دانلود تحقیق تولید کائوچوی طبیعی

کائوچوی طبیعی ( NR )

بسیاری از درختها ، درختچها و حتی بوته ها هستند که شیره یی شبیه به شیر تولید می کنند که لاتکس نامیده می شود .لاتکس شامل یک محلول کلوئیدی کائوچوی پخش شده در یک واسطه ی مایع می باشد ، مکانیزم سنتز طبیعی ( biosyntesis  ) کائوچو به طور زیادی درک شده  است . کائوچو از اسید mevalonic  ناشی می شود که در طی یک سری از واکنش ها به ایزوپنتنیل پیرو فسفات تبدیل می شود .

درختان تولید کننده ی لاتکس ، که بیش از صدها نوع آن شناخته شده است متعلق به گونه های مختلف هستند واغلب در آب و هوای گرمسیری پیدا می شوند .

گونه ها ی اصلی این درختان عبارتند از : افور بیاسه ، ( فرفیون ) ، موراسه ، ( از خانواده ی توت ) ، اپیوم ، آسکله پیاس ، سایر گونه هایی که در مراجع بحث شده است .

البته از تمام گیاهان تولید کننده ی کائوچو به منظور هدف های صنعتی برداشت

 نمی شود زیرا بازدهی بار آنها خیلی کم و غیره اقتصادی ست . در شیره ی این گیاهان مقدار یا درصد کائو چو ( هیدرو کربور پلی ایزوپرن ) بیش از حد کم است و یا کائوچوی آنها شامل مقدار زیادی ناخالص های رزینی می باشد .

در اوایل نهالستان و گونه های اقتصادی که استفاده می شدند عبارت بودند از :فیکوس ( ficuselastica ) فون تومی یا ( funtumia  ) ، کاستیلا( de    Castilloa )

مانی هوت (  manihot      plants ) ، اما درخت  هوآی برزیلی بزودی جایگزین آنها شد ، چون هوآ ی دارای باردهی بیشتری نسبت به درخت های قبلی بود . بنابراین ،امروزه در نهالستان های جدید گونه ی هوشآی بزریلی کشت می شود . هوآدرختی ست با حداکثر 20 متر ارتفاع و یک  ریشه ی اصلی و عمیق . اولین محصولاتش را فقط وقتی می توان انتظار داشت که حداقل 6 سال از عمر درخت گذشته باشد . اخیراٌ گوایول نیز به منظور تولید کائوچوکشت انبوه می شود .

در نهالستان های جدید ، روش ارحج ازدیاد این گونه ، روش های گوناگون گیاهی (برخلاف کاشتن  دانه ) می باشد . آن گروه از گیاهانی که از ترویج و ازدیاد گیاهی  و به صورت  انفرادی  ایجاد  شده اند  به گونه های کلونی (clone  )‌ ترجیح داده می شوند . درروش های چدید پیوند زدن ،قلمه ی جوانی ازگیاه را همراه با یک ساقه به درخت تنومندی که ریشه هایش در برابر بیماریها مقاوم است ،ساقه یی با پوست مقاوم در برابر شیره گیری  و سایبانی ( شاخه یی ) که قوی و کاملاٌ گسترده باشد  ، پیوند می زنند . با ازدیاد به روش دانه گاشتن ، نژادهای پیوندی جدیدی درمزارع مدرن برای افزایش بازدهی از حدود 500 کیلوگرم درهکتار تا حداقل 2000 کیلوگرم در هکتار است که افرایش آن تا بیش از 2000 کیلوگرم در هکتار قابل انتظار است بعلاوه ، آخرین روش بهبود محصول ، تحریک جریان لاتکس به وسیله ی مواد شیمیایی گوناگون مانند 2- آمینو -3-5-6 تری کلروپی کولینیک اسید ، یا 2- کلرو اتیل فسفر یک اسید می‌باشد . بعد ازعملیات ، این مواد شیمیایی به پوست درخت نفوذ می کنند واتیلن درگیا ه تولید می شود .

