myکلید واژه‌ها:
باند کوالانسی، بر هم کنش نوع دوم
همه ما می‌دانیم که الاستومرها شگفت‌انگیزند، اتصالات عرضی باعث همه‌ی این شگفتی‌هاست.
اما بازیافت پلیمرهای شبکه‌ای شده به اسانی امکان‌پذیر نیست. بنابراین برای جلوگیری از تبدیل زمین به یک سطل آشغال بزرگ، لازم است راه جدیدی پیدا کنیم که آن استفاده از ترموپلاستیک الاستومرهاست.
«شبکه‌ای کردن قابل بازگشت» ایده‌ای است که در پشت ترموپلاستیک الاستومرها نهفته است.
پلیمرهای شبکه‌ای شده‌ی معمولی چون ذوب نمی‌شوند غیر قابل بازیافت هستند و علت ذوب نشدن آنها هم این است که یک سری اتصالات شیمیایی همه‌ی زنجیرها را به هم گره زده و جاری کردن این مواد را غیر ممکن کرده است.
اینجاست که ایده‌ی شبکه‌ای کردن قابل بازگشت وارد می‌شود. اتصالات معمولی، باندهای کوالانسی هستند که به صورت شیمیایی در یک مولکول زنجیرها را به هم گره می‌زنند. ولی در شبکه‌ای کردن قابل بازگشت باند کووالانسی باعث اتصال زنجیرها به هم نیست، بلکه چیزی که زنجیرها را به هم متصل می‌کند برهم کنش‌های نوع دوم است. این برهم کنش‌ها شامل باندهای هیدروژنی و یونی هستند.
مزیت عدم استفاده از باند کووالانسی برای ایجاد اتصالات عرضی در این است که با حرارت دیدن ماده، اتصالات عرضی شکسته می‌شوند. این پدیده به ماده اجازه‌ی فرایند‌پذیری و مهم‌تر از آن بازیافت شدن را می‌دهد. وقتی هم آن را سرد کنیم شبکه دوباره تشکیل می‌شود.
برای شبکه‌ای کردن قابل بازگشت دو روش اصلی به کار می‌رود: یونومرها و کوپلیمرهای قطعه‌ای (بلوکی).
یونومرها :
یونومرها یک نوع کوپلیمر هستند. کوپلیمرهایی که در آنها بخش کوچکی از واحدهای تکراری، دارای گروه‌های یونی جانبی‌ای هستند که به آنها متصلند. معمولاً زنجیر اصلی پلیمر غیر قطبی است. این قانون را که شبیه شبیه را حل می‌کند به یاد داریم. بنابراین قسمت‌های غیر قطبی یعنی زنجیرهای اصلی در کنار هم جمع می‌شوند و گروه‌های جانبی قطبی هم در کنار هم. حالا دسته‌های گروه‌های یونی هر چقدر هم که بخواهند خودشان را کاملاً از زنجیرهای اصلی غیرقطبی جدا کنند، نمی توانند، زیرا تقریباً به زنجیر اصلی متصل هستند. چیزی که در نهایت اتفاق می‌افتد این است که این دسته‌های به هم‌پیوسته‌ی گروه‌های یونی باعث گره خوردن زنجیرهای اصلی در هم می‌شوند، مثل کاری که یک اتصال عرضی معمولی انجام می‌دهد.
منتها در اینجا یک تفاوت کوچک وجود دارد. اگر سعی کنیم که یونومرها را گرم کنیم اتفاق جالبی می‌افتد؛ خوشه‌های یونی به راحتی می‌شکنند. وقتی مولکول‌ها گرم می‌شوند، بیشتر به اطراف حرکت می‌کنند. حرکت‌هایی اینچنین در دماهای بالا، ماندن گروه‌های یونی را در دسته‌های کوچکشان دشوار می‌کند. بنابرین این دسته‌های به هم پیوسته می‌شکنند. حالا دیگر یونومرها اتصالات خود را از دست داده‌اند و می‌توانند درست مثل یک پلیمر معمولی فرآیند و بازیافت شوند. اگر دوباه آن را سرد کنیم خوشه‌های یونی مجدداً تشکیل می‌شوند و دوباره مثل یک پلیمرشبکه‌ای عمل می‌کند.
