مواد شیمیایی مورد استفاده در ساخت لاستیک: بررسی و ارائه راهکار

به گزارش بازار، لاستیک ماده ای همه کاره است که به دلیل خواص منحصر به فردش مانند کشش، دوام و انعطاف پذیری در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می شود. در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هوافضا، ساخت و ساز، مراقبت های بهداشتی و کالاهای مصرفی استفاده می شود. تولید لاستیک شامل استفاده از مواد شیمیایی خاص است که نقش مهمی در فرمولاسیون، پردازش و خواص محصولات لاستیکی دارند. در این مقاله، مواد شیمیایی مختلف مورد استفاده در ساخت لاستیک، عملکرد آنها و تأثیر آنها بر خواص لاستیک را بررسی خواهیم کرد.

جهت مشاهده انواع مواد اولیه لاستیک و پلاستیک به وبسایت اکسیزان مراجعه کنید.

عوامل پلیمریزاسیون

تولید لاستیک با پلیمریزاسیون مونومرها برای تشکیل زنجیره های پلیمری شروع می شود. عوامل پلیمریزاسیون مواد شیمیایی هستند که این فرآیند را با شروع یا کاتالیز واکنش پلیمریزاسیون تسهیل می کنند. دو نوع اصلی پلیمریزاسیون مورد استفاده در تولید لاستیک وجود دارد: پلیمریزاسیون افزودنی (رشد زنجیره ای) و پلیمریزاسیون متراکمی (گامی رشد).

پلیمریزاسیون افزودنی (رشد زنجیره ای): پلیمریزاسیون افزودنی شامل پلیمریزاسیون مونومرها با پیوندهای غیراشباع مانند بوتادین یا استایرن برای تشکیل زنجیره های بلند پلیمری است. آغازگرهای پلیمریزاسیون، مانند پراکسیدها یا ترکیبات آزو، برای شروع واکنش با شکستن پیوندهای دوگانه و ایجاد رادیکال‌های واکنشی که می‌توانند با مونومرهای دیگر واکنش داده و زنجیره‌های پلیمری را تشکیل دهند، استفاده می‌شوند.

پلیمریزاسیون چگالشی (مرحله ای رشد): پلیمریزاسیون چگالی شامل پلیمریزاسیون مونومرها با دو یا چند گروه عاملی فعال مانند ایزوسیانات ها یا اپوکسیدها است که می توانند با یکدیگر واکنش داده و زنجیره های پلیمری را تشکیل دهند. کاتالیزورهای پلیمریزاسیون، مانند نمک های فلزی یا اسیدهای آلی، برای تسهیل واکنش با ترویج تشکیل پیوندهای کووالانسی بین مونومرها استفاده می شوند.

مواد ولکانیزه کننده

ولکانیزاسیون فرآیندی حیاتی در تولید لاستیک است که شامل اتصال عرضی زنجیره های پلیمری برای بهبود خواص مکانیکی لاستیک مانند استحکام، کشسانی و مقاومت حرارتی آن است. عوامل ولکانیز کننده مواد شیمیایی هستند که باعث ایجاد پیوندهای عرضی بین زنجیره های پلیمری می شوند و در نتیجه لاستیک از یک ماده ترموپلاستیک به یک ماده ترموست تبدیل می شود.

گوگرد: گوگرد متداول ترین عامل ولکانیزه کننده در تولید لاستیک است. در طی ولکانیزاسیون، گوگرد از طریق فرآیندی به نام اتصال متقابل گوگرد یا ولکانیزاسیون، پل هایی را بین زنجیره های پلیمری تشکیل می دهد. این اتصال عرضی یک ساختار شبکه سه بعدی در لاستیک ایجاد می کند که خواص مکانیکی آن را افزایش می دهد.

