صنايع پليمر

پليمر هاي متداول امروزي از نفت خام ساخته مي شوند كه با توجه به محدود بودن منابع نفتي بايد به تدريج با بيو پليمر ها كه از منابع تجديد شونده ساخته مي شوند، جانشين شوند. بيوپليمر از نظر بيوشيمي دان ها عبارت است از ماكرومولكول هاي بيولوژي كه از تعداد زيادي زير واحد كوچك و شبيه به هم كه با اتصال كووالانسي به هم متصل شده اند ويك زنجيره طولاني را ايجاد مي كنند، ساخته شده اند. پليمر هاي متداول امروزي از نفت خام ساخته مي شوند كه با توجه به محدود بودن منابع نفتي بايد به تدريج با بيوپليمر ها كه از منابع تجديد شونده ساخته مي شوند، جانشين شوند. بيوپليمر از نظر بيوشيمي دان ها عبارت است از ماكرومولكول هاي بيولوژي كه ازتعدادزيادي زير واحد كوچك و شبيه به هم كه با اتصال كووالانسي بههم متصل شده اند ويك زنجيره طولاني را ايجاد مي كنند، ساخته شده اند.

در روند طبيعي، بيوپليمر ها و يا همان ماكرومولكول ها، تركيبات داخل سلولي هستند كه قابليت زنده ماندن را به ارگانيسم در شرايط سخت محيطي مي دهند.مواد بيوپليمري در شكل هاي گوناگوني توسعه يافته اند؛ بنابراين ظرفيت استفاده در صنايع گوناگون را دارند. توسعه مواد بيوپليمري به چنددليل اهميت دارد. اول اين كه اين مواد بر خلاف پليمر هاي امروزي كه از مواد نفتي به دست مي آيند، به محيط زيست برگشت پذير هستند؛ بنابراين موادآلوده كننده محيط زيست به شمار نمي آيند. در اين خصوص مواد بيوپليمري در ساخت پلاستيك ها به دو صورت استفاده قرار مي شوند. اول استفاده از پلاستيک هايي كه درآنها يک ماده تخريب پذير(مانند نشاسته) به يک پلاستيک متداول (مانندپلي اتيلن) اضافه مي شود، درنتيجه اين ماده به افزايش سرعت تخريب پلاستيک کمک مي کند. اين مواد چند سالي هست که وارد بازار شده اند و با آن که کمک زيادي به کاهش زباله هاي پلاستيکي کرده اند، اما به دليل اين که در آنها از همان پلاستيک هاي متداول تخريب ناپذير استفاده مي شود و استفاده از مقدار زيادي مواد تخريب پذير در پلاستيک ويژگي آن را تضعيف مي کند، موقعيت چندان محکمي ندارند.دوم استفاده از پلاستيک هاي تخريب پذير ذاتي است که به دليل ساختمان شيميايي خاص به وسيله باکتري ها، آب يا آنزيم ها در طبيعت تخريب مي شوند و خيلي سريع تر از نوع اول به محيط زيست بر مي گردند، دردرجه دوم اهميت مواد بيوپليمري به وسيله موجودات زنده ساخته مي شوند و در نتيجه در چرخه ساخت و تجزيه مواد بيولوژيك قرار مي گيرند، پس هيچ گاه منابع آن محدود و تمام شدني نيست، در حالي كه مواد پليمري و پلاستيكي امروزي از سوخت هاي فسيلي ساخته مي شود كه منابع آن محدود و تمام شدني است. هر چند اين منابع در حال حاضر و به ويژه در كشور ما به وفور يافت مي شوند، ولي روزي تمام خواهند شد. سومين مزيت بيوپليمر ها، اقتصادي بودن اين مواد است، زيرا توليد بيوپليمر نياز زيادي به كارخانه و صنعت پيشرفته ندارد و با حداقل امكانات مي توان به توليدآن مبادرت ورزيد. همچنين قيمت بالاي نفت خام، كشور ها را به سوي استفاده از اين مواد سوق داده است.

گياهان توليدكننده

بيشترين تحقيقات بيوپليمري روي مهندسي ژنتيك گياهان توليدكننده فيبر مانند كتان، كنف و ... متمركز شده است. به عبارت ديگر، توسعه واكنش هاي مولكولي درون سلولي گياهان كه به توليد مواد بيوپليمري منجر مي شود، مورد توجه مهندسان ژنتيك و بيوتكنولوژي قرار گرفته است. مواد بيوپليمري كه در سلول هاي گياهي ساخته مي شود، بيشتر از جنس پلي هيدروكسي بوتيرات (PHB) است. اين ماده از نظر خصوصيات فيزيكي و مكانيكي بسيار شبيه پلي پروپيلن حاصل از مواد نفتي است. امروزه با همسانه سازي كردن ژن توليد كننده پليمر پلي هيدروكسي بوتيرات در گياهان معمولي كه قابليت توليد بيوپليمر را ندارند، توانسته اند اين محصول پليمري را به طور انبوه توليد كنند. گياهان، نيشكر، يونجه، درخت خردل و ذرت براي توليد اين بيوپليمر از طريق مهندسي ژنتيك انتخاب شده اند كه ژن توليد كننده اين پليمر به داخل ژنوم اين گياهان وارد مي شود و گياه يادشده را به ساختن بيوپليمر پلي هيدروكسي بوتيرات قادرمي سازد.