تولید کنندگان

از زمان ها دور ،مالزی بزرگترین تولید کننده ی کائوچوی طبیعی بوده است . این کشور در سال 1985 ،با تولید 41/1 میلیون تن 9/34  درصد از کل سهم  تولید کائوچوی طبیعی جهان را داشته است . در سال 1970سهم جهانی تولید مالزی 41 درصد بوده است . در سال1979 ، حدود 40 کشتزار برزگ 55 درصد از کل محصول کائوچوی طبیعی مالزی را تولید می کردند اما درسال 1983 بدلیل تمایل به کشت محصولات پرسودی تری مثل روغن نخل و کاکائو ، این سهم به 41 درصد کاهش یا فت انتظار می رود که کاهش مساحت زیرکشت برای تولید کائو چوی طبیعی در مالزی ادامه یابد و این درحالی ست که کل تولید مالزی بخاطر بهره وری بیشتر از نهالستانها  افزایش خواهد یافت اکنون اندونزی با 5/2میلیون هکتار مساحت زیر کشت سطح بیشتری رابرای تولید کائو چوی طبیعی در مقایسه با مالزی که حدود 2 میلیون هکتار زیر کشت دارد ، در دست دارد . اما بخاطر تولید کمتر ، اندونزی با تولید یک میلیون تن کائو چوی طبیعی یا 25 درصد سهم تولید جهانی ، در مکان دوم قرار دارد پس از اندونزی ،تایلند با 5/1 میلیون هکتار سطح زیر کشت  و حدود 6/0 میلیون تن تولید کائوچوی طبیعی ریال 15 درصد ازسهم تولید جهانی را به خود اختصاص داده است . علاوه بر این ،در سال 1983 کشورهای هند و چین با تولید 17/0 میلیون تن (3/4 درصد سهم تولید جهانی )( در چین ،تولید برای مصارف داخلی است )، سریلانکا با 14/0 میلیون تن ( 4/3 درصد ) ، تعدادی ازکشورهای آسیایی ، آفریقایی و امریکایی واقع  در عرض جغراقیایی 10درجه ، در کنار خط  استوا ، نیز تولید کننده های کائوچوی طبیعی‌هستند . در سال 1985 تولید کل کائو چو ی طبیعی به 044/4 میلیون تن رسیده است.

لاتکس در لوله های باریک موجود در تنه ی درخت جریان دارد . این لوله ها می توانند درسراسر درخت زنده یافت شوند و از پوست درخت به بیرون تراوش کنند . در درخت  هوآ، این  لوله های باریک به صورت سلول های پیوسته ی عمودی به شکل غلاف های متحد المرکز با تنه ی درخت ، قرار گرفته اند . اهمیت این لوله ها اینست که نزدیک کامبیوم (ساختمان سلول زنده ) با ضخامت حدود 3-2 میلی متر یافت می شوند و قطر هر لوله حدود  می باشد . اگرلوله ها توسط یک برش در پوست درخت بریده شوند ، لاتکس در طول برش خیلی آهسته جریان پیدا می کند  و بعد از 2تا5 ساعت ، در نتیجه ی تبخیر منعقد می‌شود . لوله ها را برای جلوگیری از جریان یافتن بیش از حد شیرابه مسدود می کنند . به این ترتیب ،لوله ها مجدداٌ از لاتکس تازه پر می شود که می توانند آن را بعد از چند روز توسط ایجاد شکافهای جدید شیرابه گیری نمایند .

غالباٌ روش به کار رفته برای شیره گیری روش نیمه مارپیچ می با شد . عمل شیرابه گیری هر چند روز یکبارانجام می شود (  روش   ) . با استفاده

از اسکنه و اخیراٌ  نیز چاقو ها  ویژه ی  شیرابه  گیری ، حدود  از کامبیوم برش داده می شود . شیرابه گیرهای ماهر قادرند که برش های مارپیچی کامل دور تا دور تنه ی درخت ایجاد کنند . این شیرابه گیری خیلی مشکل است که روش  نامیده می شود.این  کد  برش مارپیچ کامل را به مدت هر چهار روز یکبار نشان می دهد .

جداکردن کائوچوی طبیعی از لاتکس

بیشترین مقدار شیرابه تهیه شده  برای تهیه ی کائوچوی طبیعی جامد مصرف می شود ، اما نیاز نیست  که برای این منظور لاتکس  را  تبعیظ کنند . کائوچوی طبیعی جامد می تواند هم از لاتکس از طریق تبخیر آب آن ( بازیافت کائوچوی وحشی و عمل خشک کردن )  و هم  به  وسیله ی روش های مهمترین مثل انعقاد خشک کردن و فرایند بیشتر روی ماده ی منعقد شد فهرست بندی، بدست آید .

ساختمان ،ترکیب  و خواص شیمیایی NR NR خامی که از کشتزارها بدست می‌آید علاوه  بر هیدروکربن های کائوچو ، همیشه شامل مقداری ناخالص ست در لاتکس منعقد شده رسوب می کند . مقدار این ناخالصی ها به طور جزئی به شرایط فراورش بستگی دارد .