شتاب دهنده ها: شتاب دهنده ها مواد شیمیایی هستند که در ترکیب با گوگرد برای سرعت بخشیدن به فرآیند ولکانیزاسیون استفاده می شوند. آنها با افزایش واکنش پذیری گوگرد یا با تولید گونه های واکنشی که می توانند با زنجیره های پلیمری واکنش دهند، تشکیل پیوندهای متقابل گوگرد را ترویج می کنند. نمونه هایی از شتاب دهنده های مورد استفاده در تولید لاستیک عبارتند از تیورام ها، دی تیوکاربامات ها و سولفنامیدها.

فعال کننده ها: فعال کننده ها مواد شیمیایی هستند که در ترکیب با شتاب دهنده ها برای افزایش کارایی آنها استفاده می شود. آنها به تشکیل گونه‌های واکنش‌پذیر کمک می‌کنند که می‌توانند با زنجیره‌های گوگرد یا پلیمر واکنش دهند تا پیوند متقابل را تقویت کنند. نمونه هایی از فعال کننده های مورد استفاده در تولید لاستیک عبارتند از اکسید روی و اسید استئاریک.

فیلرها

فیلرها مواد شیمیایی هستند که برای بهبود خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی لاستیک به فرمولاسیون لاستیک اضافه می شوند. پرکننده ها معمولاً مواد معدنی مانند کربن سیاه، سیلیس و کربنات کلسیم هستند و بسته به خواص مورد نظر محصول لاستیکی به مقادیر متفاوتی اضافه می شوند.

کربن بلک: کربن سیاه به دلیل خواص تقویت کنندگی عالی، پرکننده ای است که معمولاً در تولید لاستیک استفاده می شود. خواص مکانیکی لاستیک مانند استحکام کششی، مقاومت در برابر پارگی و مقاومت در برابر سایش را بهبود می بخشد. کربن سیاه همچنین هدایت الکتریکی لاستیک را بهبود می بخشد و آن را برای کاربردهایی که نیاز به اتلاف استاتیکی یا هدایت الکتریکی دارند، مانند لاستیک ها و تسمه نقاله، مناسب می کند.

سیلیس: سیلیس یکی دیگر از پرکننده های پرکاربرد در تولید لاستیک، به ویژه در لاستیک های با کارایی بالا است. خواص مکانیکی لاستیک مانند استحکام کششی، مقاومت در برابر پارگی و مقاومت در برابر سایش، مشابه کربن سیاه را بهبود می بخشد. با این حال، سیلیس دارای مزیت افزوده کاهش مقاومت غلتشی در لاستیک ها است که در نتیجه راندمان سوخت بهبود یافته و آلایندگی کمتری دارد.

کربنات کلسیم: کربنات کلسیم پرکننده ای است که در فرمولاسیون لاستیک برای بهبود خواص مکانیکی مانند استحکام کششی و مقاومت در برابر سایش و در عین حال کاهش هزینه ها در مقایسه با سایر پرکننده ها استفاده می شود. این اغلب در محصولات لاستیکی غیر تایر استفاده می شود که در آن ملاحظات هزینه مهم است.

نرم کننده ها

بسته به نوع پلیمر مورد استفاده، لاستیک می تواند کاملا سفت و شکننده باشد. نرم کننده ها مواد شیمیایی هستند که برای افزایش انعطاف پذیری، نرمی و فرآیند پذیری لاستیک به فرمولاسیون لاستیک اضافه می شوند. آنها به کاهش دمای انتقال شیشه ای لاستیک کمک می کنند و آن را در دماهای پایین تر انعطاف پذیرتر می کنند و پردازش آن را در طول تولید آسان تر می کنند.

نرم کننده های فتالات: نرم کننده های فتالاتی مانند دی اتیل فتالات (DEP) و دی (۲-اتیل هگزیل) فتالات (DEHP) به دلیل قیمت پایین و خاصیت پلاستیک سازی خوب، معمولاً در تولید لاستیک استفاده می شوند. با این حال، به دلیل نگرانی‌ها در مورد خطرات بالقوه سلامتی و زیست‌محیطی، در سال‌های اخیر تغییری به سمت استفاده از نرم‌کننده‌های جایگزین صورت گرفته است.