ارگانيه هاي توليدكننده بيوپليمر ها

درحدود 80 سال قبل براي نخستين بار بيوپليمر پلي هيدروكسي بوتيرات از باكتري باسيلوس مگاتريوم جدا سازي شد. ازآن پس دانشمندان بيوپليمر به دنبال يافتن راه هايي هستند كه توليدات بيوپليمري باكتريايي را توسعه دهند و به صورت تجاري درآورند. بيوپليمر هايي كه سلول هاي باكتريايي قادر به توليد آن هستند و از آنها جداسازي شده اند، عبارتند از: پلي هيدروكسي آلكانوات (PHA)، پلي لاكتيك اسيد (PLA) و پلي هيدروكسي بوتيرات (PHA). اين بيوپليمر ها از نظر خصوصيات فيزيكي به پليمر هاي پلي استيلن و پلي پروپيلن شبيه هستند. بيوپليمر هاي ميكروبي در طبيعت به عنوان تركيبات داخل سلولي ميكروب ها يافت مي شوند و بيشتر زماني كه باكتري ها در شرايط نامساعد محيطي قرار مي گيرند، اقدام به توليد اين مواد مي كنند. اين مواد در حالت طبيعي به عنوان يك منبع انرژي راحت و در دسترس عمل مي كنند.
PHB در درون سيتوپلاسم باكتري به صورت دانه هاي ذخيره اي (اينكلوژن بادي) ذخيره مي شود كه اين مواد را به وسيله سانتريفيوژ و واكنش هاي شست وشوي چند مرحله اي مي توان استخراج و خالص سازي و ازآن استفاده كرد.در يك نتيجه گيري كلي در مورد استفاده از بيوپليمر ها به جاي پلاستيك ها و پليمر هاي نفتي مي توان گفت كه با توجه به ماهيت و خصوصيات بيوپليمر ها كه مواد تجديد شونده و قابل برگشت به محيط زيست و يا به عبارتي دوست محيط زيست هستند، استفاده از آنها كاري معقول و اقتصادي خواهد بود. از سوي ديگر، با توجه به قيمت بالاي نفت خام و محدود بودن منابع آن، استفاده از آن براي توليد مواد پلاستيكي كه هم آلوده كننده محيط زيست است و هم در جامعه ما ارزش چنداني ندارد، كاري غير اقتصادي است. پس اميد مي رود با توجه به سرعت روز افزون علم در زمينه مواد بيوپليمري در بيشتر كشورها، دركشور ما نيز به اين مقوله توجه بيشتري شود و با جانشين كردن مواد بيوپليمري با پليمر هاي نفتي، طلاي سياه را براي آيندگان به ميراث بگذاريم.

پليمر ها به ياري محيط زيست مي آيند

بيوپليمر از نظر بيوشيمي دان ها عبارت است از ماكرومولكول هاي بيولوژي كه از تعداد زيادي زير واحد كوچك و شبيه به هم كه با اتصال كووالانسي به هم متصل شده اند ويك زنجيره طولاني را ايجاد مي كنند، ساخته شده اند. در روند طبيعي، بيوپليمر ها و يا همان ماكرومولكول ها، تركيبات داخل سلولي هستند كه قابليت زنده ماندن را به ارگانيسم در شرايط سخت محيطي مي دهند.
درحدود 80 سال قبل براي نخستين بار بيوپليمر پلي هيدروكسي بوتيرات از باكتري باسيلوس مگاتريوم جدا سازي شد. ازآن پس دانشمندان بيوپليمر به دنبال يافتن راه هايي هستند كه توليدات بيوپليمري باكتريايي را توسعه دهند و به صورت تجاري درآورند. بيوپليمر هايي كه سلول هاي باكتريايي قادر به توليد آن هستند و از آنها جداسازي شده اند، عبارتند از: پلي هيدروكسي آلكانوات ، پلي لاكتيك اسيد (PLA) و پلي هيدروكسي بوتيرات .
اين بيوپليمر ها از نظر خصوصيات فيزيكي به پليمر هاي پلي استيلن و پلي پروپيلن شبيه هستند. بيوپليمر هاي ميكروبي در طبيعت به عنوان تركيبات داخل سلولي ميكروب ها يافت مي شوند و بيشتر زماني كه باكتري ها در شرايط نامساعد محيطي قرار مي گيرند، اقدام به توليد اين مواد مي كنند. اين مواد در حالت طبيعي به عنوان يك منبع انرژي راحت و در دسترس عمل مي كنند. همچنين هنگامي كه محيط اطراف باكتري غني از كربن باشد و از نظر ديگر مواد غذايي مورد استفاده باكتري دچار كمبود باشد، باكتري اقدام به ساخت بيوپليمر هاي يادشده مي كند. پليمر هاي متداول امروزي از نفت خام ساخته مي شوند كه با توجه به محدود بودن منابع نفتي بايد به تدريج با بيوپليمر ها كه از منابع تجديد شونده ساخته مي شوند، جانشين شوند

کوپليمريزاسيون

کوپليمريزاسيون عبارتست از پليمريزاسيون دو يا چند نوع مونومر و ايجاد مولکولهايي با بيش از يک نوع واحد ساختماني ، که آنها را کوپليمر مي‌نامند. فرمول عمومي کوپليمر را مي‌توان به صورت...A)n(B)m(C)p) نشان داد که C,B,A و غيره نشان دهنده واحدهاي ساختماني مختلف
مي‌باشند. .

