شتاب‌دهنده‌ ها

تیورام، شتاب‌دهنده «TMTD»

تاثیر شتاب‌دهنده تیورام یا «TMTD» به این شکل است که سیستم‌های شتاب‌دهنده تیورامی از طریق تشکیل کمپلکس یون‌ِ روی در فرآیند پخت مشارکت می‌کنند. استفاده از این شتاب‌دهنده باعث افزایش بیشتر اتصالات عرضی از نوع مونوسولفیدی به دلیل تشکیل کمتر پیوند میان رادیکال‌های پرسولفونیل با کمپلکس‌های آزادکننده گوگرد می‌شود، در نتیجه سبب کاهش زمان شکل یافتن، افزایش خواص سختی و استحکام کششی و درنهایت کاهش ازدیاد طول تا نقطه پارگی خواهد شد.

دی‌کاربامات؛ شتاب‌دهنده گوگردی

تاثیر شتاب‌دهنده دی‌کاربامات یا «ZDEC» به این شکل است که کمپلکس‌های غنی از گوگرد با وارد کردن مولکول دی‌اتیل‌دی‌تیوکاربامات‌روی به فرآیند پخت گوگردی تشکیل می‌شوند که البته یک کمپلکس گوگرد فعال است. به همین دلیل این شتاب‌دهنده از نظر خواص مکانیکی و سرعت پخت مانند شتاب‌دهنده CBS عمل می‌کند، اما از آنجاکه خود یک کمپلکس گوگرد فعال است که مستقیما وارد واکنش شده و زنجیره‌ها را به هم متصل می‌کند، بنابراین ایمنی پخت کمتری نسبت‌به شتاب‌دهنده CBS دارد.

براي رسيد ن به ولكانيزاسيوني مناسب صرف استفاده از گوگرد كافي نيست. چنانچه گفته شد پيوندهاي عرضي شگوگرد در بين زنجيرهاي لاتكس(كه كراسلينك گوگردي يا ولكانيزاسيون ناميده ميشود) به شكلهاي گوناگون صورت ميپذيرد يعني از منو سولفيدي تا اكتا سولفيدي (تك گوگردي تا هشت گوگردي). در يك ولكانش مفيد بايد تمام اين حالتها وجود داشته باشند اما با درصدهاي مختلف. هركدام از پيوندهاي گوگرديبنا بر تعداد گوگرد قرار گرفته شده در بين دو زنجير خواص ويژه اي ارائه ميدهند. البته طراحي اين نسبتها برعهده مهندسيني است كه هم شناخت تئوري كافي وهم تجارب عملي مفيد دارند واين طراحي بر اساس نيازبه خواص ويژه صورت ميگيرد. به عنوان مثال براي ساخت قطعاتي كه چقرمگي وسختي بالا نياز دارند سعي می‌شوددر صد پيوندهاي منو سولفيدي بالاتر ودر محصولاتي كه نياز به كشش بالا ولطافت بيشتر است درصد پيوندهاي پلي سولفيدي بيشتر باشد. چنانچه در تصوير فوق ميبينيد شكل الف بيانگر خواص چقرمه تر وسختتري نسبت به شكل ب است. ودليل آن تفاوت درصد پيوندهاي سولفيدي آن است. يكي از مهمترين عواملي كه تعيين كننده اين درصدهاست نوع شتابدهنده مي باشد. كه در ادامه پيرامون آن بحث خواهيم نمود. ميگفتيم كه وجود شتابدهنده لازم است ودليل اصلي آن افزايش سرعت ولكانيزاسيون همراه با حفظ خواص الاستيك پليمر است.