نرم کننده های غیر فتالاتی: نرم کننده های غیر فتالاتی مانند دیوکتیل ترفتالات (DOTP) و استیل تربتیل سیترات (ATBC) نیز در تولید لاستیک به عنوان جایگزینی برای نرم کننده های فتالات استفاده می شوند. آنها در مقایسه با نرم کننده های فتالات دوستدار محیط زیست و ایمن تر برای سلامت انسان هستند و به طور فزاینده ای در فرمول های لاستیکی استفاده می شوند.

آنتی اکسیدان ها

آنتی اکسیدان ها مواد شیمیایی هستند که در ساخت لاستیک برای محافظت از محصولات لاستیکی از تخریب ناشی از اکسیداسیون استفاده می شوند. آنها از تخریب لاستیک به دلیل قرار گرفتن در معرض گرما، اکسیژن و سایر عوامل محیطی جلوگیری می کنند و در نتیجه عمر مفید محصولات لاستیکی را افزایش می دهند.

فنل ها: آنتی اکسیدان های فنلی مانند ۲,۶-di-tert-butyl-۴-methylphenol (BHT) و ۲,۲'-methylenebis(۴-methyl-۶-tert-butylphenol) (MBMBP) معمولاً در تولید لاستیک آنها با از بین بردن رادیکال های آزاد و جلوگیری از تشکیل پراکسیدها، اکسیداسیون لاستیک را مهار می کنند، که می تواند منجر به تخریب خواص لاستیک شود.

آنتی اکسیدان های آمین: آنتی اکسیدان های آمینی مانند N-phenyl-N'-isopropyl-p-phenylenediamine (IPPD) و N-cyclohexyl-۲-benzothiazole sulfenamide (CBS) نیز به طور گسترده در تولید لاستیک استفاده می شوند. آنها با مهار تشکیل رادیکال های آزاد و پراکسیدها در جلوگیری از اکسیداسیون لاستیک موثر هستند و در نتیجه مقاومت در برابر پیری و پایداری محصولات لاستیکی را بهبود می بخشند.

عوامل پخت

عوامل پخت مواد شیمیایی هستند که در تولید لاستیک برای تسریع فرآیند ولکانیزاسیون یا دستیابی به ویژگی های پخت خاص مانند زمان پخت سریعتر یا بهبود مقاومت در برابر حرارت استفاده می شوند.

پراکسیدهای آلی: پراکسیدهای آلی مانند دی کومیل پراکسید (DCP) و دی ترت بوتیل پراکسید (DTBP)، معمولاً به عنوان عوامل پخت در تولید لاستیک استفاده می شوند. آنها در دماهای بالا تجزیه می شوند و رادیکال های آزاد تولید می کنند که فرآیند ولکانیزاسیون را آغاز می کند و باعث ایجاد پیوند متقابل بین زنجیره های پلیمری می شود.

اکسیدهای فلزی: اکسیدهای فلزی مانند اکسید روی (ZnO) و اکسید منیزیم (MgO) نیز به عنوان عوامل پخت در تولید لاستیک استفاده می شوند.

شتاب دهنده ها

شتاب دهنده ها مواد شیمیایی هستند که در فرمولاسیون لاستیک برای سرعت بخشیدن به فرآیند ولکانیزاسیون و کاهش زمان و انرژی مورد نیاز برای پخت استفاده می شوند. آنها در ارتباط با عوامل پخت کار می کنند تا تشکیل پیوندهای عرضی بین زنجیره های پلیمری را تقویت کنند و در نتیجه محصول لاستیکی با دوام و پایداری بیشتری ایجاد کنند.