برای مثال  محدوده ی ترکیب زیر برای لاتکس کرپ زشماره ی (1) اندازه گیری شده است :

3/89 تا35/92 درصد رطوبت  و 15/0 تا5/0 درصد خاکستر .

ترکیب هیدروکربن رابری کائوچوی طبیعی شامل بیش از 99/99 درصد پلی ایزوپرن خطی سیس 1 و 4 می باشد . همانطور که قبلاٌ  توضیح داده  شده است ،

پلی ایزویون ترانس  1 و4 ( گوتاپرچا و بالاتا)‌ دارای خواص کاملاٌ متفاوتی نسبت به کائوچوی طبیعی می باشد . با تحقیقاتی در مورد الاستومرهای مصنوعی ،

مشخص شده است که حضور مقدار کمی از آرایش فضایی ترانس (فقط درصد کمی )  باعث می شود که کائوچوخواص متفاوتی نسبت به پلی ایزوپرن سیس داشته باشد وزن مولکولی متوسط پلی ایزوپرن در کائوچوی طبیعی از 000و200 تا000و400  با یک توزیع وزن مولکولی نسبتا ٌ وسیع می باشد . این وزن مولکولی با حدود 3000 تا5000 واحد ایزوپرن در هر زنجیره ی پلیمری برابر است . بخاطر توزیع  وزن  مولکولی وسیع ای کائو چو ، NR دارای رفتار فراورشی عالی می باشد .ساختمان زنجیره ی  پلی  ایزوپرن در بعضی مواد  به بیوژن کائو چوی طبیعی بستگی دارد ساختمان زنجیر توسط کرو ماتوگرافی نفوذ ژل تعیین می شود که این دستگاه می تواند طول زنجیر شاخه های  جانبی پلیمر که منوط به شرایط رشد کائو چوی طبیعی می باشد تعیین کند مقدار ژل در کائو چوی طبیعی خیلی کم می باشد .اگر کائو چوی طبیعی در دمای بالای 300 درجه ی سانتی گراد حرارت ببیند ، تقطیر تخریبی رخ می دهد اگر سرعت حرارت دادن بالا باشد ، بیش از 95 درصد ماده ی تقطیر شده دی پنتان و ایزوپرن است . درجه حرارت های 675تا800 درجه سانتی گراد  و در خلا ،  بیش  از  58 درصد  محصول  بدست  آمده  ایزوپرن  می باشد .

در پلی ایزوپرن کائو چوی طبیعی ، یک پیوند  دوکانه  برای هر  واحد  ایزوپرن وجود دارد این پیوند های دوکانه گروههای  متیل ، گروه های  فعال برای واکنش های ولکانیز اسیون با گوگرد را تشکیل می دهند . بنابراین وجود پیوند ها دوکانه لازمه  واکنش ولکانیز اسیون  گوگرد ست .

همچنین پیوند های دوکانه می توانند در واکنش ها  افزایشی با  اکسیژن یا  ازون که با عث تخریب کائو چو می شوند شرکت کنند و سایر واکنش ها می تواند با هیدروژن (تولید کائوچوی هیدروژنه ) ، کلر ( تولید کائوچوی کلرینه شده )

یا هیدروژن کلراید (تولید کائوچوی هیدرو کلره شده ) اتفاق بیافتد . بروز واکنش های حلقوی (تولید کائوچوی حلقوی ) نیز امکان پذیر است .

در فرایند های اختلاط با نیروی برشی زیاد و تحت اثر مقادیر کم اکسیژن بریدگی یا قطع در زنجیره ی پلیمری روی می دهد . در این حالت که اصطلاحاٌ نرم شدن نامیده می شود ، وزن مولکولی کائوچوهای خیلی سخت وسفت ، کم می شود تا فرایندان راحتر شود عمل نرم کردن کائوچوی طبیعی برای ساخت  و تولید آمیزه که مخلوطی از کائوچو،  دوده  و مواد شیمیایی ویژه می باشد لازم است . فقط با وجود 1درصد پیوند ب ااکسیژن ،کائوچوی سریعاٌ خراب و بی مصرف می شود . بنابراین از فرایند تخریب که می تواند بامقدار کم اکسیژن آغاز شود و به طور خود کار ادامه پیداکند ممانعت کرد و یا مواد شیمیایی ویژه که پایدار کننده ها یا آنتی اکسیدانها

نامیده می شوند به کائوچو اضافه نمود .

