دانلود مقاله مهندسی شیمی (طراحی فرآیندهای صنایع نفت)

کائوچوی اتیلن پروپیلن نخستین بار به سال 1962 در ایالات متحده و در مقادیر کم و محدود تجاری عرضه گشت .

حدود سالهای 1954 و 1960 مقادیر کم آن درآزمایشگاههای ایتالیا و اپالات متحده ساخته شده بود.

اگر چه تولید تجاری آن در سال 1963 آغاز شد، اما کائوچوی اتیلن پروپیلن اکنون دارای بالاترین ضریب و میزان رشد می باشد.

کائوچوی اتیلن پروپیلن راعموماً EPDM می نامند.

این نامگذاری که از طرف انجمن آمریکایی آزمون مواد (ASTM)، انستیوی بین المللی تولید کنندگان کائوچوی مصنوعی و سازمان استانداردهای بین المللی به عنوان یک قرارداد پذیرفته شده است، به محصولی پرمصرف تر و قابل ولکانش با گوگرد که در مولکولهای آن درصد کمی از یک منومر دی ان علاوه بر اتیلن و پروپیلن وجود داشته باشد، اطلاق می گردد.

مفهوم این حروف که در کنار هم قرار گرفته اند، EPDM، بدین ترتیب است، E برای اتیلن، P برای پروپلین، D برای دی ان و M برای متیلن، واحد تکراری ( ) که در حقیقت ستون اصلی تشکیل دهنده زنجیره پلیمری می باشد.

کوپلیمر کم مصرف تر اتیلن و پروپیلن خوانده می شود.

گاهی اوقات این کوپلیمر به نام EPR خوانده می شود حتی این نامگذاری برای مشخص کردن تمامی گروههای الاستومرهای اتیلن ‌ پروپیلن که شامل تمامی ترپلیمرها و کوپلیمرها است، نیز بکار برده می شود.

در دمای محیط، پلی اتیلن یک پلاستومرکریستالی است اما در اثر حرارت از یک فاز الاستومری عبور می کند.

با در نظر گرفتن (دخالت دادن) ویژگی کریستالیزاسیون پلی اتیلن در یک زنجیر پلیمری که ماهیتاً مانع کریستاله شدن است، دو ویژگی درجه حرارت ذوب و قابلیت الاستومری پلیمر در دمای کمتر از درجه حرارت محیط به شدت کاهش می یابد
در دمای محیط، پلی اتیلن یک پلاستومرکریستالی است اما در اثر حرارت از یک فاز الاستومری عبور می کند.

با در نظر گرفتن (دخالت دادن) ویژگی کریستالیزاسیون پلی اتیلن در یک زنجیر پلیمری که ماهیتاً مانع کریستاله شدن است، دو ویژگی درجه حرارت ذوب و قابلیت الاستومری پلیمر در دمای کمتر از درجه حرارت محیط به شدت کاهش می یابد.

چنین مواد آمورف ( بی شکل) و قابل پختی (Corable) می توانند به عنوان الاستومر شناخته شده که از طریق کوپلیمریزه کردن اتیلن و پروپیلن با کاتالیزور و نوع زیگلر ـ ناتا بدست می آیند.

ماده ای حاصل از این پلیمریزاسیون EPDM نامیده می شود که آمورف و لاستیکی (Robbery) هستند.

اما از آنجائیکه شامل پیوندهای غیر اشباع نیستند فقط می توانند با پراکسید ها اتصال عرضی ایجاد کنند.

اگر در خلال کوپلیمریزاسیون اتیلن و پروپیلن یک مونومرموی ، یک دی ان اضافه شود، الاستومر حاصل دارای پیوند غیر اشباع خواهد بود که می تواند با گوگرد ولکانیزه یا پخت شود.

این گروه از الاستومرها EPDM نامیده می‌شوند مهمترین گونه های EDM تجاری، شامل حدود 40 تا 80 درصد وزنی یا 45 تا 85 درصد مولی اتیلن میباشد.

ولی مهمترین انواع آنها دارای حدود 50 تا 70 درصد مولی اتیلن هستند.

CH2 CH2 CH2 CH CH 3 مطالعات و منابع موجود ترکیبات زیادی را به عنوان ترمونومرها معرفی کرده اند، اما تاکنون در الاستورمرهای تجاری فقط 3 نوع دی ان به کار رفته است.

این دی ان ها با هم مزدوج نشده اند زیرا پیوند دوگانه در گروههای جانبی پلیمر قرار دارند.

در تولید الاستومر EPM و EPDM همانند سایر الاستومرهای دی ان پارامترهای بسیاری نقش دارند.

این پارامترها تعیین کننده ویژگیهای تعداد زیادی از گونههای تجاری قابل دسترسی می باشند.

