت پخت با گوگرد و تسریع کننده را داشته باشد، در زنجیره پلیمر ایجاد گردد.

انتخاب منومر سوم چندان ساده نیست زیرا بایستی این منومر دارای مشخصات زیر باشد: 1ـ دارای حداکثر 2 باند دو گانه باشد، یکی برای شرکت در واکگنش پلیمریزاسیون و دیگیری جهت پخت در مرحله ولکانش .

2ـ موقعیت باندهای دو گانه در ملکول دی ان چنان باشد که یکی فعالتر بوده و سریعاً وارد واکنش ترپلیمریزاسیون گردد، ولی دیگری در شرایط خاصی وارد عمل گردد (ولکانش ).

3ـ فعالیت آن مشابه با دو منومر دیگر باشد.

4ـ برای حصول به توزیع یکنواخت در زنجیره اصلی واکنش پلیمریزاسیون باید به صورت اتفاقی انجام گیرد.

5ـ وزن مولکولی آن بسیار بالا نباشد تا در مرحله جداسازی منومر های آ›اد ایجاد مشکل ننماید.

6ـ پلیمر نهایی دارای سرعت پخت قابل قبولی باشد.

در میان بسیاری از منومر هایی که مورد سنجش قرار گرفته اند آنهایی که اکنون در تولید تجاری این کائوچو مورد استفاده قرار می گیرند،‌ عبارتند از : اتیلن نوربورنین (ENB) ، 1‌و 4 هگزا دی ان ( 1,4 HD) و دی سیکلو پنتا دی ان (DCPD) ،‌فرمول شیمیایی این مواد در ذیل داده شده است: پر مصرف ترین و عمومی ترین منومر در حال حاضر ENB است، زیرا بهترین منومر برای حصول به شرایط مذکور می باشد.

در مقایسه با ENB ، 1و4 هگزادی ان به پلیمر سرعت پخت پایینی بخشیده و همچنین دی سیکلو ـ پنتا دی ان ایجاد سرعت پخت پایین و شاخه های جانبی بسیار زیاد می نماید، اما قیمت آن کم و سرعت پلیمریزاسیون آن زیاد است.

1-6ـ طبقه بندی انواع کائوچو: با توجه به دیدگاههای فوق الذکر، مهم ترین و بارزترین فراسنج هایی که مشخص کننده الاستومر های اتیلن ـ پروپیلن موجود در بازار می باشند عبارتند از : 1ـ وزن مولکولی 3ـ نوع منومر 2ـ درصد پروپیلن 4ـ درصد منوم 1-6ـ1ـ وزن مولکولی : از لحاظ وزن مولکولی t زیر مجموعه اصلی از این پلیمر موجود است که عبارتند از : الف ـ گرانروی کم تا متوسط 60ـ25 CْML(1+3)100 ب ـ گرانروی متوسط تا زیاد 100ـ60 C ْ ML(1+4)125 ج ـ گرانروی بسیار زیاد حداکثر تا 200 C ْ ML(1+4)125 برخی از گونه های نوع (ب) دارای مقادیر مشخصی از روغن هستند تا فرایندپذیری را آسانتر نمایند و تمامی گونه های نوع (ج ) با روغن گسترانیده شده‌اند.

پلیمرهای با گرانروی کم برای آمیزه های با کیفیت خوب و مقدار پر کننده متوسط مرجح بوده، و پلیمرهای با گرانروی زیاد، برای تولید آمیزه های ارزان قیمت یا برای فرایند پذیری مفید هستند.

1-6ـ 2ـ مقدار پروپیلن :‌ مقدار پروپیلن موجود در ساختمان زنجیره پلیمری اساساً تعیین کننده مقاومت درحالت خام می باشد و در این حالت نیز سه زیر مجموعه وجود دارد، که عبارتند از: الف ـ با مقدار پروپیلن بالا ( حدود 50%) ـ مقاومت در حالت خام پایین می باشد.

ب ـ با مقدار پروپیلن متوسط ( حدود 40% ) مقاومت در حالت خام متوسط می‌باشد ج ـ با مقدار پروپیلن کم ( حدود 30% ) ـ مقاومت در حالت خام، بالا و خیلی بالا می باشد.