تیورام ها: تیورام ها مانند تترا متیل تیورام دی سولفید (TMTD) و تترااتیل تیورام دی سولفید (TETD) معمولاً به عنوان تسریع کننده در تولید لاستیک استفاده می شوند. آنها در ترویج فرآیند ولکانیزاسیون در طیف گسترده ای از فرمولاسیون های لاستیک موثر هستند و به ویژه در ترکیبات لاستیکی پخت شده با گوگرد استفاده می شوند.

دی تیوکاربامات ها: دی تیوکاربامات ها مانند دی متیل دی تیوکاربامات روی (ZDMC) و دی اتیل دی تیوکاربامات روی (ZDEC) نیز به طور گسترده به عنوان شتاب دهنده در تولید لاستیک استفاده می شوند. آنها به دلیل خاصیت پخت سریع خود شناخته شده اند و معمولاً در ترکیبات لاستیکی مبتنی بر لاتکس و سایر کاربردهایی که سرعت پخت سریع مورد نظر است استفاده می شوند.

فعال‌کننده‌ها

فعال‌کننده‌ها مواد شیمیایی هستند که همراه با شتاب‌دهنده‌ها برای افزایش اثربخشی آن‌ها در پیشبرد فرآیند ولکانیزاسیون استفاده می‌شوند. آنها به فعال کردن شتاب‌دهنده‌ها و افزایش واکنش‌پذیری آن‌ها با عوامل پخت کمک می‌کنند و در نتیجه فرآیند ولکانیزاسیون کارآمدتر و مؤثرتری را به همراه دارند.

اکسید روی: اکسید روی (ZnO) معمولا به عنوان یک فعال کننده در تولید لاستیک استفاده می شود. این نه تنها به عنوان یک عامل درمان کننده عمل می کند، بلکه به عنوان یک فعال کننده برای سایر شتاب دهنده ها مانند تیورام ها و دی تیوکاربامات ها عمل می کند. اکسید روی واکنش‌پذیری شتاب‌دهنده‌ها را افزایش می‌دهد، فرآیند ولکانیزاسیون را بهبود می‌بخشد و راندمان پخت ترکیبات لاستیکی را بهبود می‌بخشد.

کمک فرآیند

مواد کمکی فرآیند مواد شیمیایی هستند که در ساخت لاستیک برای بهبود خواص پردازشی لاستیک، مانند ویژگی‌های جریان، خواص آزادسازی قالب و قابلیت اکسترودپذیری استفاده می‌شوند. آنها به افزایش قابلیت ساخت محصولات لاستیکی و بهینه سازی پارامترهای پردازش در طول تولید کمک می کنند.

اسید استئاریک: اسید استئاریک یک کمک فرآیندی است که معمولاً در تولید لاستیک استفاده می شود. به عنوان روان کننده عمل می کند، اصطکاک بین مولکول های لاستیک را در طول پردازش کاهش می دهد و ویژگی های جریان ترکیبات لاستیک را بهبود می بخشد. اسید استئاریک همچنین به عنوان یک عامل آزاد کننده قالب عمل می کند و از چسبیدن لاستیک پخته شده به سطح قالب در طول پخت جلوگیری می کند.

روغن های پردازش: روغن های فرآوری مانند روغن های پارافینیک و روغن های نفتنیک نیز به عنوان کمک کننده فرآیند در تولید لاستیک استفاده می شوند. آنها ویژگی های جریان ترکیبات لاستیکی را بهبود می بخشند و پردازش و شکل دهی آنها را به شکل دلخواه آسان تر می کنند. روغن‌های پردازش همچنین به کاهش ویسکوزیته ترکیبات لاستیکی کمک می‌کنند و قابلیت اکسترودپذیری و فرآیندپذیری آنها را در طول تولید بهبود می‌بخشند.

تقویت کننده های چسبندگی

تقویت کننده های چسبندگی مواد شیمیایی هستند که در ساخت لاستیک برای بهبود چسبندگی بین لاستیک و سایر مواد مانند پارچه، فلزات و پلاستیک استفاده می شوند. آنها پیوند بین لاستیک و سایر بسترها را تقویت می کنند و عملکرد و دوام محصولات لاستیکی را افزایش می دهند.

رزورسینول: رزورسینول یک تقویت کننده چسبندگی رایج در تولید لاستیک است. این چسبندگی بین لاستیک و سایر مواد مانند پارچه و طناب را در تولید تایر افزایش می دهد. رزورسینول به ویژه در تقویت چسبندگی لاستیک به منسوجات، بهبود استحکام پیوند و دوام اجزای تایر موثر است.

عوامل جفت کننده: عوامل جفت کننده، مانند عوامل جفت کننده سیلان، نیز به طور گسترده ای به عنوان تقویت کننده چسبندگی در تولید لاستیک استفاده می شود. آنها سیلان های ارگانیکی هستند که می توانند هم با لاستیک و هم با سایر بسترها واکنش دهند و پیوندهای کووالانسی ایجاد کنند و چسبندگی را در سطح مشترک افزایش دهند. عوامل جفت کننده سیلان استحکام پیوند بین لاستیک و سایر مواد را بهبود می بخشد و چسبندگی و دوام محصولات لاستیکی را افزایش می دهد.

پرکننده ها

پرکننده ها مواد شیمیایی هستند که در ساخت لاستیک برای بهبود خواص فیزیکی ترکیبات لاستیک مانند استحکام مکانیکی، مقاومت در برابر سایش و پایداری ابعادی آنها استفاده می شود. پرکننده ها به نسبت های مختلف به فرمول های لاستیکی اضافه می شوند تا به ویژگی های عملکردی مطلوب در محصول نهایی لاستیکی دست یابند.

کربن سیاه: کربن بلک یکی از پرکننده ترین پرکننده های پرکاربرد در تولید لاستیک است. شکلی از کربن عنصری است که از احتراق ناقص هیدروکربن ها تولید می شود. کربن سیاه به دلیل خواص تقویت کننده عالی خود شناخته شده است، که می تواند به طور قابل توجهی استحکام مکانیکی، مقاومت در برابر پارگی و مقاومت در برابر سایش محصولات لاستیکی را بهبود بخشد.

سیلیس: سیلیس یکی دیگر از پرکننده های پرکاربرد در تولید لاستیک است. این یک ماده معدنی طبیعی است که برای استفاده در فرمولاسیون لاستیک به شکل پودر ریز پردازش می شود. سیلیس به دلیل خواص تقویتی خود شناخته شده است که می تواند استحکام کششی، مقاومت در برابر پارگی و مقاومت در برابر سایش محصولات لاستیکی را بهبود بخشد.

بازدارنده های شعله

دیرگیرهای شعله مواد شیمیایی هستند که در ساخت لاستیک استفاده می شوند تا اشتعال پذیری محصولات لاستیکی را کاهش دهند و آنها را کمتر در معرض اشتعال و اشتعال قرار دهند.

سخن پایانی

امروزه شرکت های مطرح تولید کننده تایر هر یک از ترکیبات خاصی برای تولید تایر خود استفاده می کنند که باعث ایجاد ویژگی خاص در محصولات تولیدی آنها می شود، به فرض تایرهای تولید شده توسط یک شرکت مقاومت و طول عمر بالاتری داشته و در مقابل نرمی و راحتی کمتری در استفاده دارند در مقابل ممکن است محصول شرکتی دیگر طول عمر کمتر ولی راحتی بیشتری در هنگام استفاده در وسایل نقلیه ایجاد کند با این وجود مواد اولیه لاستیک در اغلب تایرها یکسان اند. ما در اینجا سعی نمودیم که نکات مورد نیاز در خصوص خرید مواد شیمیایی صنعت لاستیک و پلاستیک و مواد مورد مصرفی که بیشترین کاربرد در این صنعت دارند را ارائه دهیم هرچند که هر شرکت و کارخانه ای فرمولاسیون مربوط به خود را دارد.