این پارامترهای مهم عبارتند از : ـ نسبت غلظت اتیلن و پروپیلن ( شکل دهنده ای گونه های آمورف و قطعه یی ـ Segmented) ـ کوپلیمریزاسیون یا ترپلیمریزاسیون ( تشکیل EPDM یا EPM) ـ نوع و مقدار ترمونومرها ( تعیین کننده ای خواص ولکانیزاسیون و خواص دینامیکی ) ـ پلیمریزاسیون محلولی یا سوسپانسیون ( موثر روی بالاترین وزن مولاری بدست آمده ) ـ وزن مولکولی (ایجاد اختلاف در ویسکوزیته و فرایند پذیری) ـ گسترش با روغن ( تاثیر روی فرایند پذیری و قیمت) سپاسگزاری با سپاس از استاد راهنمای گرامی که در تمامی مراحل انجام این پروژه اینجانبان را صمیمانه یاری نمودند چکیده نگاهی کلی در مورد EPDM نام تجاری، ایکار، اپسین ، نوردل، رویالین وستالون Epcar, Epsyn, Nordel, Royalene and vistalon مزایا مقاومت عالی در برابر حرارات، ازن و نور خورشید، انعطاف پذیری خیلی خوب در دماهای پایین، مقاومت خوب در برابر بازها، اسیدها و حلالهای اکسیژن داده شده مقاومت فوق العاده در برابر آب و بخار، پایداری عالی رنگ.

محدودیتها مقاومت در برابر روغن، بنزین و حلالهای هیدروکربوری دگرچسبی آن به فایربک ها و فلزات ضعیف ملاحظات EPDM بخاطر ترکیبی از خواص فیزیکی یگانه ای که دارد می تواند در محدوده وسیع غیر معمولی از محصولات به مصرف رسد بجز مواردی که نیاز به مقاومت روغن و حلالهای ئیدروکربوری وجود دارد.

کمتر کاربردی را می‌توان یافت که EPDM در آن بصورت کامل نامناسب باشد.

بخاطر مقاومت عالی این کائوچو در برابر ازن و نور خورشید و شرایط سخت جوی ، EPDM مشابه کائوچوی بیوتیل بوده، لیکن قدری مناسب کمتری برای آلودگی داراست.