پلیمرهای با مقاومت در حالت خام پایین ،‌عموماً محصول ولکانیده ای با بهترین خواص کشسانی ایجاد می نمایند.

پلیمرهای با مقاومت در حالت خام بالا، قابلیت حمل و نقل بهتری داشته و در تولید محصولات ارزان قیمت تر به کار می روند.

1-6ـ3ـ میزان غیر اشباعیت : همان طوری که قبلاً نیز بدان اشاره شد منومرهای سومی که غالباً مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از : اتیلن نوربورنین (ENB)، 1 و 4 هگزا دی ان ( 1,4 HD) و دی سیکلوپنتا دین (DCPD) بر اساس منومر سومی که در ساختمان پلیمر به کار می رود، کائوچوی EPDN را می توان به سه دسته زیر تقسیم نمود که عبارتند از: الف ـ میزان غیر اشباعیت متوسط 3 تا 5 درصد وزنی ب ـ میزان غیر اشباعیت بالا، 5 تا 7 درصد وزنی ج ـ میزان غیر اشباعیت خیلی بالا، 8 تا 10 درصد وزنی.

از پلیمرهای با میزان غیر اشباعیت متوسط برای ساختن آمیزه های عادی و کاربردهای معمولی استفاده می شود .

پلیمرهای با میزان غیر اشباعیت بالاتر برای امتزاج با کائوچوهای غیر اشباع دیگر، یا برای ایجاد زمانهای پخت پایین، مناسب تر می باشند.

فصل دو ولکانش 1- ولکانش 2- ولکانش EPDM 2- ولکانش مطالعات زیادی در گذشته برای یافتن سیستم مناسب ولکانش و شبکه بندی برای EPM و EPDN انجام گرفت.

برای EPDN ، سیستم های ولکانش موجود مورد استفاده برای سایر الاستومرهای غیر اشباع جهت حصول به خواص مطلوب و مورد نظر قابل قبول بود، در حالی که برای EPM انجام تحقیقات به منظور یافتن سیستم ولکانش جدید، ضروری به نظر می رسید.

2ـ1ـ ولکانش EPN :‌ 2ـ1ـ1ـ پر اکسیدهای آلی کائوچوی EPM قبل از EPDN ساخته شده و به منظور یافتن سیستم شبکه بندی مناسب برای آن تحقیقات زیادی در صنعت لاستیک انجام گرفت.

قبل از پر اکسیدهای آلی، سیستم هایی که مورد مطالعه قرارگرفتند، عبارت بودند از : کلروسولفوناسیون و کلراسیون EPM و انتقال گروههای فعال در پیوند های دوگانه مناسب برای ایجاد شبکه‌بندی ، ولی با این وجود بهترین آنها، سیستم پراکسیدی آلی تشخیص داده شد، این مواد به عنوان عوامل اتصال ساز شبکه ای برای پلیمرها شناخته شده اند.

اما در مصرف آنها به صورت تجاری مشکلاتی وجود داشت.

در واقع در سال 1950 دی ـ ترشری ـ بیوتیل پر اکسید در بازار موجود بود، اما فراریت با استفاده از دی کیومیل پر اکسید حل شده، اما مسئله بوی نامطبوع، استفاده از آن را مشکل می ساخت.

بتدریج پراکسیدهای جدیدی ساخته و عرضه شدند، که برای ولکانش EPM مناسبتر بودندو یکی پس از دیگری نسبت به نوع قبلی بهبود یافته تر گشتند.

اکنون تعداد زیادی از پراکسیدهای موجود، قادر به حل بیشتر مسائل ولکانش می باشند.

در زیر تعداد کمی از این پراکسیدها نشان داده شده اند.

یک پراکسید در اثر حرارت ، به دو بخش تقسیم شده و ایجاد دورادیکال می‌نماید.

R _____ O ______ O _______ R 2R _______ O .

هر کدام از این رادیکال ها با گرفتن یک اتم هیدروژن از یک زنجیره پلیمری ، پایدار شده و بنابراین ایجاد یک رادکال بر روی اتم کربن در همان زنجیره می‌نماید.