کوپلیمر قطعه ای
ما می‌توانیم ترموپلاستیک الاستومرها را از روش دیگری نیز تهیه کنیم. این روش استفاده از کوپلیمرهای قطعه‌ای است. یک کوپلیمر پلیمری است که از بیش از یک نوع مونومر تهیه شده است، کوپلیمر از دو یا چند کومونومر تشکیل شده است. کوپلیمر قطعه‌ای (بلوکی)، کوپلیمری است که در آن زنجیر اصلی از اتصال بخش‌های بلندی از کومنومرها تشکیل شده است. به هر کدام از این بخش‌ها یک قطعه (بلوک) گفته می‌شود که تقریبا شبیه یک هموپلیمر است.
یکی از ترموپلاستیک الاستومرهای بسیار معمول که از قضا یک کوپلیمر قطعه ای هم هست، لاستیک SBS است.
مخفف استایرن- بوتادین- استایرن است، زیرا SBS از یک زنجیر کوتاه از پلی استایرن، به دنبال آن یک زنجیر بلند از پلی بوتادی اِن و به دنبال آن یک زنجیر کوتاه دیگر از پلی استایرن تشکیل شده است. اگر بخواهیم تصویری از یک زنجیر SBS بکشیم چیزی شبیه شکل زیر خواهد بود:
در اینجا نکته ای وجود دارد: پلیمرهای مختلف به خوبی با هم مخلوط نمی شوند. قانون قدیمی “شبیه شبیه را حل می کند” را به یاد می آورید؟ پلیمرها بسیار مغرورتر از کوچک مولکول ها هستند. مخلوط کردن دو پلیمر مختلف بسیار سخت است، حتی اگر خیلی شبیه هم باشند. این موضوع در مورد قطعه های SBS ما هم وجود دارد، همانطور که در مورد هر پلیمر دیگری. بنابراین قطعه های پلی استایرن دوست دارند کنارهم جمع می شوند و قطعه های پلی بوتادین کنار هم. به یاد داشته باشید که هر قطعه پلی بوتادین یک قطعه پلی استایرن در هر یک از دو انتهای خود دارد. بنابراین قطعه های مختلف پلی استایرن در یک مولکول SBS لزوماً در یک خوشه قرار ندارند؛ یعنی خوشه های مختلف پلی استایرن به وسیله قطعه های پلی بوتادین به هم گره خواهند خورد.
بنابراین خوشه های پلی‌استایرن، قطعه های پلی بوتادین را به هم متصل می کنند؛ دقیقاً مثل چیزی که در خوشه های یونی یونومرها دیدیم. با گرم کردن SBS خوشه های پلی استایرن می شکند و ما می توانیم مانند یک پلیمر اتصال عرضی نشده آن را فرایند یا بازیافت کنیم.
اما می‌توان ترموپلاستیک الاستومرها را با استفاده از یک نوع منومر هم تهیه نمود. می‌دانم که کوپلیمری از یک نوع منومر معنی ندارد، ولی واقعیت دارد. شما می‌توانید پلی‌پروپیلنی بسازید که از قطعه‌هایی از پلی‌پروپیلن با تاکتی‌سیته‌ی متفاوت تشکیل شده است. می‌توان به وسیله پلیمریزاسیون کاتالیزوری متالوسن پلی‌پروپیلنی ساخت که یک قطعه آن پلی‌پروپیلن ایزوتاکتیک و یک قطعه آن پلی‌پروپیلن اتاکتیک است. مثل این:
قطعه ها درست مثل اتفاقی که در لاستیک SBS می افتاد از هم جدا می شوند. آنها به این دلیل از هم جدا می شوند که قطعه های ایزوتاکتیک بلور می شوند ولی قطعه های اتاکتیک آمورف هستند.
نتیجه چیزی شبیه شکل زیر خواهد بود:
