مقاله لاستیک

بخشی از مقاله

فهرست
عنوان صفحه

1- مقدمه
2- پيدايش و توسعه لاستيكهاي سنتزي
3- پيدايش و توسعه لاستيكهاي سنتزي
4- آمبزه كاري لاستيكهاي
5- روشها و مراحل ساخت لاستيك
6-تكنولوژي لاستيك
7-بازيافت تهيه لاستيك در كشور
8- مصارف جديد براي تابرهاي فرسوده
9-خطرات و تبعات زيست محيطي منفعت لاستيك
10- SPC و كاربرد كنترل فرآيند آماري
11- آزمون هاي معمولي در صنعت لاستيك
12- فرآيند ناتو و ارتباط آن با لاستيك
13- تأثير فناوري نانو در بازار لاستيك

مقدمه :
از آغاز حيات بشر تا پايان سدة نوزدهم، انسان فقط موادي را مورد استفاده قرار مي داد كه طبيعت، جهت تحقق منظورهاي بسيار متفاوت، در اختيار او گذارده بود. اين مواد انسان را قادر مي ساخت تا در وهلة نخست نيازهاي ضروري از قبيل دفاع، غذا، پوشاك و سپس وسايل آسايش خود را فراهم سازد.

بدين منظور، ابتدا سنگ آتشزنه.‌چوب شاخ، و عاج را، كه به ترتيب از منابع معدني،‌نباتي، حيواني فراهم مي شدند. به كار گرفت. استفاده از فلزات اوليه و در رأس آنها طلا، مس، آهن، و سپس فلزات مختلف ديگر، كه انسان مي توانست به طور پياپي از منابع زيرزميني معدني به دست آورد، در مراحل بعد قرار گرفت.

حدود سالهاي 1870، مادة جديدي به نام سلولوييد در بازار تجارت ظاهر شد. اين ماده مي توانست نرم شود، حالت بخ خود گيرد، وپيچيده ترين شكلها را براحتي به دست آورد. سلولوييد محصول آزمايشگاههاي شيميدانها بود و از سنتز دو مادة طبيعي سلولوز و كافور به دست آمد.
طي سي سال، سلولوييد تنها نمايندة محصولات سنتزي بود كه به عنوان مادة اوليه براي ساخت وسايل به كار گرفته مي شد. البته وقتي به عقب بر مي گرديم، اين امر تا اندازه اي عجيب به نظر مي رسد. حدود سالهاي 1900، توليد صنعتي گالاليت از كازيين و فرمالدهيد پديدار شد. بهاي تما شدة اين ماده تا حدود سالهاي 1922 بالا بود و بدين ترتيب كاربرد آن را محدود مي ساخت.

در سال 1907، باكلند از فنون و فرمالدهيد رزين تراكمي به نام باكليت، (مأخوذ از نام سازندة آن) با خواص مشابه خواص صمغ لاكي، تهيه كرد و با ابهام پيش بيني كرد كه سلولوييد و گالاليت تنها موادي نيستند كه شيميدان ميتواند در آزمايشگاه خود آنها را بسازد و سپس با استفاده از چنين مواد اوليه اي، درمقياس صنعتي، به مجموعة مواد مناسب براي ساخت محصولا كاملا منتفاوت برسد.

آينده چنين اميدي را تأييد كرد سالهاي مديدي كه از پيدايش باكليت تاكنون گذشته است شاهد به وجود آمدن شمار بسياري از محصولات جديدي بوده ايم كه از آزمايشگاه بيرون آمده است و كم كم. و گاهي به طور چشمگير، با مواد طبيعي قديمي به رقابت برخاسته است و موجب به وجود آمدن عمليات كاملا جديدي شده است.

در حال حاضر اين مواد سنتزي بنا به خواص فيزيكي و مكانيكي و طبعاً بنا به ماهيت كاربرد شان، كه ناشي از خواص آنها مي باشد، به سه دسته تقسيم مي شوند:
1- مواد پلاستيكي، كه معمولا با عبارت سادة پلاستيكها مشخص مي شوند. يكي از خواص اساسي پلاستيكها سخت و صلب بودن آنها در دماي اتقا است اين ماده وقتي به اندازة كافي گرم شود صلابت خود را از دست مي دهد و بدين ترتيب براي قالبگيري آماده مي شود. همة ما با توسعة شگرفي كه تاكنون در زمينة صنعت پلاستيك انجام گرفته است و نيز با عمليات شگفت آن آشنايي داريم. ما در اين كتاب چنين مواد پلاستيكي را بررسي نخواهم كرد و خوانندگان علاقه مند به اين مواد را به مطالعة كتابي كه به اين موضوع اختصاص دارد دعوت مي كنيم.

2- لاستيكهاي سنتزي( به نام كشپارها نيز معروفند ) اين مواد كشسان مي باشند يعني، داراي اين خصايت هستند كه پس از رفع فشار يا انقباضي كه بر آنها اعمال شده است مجدداً شكل اولية خود را به دست آورند.
3- الياف سنتزي موادي هستند كه مي توان به آساني آنها را به صورت نخ قابل ريسيدن در آورد.
در اين كتاب تنها دو دستة آخر مواد سنتزي مورد بررسي قرار خواهد گرفت.
براي اينكه خوانندگان بهتر بتوانند مشكلاتي را كه هنگام اجرا و به كار بستن اين مواد مطرح مي شود و نيز راه حلهايي را كه براي آنها آورده ايم متوجه شوند به نظر مي رسد در ابتدا لازم باشد به صورت فشرده برخي تعريفهاي اساسي مربوط به تهية چنين مواد سنتزي را در اختيار ايشان قرار دهيم.
دو نوع تغيير و تبديل ضروري كه در شكل مولكول يك مادة سنتزي دخالت دارند عبارتد از: بسپارش افزايشي و بسپارش مرحله اي،‌بسپارش را هنگامي افزايشي ( يا زنجيري) مي ناميم كه ازيك مولكول پايه به نام تكپار، ماده اي با جرم مولكولي بيشتر به نام بسپار به دست آيد و نتيجة آن رشد مناسب مولكول تكپار بدون حذف مادة سوم باشد. طرح نمايشي يك واكنش بسپارش افزايشي به صورت زير است:

به عنوان مثال،‌عبور از استيلن به بنزن:

يك نوع بسپارش افزايشي را تشكيل مي دهد.
متذكر مي شويم كه در برخي موارد پديدة مشابهي مي تواند اتفاق افتد. بدين ترتيب كه وقتي دو مولكول به طور همزمان بسيپار شوند، درشت مولكولي كه مخلوطي از دو نوع تكپار است به دست مي آيد:

( با فرض اينكه در حالت ساده، مولكولهاي M و M به تعداد مساوي در ساخت درشت مولكول شركت كرده باشند)؛ چنين واكنشي را همبسپارش مي نامند.
بسپارش را هنگامي مرحله اي (يا تراكمي ) مي ناميم كه مادة به دست آمده نتيجة واكنش ميان مولكولهاي پايه باشد، ولي اين بار با حذف يك ماده سوم. معمولا مولكول اين ماده بسيار ساده مي باشد و اغلب آب است. ولي اين ماده مي تواند يك اسيد، يك نمك، يك الكتل، يك آمين، يا… نيز باشد. عناصر سازندة بسپار از هر دو مولكول، كه حالا به كيديگر متصل شده اند، تشكيل شده است. براي مثال، وقتي طبيعت مولكولهاي سلولوز را از مولكولهاي گلوكوز به وجود مي آورد، براي هر دو مولكول گلوكوزي كه به يكديگر متصل مي شوند يك مولكول آب حذف مي شود. به چنين واكنشي، بسپارش مرحله اي مي گوييم.

شايان ذكر است كه چندين نوع مولكول نيز مي توانند در يك چنين واكنشي با يكدير متحد شوند و مادة سومي را حدف كنند. در اين حالت به چنين واكنشي همبسپارش مرحله اي مي گوييم.
بايد متذكر شويم كه از نقطه نظر شيمي- فيزيكي، تفاوت اساسي ميان بسپارش منرحله اي وجود دارد. بسپارش يك واكنش شيمياي واقعي است كه بتدريج و گاهي بسيار كند صورت مي گيرد، به طوري كه اغلب امكان جداسازي مواد حد واسط تشكيل شده، يتعني دوپار، سه پار، چهار پار، و…، وجود دارد. برعكس، واكنشهاي بسپارش افزايشي بيشتر تغيير و تبديلهاي فيزيكي هستند و حساسيت زايدي در برابر كاتاليزورها از خود نشان مي دهند. اين واكنشها در شرايط معمولي بسرعت كامل مي شوند و نمي توان به دلخواه در مراحل حد واسط، آنها را متوقف كرد.

