شیمی کاربردی و آزمایشگاه

تهیه پلیمر خطی فنل فرمالدئید

تهیه پلیمر خطی فنل فرمالدئید و تبدبل آن به پلیمر 3 بعدی در محیط

اسیدی و بازی

تهیه رزول

در لوله آزمایش یک گرم فنل را در 2ml محلول آبی فرمالین حل کنید و به

این مخلوط تقریبآ 2ml محلول آبی رقیق آمونیاک 2M اضافه

نمایید . سپس چند دانه سنگ جوش را درون لوله بیندازید . لوله را به پایه

تقطیر متصل نمائید، سپس لوله را با استفاده از یک چراغ بونزن به آرامی

حرارت دهید تا مخلوط به رنگ سفید شیری در آید . سپس حرارت دادن را

متوقف کنید در این حالت باید مخلوط صورت دو لایه ای جدا از هم در آمده

باشد که لایه زیرین به صورت ویسکوز زرد رنگ در آید و لایه‌ی بالایی نیز

سفید رنگ باشد. که بیشتر آن به صورت آب است . با استفاده از یک قطره

چکان یا پی‌پت لایه بالایی را بردارید . مایع زیرین همان رزول می باشد که

حاوی مقادیر جزیی آب است . با حرارت دادن این مایع وسکوز در داخل

لوله آزمایش و یا بر روی سطح شیشه ساعت (ترجیحآورقه آلومینیومی)

رزین به رنگ زرد تیره در آمده قل می‌زند و نهایتآ به صورت جامد شیشه ای

و قرمز قهوه‌ای رنگ تبدیل می‌شود. می‌توان حلالیت این رزین را قبل از

حرارت دادن و بعد از آن به وسیله حلال‌های اتانول و استون و تولوئن

بررسی و مقایسه کرد .

ماده ی اولیه برای الاستومرها، کائوچو می‌باشد.

الاستومر ها یا رابر‌ها، مانند فلزات، فیبرها، ساروج، چوب، پلاستیک ها یا شیشه ها، طبقه‌ای از مواد هستند بدون اینکه به عنوان یک تکنولوژی جدید قابل تصور نباشند. در حال حاضر، مصرف سالانه‌ی کائوچو بیش از 13میلیون تن می‌باشد که به همان مقدار نیز افزودنی های آمیزه به همراه آن مصرف می‌شود، این در حالیست که سالانه نیز حدود چهار درصد به میزان مصرف کائوچو اضافه می‌شود. حدود 3/1 از کل کائوچو‌های مصرفی جهان، کائوچوی طبیعی (NR) می باشد، که در کشتزارهای مالزی، اندونزی یا دیگر کشور های جنوب شرقی آسیا و به همان خوبی در آفریقای غربی و آمریکای جنوبی و مرکزی به وسیله ی تولید کنندگان کوچک (small holder) تولید میشود. 3/2 کائوچوهای مورد نیاز نیز به صورت مصنوعی توسط تعداد زیادی از کشور های صنعتی تولید می‌شود و سپس درسراسر جهان توزیع می‌گردد. امروزه ماده‌ی خام برای تولید کائوچوی مصنوعی، به طور عمده هنوز نفت می باشد.

بیش از نصف تولید کل کائوچوی طبیعی و مصنوعی درصنعت تایر سازی و باقیمانده‌ی آن برای تولید انواع قطعات تولیدات صنعتی که محور‌های وسیع و گوناگون‌ را شامل می گردد، مصرف می شود.

محدوده‌ی این تولیدات از دسته موتورها و شیلنگ بنزین و نوارهای دور شیشه و تسمه نقاله های سنگین تا پوسته های نازک برای کلیه های مصنوعی را شامل می شود.

