پایان نامه کارشناسی
رشته مهندسی نساجی (شیمی نساجی و علوم الیاف)
مقدمه:
همانطور که می‌دانیم چرم های مصنوعی برخلاف چرم های طبیعی که پس از دباغی کردن پوست گوسفند تهیه می‌گردند از مواد پلیمری که سنجش اعظم آن را پلی‌وینیل کلراید تشکیل می‌دهد تشکیل یافته‌اند.
پلی‌وینیل کلراید (P.V.C) در سال 1835 در یک تحقیق آزمایشگاهی شناخته شد. اما به دلیل اقتصادی یک قرن بود در دهه 1920 وقتی که صنعت پلاستیک پیشرفت کرد شناخته شد. با وجود این پلاستیک‌های با وزن مولکولی پائین باعث مهاجرت آنها به سطح و سپس تبخیر آنها می‌شد. این اتلاف خود باعث شکنندگی می‌شد که برای رفع این مشکل سطح P.V.C قالب‌ریزی شده را چرب می‌کند که بویی شبیه پلاستی سایزر (نرم کننده) داشت و باعث رونیامدن مشتریها به آن می‌شد. ایجاد حالت پلاستیکی بوسیله مخلوط کردن P.V.C با مواد پلیمری به زودی معلوم کرد که بهترین پاسخ به این مشکل است.
مواد مخلوطی با P.V.C در دهه 1920 معرفی شدند. در سال 1928 اولین اختراعاتی که ثبت شد ماده ته‌نشین شده بوسیله I.G.Farbenindustrie و کربید و کربنهای شیمیایی برای مخلوط لاتکس PVC با پلی‌وینیل استات (PVAC) و پلی‌وینیل کلراید- CO- وینیل استات) PVCAC با 80 تا 95 درصد وزن VC بود. این مخلوط عایق رطوبتی به عنوان جانشین چرم استفاده می‌شد.
(Voss & Dickhansen, 1930, 1933, 1934, 1936, 1935) این اولین استفاده از پلیمر جهت سازگار کنندگی بود.
ماده اولیه لوله P.V.C را از موادی با نام تجاری Vinolit که محصول شرکت آلمان است تهیه می‌کنند (شرکت شاهین پلاستیک) سپس این پودر Vinolit را با روغنی به نام DOP که مخفف (دی اتیل هگزیل فتالات) است مخلوط می‌نمایند و سپس توسط پره‌هایی آنها را Mix می‌کنند. محصول در بشکه‌های بزرگ و به شکل خمیری مانند درمی‌آید در اینجا می‌توان براساس سفارش مشتری رنگ مورد دلخواه را اضافه نمود. پس از اضافه کردن محلول رنگی دوباره محلول را هم می‌زنند و سپس در بشکه‌هایی نگهداری و سریعاً (حدوداً تا نیم ساعت) استفاده می‌نمایند.
نحوه تولید چرم مصنوعی بدین شکل است که از کاغذی به نام کاغذ ماموت به عنوان زمینه‌ای که محلول فوق را روی آن قرار دهند استفاده می‌شود- علت نامگذاری این کاغذ بدین منظور است که کلمه ماموت به معنای فیل و به علت چین و چروکهای روی پوست فیل و تشابه آن با طرحهای کاغذ فوق می‌باشد- کاغذ ماموت پس از خریداری از زیر غلتک‌هایی عبور کرده تا کاملاً صاف شود (چین و چروکهای فیلی روی کاغذ باقی است) سپس پس از عبور از چند غلتک و صاف شدن سطح کاغذ به زیر یک سینی که محلول رنگ و مواد پلیمری است هدایت می‌شود نحوه کار بدین شکل است که مواد مخلوطی پلیمری درون بشکه توسط دستگاه مکش (Suction) کشیده و روی این سینی روان می‌شود. سپس بوسیله یک تیغه در پشت این سینی مواد پلیمری به صورت یک لایه روی کاغذ ماموت پهن می‌گردد (کاغذ ماموت از زیر این سینی عبور می‌کند و سینی دارای سوراخ‌هایی برای عبور مواد پلیمری و انتقال آن روی کاغذ می‌باشد.)