بالاخره، از نظر مواد تشكيل دهندة شيميايي بايد اشاره كنيم كه محصول به دست آمده از يك بسپارش افزايشي داراي همان تركيبهايي است كمه تكپار اوليه دار است. در صورتي كه چنين حالتي براي محصول حاصل از بسپارش مرحله اي وجود ندارد، چرا كه در اينجا با حذف مولكولهاي سومي مواجه هستيم.
چيزي كه پيشاپيش مي توان حدس زد اين است كه مواد سنتز شده اجسامي با مولكولهاي بزرگ مي باشند. در واقع، اين مواد تركيبهايي با مولكولهاي درشتند و به همين دليل به نام درشت مولكولها ناميده مي شوند. وزنهاي مولكولي چنين موادي حدود 1000 برابر وزن مولكولي مواد معمولي در شيمي آلي است معمولا اين مقدارها از 50000 فراتر مي رود و مي تواند به 400 تا 500 هزار برسد.

درشت مولكولهايي كه لاستيكها و الياف سنتزي را مي سازند از زنجير بنديهاي اتمي، كه در يك جهت فضا گسترش يافته اند، تشكيل شده اند. به چنين زنجير بندي رشته اي، خطي، يا تك بعدي مي گويند. براي مثال، يك ليف لاستيك از كنار هم قرار گرفتن موازي يك دسته از اين درشت مولكولهاي بلند تشكيل شده است.

ولي در برخي موارد ممكن است ميان اين درشت مولكولهاي خطي، اتصالات عرضي، همچون پلي ميان زنجيرهاي نخي شكل به وجود آورده در اين حالت مي گوييم شبكه سزاي انجام گرفته است. براي مثال، در وولكانش لاستيك، با قرار دادن گوگرد به صورت عرضي، پلي ميان درشت مولكولهاي ايزوپرني لاستيك خام به وجود مي آوريم.

پيدايش و توسعة لاستيكهاي سنتزي
لاستيك طبيعي ( يا كائوچوي طبيعي) ماده اي كشسان است و از تجمع شيرة انواع مختلف گياهان، بخصوص هوا، حاصل مي شود. اين ماده مدتهاست كه توسط سرخپوستان امريكا شناخته شده است.

سرخپوستان، قبل از كشف امريكا توسط كريستف كلمب، از اين ماده براي ساخت وسايل مختلف مصارف روزانة خود، و حتي تهية توپ بازي، استفاده مي كردند. لاستيك، حدود سال 1740 توسط رياضيدان فرانسوي لاكندامين هنگام بازگشت از امريكا وارد اروپا شد ولي به مدت يك قرن استفادة زيادي ار آن نمي شد. اين ماده كاملا به صورت طبيعي به كار گرفته مي شد و از اين جهت داراي عيبهايي بود. گودير در سال 1840، موفق شد لاستيك طبيعي را با عمل وولكانش توسط گوگرد پايدار كند. سپس، در سال 1850، موري توليد لاستيك سخت يا ابونيت را به مرحلة اجرا درآورد. بدين ترتيب مصرف جهاني لاستيك سال به سال رو به افزايش نهاد به طوري كه از 10000 تن در سال 1850، به 50000 در سال 1900 و از 90000 تن در سال 1910، به 300000 تن در سال 1920 رسيد. لاستيك به خاطر مصرف زياد در وسايط نقليه مانند: دوچرخه، اتومبيل، و هواپيما اهميت خود را بيشتر نشان داد.

به موازات توسعة كاربرد لاستيك، كوششهاي نيز از طرف شيميدانها به منظور تعيين ساختار و نيز اجراي سنتز آن به عمل آمد. گري ويل ويليامز در سال 1860 به دنبال زحمات دوما، ليبيگ، دالتون، موفق به جدا كردن ماده اي در محصولات تقطير شده شد كه آن را ايزوپرن ناميد .بيست سال بعد بوشارداي فرانسوي نشان داد ه مي توا ايزو پرن را به ماده اي سخت نظير لاستيك تبديل كرد و بدين ترتيب اولين سنتز در اين مورد توسط نامبرده اجرا شد.

انگلستان در سال 1910 و آلمان در همان سال اولين مقاله هاي علمي را در اين زمينه منتشر كردند. در مقالة آلمانيها، كه توسط شركت بايز منتشر شد، استفاده از سديم فلزي در بسپارش ايزوپرن مطرح شد. انگليسيها، در سال 1912 اقدام به راه اندازي پيلوت كوچكي در سطح آزمايشگاه كردن كه مي توانست حدود 2 كيلوگرم لاستيك در روز توليد كند. شروع جنگ 1914- 1918 تحقيقا انگليسيها را متوقف كرد. در واقع، آلمانيها منابع صمغ طبيعي آنها را قطع كردند. شيميدانهاي آلماني، از دي متيل بوتا دي ان ( يا متيل ايزوپرن) لاستيك متيل را، كه موفقيت بزرگي براي آنها محسوب مي شد، تهيه كردند به طوري كه از سال 1915 تا 1918 طي سه سال، توليد آنها از 2000 تن گذشت با اين وجود، پايان جنگ منجر به توقف اين توليد شد چرا كه آلمانيها دوباره به منابع لاستيك طبيعي خاور دور دسترسي پيدا كردند و واضح بود كه لاستيكهاي متيل، به خاطر مرغوبيت بيشتر و بازار بهتري كه دارند، مي توانند به خوبي با صمغ طبيعي رقابت كنند.