شتاب‌دهنده‌ها از گذشته تا امروز

 حدود يكصد سال طول كشيد تا دانشمندان متوجه شدند گوگرد مي‌تواند با قرار گرفتن در پيوند عرضي لاستيك طبيعي خواص كشساني-برگشت پذيري-چقرمگي-فرسودگي وشكل پذيري...... آن را تقويت کندو مصرف اين لاستيك را كاملا صنعتي کندبه اين شكل كه تا كنون مهمترين لاستيك صنعتي جهان همين لاتكس است. البته در دهه هاي اخير خصوصا دهه حاضر لاستيكهاي سيليكوني بسيار پيشرفت كرده‌اند وبه دليل آنكه جز ئ لاستيكهاي(پليمرهاي) مهندسي هستند تا حدي عنوان برتري را از آن خود كرده‌اند اما به دليل قيمت بالا وتخصص بالاي مورد نيازفراوري؛ از نظر كمي نتوانسته‌اند كه با لاتكس طبيعي برابري كنند. لازم به ذكر است كه اصطلاح پليمرهاي مهندسي به پليمرهايي اطلاق می‌شودكه قابليت تغيير شكل وخواص را درطراحيهاي مختلف وجهت اهداف گوناگون دارند ومصرف آنها صرفا در يك يا چند صنعت خاص خلاصه نميشود. پس از كشف گوگرد به عنوان يك عامل ايجاد پيوندهاي عرضي در شبكه پلي ايزوپرن سيس مشكلي ديگر ظاهر شد وآن سرعت پايين اتصال گوگرد در شبكه عرضي لاتكس بود. براي ايجاد ولكانش يك تا چند هفته وقت لازم بود كه قطعه توليد شده در مجاورت نور خورشيد ويا در مكاني گرم قرار گيرد كه از چند جهت مشكل ساز بود. يكي آنكه سرعت توليد را تحت الشعاع خود ميگرفت وديگر اينكه بدليل شرايط محيطي (نور -حرارت -اكسيژن -اوزون و.....) هم فرسايش اتفاق مي افتاد وهم تغيير خواص جانبي زيادي صورت ميگرفت. مشكلات تخصصي بيشتري هم مطرح بود مثلا ديگر قادر نبودند تا درصد پيوندها را تعيين كنند و.... تاريخچه پيدايش شتابدهنده‌ها بسيار مفصل وجالب است در اينجا مجالي براي اين بحث نيست اما اين روند از استفاده از تركيبات آنيلين آغاز شد وتا كنون ادامه دارد وصدها شتابدهنده سريع وفوق سريع تا كنون طراحي وساخته شده‌اند به طوريكه سرعت ولكانيزاسيون را از چند هفته به چند ثانيه كاهش داده‌اند. در صنعت دستكش سازي (ايران)معمولا از تعداد مشخصي شتابدهنده رايج استفاده می‌شودكه هر كارخانه براساس نوع فرمولاسيون خود در جهت جلب رضايت مشتري وكاهش ضايعات توليد وكاهش قيمت تمام شده اقدام به استفاده از يك يا چند نوع از اين شتابدهنده‌ها بطور همزمان می‌کند.

معروفترين و متداولترين شتابدهنده‌هاي داخلي كه متاسفانه هيچكدام از آنها در ايران ساخته نميشند عبارتند از:

• ZDEC روي دي اتيل دي تيو كاربامات
• ZDMC روي دي متيل دي تيو كاربامات
• ZDBC روي دي بوتيل دي تيو كاربامات
• ZMBT روي مركاپتوبنزوتيازول
• DPG دي فنيل گوانيدين
• TMTD تترا متيل تيورام دي سولفايد
• Na DEC سديم دي اتيل دي تيو كاربامات (كم مصرف و تازه وارد)

اين كاتاليزورها با درصد وزني 0. 5 تا 3 به لاستيك طبيعي خام افزوده می‌شوند و عمليات آماده سازي بر روي آنها صورت ميپذيرد. تجربه نشان داده است كه بهترين آميزه هاي لاستيكي آنهايي هستند كه با چند نوع كاتاليزور فراوري می‌شوند به اين دليل داراي پيوندهاي مختلف منو –دي...... وپلي سولفيدي خواهند بود. مصرف بيش از حد شتابدهنده‌ها باعث می‌شودكه محصول دچارپيري(فرسودگي)زود رس شود. تعادل وتناسب ميان لاستيك –گوگرد وشتابدهنده (وبصورت خفيف؛ ديگر افزودنيها) بايد طوري در نظر گرفته شود كه خواص الاستيك بهبود يابند وحفظ شوند زيرا در صورت استفاده بيش از حد گوگرد وشتابدهنده خواص لاستيكي به سمت پلاستيكي شدن حركت كرده وسبب كاهش شديد كيفيت الاستيك آميزه ميگردد. PVكه نماد ولكانيزاسيون موثر است تابع دو عملكرد فرمولاسيون نويسي شيميايي وفيزيكي است.