پس از عبور از این مرحله یک لایه مواد پلیمری روی کاغذ روان شده که وارد یک دستگاه پخت هیتر (استنتر) می‌شود دمای این هیتر حدوداً 170 درجه سانتیگراد است که توسط روغن داغ می‌شود این استنتر دارای 8 شبکه و 2 Zoon تنظیم می‌باشد.
پس از عبور از استنتر دوم یک لایه دیگر مواد پلیمری به مواد قبلی اضافه و وارد هیتر دوم می‌شود در اینجا هم این هیتر دارای 8 شبکه و 2 Zoon تنظیم است و نهایتاًدر مرحله سوم براساس سفارش مشتری می‌تواند یک لایه پارچه تریکو نیز به پشت چرم اضافه شده و لایه سوم پلیمر به مواد قبلی اضافه شوند- و در هیتر آخر که دارای 20 شبکه و 4 Zoon و شیر تنظیم است می‌شود- سپس چرم پس از عبور از هیتر تثبیت انتهایی خارج و بوسیله غلتک Calender خنک می‌شود. در انتهای کار یک غلتک جدا کننده برای جدا کردن کاغذ ماموت و چرم تشکیل شده وجود دارد که طرحهای موجود در کاغذ ماموت را به پشت کار درحقیقت روی کار ما در آینده خواهد بود انتقال داده است و ظاهری زیبا و مشابه چرم طبیعی را به چرم خواهد داد.
همانطور که قبلاً گفتم در زمان تهیه خمیر پلیمری از رنگ براساس سفارش مشتری استفاده که این همان رنگهای چاپی بوده و معمولاً از حلالهایی مثل Mek که عبارت است (Methil Ethil Keton) وسیکوهگزانون و تولوئن استفاده می‌شود.
برای فشار نیاوردن رولها از عصایی استفاده شده تا رولها روی یکدیگر فشار نیاورند و از انتها، رولها جمع و به سالن کنترل کیفی برای انجام آزمایشات ارسال می‌گردند.
حال به منظور کار عملی کاربردی موارد ذیل پیشنهاد می‌گردد:
تأثیر افزایش مواد فوم‌زا بر پارامترهای فوم.
تأثیر افزایش DOP (نرم کننده) بر پارامترهای فوم.
تأثیر افزایش کربنات کلسیم بر پارامترهای فوم.
تأثیر افزایش ASUA بر پارامترهای فوم.
فصل اول:
مباحث نظری
Poly vinyl chloride
پلی‌وینیل کلراید (PVC) در سال 1835 در یک تحقیق آزمایشگاهی شناخته شد. اما به دلایل اقتصادی یک قرن بعد در دهه 1920 وقتی که صنعت پلاستیک پیشرفت کرد شناخته شد. با وجود این پلاستیک‌های با وزن مولکولی پایین، باعث مهاجرت آنها به سطح و سپس تبخیر آنها می‌شد. این اتلاف خود باعث شکنندگی می‌شد که برای رفع این مشکل سطح PVC قالب‌ریزی شده را چرب می‌کردند که بویی شبیه پلاستی سایزر (نرم کننده) داشت و باعث رو نیاوردن مشتریها به آن می‌شد. ایجاد حالت پلاستیکی بوسیله مخلوط کردن PVC با مواد پلیمری به زودی معلوم کرد که بهترین پاسخ به این مشکل است.
