بخشی از مقاله
چکیده
در فرایندهای پلیمر شدن، کاهش زمان واکنش همواره از اهمیت خاصی برخوردار است. اگر چه روشهای بسیاری میتوان استفاده کرد و زمان واکنش را کاهش داد، ولی بیشتر این روشها اثر نامطلوبی بر کیفیت محصول میگذارد. مثلا استفاده از مقدار زیاد آغازگر در دمای بالا، سرعت پلیمر شدن را افرایش میدهد، ولی وزن مولکولی پلیمر را کاهش میدهد که در نتیجه افت قابل ملاحظهای در خواص مکانیکی مشاهده میشود. در این پژوهش، با استفاده همزمان از دو آغازگری که دماهای تجزیه متفاوتی دارند و انتخاب یک سیر دمایی مناسب، مدت زمان لازم برای سنتز پلیاستیرن به روش توده کاهش یافت، در حالی که وزن مولکولی پلیمر ثابت باقی ماند.
کلمات کلیدی: پلیمر شدن توده، پلیاستیرن، بنزوئیل پروکسید، تری بوتیل پربنزوات، متوسط وزن
مولکولی وزنی
مقدمه
استیرن سادهترین ماده در خانواده مونومرهای حلقوی سیر نشده است. تولید جهانی استیرن تقریباﹰ ۵ بیلیون پوند در سال است که تقریباﹰ ۳۴ درصد آن صرف تولید پلیاستیرن میشود. اگر فرایند تولید پلیاستیرن مناسب نباشد، مقداری مونومر عمل نکرده در آن باقی میماند که علاوه بر تضعیف خواص فیزیکی بر اثر اکسید شدن رنگ پلیمر زرد میشود و از طرف دیگر، آغازگر باقیمانده در سیستم نیز به مرور ایام تجزیه میشود و پلیمر را کدر میکند.
برای از بین بردن یا به حداقل رساندن مقدار مونومر و آغازگر باقیمانده، ابتکارات زیادی بکار برده شده تا طی فرایند پلیمر شدن این مشکل حل گردد. درفرایند پلیمر شدن ناپیوسته، علاوه بر کیفیت محصول، کاهش زمان واکنش هم دارای اهمیت است. اگر چه میتوان با استفاده از مقدار زیاد آغازگر در دمای بالا، زمان واکنش را کوتاه کرد، ولی افزایش میزان آغازگر موجب کم شدن وزن مولکولی پلیمر میشود و همچنین بطور مسلم مقداری از آغازگر در محصول باقی میماند که باعث کیفیت نامطلوب محصول میگردد ]۳-۱.[ بنابراین، انتخاب نوع و غلظت آغازگر یا آغازگرها و روند صعود دمایی مناسب که ایجاد پلیمری با وزن مولکولی مورد نظر در زمان واکنش کوتاهتر را ممکن میسازد، از اهمیت زیادی برخوردار است ]۶-۴.[
در این پژوهش، از دو آغازگر بنزوئیل پروکسید و تری بوتیل پربنزوات - که دماهای تجزیه متفاوتی دارند - همراه با سیر صعودی مناسب دمایی برای افزایش سرعت و در عین حال کنترل وزن مولکولی برای سنتز پلیاستیرن به روش توده استفاده شد. نتایج آزمایشگاهی ارائه و مورد بحث و بررسی قرار میگیرد.
تجربی
مواد
مونومر استیرن از شرکت مرک آلمان تهیه شد. آغازگرهای بنزوئیل پروکسید با ۵۲ درصد آب و تری بوتیل پربنزوات نیز از همان شرکت تهیه شد و بدون خالصسازی مورد استفاده قرار گرفت.
دستگاهها متوسط وزن مولکولی وزنی و عددی به وسیله دستگاه کروماتوگرافی ﮊل تراوایی جهبنض و اترز مدل ه-۰۵۱ اندازهگیری شد.
روشها
تقطیر مونومر
مونومر استیرن تحت خلاﺀ دردمای ه ْ۰۳ سه بار تقطیر شد.
ساخت آمپول
لولههای شیشهای به قطر عع ۸ خریداری و به قطعات عط ۵۱ بریده شد. با استفاده از چراغ شیشهگری انتهای آنها بسته و دهانه آنها باریک گردید.
آزمایشها
پس از اینکه مونومر استیرن تقطیر شد و آمپولها ساخته شد. ؟ ۰۵ از استیرن تقطیر شده وزن گردید و به آن آغازگر یا مخلوط آغازگرها با نسبت درصدهای متفاوت نسبت به مونومر اضافه شد. به هر آمپول تقریباﹰ یک گرم از این محلول - مخلوط آغازگرها و مونومر - منتقل شد و برای خارج ساختن هوا از آمپول، مخلوط ۳ بار در خلاﺀ منجمد و مایع شد. سپس، آزمایشها در دمای ثابت و دماهای متغیر به ترتیب زیر انجام شد:
در آزمایشهای دمای ثابت طی زمان واکنش دما ثابت نگه داشته شده است. دماهای مورد استفاده ۰۰۱، ۵۱۱، ۵۳۱ و ه ْ۰۵۱ است و درآزمایشهای با دماهای متغیر آمپولها به مد ت ۵,۳ ساعت در دمای ه ْ۰۰۱ قرار داده شدند و سپس به مدت ۵/۱ ساعت در دمای ه ْ۵۱۱ قرار گرفتند و در نهایت به مدت یک ساعت دیگر در دمای ه ْ۵۳۱ باقی ماندند.
جداسازی پلیمر
پس از پایان مدت آزمایش، آمپولها شکسته شدند و مخلوط واکنش به ظرف پلاستیکی دارای ؟۵۲ حلال تتراهیدرو فوران جًد1ض منتقل گردید. پس از اطمینان یافتن از حل شدن کامل در پلیمر ًد1، محلول پلیمر و ًد1 به آرامی به ؟۰۵۲ حلال متانول در حال بهم خوردن افزوده شد و بدین ترتیب پلیمر رسوب کرد. پس از صاف کردن محلول حاصل، پلیمر روی صافی خشک شد.
محاسبه درجه تبدیل و محاسبه متوسط وزن مولکولی برای این کار وزن مونومر منتقل شده به هر آمپول از وزن پلیمر حاصل کم شده و سپس به وزن مونومر تقسیم و حاصل در ۰۰۱ ضرب میشود. از هر نمونه به مقدار ؟۳۰/۰ وزن شده و به ئع۰۱ حلال ًد1 افزوده میشود و به وسیله دستگاه هبن - دما ه ْ۰۴، حلال ًد1 و شدت جریان غطعَعع۵/۱ - متوسط وزن مولکولی وزنی و عددی آنها معین میگردد.
نتایج و بحث
واکنش پلیمر شدن در مجاورت همزمان دو آغازگر انجام میپذیرد، آغازگرها، که در اینجا به صورت ذع و لع نشان داده شدهاند، دو نوع مختلف رادیکال آزاد ذل و لل از طریق معادلات زیر را ایجاد میکنند ]۸، ۷:[
رادیکالهای یاد شده میتوانند با مونومر ق ترکیب شده و واکنش پلیمر شدن را آغاز کنند. در این واکنشها ذل و لل نشان دهنده رادیکالهای اولیه و ذب نماینده رادیکالهای پلیمری است.
