بخشی از مقاله
تهیه و بررسی خواص IPN های سیلیکون رابر و پلی(متیل متاکریلات) پرشده با زئولیت
چکیده:
در این مطالعه خواص مکانیکی IPN های همزمان سیلیکون رابر و متیل متاکریلات پرشده با زئولیت بررسی شده است. وارد شدن زئولیت باعث افزایش مدول و کاهش کرنش در نقطه شکست نمونههای IPN شده است. با اینحال، افزایش پلی(متیل متاکریلات) تا درصدهای کمتر از ۰۳% افزایش همزمان مدول و کرنش در نقطه شکست، یعنی افزایش استحکام، نشان میدهد. در درصدهای بالاتر پلی(متیل متاکریلات) سیستم IPN افزایش مدول و کاهش کرنش در نقطه شکست را نشان می دهد.
کلمات کلیدی: شبکه های پلیمری در هم تنیده (IPN)، زئولیت ، پلی(متیل متاکریلات)، سیلیکون رابر.
۱‐ مقدمه:
صنعت نفت و پتروشیمی یکی از صنایع بسیار حیاتی کشور ما محسوب میشود که باعث تحرک سایر صنایع، و در نتیجه سبب تحرک اقتصاد می گردد. یک واحد پتروشیمی مدرن شامل مراحل عملیاتی زیادی بوده و انواع مواد پتروشیمی را تولید می کند. سوختهای سنتزی با خلوص بالا مانند بنزین و گازوئیل و نفت سفید و گاز و نفت کوره از تولیدات یک واحد پتروشیمی هستند]۱.[ بطور کلی، فرایند های پتروشیمی با استفاده از فناوری های مرسوم تقطیر، جذب، جذب سطحی و تبرید انجام می شوند. با این حال، به دلیل مصرف انرﮊی بیشتر و مسائل زیست محیطی و غیره، به نظر میرسد که فناوری غشایی جایگزین بسیار مناسبی برای عملیات مذکور می باشد. جداسازی هیدروکربن ها با استفاده از جاذب ها ی انتخاب پذیر یکی از مهمترین فرایندها در صنایع نفت و پتروشیمی بوده و جداسازی هیدرو کربن های خطی از انواع غیر خطی اعم از شاخه ای و آروماتیک دارای کاربردهای تجاری زیادی است ]۲.[ بدین جهت از زئولیتهای مختلفی با توجه به خواص بی نظیر آنها از قبیل ساختار میکرو و مزو (نانو) متخلخل میتوان از آنها برای جداسازی هیدروکربنها استفاده کرد. اثرات فضایی، تعادلی و سینتیکی که انواع زئولیتها دارند باعث افزایش بازده جداسازی غربالهای مولکولی (زئولیتها) میشوند. در این میان زئولیت 5A به دلیل دارا بودن قطر منافذ آزاد برای عبور دادن هیدروکربن های خطی و همچنین ممانعت از عبور مولکولهای هیدروکربنهای غیر خطی و شاخه دار بسیار مناسب می باشد (شکل ۱). یعنی در این حالت اثرات فضایی غربالهای مولکولی مهم میباشد. به همین دلیل تا به حال چندین فرایند (Molex, Isosiv, Ensorb Processes) برای جداسازی پارافین ها در دنیا تجاری شده است که در آنها از زئولیت 5A استفاده شده است.
شکل۱: واحد ساختاری زئولیت نوع ] A۱.[
دو روش معمول در استفاده از زئولیت ها برای مقاصد جداسازی وجود دارد که عبارتند از:
روش 1PSA و فناوری غشایی. که بدلیل هزینه بالا و مشکل بودن کنتر ل فرایند روش PSA، به نظر می رسد فناوری غشایی روش موثرتری است. غشاها بر اساس جنس مواد سازنده، به دو دسته بزرگ آلی و غیر آلی تقسیم می شوند که معایب و مزایای هر کدام از آنها در مقالات آمده است. با توجه به همین معایب و مزایا، اخیرا" نسل جدیدی از غشاها معرفی شدهاند که ترکیبی ازیک شبکه پلیمری و یک ماده غیر آلی بوده که ماده غیرآلی و انتخاب پذیر در داخل زمینه پلیمری وارد شده است. این نوع غشاها به غشاهای زمینه مختلط((MMMs معروف هستند (شکل۲)]۳.[
شکل۲: طرحواره غشای زمینه مختلط ]۴.[
در صنعت پتروشیمی مشکلات مختلفی در ارتباط با جداسازی هیدروکربنها بوسیله غشاها وجود دارد. که تا جای ممکن نیاز به افزایش انتخاب پذیری غشاها به جهت کاربردی ساختن فن آوری غشایی به شدت احساس می شود. همچنین مسئله نرم شدن پلیمرها توسط هیدروکربنها که باعث کاهش پایداری مکانیکی و انتخاب پذیری غشاها می شوند باید مورد توجه قرار گیرد. بنابراین سه هدف مهم فناوری غشایی برای تجاری شدن، دارا بودن انتخاب پذیری و نفوذ پذیری بالا و داشتن پایداری مکانیکی در دماها و فشارهای عملیاتی است]۴.[