خاصیت مهم الاستومر‌ها، رفتار الاستیکی آنها بعد از تغییر شکل در مقابل فشار[1]، یا کشش[2] می باشد. برای مثال ممکن است یک الاستومر 10 برابر طول خود کشیده شود ولی بعد از حذف کشش، تحت شرایط محیطی ایده ال، به شکل و طول اولیه خود باز خواهد گشت. علاوه براین، الاستومرها با ویژگی هایی نظیر استحکام و سفتی بالا[3] تحت تنش های دینامیکی یا استاتیکی، مقاومت بسیار خوب در مقابل سایش که تنها استیل بالاتر از آن قرار می گیرد، نفوذ ناپذیری در مقابل هوا و آب، و در بعضی موارد، مقاومت بالا در برابر تورم در حلال ها و مقاوم بودن در برابر مواد شیمیایی مشخص می شوند . این خواص دردمای اتاق در دماهای بالاتر نمایش داده می شوند و تحت شرایط معینی و در شرایط آب و هوایی حاد و در جو دارای ازون غنی، این خواص حفظ می شوند. رابر‌ها همچنین قابلیت چسبندگی به منسوجات و فلزات را دارند. الاستومر هادرترکیت با فیبر ها – همانند ریون، پلی آمید، پلی استر ، شیشه یا استیل کورد[4]- با توجه به خواص این عناصر تقویت کننده، قدرت کششی قابل ملاحظه ای پیدا می کنند در حالی که در قدرت افزایش طول آنها[5] کاهش رخ می دهد.

این قابلیت، محدوده‌ی کاربردهای کائوچو‌ها را به طور قابل ملاحظه ای افزایش می دهد. در اتصال الاستومر به فلزات، برای مثال، محصولی با ترکیبی از الاستیسیته الاستومر و سختی فلزات حاصل می شود. این ویژگی می تواند برای طراحان محصولات خیلی مهم باشد.

محدوده‌ی خواصی که با الاستومرها به دست می‌آید در اصل به انتخاب نوع کائوچو‌،  آمیزه‌کاری ، فرایند تولید و شکل و طرح محصول بستگی دارد. خواص نهایی محصولات لاستیکی که کیفیت حقیقی الاستومر‌ها را نشان می‌دهد فقط به واسته‌ی آمیزه کاری مناسب با مواد شیمیایی و افزودنی‌ها، که حدود بیست هزار نوع مختلف از آنها وجود دارد، ومواد وسیستم ولکانیزاسیون بدست می‌آید. با توجه به نوع و مقدار کائوچو و مواد افزودنی و شیمیایی در یک‌ آمیزه و با توجه به درجه‌ی ولکانیزاسیون، لاستیک پخت شده با خواص مختلف از جمله سختی، الاستیسیته و یا استحکام می تواند بدست آید. ولی خواص ویژه و تیپیکال الاستومرهای ویژه مثل مقاومت آنها در برابر روغن، بنزین و فرسودگی، در آمیزه‌های پخت شده‌ی مختلف بدون تغییر باقی می ماند.

اولین ماده ی شناخته شده به عنوان کائوچو(مشتق شده ازکلمه ی سرخ پوستی کا، ئو، چو، به معنی درخت تراوش کننده[1] یا گریه کننده ) پلی ایزوپرن بازیافت شده از شیره‌ی درخت هو آی برزیلی می‌باشد. امروزه در مقایسه با کائوچوهای تولید شده به روش مصنوعی، این ماده به عنوان کائوچوی طبیعی(NR) شناخته می شود. کائوچوی طبیعی برای تشکیل اتصال های عرضی(ولکانیزاسیون) در دمای بالا با گوگرد می تواند واکنش دهد. بنابراین، قادر است کاملا از یک حالت چسبناک و خیلی نرم (پلاستیکی ) به حالت الاستیکی – یا از کائوچو به یک لاستیک یا الاستو مر– تغییر کند.در طی توسعه و گسترش تولیدمواد سنتزی یا مصنوعی که با کائوچوی طبیعی شبیه باشد، ترکیبات مشابهی بدست آمد که می توانند با گوگرد اتصال عرضی تولید کنند.