? هموپليمرها (homopolymers)

ساده ترين انواع پليمرها ، هموپليمرها هستند که از زنجيره هاي پليمري متشکل از واحدهاي تکراري منفرد تشکيل شده‌اند. بدين معني که اگر A يک واحد تکراري باشد، يک زنجيره هموپليمري ، ترتيبي به صورت… AAAدر زنجيره مولکولي پليمر خواهد داشت. به عبارت ديگر مي توان براي هموپليمرها فرمول عمومي An را در نظر گرفت. از جمله هموپليمرها مي توان پليمرهايي مثل پلي‌اتيلن ، پلي‌پروپيلن ، پلي‌استايرن و پلي‌وينيل‌کلرايد يا PVC را نام برد.

? کوپليمرها (Coplymers)

کوپليمرها، پليمرهايي هستند که از پليمريزاسيون دو يا چند مونومر مختلف و مناسب با يکديگر بوجود مي‌آيند که از اين راه مي توان پليمر را با ساختمانهاي متفاوتي بوجود آورد. در کوپليمريزاسيون دو مونومر B,A ، زنجيرهاي پليمر مي‌توانند مونومر A يا مونومر B را در انتهاي رشد کننده خود داشته باشند. در نتيجه ، چهار واکنش امکان پذير است، واکنش زنجير داراي انتهاي A با مونومر A يا B و واکنش زنجير داراي انتهاي B با مونومر A يا B هر يک از واکنش ها ثابت سرعت مشخصي دارند. از روي نسبت داده شده مولکولهاي مونومر مي‌توان نسبت واحدهاي مونومرهاي بکار رفته در يک پليمر را بدست آورد.

انواع کوپليمريزاسيون

کوپليمرها انواع مختلفي دارند و ليکن مي توان آنها را به چهار نوع مجزا از کوپليمرها به صورت تصادفي ، تناوبي ، دسته اي و پيوندي دسته بندي نمود.

ـ کوپليمرهاي تصادفي يابي نظم (Random Copolymers)

اين کوپليمرها بوسيله پليمريزاسيون مخلوط مناسبي از مونومرهاي مختلف که به طور تصادفي در زنجيره هاي پليمر مرتب شده اند، تهيه مي‌شوند. اگر B و A مونومرهاي يک کوپليمر باشند، در اينصورت آرايش کوپليمر ممکن است به صورت زير باشد: ...AABABBBAA
مثالهايي از اين نوع ، کوپليمرهاي کلرواتن- اتنيل- اتانوات (وينيل کلرايد- وينيل استات) و فنيل اتن- بوتا 1و3 - دين مي‌باشند. در مورد کوپليمر کلرواتن – اتنيل اتانوات حضور اتينل اتانوال باعث افزايش حلاليت و بهبود خاصيت قابلگيري (توسط افزايش ميزان جاري شدن) در مقايسه با هموپليمر کلرواتن مي‌شود.

ـ کوپليمرهاي متناوب (alternating copolymers)

در اين کوپليمرها ، واحدهاي تکراري مختلف بصورت متناوب درون زنجير پليمري قرار گرفته اند. در واقع هنگامي که نسبت واکنش پذيري دومونومر B و A صفر باشد، مونومرها به هيچ وجه با زنجيرهاي پليمر در حال رشد که داراي واحد انتهايي مشابه با آنها باشد، وارد واکنش نمي‌شوند. در نتيجه "کوپليمريزاسيون متناوب" انجام مي گيرد. آرايش يک کوپليمر متناوب متشکل از مونومرهاي B,A به صورت زير مي باشد: ...ABABAB
مثالي از اين کوپليمرها ، محصولي است که از کوپليمريزاسيون راديکالي بوتن ديوئيک انيدريد (مالئيک ايندريد) و فنيل اتن با نسبت هاي مولي تقريبا مساوي بدست مي آيد. بوتن ديوئيک انيدريد همچنين مي‌تواند بصورت راديکال آزاد با فنيل اتين (فنيل استيلن) کوپليمر شود.

