تحقیق تكنولوژي پليمرها 112 ص ( ورد)
دسته بندي :
دانش آموزی و دانشجویی »
دانلود تحقیق
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل : word (..doc) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 116 صفحه
قسمتی از متن word (..doc) :
تكنولوژي پليمرها
مباني شيمي پليمرها
مقدمه
واژه پليمر از كلمات يوناني پلي1 poly
به معني بسيار و مر2 Meros
به معني قسمت، قطعه يا پاره گرفته شده است. به همين علت در واژه نامه هاي فارسي در بسياري مواقع بسپار ناميده مي شود. در حقيقت اين واژه به مولكول هاي بسيار بزرگي اطلاق مي شود كه از واحدهاي متعدد و داراي اتصالات داخلي ساخته شده باشند. به عبارت ديگر مي توان گفت كه پليمر مولكول بزرگي است كه از تعداد زيادي مولكول هاي كوچك تر ساخته شده است. مولكول هاي كوچكي كه به عنوان قطعات سازنده اين مولكول هاي بزرگ به كار مي روند مونومر و يا تكپار ناميده مي شوند. مولكول هاي بزرگ به دست آمده ممكن است خطي، نسبتاً شاخه دار يا داراي اتصالات داخلي متعددي باشند. در صورت وجود اتصالات داخلي، شبكه اي بزرگ و سه بعدي ايجاد خواهد شد. بيشتر پليمرهاي صنعتي ماهيت آلي دارند و شامل تركيبات كوالانسي كربن هستند. ساير عناصر موجود در پليمرها عبارتن از هيدروژن، اكسيژن، كلر، فلوئور، فسفر و گوگرد همگي مي توانند به ايجاد پيوندهاي كوالانسي با كربن، با قطبيت هاي مختلف، ايجاد كنند طبق ويژگي هاي تركيبات كوالانسي، مولكول هاي پليمر، علاوه بر نيروهاي والانس اوليه، تحت تأثير نيروهاي ثانويه بين مولكولهي نيز قرار مي گيرند. اين نيروها عبارت اند از:
نيروي دوقطبي بين دو سر پيوندهاي قطبي كه بار مخالف دارند؛
نيروي انتشار كه در اثر توزيع ابر الكتروني در اطراف هر اتم در مولكول پليمر ايجاد مي شود؛
پيوند هيدروژني كه در اثر وجود دو قطبي هاي شديد بين اتم هاي هيدروژن سبب جهت گيري خاصي در مولول ها مي شود و اين جهت گيري براي انجام عمليات خاص پروتئين ها در فرآيندهاي حياتي بيوشيميايي، اهميت خاصي دارد.
براي توليد مواد پليمري، واكنش هاي پليمريزاسيون مختلفي با سرعت واكنش خاص خود وجود دارند. سرعت واكنش نيز از محيط واكنش (شامل عواملي مانند دما، فشار، حلال، شروع كننده و كاتاليزور) متأثر است. همچنين محيط واكنش تأثير به سزايي در توزيع وزن مولكولي و ساختار فيزيكي محصول نهايي دارد.
برخي مواقع، تعداد كربن هاي موجود در زنجيره هاي پليمري نشانگر ساختار مولكولي و رفتار فيزيكي پليمرها است.
جدول 1-1: رابطه بين تعداد كربن هاي موجود در زنجيره با ساختار برخي پليمرها
تعداد كربن در زنجيره
حالت فيزيكي
1-4
5-11
9-16
16- 25
25-50
3000-30000
گاز
مايع
مايع با ويسكوزيته متوسط (نفت)
مايع با ويسكوزيته زياد (گريس)
جامد (پارافين)
جامد (پليمر)
مهندسي پليمريزاسيون
اگر چه مبناي آگاهي از ساختار علم پليمرها اطلاع از شيمي واكنش هاي پليمري استع اين آگاهي و دانش به آزمايشگاه منحصر است و در بسياري از مواقع به دليل پيچيدگي رفتار پليمرها، اين مواد توليدي در آزمايشگاه، درمقياس صنعتي قابل توليد نيستند.
خواص يك پليمر به تركيب شيميايي كلي آن و نيز تزيع وزن مولكولي، توزيع تركيب درصد كوپليمر، توزيع شاخه و عوامل ديگر بستگي دارد.يك مونومر، بسته به مكانيسم پليمريزاسيون و نوع راكتور، مي تواند به پليمرهاي كاملاً متفاوتي تبديل شود. براي توليد مواد پليمري در مقياس هاي مختلف صنعتي، علاوه بر اطلاع از شيمي پليمرها، تسلط بر علوم مختلفي منجمله سينتيك واكنش هاي شيميايي، ترموديناميك، پديده هاي انتقال و بالاخره طراحي راكتورهاي شيميايي ضروري است. به عنوان مثال، اگر چه استفاده از بسياري از مونومرها براي ساخت پليمرها، مانند ديگر مواد شيمياييع داراي مشكلات طراحي توليد است، پليمرهاي توليدي اين مواد خواصي كاملاً متفاوت دارند. به عنوان مثال آكريلونيتريل همانند سيانيدهاي غير آلي سمي است. بسياري از كاتاليزورهاي زيگلر
– ناتا1 Zigler – Natta Catalysis
كه شامل تري اتيل آلومينيم اند، در مجاورت هوا بسيار آتشگيراند و آكريلات هاي سبك بوي تندي دارند كه مشام را آزار مي دهد.