فرمولاسيون شيميايي:

فرمولاسيون اجزائ تشكيل دهنده و در صد كمي آنها وايجاد تعامل شيميايي در ميان آنها را فرمولاسيون شيميايي ميگوييم. در فرمولاسيون شيميايي تعيين می‌شودچه موادي با چه درصدي ودر چه شرايط PH بايد با هم تركيب شوند. در يك ولكانيزاسيون مفيد PV ساختار شتابدهنده‌ها ونوع گوگرد وجنس فعال كننده‌ها ونيز ساختار امولسيفاير‌ها واستابيليزرها وآنتي اكسيدانها وغلظت دهنده‌ها و....... همگي تعيين كننده هستند.

فرمولاسيون فيزيكي:

تعيين ويژگيهاي فيزيكي مناسب قبل-در زمان وبعد از تركيب اجزاء از قبيل تعيين نمودار دمايي وزماني واندازه ذرات تركيب را فرمولاسيون فيزيكي ميناميم. در فرمولاسيون فيزيكي ما پارامترهاي خاصي را در نظر داريم. مثلا اندازه ذرات مواد كه قالبا به شكل پودر يا گرانول ميباشند ويا دمايي كه طي آن عمليات پيش ولكانش صورت ميگيرد(PRE-VULCANIZATION) ونيز زمان ارائه دما وكميت دما در زمان همگي جزء فرمولاسيون فيزيكي هستند.

آسياب گلوله‌اي (BALL MILL )و نقش آن در رسيدن به ولكانيزاسيون

موثر(PV):

اندازه ذرات جامدي كه بصورت سوسپانسيون درون شيرابه پليمري قرار ميگيرند در رسيدن به ولكانيزاسيون مناسب بسيار موثر است. شتابدهنده ها-آنتي اكسيدانها –فعال كننده ها-فيلرها(پركن ها)- رنگدانه ها-گوگرد و.... همگي پودرهاي جامدي هستند كه قبل از ورود به لاتكس بايد بصورت تركيب در آب آسياب شوند. حلاليت اين پودرها در آب بسيار كم وتقريبا قابل چشم پوشي است. اندازه قطر اين ذرات قبل از آسياب حدود 30سي ميكرون است(30ميليونم متر) كه اين اندازه باعث تخريب شبكه پليمر وكاهش بازده ولكانيزاسيون ودر نهايت كاهش كيفيت محصول نهايي ميگردد. از اين رو آسياب كردن اين افزودنيها قبل از وارد شدن به تركيب پليمري از الزامات اين صنعت است. قبل از هر چيز لازم ميدانم توضيحاتي را در مورد ساختار ونحوه عمل آسياب گلوله اي ارائه دهم. مطابق عكسهايي كه ارائه خواهد شد بالميل يك استوانه از جنس استيل ويا آهن پوششدار(پوشش سراميكي)است كه قطر آن بنا به نياز ميتواند طراحي شود ولي در صنعت دستكش سازي اين قطر حدود 50 تا 70سانتيمتر تعيين ميشود. وارتفاع سيلندر هم حدود 100 تا 120 سانتيمتراست. حجم آنها حدود 200 تا 400 ليتر وسرعت دوران آنها متناسب با قطر سيلندر طراحي ميشود. اين سيلندر بصورت افقي يعني موازي با زمين نصب می‌شودوداراي يك شير تخليه كوچك در يك قطر ويك درب نسبتا بزرگ در قطر ديگر است. يك سوم حجم داخل سيلندر را بايد گلوله هاي سراميكي يا فولادي تشكيل دهند. كه قطر اين گلوله‌ها بهتر است متفاوت وبين 2 تا 8 سانتيمتر باشديك سوم حجم ديگر سيلندر را سوسپانسيون مورد نظر كه همان تركيب پودر با آب به نسبت 50 به 50 است تشكيل ميدهد. يك سوم آخر بايد خالي باشد تا عمل اختلاط بهينه شود. در اين ميان يك ماده بسيار مهم ميتواند همپاي خود آسياب موثر واقع گردد وآن عامل ديسپرس كننده است.