پليمرهاي مقاوم حرارتي

پليمرها، بخش عمده اي از مشتقات نفتي هستند كه در انواع مختلف در صنعت پتروشيمي، توليد و در صنايع گوناگون مورد استفاده قرار مي گيرند. امروزه استفاده از پليمرها به اندازه اي رايج شده كه مي توان گفت بدونِ استفاده از آنها بسياري از حوايج روزمره ما مختل خواهد شد. مقاله حاضر، پليمرهاي مقاوم حرارتي را مورد مطالعه قرار مي دهد كه علاوه بر مصارف متعدد، در صنايع هوا- فضا نيز نقش عمده اي ايفا مي كنند. پليمرها، بخش عمده اي از مشتقات نفتي هستند كه در انواع مختلف در صنعت پتروشيمي، توليد و در صنايع گوناگون مورد استفاده قرار مي گيرند. امروزه استفاده از پليمرها به اندازه اي رايج شده كه مي توان گفت بدونِ استفاده از آنها بسياري از حوايج روزمره ما مختل خواهد شد در اينجا پليمرهاي مقاوم حرارتي را مورد مطالعه قرار مي دهيم كه علاوه بر مصارف متعدد، در صنايع هوا- فضا نيز نقش عمده اي ايفا مي كنند. هنگامي كه تركيبات آلي در دماي بالا حرارت داده مي شوند، به تشكيل تركيبات آروماتيك تمايل پيدا مي كنند. بنابراين مي توان نتيجه گرفت كه پليمرهاي آروماتيك بايد در مقابل دماهاي بالا مقاوم باشند. انواع وسيعي از پليمرها كه واحد هاي تكراري آروماتيك دارند، در سالهاي اخير توسعه و تكامل داده شده اند.
اين پليمرها در صنايع هوا- فضا مورد استفاده قرار مي گيرند، زيرا در برابر دماي زياد پايداري مطلوبي از خود نشان مي دهند. براي اين كه يك پليمر در برابر حرارت و در برابر گرما مقاوم تلقي شود، نبايد در زير دماي 400 درجه سانتي گراد تجزيه شود. هم چنين بايد خواص مورد نياز و سودمند خود را تا دماهاي نزديك به دماي تجزيه حفظ كند. اين گونه پليمرها داراي Tg بالا و دماي ذوب بالا هستند. پس مي توان گفت پليمرهاي مقاوم حرارتي به پليمرهايي گفته مي شود كه در دماي بالا بكار برده مي شوند، به طوري كه خواص مكانيكي، شيميايي و ساختاري آنها، با خواص ساير پليمرها در دماهاي پايين متفاوت باشد. پليمرهاي مقاوم حرارتي به طور عمده در صنايع اتومبيل سازي، صنايع هوا- فضا، قطعات الكترونيكي، عايق ها، لوله ها، انواع صافي ها، صنايع آشپزي و خانگي، چسب ها و پوشش سيم هاي مخصوص مورد استفاده قرار مي گيرد. پليمرهاي ياد شده هم به روش آلي و هم به روش معدني تهيه مي شوند. ذكر اين نكته مهم است كه روش آلي متداول تر و اغلب پژوهش ها توسط دانشمندان پليمر در اين زمينه ها به ثمر رسيده است.

پايداري حرارتي

پايداري حرارتي پليمرها، تابع فاكتورهاي گوناگوني است. از آنجا كه مقاومت حرارتي تابعي از انرژي پيوندي است، وقتي دما به حدي برسد كه باعث شود پيوندها گسيخته شوند، پليمر از طريق انرژي ارتعاشي شكسته مي شود. پس پليمرهايي كه داراي پيوند ضعيفي هستند در دماي بالا قابل استفاده نيستند و از بكار بردن منومرها و هم چنين گروه هاي عاملي كه باعث مي شود اين پديده تشديد شود، بايد خودداري كرد.البته گروه هايي مانند اتر يا سولفون، نسبت به گروه هايي مانند آلكيل و NH و OH پايدارتر هستند، ولي وارد كردن گروه هايي مانند اتروسولفون و يا گروههاي پايدار ديگر صرفاً بخاطر بالا بردن مقاومت حرارتي نيست، بلكه باعث بالا رفتن حلاليت نيز مي شوند. تاثيرات متقابلي كه بين دو گونه پليمري وجود دارد، ناشي از تاثيرات متقابل قطبي- قطبي، و پيوند هيدروژني (6-10 Kcal/mol) است كه باعث بالا رفتن مقاومت حرارتي در پليمرها مي شوند. اين قبيل پليمرها بايد قطبي و داراي عامل هايي باشند كه پيوند هيدروژني را بوجود آورند، مانند: پلي ايميدها و پلي يورتانها. انرژي رزونانسي كه به وضوح در آروماتيك ها به چشم مي خورد، مخصوصاً در حلقه هاي هتروسيكل و فنيلها و كلاً پليمرهايي كه استخوان بندي آروماتيكي دارند باعث افزايش مقاومت حرارتي مي شوند.
در مورد واحدهاي تكراري حلقوي، شكستگي يك پيوند در يك حلقه باعث پايين آمدن وزن مولكولي نمي شود و احتمال شكستگي دو پيوند در يك حلقه كم است. پليمرهاي نردباني يا نيمه نردباني پايداري حرارتي بالاتري نسبت به پليمرهاي زنجيره باز دارند. بنابراين اتصالات عرضي موجب صلب پليمرهاي خطي مي شوند كه شامل حلقه هاي آروماتيك با چند پيوند يگانه مجزا هستند. با توجه به نكاتي كه ذكر شد براي تهيه پليمرهاي مقاوم حرارتي بايد نكات زير رعايت شوند.
-استفاده از ساختارهايي كه شامل قوي ترين پيوند هاي شيميايي هستند. مانند تركيبات هتروآروماتيك، آروماتيك اترها و عدم استفاده از ساختارهايي كه داراي پيوند ضعيف مثل آلكيلن- آليسيكليك و هيدروكربن هاي غير اشباع مي باشند.
-ساختمان تركيب بايد به گونه اي باشد كه به سمت پايدار بودن ميل كند، پايداري رزونانسي آن زياد باشد و بالاخره ساختارهاي حلقوي بايد طول پيوند عادي داشته باشند، به نحوي كه اگر يك پيوند شكسته شد، ساختار اصلي، اتم ها را كنار هم نگه دارد.