R ______ O .

+ ____ C _____ H _____ C + ROH سپس این رادیکال ایجاد شده می تواند با رادیکال دیگر ایجاد شده روی زنجیره پلیمر دیگری ترکیب شده، و بدین ترتیب ایجاد یک اتصال عرضی نماید.

______ C + ______ C c c البته مکانیزم واقعی عمل بدین صورت ساده نبوده و واکنش های ثانویه دیگری وجود دارند، که متاسفانه گاهی اوقات میزان اتصالات شبکه ای را در انتهاء به صورت قابل ملاحظه ای کاهش می دهند.

مهمترین این واکنشها عبارتند از : 1ـ شکست آبی پر اکسید بدون تشکیل رادیکال، ناشی از وجود اسید 2ـ شکست زنجیره ( دی پلیمریزاسیون ) 3ـ از بین رفتن رادیکال به علت تسهیم نامتناسب 4ـ تشکیل شاخه جانبی از پراکسید روی زنجیره 5ـ یک واکنش دوره ای زنجیره یکی از مهم ترین نتایج تحقیقاتی که بر سیستم های پخت پر اکسیدی صورت گرفت.

کشف برخی مواد خاص بود، که کارائی پراکسید را افزایش می داد.

اولین ماده در این رابطه گوگرد بود که بدنبال آن بسیاری از مواد دیگر عرضه گشتند که اکنون به نام هم عامل خوانده می شوند و برخی از آنها در صفحه بعد نشان داده شده اند.

جدول (2) چند مثال از فرمولاسیون EPM که بر پایه پر ا کسید قرار دارند، را نشان می دهد.

کلیه مواد انتخاب شده در فرمولاسیون باید بررسی شوند تا از تداخل کار آنها با پراکسید به نحوی که باعث افت کارائی می شود، جلوگیری به عمل آید.

جدول (2) : سیستم های مختلف ولکانش پر اکسید EPM = 1و1دی ـ ترشری ـ بیوتیل پراکسی ـ 3و5 و5 تری متیل سیکلو هگزان ** = دی کیومیل پراکسید *** = 1و4 سیس ـ ( ترشری ـ بیوتیل پراکسی ـ اینروپرپیل ) ـ بنزن دی فورفورال آلدازین به طور کلی هم عامل ها مواد چند عاملی هستند که در حین فرآیند والکانش، یک رایدکال را پایدار کرده و واکنش شکست را حذف یا کاهش می دهند.

وقتی هم عامل انتخاب شده گوگرد باشد، در مقایسه با خود پراکسید تنها، ایجاد انواع مختلف پیوند امکان پذیر خواهد شد.

این پیوندهای جدید می توانند به صورت های C ___ Sn _______ C, C____ S2 _____C و C_____S_____C باشند که البته در دماهای بالاتر پایداری کمتری را ایجاد خواهند نمود.

رسیدن به بهترین خواص در صورت انتخاب یک اتم گرم گوگرد به یک مول پراکسید بدست خواهد آمد.

این حالت، نسبت بهینه برای رسیدن به مانایی فشاری کم در دماهای بالا می باشد، با این وصف از گوگرد به خاطر مسئله بوی بد ، چندان استفاده نمی شود و به جای آن از هم عامل های اخیر الذکر استفاده می گردد و مقدار آن ها در مقایسه با پر اکسید اهمیت کمتری دارد اما باید بر اساس خواص مورد نظر در محصول ولکانیده ، تعیین گردد.

ماده دیگری که همیشه در سیستم ولکانش پر اکسیدی دارد اکسید روی است مکانیزم عمل با آن هنوز به درستی شناخته نشده است بیشترین احتمال این است که : اکسید روی، مواد اسیدی موجود در آمیزه را خنثی کرده و به این ترتیب به حذف واکنش نا خواسته شکست آبی پر اکسید کمک می نماید.

وقتی محصول ولکانیده از طریق پر اکسید در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد، استفاده از اکسید روی ضرورت بیشتری می یابد،