ولي كارهاي انجام گرفته توسط آلماني ها، طي چهار سال، دولتهاي بزرگ را متوجه مسائلي كرد كه در جنگ جهاني دوم از آنها استفاده شد. توسعة غير قابل تصور وسايل موتوري، مصرف زياد لاستيك ار به دنبال داشت و به اين ترتيب، همواره خطر قطع منابع توليد صمغ وجود داشت از اين جهت، پژوهشگران آلماني، امريكايي و روسي را بر آن داشت تا در سال 1926، بدون وقفه روي توليد لاستيك سنتيزي فعاليت كنند. بعدها در درجة اول كانادا و سپس ساير كشورها توليد كنندة اين ماده شدند و در حال حاضر صنايع لاستيك سينتزي كم و بيش در سرتاسر دنيا گسترده شده است و به طور وسيعي با لاستيك طبيعي رقابت مي كند.
حال، به طور دقيقتر، ببينيم چطور مسئله پيدايش مصنوعي اين ماده مطرح شد. از نظر شيميايي لاستيك طبيعي ماده اي پيچيده است و براي اولين بار بوشاردا نشان دارد كه اين ماده از بسپارش ايزوپرن حاصل شده است. ايزوپرن به فرمول خام 8H5C داراي ساختار زير است:

لاستيك طبيعي مخلوطي از بسپارهاي اين ماده از زنجيرهاي خطي بلند است اولين تصوري كه براي تهية لاستيك سنتزي به ذهن مي آيد، بسپار كردن ايزوپرن است. بسپارش اين ماده ظاهراً امكانپذير است. در واقع، مولكول ايزوپرون تحت تأثير هيدروژن كلريد يا نور فرابنفش يا كاتاليزورهاي ديگر، متحمل تغييراتي در موقعيت پيوندهاي خود مي شود بدون آنكه تركيب شيميايي آن تغيير كند، در اين صورت شكل زير را به خود مي گيرد:
- CH2-C=CH-CH2-CH3

حال، پيوندهاي آزادي كه در انتاي مولكول واقع شده است مي تواند به دو مولكول ديگر متصل شود و اين عمل بدين ترتيب ادامه پيدا كند كه زنجير بلندي از نوع زير تشكيل شود:
..-CH2-C=CH-CH2-CH2-C=CH-CH2-…CH3
ولي اين نوع بسپارش تنها راه امكانپذير نيست و متأسفانه به وسيلة بسپارش مصنوعي نمي توان دقيقاً به لاستيك رسيد. از طرف ديگر، ايزوپرن نمي تواند به مقدار كافي توليد شود و در ضن قيمت تمام شده بسيار بالا خواهد بود و از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نيست.
بنابراين، بسپارش ايزوپرون خود نمي توانست مشكل را حل كند. به اين ترتيب در جست و جوي بسپار كردن موادي بودند كه داراي ساختاري شبيه ساختار ايزوپرن نمونه اي از اين كوشش بود. اين ماده، كه با استخلاف يك هيدروژن توسط گروه متيل CH3 روي ايزوپرن به دست مي آيد. امكان تهية لاستيكهاي متيل را در جنگ جهاني اول به آلمانيها داد

سپس آلمانيها اقدام به سپارش بو تا دي ان به فرمول زير كردند:
CH2=CH-CH=CH2
بسپارش اين تكپار اوليه در حضور سديم انجام گرفت. آلمانيها تمام لاستيكها را با عنوان عمومي بونا نامگذاري كردند. بوناها، به سرعت يك قسمت عمده از احتياجات آلمانيها را برآورده كرد. آلمانيها از سال 1936 به بعد توانستند بعضي از بوناها را به خاطر كيفيت بهتر نسبت به لاستيك طبيعي صادر كنند. با وجود قيمت بيشتر بونا نسبت به صمغ طبيعي، اين ماده توانست با كشورهاي مختلف رقابت كند. جنگ جهاني دوم باعث رونق صنايع لاستيك سنتيزي آلمان شد. تمام توليدات در پنج كارخانة بزرگ متمركز شد طوري كه ظرفيت ساليانة محصولات به 180000 تن رسيد. در واقع، اين كارخانه ها هرگز با ظرفيت كامل خودكار نكردند ومتوسط توليد ساليانة آنها حدود 100000 تن بومد. بعدها نيز كشپارهاي از نوع بونا قسمت اعظم توليدات آمان را تشكيل داد.