فهرست مطالب عنوان صفحه فصل –1 ساختمان EPDM 1-1- تاریخچه 2 1-2 ساختمان پلیمر EPDM 3 1-2ـ1ـ ترمونومر 6 1-2ـ2ـتوزیع مونومرها 6 1-3 اثرخواص فیزیکی و شیمیایی بر EPDM 7 1-3-1ویسکوزیته و فرایند پذیری 7 1ـ3-2ـپایدارکننده ها 8 1ـ3ـ3 چسبناکی غیر اشباعیت 8 1ـ3-4 درجه غیر اشباعیت 9 1ـ 4 خواص عمومی پلیمر EPDM 9 1ـ5 غیر اشباعیت 11 1ـ 6 طبقه بندی انواع کائوچو 12 1ـ6-1ـ وزن مولکولی 13 1ـ6-2ـ مقدار پروپیلن 13 1ـ6-3ـمیزان غیر اشباعیت 14 فصل –2 ولکانش 2ـ ولکانش 16 2ـ1ـ ولکانش EPM 16 2ـ1ـ1ـپراکسیدهای آلی 16 2ـ1ـ2ـ انرژی تشعشعی زیاد 22 2ـ2ـ ولکانش EPDM 22 2ـ2ـ1ـپراکسیدهای آلی 22 2ـ2ـ2ـگوگرد و شتاب دهنده 23 2ـ2ـ3ـسیستم های رزین ـ کوئینوئید و مالتیمید 25 2ـ2ـ4ـانرژی تشعشعی زیاد 25 2ـ2ـ5ـولکانش در دمای معمولی 29 فصل –3 آمیزه کاری 3ـ آمیزه کاری 31 3ـ1ـدوده 31 3ـ2ـپرکننده‌های معدنی 31 3ـ2ـ1ـخاک رسی 32 3-2ـ2ـسیلیکا 32 3ـ2ـ3ـکربنات کلسیم 32 3ـ2ـ4ـآلومینای آبنده 33 3ـ2ـ5 ـ عوامل اتصال ساز 33 3ـ3ـ نرمساز 34 3ـ4ـرزین چسب 35 3ـ5ـ ضد شکفت ( Anti Blooming) 36 3ـ6ـ ضداکسان 37 3ـ7ـ ضدنور ماوراءبنفش 38 3ـ8ـ مقاوم کننده‌ها در برابرشعله 38 3ـ9ـ امتزاج با سایر الاستومرها ………………………………38 3ـ10ـآلیاژها 40 3ـ11ـ عوامل پخت 41 3ـ12ـ عوامل محافظت کننده 43 3ـ13ـ فیلرها 43 3ـ14ـ کمک فرایند 45 فصل-4 نگاهی به کیفیت اختلاط آمیزه های EPDM 4ـ نگاهی به کیفیت اختلاط آمیزه های EPDM 47 4ـ1ـ سختی دانه های دوده 53 4ـ2ـ پلیمرهای EPDM دارای شاخه های جانبی 54 4ـ3ـ پارامترها و دستورالعمل های اختلاط 54 4ـ4ـ اثر نحوه اختلاط 57 فصل –5 فرآیند پذیری 5ـ فرآیند پذیری 62 5ـ1ـ اختلاط 62 5ـ2ـشکل دهی 63 5ـ3ـجابجایی و دست پردازی 64 5ـ4ـ اکستروژن 64 5ـ5ـ کلندرینگ 65 5ـ6ـ قالب گیری 66 5ـ7ـ پخت 66 فصل –6 خواص کائوچوی اتیلن ـ پروپیلن 6ـ خواص کائوچوی اتیلن ـ پروپیلن 69 6ـ1ـدرجه حرارتهای بالا 69 6ـ2ـ درجه حرارتهای پایین 69 6ـ3ـ مقاومت در حالت خام 72 6ـ4ـ مقاومت در برابر عوامل جوی 72 6ـ5ـ مقاومت نسبت به مواد شیمیایی 73 6ـ6ـخواص الکتریکی 74 6ـ7ـ خواص دینامیکی 76 6ـ8ـ قدرت کشتی و سختی 77 6ـ9ـ مقاومت فرسایشی و سایشی در برابر پارگی 78 6ـ10ـ مانانی فشاری 78 6ـ11ـ خزس و واهیختگی تنش…………………………………78 6ـ12ـ نفوذ پذیری در برابر گازها 78 فصل –7 مصارف کائوچوی EPDM و EPM 7ـ مصارف کائوچوی EPDM و EPM 81 7ـ1ـ تایر اتوموبیل 81 7ـ2کابل و عایقهای الکتریکی 81 7ـ3ـدرزگیرهای اتوموبیل 82 7ـ4ـ لوله مصرفی در اتوموبیل 82 7ـ5ـ لوله‌های تخلیه ماشینهای لباسهای خانگی 82 7ـ 6 استفاده از EPDM در سایدوال تایرهای رادیال 82 فصل یک ساختار EPDM 1- تاریخچه 2- ساختار پلیمر EPDM 3- اثر خواص فیزیکی و شیمیایی بر EPDM 4-خواص عمومی پلیمر EPDM 5-غیر اشباعیت 6-طبقه‌بندی انواع کائوچو 1-1ـ تاریخچه: در سال 1951 پروفسور کارل زیگلر در آلمان، گروه جدیدی از کاتالیزورهای واکنش های پلیمریزاسیونی را کشف نمود.

این کاتالیزورها از یک نمک ها لوژنه فلزات واسطه همراه با یک عامل احیاء کننده آلی ـ فلزی مثل آلکیل آلومینیوم تشکیل می شدند.

این کاتالیزورها مسیر واکنش پلیمریزاسیونی را از طریق مکانیزم آنیونی پیش برده و در بسیاری از حالات ،‌پلیمری با نظم ساختمانی بسیار زیاد به وجود می آورند.

زیگلر این اختراع خود را به ثبت رسانید.

کاتالیزورهای زیلگر اولین بار به صورت تجاری در ساخت پلی اتیلن خطی یا چگالی زیاد و در فشار پایین به کار گرفته شدند.

در ایتالیا پروفسور گویلو ناتا، تحقیقات روی این نوع کاتالیزوها را گسترش داده و نشان داه که برخی از آنها ،‌قادر به تولید و ایجاد پلیمرهای بسیاری ، که قالباً با انواع دیگر از لحاظ آرایش فضایی تفاوت دارند، می باشند.

به همین دلیل این کاتالیزورها را به نام کاتالیزورهای فضا ویژه خواندند.

پروفسور ناتا همچنین دریافت که پروپیلن نیز می‌تواند از این طریق پلیمریزه گردد.

و به این ترتیب پلی پروپیلن نیز به عنوان دومین پلاستیک اولفینی تجاری که از طریق این تکنولوژی کاتالیزوری جدید ساخته شده بود به بازار عرضه شد.

پلی اتیلن و پلی پروپیلن هر دو بلوری و گرما ـ خمیر هستند و به هیج رو ،‌حالت لاستیکی و کشانی ندارند با پیشرفت بیشتر مطالعات ،‌پروفسور ناتا دریافت که با استفاده از برخی گونه های کاتالیزورهای زیلگر می توان ترتیبی فراهم نمود که اتیلن و پروپیلن به صورت اتفاقی و نامنظم کوپلیمریزه شده ( به صورت غیر فضا ویژه ) و ایجاد ماده ای بی شکل با خواص کشانی و لاستیکی جالب نمایند.