DISPERESSION AGENT عامل ديسپرس كننده:

مواد مختلفي كه در فرمولاسيون ما شركت دارند هر كدام زمان خاصي را براي آسياب ميطلبند. مثلا گوگرد حداقل 72 ساعت بايد بالميل شود ويا كاتاليزورها بايد 48 ساعت ونيز پركنها بين 24 تا 48 ساعت بايد بالميل شوند. اما اگر در زمان آسياب كردن از مواد ديسپرس كننده استفاده نشود پس از اتمام آسياب وماندن مواد ظرف چند ساعت دوباره ذرات مجتمع می‌شوند واندازه ذرات دوباره بزرگ ميگردند. مواد ديسپرس كننده با القاء بار همنام بر روي ذرات(طبق قانون بارهاي همنام يكديگر را ميرانند)از چسبندگي مجدد آنها به يكديگر جلوگيري مي‌كنند.

از ديسپرس كننده هاي رايج داخلي كه باز در ايران توليد نمی‌شوند ميتوان از:

امولوين – ولتامول – بلوييد – آنكوييد وبنتونيت نام برد. البته بنتونيت در ايران وجود دارد اما ديسپرس كننده پر قدرتي نيست.

ميزان وزني استفاده از ديسپرس كننده حدود 1در صد وزني تركيب آسياب شده است.

مواد پس از آسياب به مخازني كه داراي همزنهاي دائم هستند منتقل می‌شوند تا از تشكيل رسوبهاي احتمالي جلوگيري گردد. جنس اين مخازن استيل و يا پلاستيك است زيرا در غير اين صورت مواد با بدنه مخازن واكنش هاي جانبي داده و تركيبات مزاحم بوجود مي آيند. براي بالارفتن راندمان ضد رسوب كردن تركيبات آسياب شده استفاده از 3 درصد وزني كائولين(رس سفيد يا خاك چيني) نيز مفيد است. ضمنا آب مورد استفاده در آسياب بايد فاقد يونهاي كلسيم ومنيزيم وهيدروژن اسيدي باشد.

تا اينجا در مورد ايجاد اندازه ذرات مناسب جهت رسيدن به PV (ولكانيزاسيون موثر) توضيح داديم. به بحث شتابدهنده‌ها باز ميگرديم: گوگرد به شكل S8 در يك حلقه هشت تايي قراردارد. اولين گام اجرايي شتابدهنده‌ها اين است كه به اين حلقه كمك ميكنند تا باز شود وقتي كه حلقه باز شد ديگر داراي بازوي فعال جهت اتصال به زنجيره هاي پليمري است. كار ديگر اين شتابدهنده‌ها اين است كه بنا به ساختار وعملكردشان حلقه 8 تايي را دوباره شكسته وبه صورت 2-3-4-5-6.... گوگردي در مي آورند. اينجاست كه مهندسي پليمر ركن تعيين كننده نوع پيوندهاي سولفيدي است يعني مهندسين پليمر با استفاده از چند نوع كاتاليزور مختلف پيوندهاي منو –دي تري وپلي سولفيدي را در بين شبكه‌ها مستقر ميكنند تا بدين وسيله به خواص وسيعتري دست پيدا نمايند. نكته ديگر در استفاده از شتابدهنده‌ها افزايش سرعت سولفيدي شدن يا ولكانيزاسيون است. در پايان بحث شتابدهنده‌ها لازم به ذكر است حتي خود شتابدهنده‌ها براي اينكه به كارايي بهينه خود برسند نياز به وجود مواد ديگري به نام فعال كننده‌ها دارند(ACTIVATORES). در زيرساختار شيميايي چند شتابدهنده را ترسيم مينماييم.