در ايالات متحد مسئله كشپارهاي سنتزي در ابتدا شكل ديگري داشت براي آمريكاييها مهم نبود كه دست از لاستيك طبيعي بكشند چرا كه توانستند تا سال 1940 احتياجات خود را برآورده سازند و سپس اقدام به تهية محصولاتي با كيفيت صنعتي بهتر، نسبت به صمغ طبيعي كنند. شيميدانهاي فني امريكايي سعي خود را بر بسپارش كلروپرن، كه مشتق كلردار بو تا دي آن به فرمول :
CH2=CC1-CH=CH2

است، متمركز كردند. و نيز از نئوپرن لاستيكهاي اشتعال ناپذير و بخصوص مقاوم در مقابل عامل فيزيكي و شيميايي به دست آوردند. ولي قيمت اين نئوپرنها بسيار بالا تمام مي شد طوري كه فقط در موارد بخصوص از آنها استفاده مي شد و به همين دليل، در سال 1941، توليد امريكايي نئوپرنها فقط به ميزان 8000 تن بود.
در سال 1942 واقعة مهمي به وقوع پيوست: كنترل كشت هوآي خاورميانه توسط ژاپنيها آمريكاييها در اين موقع ناچار به قطع ناگهاني صمغ طبيعي شدند و خود را مجبور به برنامه ريزي جهت توليد لاستيك سنتزي ديدن تابتوانند جايگزين لاستيك طبيعي كنند. و بدين ترتيب بود ه امريكا به نوبة خود به جرگة توليد كنندگان بزرگ لاستيك از نوع بونا پيوست و توانست تا ميزان 80 درصد از محصولات خود را به اين ماده تخصيص دهد.

در شوروي، سال 1931، اولين كشپارهاي سنتزي كه به صورت صنعتي ساخته شد مورد مصرف قرار گرفت. اين كشپارها عبارت بودند از پلي بوتادي انها كه با نام لاستيكهاي SK معروف بودند. بعد شيميدانهاي روسي نيز اقدام به بسپارش كلروپرن تحت عنوان سوپرن كردن دكه نام آن هم كشور توليد كنده و هم مادة اوليه را نشان مي دهد. در سالهاي بعد روسها همبسپار بوتادي ان با استيرن و نيز آكريلونيتريل را نيز تهيه كردند كه به ترتيب به نام لاستيكهاي SK-A, K-S معروف است.
در كانادا، از سال 1950 صنايع مهم كشپارهاي سنتزي شروع به فعاليت كرد و شامل لاستيكهاي با انواع مختلف بود. از سال 1954 توليدات خود را همراه با سه كشور ياد شده به بازار عرضه كرد. بعدها كاناداييها، در توليد اين محصول، بخصوص در زمينة توليد همبسپار بوتاي ان – استيرن، آلمانيها را پشت گذاردند.

ممكن است خواننگان فكر كنند چطور دو كشرو انگلستان و فرانسه، كه در زمينة صنايع مختلف پيشتاز بودند، نقش مهمي در اين صنعت نداشتند؟ علت آن اين است كه تا سال 1942 اين دو كشور تمام احتياجات خود را در زمينة لاستيك طبيعي از كشتي كه در مستعمرات خود داشتند برآورده مي ساختند. انگلستان براي سالهاي زيادي از انبارهاي خود استفاده مي كند ولي فرانسه تا سال 1950 توانست از ذخيره هاي خود استفاده كند. در سالهاي بعد انگلستان مانند فرانسه لزوم ايجاد صنايع اين رشته را احساس كرد. اين دو كشور، از سال 1956، اقدام به تأسيس كارخانه هاي توليد كشپارهاي سنتزي كردند. كارخانه هاي انگليسي در سال 1958 به توليد رسيدند در صورتي كه كارخانه هاي فرانسوي در سال 1960 به توليد رسيدند.

از سال 1956 ساير كشورها نيز اقدام به ايجاد اين صنعت كردند طوري كه هم اكنون در بيشتر نقاط دنيا گسترده شده است. به عنوان نمونه، تاريخ شروع تولدي چند كشور آورده مي شود: ايتاليا 1958، هلند 1960 ، روماني 1959، ژاپن 1958، و مكزيك 1961.