لباس فضا نوردان

امروزه در زمينه پليمرهاي مقاوم حرارتي پيشرفت هاي زيادي حاصل شده است. پژوهشگري به نام كارل اسي مارول كه يك محقق برجسته در زمينه مقاومت حرارتي پليمرها است، باعث توسعه تجارتي پلي بنزايميدازول، با نام تجارتي PBI ، شده است كه به شكل الياف براي تهيه لباس فضانوردان مورد استفاده قرار مي گيرد. البته اين تنها يكي از موارد كاربردهاي متنوع پليمرهاي مقاوم حرارتي در برنامه هاي فضايي است. بي ترديد اگر سالها پژوهش علمي و آزمايش هاي گوناگون موجب كشف الياف پليمري مقاوم براي تهيه لباس فضا نوردان نمي شد، هيچ فضا نوردي نمي توانست به فضا سفر كند.
طي سال هاي اخير گونه هاي وسيعي از پليمرهاي آروماتيك و آلي فلزي مقاوم در برابر گرما، توسعه و تكامل داده شده اند، كه تعداد كمي از آنها به علت قيمت بالاي آنها در تجارت قابل قبول نبوده اند. پليمرهاي آروماتيك، به خاطر اسكلت ساختاري صلب، دماي گذار شيشه اي Tg و ويسكوزيته بالا، قابليت حلاليت كم دارند، بنابراين سخت تر از ساير پليمرها هستند. در حال حاضر بالاترين حد مقاومت گرمايي از پليمرهاي آلي بدست آمده است، بنابراين در سال هاي اخير تاكيد روي معرفي تفاوت هاي ساختاري پليمرها بوده است.
پيوستن گروه هاي انعطاف پذير مانند اتر يا سولفون در اسكلت، يك راهكار است. هر چند اين اقدامات باعث حلاليت بيشتر، ويسكوزيته كمتر و معمولاً پايداري حرارتي كم مي شود. نگرش ديگر براي وارد كردن گروههاي آروماتيك حلقه اي اين است كه به صورت عمودي در اسكلت صفحه اي آروماتيك قرار مي گيرد. همان طور كه در پلي بنزايميدازول اشاره شد اين ساختارها كه »كاردو پليمر« ناميده مي شوند معمولاً پايداري بالايي دارند، بدون اين كه خواص دمايي آنها از بين برود. وارد كردن اسكلت با گروههاي فعال كه در اثر گرما موجب افزايش واكنش حلقه اي بين مولكولي مي شوند، راهي ديگر براي پيشرفت روندكار است.
مهم ترين و پرمحصول ترين راه از نقطه نظر توسعه تجارتي، سنتز اليگومرهاي آروماتيك يا پليمرهايي است كه با گروههاي پاياني فعالي، خاتمه داده شده اند. اليگومرهايي كه انتهاي آنها فعال شده اند، در دماي نسبتاً پايين ذوب مي شوند و در انواع حلال ها نيز حل مي شوند. هم چنين در موقع حرارت دادن به پليمرهاي شبكه اي پايدار تبديل مي شوند.