مواد مخلوطی با PVC در دهه 1920 معرفی شدند. در سال 1928، اولین اختراعاتی که ثبت شد ماده ته‌نشین شده بوسیله I.G.Farbenindustrie وکربید و کربنهای شیمیایی برای مخلوط لاتکس PVC با پلی‌وینیل استات (PVAC) و پلی (وینیل کلراید- CO- وینیل استات) PVCAC با 80 تا 95 درصد وزنی VC بود. این مخلوط عایق رطوبتی به عنوان جانشین چرم استفاده می‌شد. (Voss & Dickhanser, 1930, 1933, 1934, 1936, 1935). این اولین استفاده از کوپلیمر جهت سازگار کنندگی بود.
با وجود این مخلوطهای مقدم بر این برای PVC، نیتریل را بر (NBR) بودند. این سیستمها بوسیله یکی از 3 روش زیر آماده می‌شد:
تکنولوژی آسیاب لاستیک (rubber milling)
مخلوط لاتکس که با ترکیب کردن محلول آبی سوسپانسیون PVC با یکی از الاستومرها بدست آمده.
مخلوط کردن پودر خشک با استفاده از پودرهای کوچک و ظریف که از خشک کردن لاتیس (Latice) بدست می‌آید.
بعد از کشف ABS در سال 1946، این ترپلیمر به عنوان بهبود دهنده مقاومت در برابر ضربه برای PVC بکار گرفته شد. در طول سالهای گذشته PVC به طور پیوسته با بهبود دهنده مقاومت در برابر ضربه مخلوط شده است. در سال 1956 با «متیل متاکریلات- بوتادی‌ان- استیرن» (MBS) و «کلرینیتد پلی اتیلن» (CPE) و یک سال بعد با «کلروسولفونیتو پلی اتیلن» (CSR)، در سال 1959 با «پلی یورتان خطی» (TPU)، در سال 1967 با «ترپلیمر اتیلن کلرینه شده»، پلیمر دی‌ان «ethylene- propylene diene terpolymer chlorinated» و سپس با «پلی‌سیلوکسان» و بهبود دهنده‌های مقاومت در برابر ضربه به آکریلیک و غیر مخلوط شده است. در دهه 1960 مخلوط کننده‌های خشک با تنش برشی بالا و شبیه مخلوط کننده‌های پودری برای ترکیب کردن با PVC به عنوان تکنولوژی برتر شناخته شد.
بعد از سالها، چندین نوع از اصلاح کننده‌های پلیمری به طور اختصاصی برای بهبود خواص PVC ارائه شد (Lutz & Dandelberger 1992- Asayeta (1992)) بعضی از اینها به صورت امولسیونی پلیمریزه شده بودند، مخلوط لاتکس آغازگر این روش می‌باشد. در طول دهه 1930 I.G.Farbenindustrie از یک سوی اختراعات ثبت شده به دست آمد که براساس پلیمریزاسیون در حالت امولسیونی یا کوپلیمریزاسیون وینیلی و مونومر آکریلیک بود مانند: متیل و اتیل آکریلات و با آکریلونیتریل، وینیل استات و کلرواستات، آکریلیک اسید، آکریلیک استرها، آکریلونیتریل و استیون یا وینیل کلراید، وینیل استات، استیون، آکریلونیتریل و آکریلیک استرها. ابتدا به صورت امولسیونی مخلوط می‌شدند سپس بوسیله روش sprag- drying مخلوط خشک می‌شوند و سپس عملیات بعدی روی آن انجام می‌گرفت. این روش طبیعی برای محدوده گسترده‌ای از خواص رزین‌ها و همچنین روش ارزشیابی ساده برای قابلیتهای آنها، استفاده می‌شد. مخلوط لاتکس هنوز هم روش ارجح برای بدست آوردن فرمول رنگ‌ها، چسب‌ها، پلاستی‌سولها، ارگانوسولها (organosols & plastisols) و … می‌باشد. پیشرفت در shawinigan chemicals، با بدست آوردن تکنولوژی رآکتور حلقه بسته (loop- reactor) با بازده بالا برای پلیمریزاسیون یا کوپلیمریزاسیون مونومرهای وینیل، آکریلیک و آلکنیک، ایجاد شد که در زمان ما هم مخلوط لاتکس استفاده می‌شود.