در مقياس هي مختلف صنعتي، يكي از مهمترين مباحث مدل سازي فرآيندهاي پليمريزاسيون است؛ وقتي كه بتوان با معادلات رياضي رفتار واكنش مورد نظر را پيش بيني كرد و براي كنترل واكنش هاي مذكور راه حل هاي رياضي ارائه داد. مجموعه اين موضوعات در قالب علم مهندسي واكنش هاي پليمري2 Polymer Reaction Engineering
و يا مهندسي پليمريزاسيون بيان مي شود (شكل 1-1).
با توجه به اين نكته كه نمي توان در اين ميان نقش شيمي پليمرها را به عنوان پايه اساسي علم مهندسي پليمريزاسيون ناديده گرفت، در ابتدا خلاصه اي از مباني شيمي پليمرها ارائه مي شود.
در حقيقت هدف پليمريزاسيون به دست آوردن يك پليمر با توزيع وزن مولكولي مشخص و كنترل شده است. عواملي مانند عدم استوكيومتري، وجود محصولات جانبي و گرماي ايجاد شده از واكنش، دست يابي به وزن مولكولي هاي بالا را محدود مي كنند. استفاده از راه هاي معمولي و عادي براي غلبه بر بر چنين محدوديت هايي به علت ويسكوزيته بالاي سيستم هاي پليمري سخت يا غير ممكن است. به علاوه، مديريت انتقال حرارت و جرم در سيستم هاي بسيار ويسكوز عاملي است كه مهندسي واكنش هاي پليمري را از مهندسي واكنش هاي كوچك مولكول ها بسيار متمايز مي كند.
شكل 1-1؟؟؟؟؟؟؟
بررسي شيمي پليمرها
در حقيقت مرز دقيقي بين شيمي پليمرها و ساير زمينه هاي علم شيمي وجود ندارد. به عنوان يك تقسيم بندي ابتدايي، بايد گفت مولكول هايي با حداقل متوسط وزن مولكولي هزار در محدوده شيمي پليمر قرار مي گيرند. در اين ميان با بزرگ تر شدن زنجيره هاي پليمري، ويسكوزيته مخلوط واكنش به شدت افزايش مي يابد و مشكلاتي را در توليد ايجاد مي كند. علاوه بر اين، پليمرها ويژگي هاي ديگري نيز دارند؛ به عنوان مثال، پلي وينيل كلريدايد از مونومر وينيل كلرايد ساخته شده است. واحدهاي تكرار شده در پليمر نشان دهنده مونومري است كه پليمر از آن ساخته مي شود. البته استثناهايي نيز وجود دارند به عنوان مثال، به نظر مي رسد كه پلي وينيل الكل بايد از پليمريزاسيون واحدهاي وينيل الكل (CH2CHOH) ساخته شده باشد، ولي در واقع چنين مونومري وجود ندارد. واحدهاي مولكولي اين پليمر به شكل (CH3CHO) هستند. براي ساختن اين پليمر، ابتدا پلي وينيل اتانو آت از مونومر وينيل اتانوآت تهيه و براي به دست آوردن الكل پليمري هيدروليز مي شود.
با توجه به پيچيدگي هاي خاص واكنش هاي پليمريزاسيون و بالطبع زنجيره هاي پليمري توليد شده، مطالعات مربوط به شيمي پليمرها مبحثي كاملاً گسترده و نيازمند به مباحث طولاني است كه خارج از حيطه مطالعاتي اين كتاب است و براي ياد آوري فقط به برخي نكات اساسي آن اشاره مي شود.
1-3-1 ساختمان پليمرها
در صورتي كه واحدهاي تكرار شونده يك زنجيره پليمري فقط پشت سر هم قرار گيرند يك پليمر خطي1 Linear Polymer
به دست مي آيد. در صورتي كه در زنجيره پليمري انشعاباتي وجود داشته باشد، محصول نهايي پليمر شاخه اي2 Branched Polymer
خواهد بود. همچنين اگر بين زنجيره هاي پليمري اتصالات عرضي به وجود بيايد، محصول نهايي پليمر شبكه اي3 Crosslinked Polymer
خواهد بود.
اگر چه پليمرهاي خطي را مي توان به شكل مولكول هاي جدا و يا گره خورده در هم فرض كرد كه اندازه آن ها بر حسب وزن مولكولي به دست مي آيد، در يك پليمر شبكه اي اصطلاح وزن مولكولي بي معني است زيرا چنين ماده اي را به شكل مولكول هاي فرضي مشخص نمي توان در نظر گرفت و از نظر تئوري مي توان آن را به صورت يك تور ماهي گيري سه بعدي بسيار بزرگ و به شكل يك مولكول شبكه اي حجيم با