ازآنجا ییکه کائوچوی طبیعی یک هیدروکربن غیراشباع است می تواند به راحتی باسایر عوامل اکسید کننده مثل پراکسید ها ، پراکسی اسیدها،  پرمنگات پتاسیم ،

از ون ، کلر و  غیره واکنش دهد . همچنین ، چون کائوچوی طبیعی به طور ذاتی شامل مقداری آنتی اکسیدان می باشد ، برای دوره های طولانی نگهداری در هوا و دمای محیط پایدار می باشد . با این  وجود ، کائوچوی طبیعی با ماندن  در انبار و در درجه حرارت بالا  و نیز قرار گرفتن در معرض نور ، با تشکیل هیدرو پرکسیدها از طریق رادیکال های اکسیژن ، اکسید می شود .اثر مقادیر کم نمک های مس یا منگنز ، هیدروپرکسید ها در فرایند های خودکا  تا  لیزوری به رادیکال های فعال تبدیل (reform ) می شوند کائو چوی طبیعی بصورت محلول به راحتی باازون دریک ازونولیز ( ازونی شدن ) کامل ، واکنش می دهد که حدود 90 درصد محصول واکنش مشنقات لولینیک اسید به تازگی ،واکنش‌پذیری ( reactivity ) کائوچوی طبیعی از طریق تولید کائوچوهای اصلاح شده ی شیمیایی در کشتزارها بهبود یافته است ، که در این کائوچوهای طبیعی اصلاح شده ، سایر مونومرها یا پلیمر ها به زنجیره ی پلی ایزوپرن پیوند خورده  است .

این اصطاحات کوپلیمرهای توده یی نیز ایجاد می کند . واکنشهای پیوندی در ساختمان مولکولی کائوچوی طبیعی آن چنان تغییری ایجاد می کند که خواص

اصلی و مهم آن کاملاٌ‌ تغییرمی کند .

خواص فیزیکی و تکنولوژیکائوچوی طب  ( کائوچوی خام  و ولکانیزه  شده ها )‌

خواص فیزیکی وزن مخصوص کائوچوی طبیعی خام در 20 درجه ی سانتی گراد ، 934/0 می باشد  و اگر کائو چوی یخ زده باشد یا تحت کشش قرار گرفته باشد ، وزن مخصوص آن افزایش نی یابد . حرارت احتراق آن  در حجم ثابت  و حرارت ویژه ی آن در20 درجه ی سانتی گراد 502/0 می باشد . کائوچوی طبیعی که بعد از استخراج با استون تصفیه می شود ، دارای  یک ضریب شکست  در 20 درجه ی سانتی گراد بین 5238/1-5215/1 می باشد . لایه های نازک کائوچوی طبیعی شروع به جذب نور با طول  موج های  کوتاهتر از 3100 آنگستروم می کند و زیر طول موج 2250 آنگستروم ، جذب کامل صورت می گیرد .

خواص الکتریکی کائوچوی طبیعی بوسیله ناخالصی های قابل حل آن  در آب تعیین می شود . برای مثال ،‌مقاومت ویژه ی کائوچوی طبیعی نوع برپایه ی شیت ها ( sheetgrade ) معادل  و برای  انواع کرپ این کائوچو برابراست با  اهم – سانتی متر .

 فرایند پذیری

اغلب  گرید های کائوچوی  طبیعی برای فرایند مستقیم یعنی همانطور که از کشتزارها تهیه می شود بیش از حد سخت هستند لذا باید ابتدا نرم شوند . بعد از نرم شدن ، کائوچو ی طبیعی خام ، یا  انواع آن با ویسکوزیته ی ثابت ،خیلی خوب فرایند می شوند ،به طوری که خیلی سریع روی میل می چسبند  و آمیزه یی با استحکام کششی (استحکام در حالت خام ) و چسبندگی خوب بدست می‌دهد . این دو خاصیت در ساخت  محصولات  چند  جزیی  که  در آنها باید لایه با کامپاند های مختلف بهم متصل شوند ازاهمیت ویژه  برخوردار است . قابلیت اکسترود شدن  و همچنین قابلیت کلندرینگ کائوچوی طبیعی عالی می باشد . . یک ویژکی مفید دیگر کائو چوی طبیعی سرعت بالای پخت آن می باشد. کائو چوی طبیعی می تواند بصورت برگشت پذیرتغییر شکل دهد ، که این امرویژگی مهم رفتار الستیکی آن می باشد . این حالت با بعضی از تغییر شکل های پلاستیگی مشابه است که فقط بعد از  ولکانیز اسیون کائو چوی محو می شوند . در نتیجه ی ولکانیز اسیون کائوچو به یک حالت الاستومری واقعی تبدیل می شود .