در حال حاضر، مخلوط کردن در حالت مذاب به عنوان روش اصلی مخلوط PVC مطرح است. با این حال این روش از تکنولوژی ساده‌ای برخوردار نیست
(This is far from Simple technology). در ابتدا نیاز داریم که شناخت کاملی از مشکل پایداری حرارتی داشته باشیم. این محدودیت باعث می‌شود که دمای عملیاتی کمتر از باشد (پایداری فرمولها) بعلاوه ذوب PVC به طور یکنواخت نیست. در طول پلیمریزاسیون امولسیونی یا سوسپانسیونی ذرات PVC به صورت چند مرحله‌ای رشد می‌کنند. ساختار رشد ابتدایی، بسیار شبیه جزئی از کریستال زنجیر شکل سینویو تاکتیک (یک در میان منظم) می‌باشد که اگر در این حالت بماند، دمای ذوب در حدود می‌باشد. با این نتیجه، جریان مخلوطهای PVC (مخصوصاً فرمولهای سخت و محکم، باید با استفاده از مدل سوسپانسیونی تفسیر شود (utracki 1973b, 1974, 1985b) ترکیب و عمل مخلوطهای PVC نیاز به کنترل دقیق دما و زمینه‌های استرس دارد. تفاوت در حالتهای عمل، تفاوت در مراحل شکستن زنجیره‌های رشد یافته PVC را نتیجه می‌دهد. که این تفاوت در حالتهای عمل، در نتیجه تفاوت در شکل مخلوط کردن و نحوه اجرای آن می‌باشد. این مشاهدات اشاره بر این دارد که ترکیب‌پذیری PVC فقط بر قسمتی از پلیمر تأثیر دارد. حتی در بعضی از سیستمهای آمیز‌ش‌پذیر مانند PVC بی‌نظم (آمورف) با «پلی‌متیل متاکریلات» NMR. (PMMA) جزئی نشان می‌دهد که آن سیستم در رزلوشن یا محدوده nm 20 هموژن است ولی در nm 2 غیرهموژن می‌باشد. (Albert 1985, Mcbriery & Packer 1993).
برای مخلوطهای در حالت مذاب دو پلیمر شروع در بهترین درجه از پخش ماکرومولکولها اهمیت دارد. این مورد اشاره بر این دارد که گرید امولسیون PVC ارجح می‌باشد. البته پلیمرهای امولسیونی به صورت زننده‌ای کثیف می‌باشند. آنها شامل مقدار زیادی از آلودگیها مثل پس مانده‌های امولسیفایر، آغازگرها و مواد بافری و … می‌باشند. این آلودگیها مناسب برای کاربردهای معین نیستند یا نیاز به پایدار کننده‌های زیادی دارند. بعلاوه تغذیه دستگاه خشک‌کن به شکل ریسندگی (spin- dried) بوسیله پوردهای کوچک و ظریف PVC برای انجام عملیات ماشین، اکسترودر یا میکسر، کار پرزحمتی است. مخلوط کردن تحت تنش برشی زیاد و در حالت خشک ممکن است عمل پر هزینه‌ای باشد، اما این تنها راه حل می‌باشد. بنابراین، بسته به مورد مصرف حالت PVC سوسپانسیونی ارجح است.
در آغاز سال 1971 به تحقیق برای بهبود حالت PVC بوسیله دانش مهندسی منجر به ساخت پلیمرهایی به نامهای PBT, PI, POM, PC, PET، یا کوپلیمر (PC-PSF) PC- Polysulfone شده است. شصت و پنج سال بعد از اولین ثبت اختراع درباره آلیاژهای جدید PVC اختراعات ثبت شده فعلی بر ترکیب با Polyamides, Carboxylated NBR، سیلیکون متصل شده به صورت عرضی و آکریلیک رابرها، یا با بلوک‌های کوپلیمر maleimide- base استوار است.