مقاومت در برابر حرارت

هنگامي كه از پليمرهاي مقاومت حرارتي صحبت مي شود بايد مقاومت حرارتي آنها را برحسب زمان و دما تعريف كنيم. افزايش هر كدام از فاكتورهاي ذكر شده موجب كاهش طول عمر پليمر مي شود و اگر هر دو فاكتور افزايش يابند طول عمر به صورت لگاريتمي كاهش مي يابد. به طور كلي اگر يك پليمر به عنوان پليمر مقاوم حرارتي در نظر گرفته مي شود، بايد به مدت طولاني در 250 درجه سانتي گراد، در زمان هاي متوسط در پانصد درجه سانتي گراد و در كوتاه مدت در دماي يكهزار درجه سانتي گراد خواص فيزيكي خود را حفظ كند. به طور دقيق تر يك پليمر مقاوم حرارتي بايد طي سه هزار ساعت و در حرارت 177 درجه سانتي گراد، يا طي يكهزار ساعت در 260 درجه سانتي گراد، يا طي يك ساعت در 538 درجه سانتي گراد و يا طي 5 دقيقه در 816 درجه سانتي گراد، خواص فيزيكي خود را از دست ندهد.
برخي از شرايط ضروري براي پليمرهاي مقاوم حرارتي، بالا بودن نقطه ذوب، پايداري در برابر تخريب اكسيداسيوني در دماي بالا، مقاومت در برابر فرآيندهاي حرارتي و واكنش گرماي شيميايي است. سه روش اصلي براي بالا بردن مقاومت حرارتي پليمرها وجود دارد. افزايش بلورينگي، افزايش اتصال عرضي و حذف اتصال هاي ضعيفي كه در اثر حرارت اكسيد مي شوند. افزايش بلورينگي، كاربرد پليمرها را در دماي بالا محدود مي كند. زيرا موجب كاهش حلاليت و اختلال در فرآورش مي شود. برقرار كردن اتصال هاي عرضي در اليگومرها روش مناسبي است و خواص پليمر را به طور واقعي اما غير قابل برگشت تغيير مي دهد.
اتصالاتي كه بايد حذف شود شامل اتصال هاي آلكيلي، آليسيكلي، غير اشباع و هيدروكربن هاي غير آروماتيك و پيوند NH است . اما اتصالاتي كه مفيد است شامل سيستم هاي آروماتيكي، اتر، سولفون و ايميد و آميدها هستند. اين عوامل پايدار كننده به صورت پل در ساختار پليمر واقع و موجب پايداري آنها مي شوند. از طرفي ضروري است كه پليمر از قابليت به كار گيري و امكان فرآورش مناسب برخوردار باشد.
پس بايد تغييرات ساختاري طوري باشد كه حلاليت و فرآورش مناسب تر داشته باشند. براي اين منظور بايد از واحد هاي انعطاف پذيرِ اتر، سولفون، آلكيل و همچنين از كوپليمره كردن، و تهيه ساختارهايي با زنجير نامنظم استفاده كرد.به طور كلي پليمرهاي مقاوم حرارتي به چهار دسته تقسيم مي شوند. پليمرهاي تراكم ساده، مانند پليمرهايي كه از حلقه آروماتيك تشكيل شده اند و با اتصالات تراكمي به يكديگر متصل هستند. پليمرهاي هتروسيكل، يعني پليمرهايي كه از حلقه هاي آروماتيك تشكيل شده اند اما از طريق حلقه هاي هتروسيكل به هم وصل شده اند. كوپليمرهاي تركيبي تراكمي هتروسيكل، يعني پليمرهايي كه شامل تركيبي از اتصال هاي تراكمي ساده و حلقه هاي هتروسيكل مي باشند و پليمرهاي نردباني كه شامل دو رشته زنجير هستند.

پيل سوختي پليمري با سيستم گرمكن كاتاليزوري در هواي سرد

وقتي پيل سوختي در معرض هواي سرد زمستاني و دماي زير صفر درجه قرار بگيرد،آب يخ مي زند.و واكنش هاي لازم در پيل سوختي انجام نمي شود.از اين رو لازم است كه پيل را توسط گرمكن برقي، حرارت داد تا شروع به كار نمايد.راه ديگري كه جهت بكار اندازي چنين پيل هايي ارائه شده است استفاده از يك كاتاليزور در چند راهه اكسيد كننده مي باشد.در صورتي كه مقدار كمي سوخت به هواي ورودي به چند راهه اضافه شود،در حضور كاناليزور با اكسيژن واكنش مي دهد،و گرماي ناشي از واكنش باعث افزايش دماي پيل سوختي مي گردد. مقدار اكسيژن اضافه شده به هواي مصرفي بسيار كم مي باشد(حدود 5% حجم مخلوط هوا، تا باعث شعله ور شدن و انفجار آن در داخل پيل نشود و از طرفي دماي پيل از 90درجه سانتي گراد بالاتر نرود).
مخلوط رقيق سوخت و اكسيد كننده بوسيله يك پمپ به داخل پيل تزريق مي شود. منبع سوخت مي تواند تحت فشار در يك سيلندر ذخيره شده باشد و يا اينكه از هيدروژني كه به عنوان پيش سوخت به كار مي رود استفاده شود. كاتاليزوري كه در ورودي هوا بكار مي رود مي تواند از فلزات بي اثر يا آلياژي از فلزات بي اثر (مثل آنچه كه در پيل سوختي بكار مي رو) باشد. بستر كاتاليزور ، آلومينا و سراميك هاي نظير آن است، بستر مي تواند فلز ويا حتي كربن باشد. همچنين كاتاليزور مي تواند فلزات واسطه مثل نيكل يا كبالت باشد، بعلاوه بستر مي تواند كروي و يا به شكل اسفنج مشبك باشد، با چنين طرحي براي كاتاليزور،در حين عمل پيل سوختي،افت فشار ايجاد نمي شود. همچنين مي توان بستر را از بافت هاي سراميكي يا كربني يا پشم شيشه يا الياف زير كونيا انتخاب كرد.

توليد بيوپليمر کيتوزان از پوست ميگو

در اينجا ابتدا يك پايلوت نيمه مداوم جهت توليد بيوپليمر كيتوزان از پوست ميگو، طراحي و ساخته شد. به منظور ارزيابي فني كاربرد بيوپليمر كيتوزان توليد شده به عنوان كمك منعقد كننده، ابتدا در مقياس آزمايشگاهي با استفاده از دستگاه جارتست عملكرد كيتوزان توليدي با كيتوزان تجاري و پليالكتروليت مصنوعي مقايسه شد. پس ازاطمينان از مشابه بودن عملكرد اين كيتوزان با كيتوزان تجاري و پليالكتروليت مصنوعي، عملكرد كيتوزان توليدي دركلاريفاير نيروگاه قم مورد ارزيابي قرار گرفت كه در اين مورد نيز عملكرد مناسبي از خود نشان داد. محاسبات و بررسيهاي انجام شده نشان ميدهد كه استفاده از كيتوزان توليد داخل به عنوان كمك منعقدكننده، بسيار مقرون به صرفه است. همچنين تحقيقات انجام شده حاكي است كه استفاده از بيوپليمر كيتوزان به عنوان كمك منعقد كننده نه تنها مشكل زيستمحيطي نداشته بلكه از ايجاد بسياري مشكلات زيستمحيطي جلوگيري ميكند.
سختپوستان دريايي نظير خرچنگ، ميگو، لابستر و برخي بندپايان ديگر داراي مواد معدني، آلي و كيتين هستند.كيتين ماده اوليه توليد بيوپليمر كيتوزان است. كيتين و كيتوزان در برخي كشورها بصورت تجاري تهيه ميشوند. خصوصيات شيميايي و بيولوژيكي بيوپليمر كيتوزان موجب استفاده گسترده آن در بسياري از فرآيندهاي صنعتي، پزشكي، داروسازي، كشاورزي و غذايي شده است. بيشترين ميزان مصرف كيتوزان در سيستمهاي تصفيه آب و پساب به عنوان منعقدكننده و كمك منعقدكننده است. در سيستمهاي تصفيه آب، كيتوزان به عنوان كمكمنعقدكننده به همراه منعقدكنندههاي متداول آلوم و كلرورفريك استفاده ميشود. اين بيوپليمر توانايي بالاتري در لخته سازي ذرات كلوئيدي نسبت به پليالكتروليتهاي مصنوعي دارد. كيتوزان براي تصفيه آبهاي آلوده به مواد نفتي، سمي، راديواكتيو و تركيبات آلي نظير پليكلروبيفنيل بكار ميرود. اين بيوپليمر همچنين در تصفيه پسابهاي حاوي حشرهكشهاي د.د.ت، متيل استات جيوه، استالدئيد، آرسنيك و تركيبات كلردار بنزين استفاده ميشود.

?فرآيندهاي توليد كيتوزان از پوست ميگو

براي توليد كيتوزان از پوست ميگو، ابتدا بايد پوست ميگو را شستوشو و خشك كرده، سپس آن را بوسيله آسياب به دانههاي 2 الي 6 ميليمتري ريز كرد. استخراج كيتين از دانههاي فوق شامل دو مرحله است. در مرحله اول مواد معدني نظير كربنات و فسفات كلسيم با استفاده از محلول اسيد كلريدريك و در مرحله دوم مواد آلي (پروتئين، چربي و رنگدانهها) با استفاده از محلول هيدروكسيد سديم، از دانهها جدا ميشوند. سپس عمليات شستوشو و خشك كردن كيتين انجام شده و در انتها با دياستيله كردن كيتين حاصل،كيتوزان توليد ميشود.
لازم به ذكر است در اين تحقيق يك پايلوت نيمه مداوم جهت توليد بيوپليمر كيتوزان، در بحش طرحريزي فرآيندهاي صنعتي شركت متن، طراحي و ساخته شد.

?ارزيابي فني كاربرد كيتوزان توليدي به عنوان كمك منعقدكننده

1- ارزيابي فني كاربرد كيتوزان توليدي در مقايسه با كيتوزان تجاري، با استفاده از دستگاه جارتست

ابتدا 6 نمونه آب با كدورت NTU30 و هر يك به حجم نيمليتر را در 6 بشر ريخته، سپس آنها را در زير همزنهاي جارتست قرارداده و به مقدار مورد نظر آلوم به آنها اضافه شد. همزدن نمونهها شامل دو مرحله اختلاط سريع، هدف توزيع همگن منعقدكننده است لذازمان اين مرحله كوتاه و دور همزن بالا (rpm140-100) است اما در مرحله لخته سازي نياز به اختلاط نمونه با سرعت كم (rpm 40-30) است تا امكان برخورد ذرات بدون بار با يكديگر و ايجاد فلوك مهيا شود. اگر زمان لخته سازي بيش از حد باشد فلوكهاي تشكيل شده مجدداً شكسته شده و باعث بالا رفتن كدورت خواهند شد. زمان لخته سازي، 10 الي 40 دقيقه پيشنهاد شده است كه برحسب شرايط و نمونه تعيين ميشود. بنابراين پس از تزريق آلوم، اختلاط نمونهها با سرعت rpm120 و به مدت يك دقيقه انجام شد، سپس سرعت همزن را به rpm40 كاهش داده و عمل لخته سازي به مدت 10 الي 25 دقيقه صورت گرفت. بعد از اين مرحله نمونهها از زير همزن بيرون آورده شده و به صورت ساكن قرار داده شدند. پس از تهنشين فلوكها، با نمونهگيري از آب كدر، كدورت باقيمانده به وسيله دستگاه كدورتسنج اندازه گيري شد.
لازم به ذكر است كه به منظور ارزيابي عملكرد كيتوزان توليدي در مقايسه با كيتوزان تجاري، افزايش مقادير مختلفي از آلوم قبل از اختلاط سريع و كيتوزان توليدي و تجاري قبل از اختلاط كند به نمونههاي فوق در نظر گرفته شد.نتايج به دست آمد از آزمايشات دستگاه جارتست در زمينه كاهش كدورت آب كدر نشان داد كه كيتوزان توليدي عملكردي مشابه با كيتوزان تجاري داشته و ميتوان اميدوار بود كه با انجام اصلاحاتي در نحوه توليد كيتوزان، محصولي توليد كرد تا به راحتي به عنوان كمك منعقدكننده مورد استفاده قرار گرفته و بتدريج جايگزين پلي الكتروليتهاي مصنوعي شود.