در سال 1963 به پروفسور کارل زیگلر و پروفسور کویلر ناتا مشترکا جایزه نوبل شیمی، به خاطر کشفی که منجر به ساخت چندین نوع الاستومر و پلاستیک جدیدی از جمله کائوچوهای اتیلین پروپیلن گشت ،‌اعطا گردید.

تولید انبوه EPM و EPDM از سال 1963 آغاز شده و در سال 1985 با افزایش رشد مصرف، مقدار تولید جهانی این الاستورمر به 54/0 میلیون تن رسید که حدود 4/4 درصد ظرفیت تولید کل استومرهای مصنوعی را بخود اختصاص داد.

1-2ـ ساختمان پلیمر EPDM ساختمان منظم و بی شکل کوپلیمر یک در میان اتیلن پروپلین CH3 +CH2 CH2 C CH2 + n H را به این ترتیب می توان نمایش داد: این ساختمان فوق العاده شبیه به ساختمان کائوچوی طبیعی یعنی سیس 1 و 4 پلی ایزوپرون می باشد.

CH3 +CH2 CH2 C CH2 + n لذا تعجب آور نخواهد بود که کوپلیمر یک در میان منظم اتیلن و پروپلین، حتماً یک ماده لاستیکی باشد، زیرا ساختمان آن بسیار شبیه ساختمان اولین کائوچوی مفید و با ارزش یعنی کائوچوی طبیعی است.

ساختمان با مول برابر اتیلن و پروپلین نظیر آنچه که در قبل نشان داده شده است،‌را نمی توان در کائوچوی اتیلن ـ پروپیلن تجاری موجود دید،‌ترکیب در مواد تجاری عموماً بر اساس و مبنای درصد وزنی داده می شود، کوپلیمر با درصد مولی 50/50 را به نام کوپلیمر های اتیلن ـ پروپیلن را می توان در یک محدوده وسیع از ترکیب درصد آن دو دید، اما محصولات تجاری د رمحدوده درصد وزنی 50/50 تا 25/75 از اتیلن و پروپیلن عرضه می گردند .

به علاوه حتی در یک ترکیب درصد مساوی با مول برابر زنجیره های کوتاه با مجتمع هایی از پلی پروپیلن و پلی اتیلن که در میان پاره زنجیرهای بزرگتر در کوپلیمر اتفاقی ،‌به صورت نامنظم توزیع شده اند، .وجود دارند.

مولکول های کائوچوهای اتلین ـ پروپیلن کاملاً خطی نیستند.

بلکه شامل شاخه های جانبی با زنجیرهای کوتاه و بلند در درجه های مختلف می‌باشند این حالت که متاثر از شرایط پلیمریزاسیون و نسبت درصد منومرها می باشد.

دقیقاً به همان صورتی که در کوپلیمرهای اتیلن ـ پروپیلن (EPM ) دیده می شود، در ترپلیمرهای آن (EPDM) که ویژگیهای دیگری مثل تمایل به ایجاد بیشتر شاخه های جانبی به خاطر اثرات منومر دی ان وجود دارد، دیده نمی شود.

علاوه بر نسبت درصد منومر های اتیلن و پروپیلن، وزن مولکولی متوسط کائوچو نیز متاثر از انتخاب نوع کاتالیزور و متغیرهای واکنش پلیمریزاسیونی می باشد.

بر خلاف یک شیمیست پلیمر، که عموماً جرم مولکولی متوسط را با استفاده از گرانروی ذاتی تعیین می نماید.

شخص آمیزه کار لاستیک بیشتر تمایل به جانب اندازه گیری ویسکوزیته مونی دارد.

ویسکوزیته مونی پلیمر خام کائوچوهای اتیلن پروپیلن در محدوده ای کنترل می شود که بتوان از آن انواع خواص کاربردی و فرایندپذیری را در صنعت لاستیک بدست آورد و علاوه بر آن در محدوده سایر کائوچوهای مصنوعی تجاری نیز قرار داشته باشند.

ویسکوزیته مونی EPM ، EPDM در چهار دقیقه، پس از یک دقیقه پیش حرارت دهی ، در دماهای F‌ ْ 250 اندازه گرفته می شود که این مقدار به صورت (1+4) ML در F ْ 250 بیان می گردد.

در هر وزن مولکولی مولی متوسط توزیع وزن مولکولی مربوط به زنجیره های پلیمر تشکیل دهنده یک الاستومر، بر خواص فرایند پذیری و مکانیکی آمیزه خام و