فعال كننده ها(ACTIVATORES):

مدتها طول كشيد تا دانشمندان فهميدند استفاده از تركيبات حاوي Zn روي بدليل تشكيل كمپلكسهاي واسطه اي در پيشبرد سرعت ولكانيزاسيون اثر قابل توجهي دارند ونيز متوجه شدن وجود يك فتي اسيد بلند زنجير مانند استئاريك اسيد در كنار تركيبي چون اكسيد روي ميتوانند سبب توليد استئارات روي در آميزه وآن نيز به نوبه خود تشكيل كمپلكس فعالي بين شتابدهنده – فعال كننده –گوگرد وزنجيره پليمري شود. اين بود كه اين تركيبات را فعال كننده ناميدند ووجود آنها در فرمولاسيونها يكي از الزامات صنايع لاستيك سازي گرديد. بعدها از فتي اسيدهاي غير اشباع نيز استفاده شد مانند اولئيك اسيد كه آن هم خواص لطافت بخشي خاص خود را به آميزه پليمري ميبخشد. در اين ميان نياز به امولسيفاير مشهود بود زيرا بدليل استفاده از مواد مختلف كه در فازهاي مختلف آبي وآلي بودند وهمفاز كردن آنها يك الزام بود ميبايست از تركيباتي استفاده ميشد كه نقش يك صابون امولسيفاير را ايفا كنند. چنانچه گفته شد وجود فتي اسيد بعنوان فعال كننده در كنار اكسيد روي قطعي بود وبا توجه به اينكه نمكهاي فتي اسيدها صابونهاي امولسيون كننده خوبي بودند يك تير ودو هدف زده شد. فتي اسيد در شكل صابوني به تركيب اضافه شد تا هم با جايگزيني يون روي با فلز صابون كه قالبا پتاسيم انتخاب ميشد بتوان به كمپلكس فعال رسيد وهم باقيمانده صابون نقش نگهدارندگي فاز را بر عهده گرفت. اما يك مشكل كوچك باعث شد كه مصرف استئاريك اسيد در صنعت لاتكس كاهش شديدي پيداكند وآن سنگين ودير حل بودن صابون پتاسيمي (استئارات پتاسيم) در آميزه بود كه به نوبه خودسبب كاهش سرعت تركيب كردن ميگشت. از اين رو استفاده از صابونهاي غير اشباع اولئاتپتاسيم ولورآت پتاسيم رايج گشت. در حال حاضر هنوز در صنايع لاستيكي غير لاتكسي از استئاريك اسيد به مقدار قابل توجهي استفاده ميشود. منظور از صنايع غير لاتكسي صنايعي است كه از لاستيك جامد(كائوچو)ونه از شيرابه استفاده ميشود. اكسيد روي نيز علاوه بر خاصيت فعال كنندگي بعنوان پر كن در اين صنعت استفاده می‌شودوسبب افزايش چقرمگي آميزه می‌شودضمنا اكسيد روي يك رنگدانه سفيد با ارزش هم هست كه در يك آميزه چند وظيفه را انجام ميدهد خواص ضد اشعه آفتاب را هم ميتوان براي اكسيد روي در نظر گرفت. استفاده بيش از حد از اكسيد روي در لاتكس سبب افزايش چقرمگي در حد پلاستيك وكاهش مقاومت كششي(TS)TENSILE STRENGTH كه در ادامه پيرامون آن مفصلا بحث خواهيم نمود ونيز كاهش در صد ازدياد طول (EL)    ELONGATION  مي‌شود. كه در قسمت آزمايشات كارخانه به تشريح آن مي‌پردازيم. از طرفي وجود يون روي Zn آزاد سبب ايجاد لخته ودلمه در آميزه لاتكس خواهد شد. شتابدهنده هاي نسل جديد در ساختار خود روي Zn دارند تا در صورت در دسترس نبودن فعال كننده هاي روي بتوانند به تنهايي نيازهايي يك ولكانيزاسيون مفيد PV را فراهم کنند.

گروه صنعتی پارس خورشید به عنوان شرکتی موفق در زمینه واردات انواع شتاب‌دهنده‌های لاستیک از برترین برندهای جهان آماده ارائه مشاوره خرید به شما عزیزان است.

لیست انواع شتاب‌دهنده‌های لاستیک در پارس‌خورشید:

• شتاب دهنده CBS گرانول
• شتاب‌دهنده MBT
• شتاب دهنده CBS پودر
• شتاب‌دهنده TMTD
• شتاب‌دهنده MBTS