معمول ترین روش ساخت غشاهای زمینه مختلط روش قالب ریزی محلولی است. در این روش ابتـدا مقدار مشخصی از زئولیت که همان میزان بارگذاری زئولیت است در حلالی مناسب پخش مـیشـود (حلالـی مناسب، حلالی است که ماده پلیمری مورد استفاده در ساختار را بخوبی در خود حـل کنـد بـدون اینکـه بـر همکنش با آن داشته باشد). دوغاب حاصل که نوعی تعلیقی زئولیـت‐حـلال اسـت بـا اسـتفاده از روشهـای اختلاط مناسب همگن میشود. به این صورت که ابتدا توسط یک لرزاننده یا یک همزن پرهای بـه دقـت هـم زده میشود سپس جهت افزایش پراکندهسازی زئولیت و همگن شدن بیـشتر، از یـک همـزن مـافوق صـوت استفاده میشود. در مرحله همزدن با انواع مافوق صوت تودههـای ذرات زئـولیتی از هـم جـدا مـیشـوند. در مرحله بعد پلیمر مورد نظر که سازنده فاز پیوسـته غـشای زمینـه مخـتلط اسـت، پـس از انحـلال در حـلال مناسب، به این دوغاب همگن شده، افزوده میشود و با استفاده از ابزار مناسب بخوبی هم زده میشـود. خـلاﺀ نسبی نیز برای مدت کوتاهی جهت اطمینان از حذف حبابهای هوا بکار گرفته میشود تا دوباره یـک دوغـاب همگن حاصل شود. در مرحله آخر دوغاب همگن روی قالبهای فلزی صاف و مسطح ریخته میشـود سـپس به قسمتی از حلال اجازه داده میشود تا به آرامی تبخیر شود و یک فیلم غـشایی حاصـل شـود. سـپس ایـن فیلم غشایی در یک آون خلاﺀ حرارت داده می شود تا خـشک شـود و باقیمانـده حـلال نیـز تحـت عملیـات حرارتی از آن خارج می شود]۵.[
در این تحقیق برای غلبه بر مشکلات مربوط به این نوع غشاها، برای مخلوط کردن زئولیت و زمینه پلیمری از دستگاه مخلوط کن داخلی استفاده کرده و سپس در دستگاه پرس گرم قالبگیری شده وعملیات حرارتی نمونه ها انجام گرفته است. هدف اصلی این تحقیق ارزیابی خواص مکانیکی غشاهای زمینه مختلط با زئولیت 5A است که در آن زمینه پلیمری IPN سیلیکون رابر و پلی(متیل متاکریلات) هستند. برای این منظور آزمون استاندارد کشش روی این غشاها انجام شده و اثر پارامترهای مختلف از قبیل ترکیب درصد زئولیت، ساختار IPN و ترکیب درصد اجزای آن روی خواص مکانیکی (مقدار کرنش در نقطه شکست) آنها به روش طراحی آزمایش بررسی شده است.
۲‐ تجربی:
برای تهیه نمونه ها ابتدا متیل متاکریلات خالص سازی شده و عامل شبکه ای کننده اتیلن گلیکول دی متاکریلات (EGDMA) و آغازگر را اضافه کرده سپس سیلیکون رابر و عامل شبکهای کننده آن و زئولیت مورد نیاز هر نمونه توزین و در مرحله بعدی ابتدا سیلیکون رابر و سپس زئولیت و متیل متاکریلات و در انتها عامل شبکه ای کننده پلی (دی متیل سیلوکسان) به مخلوط کن داخلی اضافه شده پس از اطمینان از پخش کامل زئولیت در داخل آمیزه پلیمری، مخلوط حاصل در قالبهای فلزی ریخته شد. فرایند پخت و شکلدهی نمونهها در داخل دستگاه قالبگیری فشاری انجام شد. پس از شکلدهی نمونهها در دستگاه قالبگیری فشاری، نمونه ها به منظور تکمیل پلیمریزاسیون در داخل آون و در دمای ۰۹ درجه سانتیگراد قرار داده شدند.
برای انجام آزمایشات از طراحی آزمایش به روش تاگوچی استفاده شد به این ترتیب که چهار پارامتر میزان زئولیت و مقدار متیل متاکریلات و چگالی شبکهای شدن پلی (دی متیل سیلوکسان) و چگالی شبکه-
ای شدن پلی (متیل متاکریلات) در چهار سطح مختلف انتخاب شدند. این طراحی دارای ۶۱ سری آزمایش بود. خواص مکانیکی نمونهها با استفاده از دستگاه کشش Zwick-Roell مدل FR010 با از استاندارد ASTM412 تعیین شد. سرعت آزمون کشش برابر mm/min ۵ بود. تست خواص مکانیکی نمونهها چهار مرتبه تکرار گردید و میزان افزایش طول نمونهها در نقطه شکست برای نمونه های مختلف اندازهگیری شد.