هنگامیکه کائوچو تغییرشکل داده می شود ،رفتار حرارتی بی نظیری را نمایش می دهد که به اثر  بر می گردد ،و نتیجه ی الاستیسیته یاددداشت برداری انتروپی می باشد . در تغییر شکل های سریع گرمای کائو چو برخلاف انچه در سایر موارد مشاهده می شود، بالا می رود به طور مشابه، اگر یک سر نمونه ی کائوچو ثابت و سردیگر ان بوسیله یک وزنه کشیده شود ، هنگامی که حرارت داده شود نمونه‌  منقبض  می شود .

اگر کائوچوی طبیعی خیلی آهسته  از  10 تا 35- درجه سانتی گراد سرد شود ، تیره می شود و الاستیسیته ی خود را  از دست می دهد . این امر بدلیل ایجاد  یک کریستالیز اسیون جزیی اتفاق می افتد . وقتی که کائو چوی طبیعی بیش از 80 درصد طول اولیه خود کشیده می شود در آن  کریستالیز اسیون به واسطه یاددداشت برداری جهت مند شدن ذخیره پلیمر اتفاق می افتد (straincrystallization  ) . این  پدیده به وسیله ی مدل های حاصل از پراش اشعه ی x قابل مشاهده  است . پدیده ی کریستالیز اسیون  نیروهای  جذب  بین مولکولی را   افزایش می دهد  و این  امر  قدرت  کششی  پلیمر  را  تقویت  می‌کند .

بنابراین ، قدرت کششی بالاتر در راستای جهت  تغییر شکل  مشاهده  می شود ویک قدرت کششی کمتردرجهت عمود به محور کشش مشاهد می شود ( خواص مکانیکی anisotropic) . نتیجه ی  این  امر ، پیدایش  استحکام  حالت  خام  و چسبندگی ( چسبناکی ) خوب می باشد  در کائوچوی  طبیعی  شبکه یی شده (crossiinked  ) فقط در سطوح کرنش یا تغییر شکلهای بالاتر از کائوچوی طبیعی شبکه یی شده مدل های پراش اشعه ی ‌x مشاهد ه خواهد شد . این جهت مندی ناشی از کشش ماکرومولکولها اثر تقویت کنندگی به لاستیک ولکانیزه شده می دهد ( خودتقویت کننده ) بنابراین ، حتی بدون کمک فیلرهای تقویت کنند فهرست بندی، آمیزه های پخت شده ی کائو چوی  طبیعی دارای استحکام کششی بالاتری از آمیزه های پخت شده  با کائو چوهایی  هستند  که کریستالیز اسیون ناشی از کرنش ( strain ) در آنها مشاهده  نمی شود . اغلب کائوچوهای مصنوعی چنین هستند . کائو چوی طبیعی شبکه یی نشده می تواند 800تا1000 برابر طول اولیه اش بدون پاره شدن کشیده شود . هر چه دما کمتر شود ؛ نیروی مورد نیاز برای کشش کائوچو بیشتر می شود . در کرنش های با سرعت پایین مقداری تغییرشکل به خاطر باقیمانده ی تنش باقی می ماند . بعد از مدت زمان قابل توجهی یا بر اثر حرارت ، به  هرحال این تغییر شکل جبران خواهد شد و نمونه به  طول اولیه اش برگشت می کند .

در صورتی که بازیابی به حالت اولیه کامل نباشد ، منحنی های تنش – کرنش ان نمونه برای حالت حرارتی و بازگشت منطبق نخواهد بود  این  پسماند که به معنی تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی مکانیکی به انرژی حرارتی ست ، heat   buildup

یا گرمازایی نامیده می شود .این  پدیده در هنگام چرخه ی کرنش اول مشخص تر ( بیشتر ) و در چرخه های بعدی کمترخواهد بود .پسماند البته در لاستیک ولکانیزه شده خیلی مشخص و  بیشتر است . رفتار در حلال ها یکی دیگر از ویژگیهای کائوچو ، رفتار آن هنگامیکه در تماس با حلال ها قرار می گیرد ، می باشد . مایعات پراکسید ها هستند . باید توجه شود که برای فرایند پخت در هوای داغ ،محدودیتی روی دماهای پخت وجود دارد ، چون کائوچو ی طبیعی در حرارت بالا تمایل به اکسید اسیون دارد .