به هر حال فقط ترکیبات ماکرومولکولی که دارای پیوند های اشباع نشده هستند می توانند اتصال های عرضی با گوگرد تشکیل دهند. در زنجیره ی پلیمر، یا بخشی دارای پیوند‌های اشباع نشده است و یا بطور کامل همه ی آن از مونومرهای دی انی (دارای پیوند دو گانه) ساخته شده که می تواند به عنوان مثال ، الاستومرهایی مانند پلی ایزوپرن، پلی بو تادین، پلی کلروبوتادین ، استایرن بوتادین یا کوپلیمر اکریلو نیتریل بوتادین را نام برد.

این گروه از کائوچو های مصنوعی (SR) با کشف سایر تر کیبات ماکرو مولکولی که با گوگرد نمی توانستند پخت شوند، ولی با روش های مشابه با استفاده از عوامل شبکه‌ای کننده‌ی دیگر قادر بودند به الاستومر ها تبدیل شوند، به سرعت گسترش یافتند. بنابراین اکنون واژه‌ی کائوچو محدوده‌ی وسیعی از ترکیب‌های خام ماکرو مولکولی را در بر می‌گیرد که برای تشکیل ساختمان شبکه‌ای می توانند اتصال‌های عرضی باسیستم ها و مواد پخت مختلف ایجاد کنند.

کائوچوها علاوه بر توانایی تشکیل ساختمان شبکه ای اتصال های عرضی، باید قابلیت های زیر را داشته باشند:

ترجیح داده می‌شود که کلاف مولکولی کائوچو دارای مولکولهایی با زنجیره های بلند باشند تا بتوانند وقتی در معرض تنش قرار می گیرند، هرچند کوچک، کشیده شوند.

بخش‌ها یا مولکولهای انفرادی زنجیر پلیمرها باید تحت حرکت براونی کوچک[2] در دمای اتاق انعطاف پذیر باشند. بنابراین به نظر می‌رسد بعضی از این مولکولها هنگانی که تنش‌های کششی به انتهای آن اعمال می شود مرتب شده (Hypothetical Conformation) و سپس با فطع نیروس کششی، آنها مجددا به ترکیب تصادفی استاتیکی ایده آل خود بر می‌گردند (حالت حداکثر انتروپی). فرایند تغییر شکل به طور ترمودینامیکی با فرض اینکه تحت شرایط ایده آل و بدون تغییر در انرژی داخلی سیستم قرار دارند، می تواند توضیح داده شود. با قانون اول ترمودینامیک شروع می کنیم:

dF  =  dU  - TdS

Tدمای مطلق، U انرژی داخلی،  Fانرژی آزاد و S انتروپی می‌باشد. برای شرایط ایده آل الاستیسیته‌ی لاستیک، Du = 0 میباشد که از آن  Df = - tDsنتیجه می شود .

این بدین معنی‌ست که در حالت ایده آل ، فرایند تغییر شکل یک ماده‌ی الاستومری فقط با تغییرات در انتروپی ترکیبی یا شکلی[3]  زنجیره پلیمر تعریف می شود،  یعنی این فرایند entropic elasticity می باشد. بعد از قطع تنشی که باعث تغییر شکل شده است، آرایش تصادفی اولیه‌ی مولکول به طور طبیعی دوبار ه شکل می گیرد. کائوچوی طبیعی و بعضی از کائوچو ها‌ی مصنوعی این رفتار ایده آل را در ناحیه‌ی تغییر شکل های خیلی کوچک نیز نشان می دهند. این تغییر در انتروپی هنگام تغییر شکل سریع، یک فرایند گرما‌زا می باشد، و با قطع نیروی تغییر شکل دهنده،  مجددا این حرارت کاملا مصرف می شود زیرا توازن انرژی شبکه‌ی صفر (Zero net) بر قرار است. اگر مولکول های تغییر شکل یافته الاستومر تا خارج شدن گرمای انتروپیکی از آن ها سرد شوند، آرایش جهت یافته‌ی مولکول ها به صورت یخ زده باقی می ماند که این حالت می تواند توسط اعمال حرارت باز گردانده شود.