2- ارزيابي فني كاربرد كيتوزان توليدي در مقايسه با پليالكتروليت مصنوعي، با استفاده از دستگاه جارتست

جهت ارزيابي فني كاربرد كيتوزان توليدي در مقايسه با پليالكتروليت مصنوعي، آزمايشاتي توسط دستگاه جارتست بر روي نمونههاي آب خام نيروگاه قم انجام شد.
ابتدا پارامترهاي شيميايي مورد نياز آب خام نيروگاه قم اندازهگيري شده، سپس 4 نمونه آب قم هر يك به حجم يك ليتر، در 4 بشر ريخته شدند. در ادامه به هر يك از بشرها مقدار ppm30 كلرور فريك تزريق كرده و دستگاه با دور همزن rpm200 تنظيم شد. سپس كربنات سديم و آهك هر يك به ترتيب به ميزان 750 و 320 ميليگرم به محلول اضافه شدند. بعد از گذشت 2 الي 3 دقيقه، به بشرهاي 1 الي 4 به ترتيب ppm1 بيوپليمر كيتوزان، ppm1 پلي الكتروليت مصنوعي، ppm2 بيوپليمر كيتوزان و ppm2 پليالكتروليت مصنوعي افزوده شده ودستگاه با دور همزن rppm40-30 تنظيم شد. عمل اختلاط به مدت 20 دقيقه ادامه يافت تا عمل لخته سازي تكميل و تهنشيني صورت گيرد.نتايج آزمايشات نشان ميدهد كه هر دو پليالكتروليت از نظر حذف سختي كل و ساير پارامترها داراي عملكرد تقريباً يكساني هستند.

3- ارزيابي فني كاربرد كيتوزان توليدي در مقايسه با پليالكتروليت مصنوعي، با استفاده از كلاريفاير نيروگاه قم

تصفيه خانه نيروگاه قم شامل قسمتهاي پيش تصفيه و تصفيه نهايي است. در قسمت پيش تصفيه، آب خام ورودي با سختي كل ppm1000 و هدايت الكتريكي &956;S/cm 5500 وارد كلاريفاير به حجم 250 متر مكعب مي شود. سختي اين آب بيشتر از نوع غيركربناتي است لذا در فرآيند تصفيه بايد از چهار نوع مواد شيميايي شامل كربناب سديم، آهك، كلرورفريك و پليالكتروليت استفاده شود. بدين منظور ابتدا كلرورفريك به مقدار ppm30 در مسير آب خام ورودي به كلاريفاير در جايي كه اختلاط به شدت سريع است، تزريق ميشود. بعد از اين مرحله، آب خام وارد منطقه واكنش كلاريفاير ميشود. در ابتداي ورود به اين منطقه، آهك به مقدار ppm320 تزريق شده و با توجه به اينكه كلاريفاير از نوع لجن برگشتي است از زير منطقه واكنش، محلول لجن نيز وارد شده و توسط بهمزن كلاريفاير، اختلاط سريع صورت ميگيرد. در فاصله كمي در اين منطقه محلول كربنات سديم به مقدار ppm750 وارد واكنش شده تا عمل سختيگيري كامل شود. PH مناسب براي محيط حدود 5/10-5/8 است. پس از اينكه واكنش ها تكميل شدند، محلول پليالكتروليت PPM1، به آب اضافه شده و از منطقه واكنش خارج و وارد منطقه لخته سازي ميشود. در اين منطقه لخته هاي بزرگ تشكيل و سپس ته نشين ميشوند. آب تصفيه شده پس از خروج از اين منطقه به سمت بالا حركت كرده و از بالا خارج وپس از عبور از *****هاي ثقلي در دو مخزن مخصوص ذخيره مي شود. اين آب در دو قسمت سرويس و توليد آب مقطر مصرف مي شود.

منابع:

https://www.mypersianforum.com
http://irche.com
http://daneshnameh.roshd.ir
http://www.behtarinha.net
http://shimashimi.persianblog.ir

/س