پلیمر گرماسخت
گرماسخت یا ترموست (به انگلیسی: Thermoset) ویژگی نوعی پلاستیک است که در نتیجه گرما دیدن ترکیب شیمیایی و شکل ظاهری آن تغییر می‌کند. گرماسخت به بسپارهایی گفته می‌شود که در اثر اعمال حرارت در آن‌ها پیوندهای عرضی با واکنش‌های شیمیایی ایجاد می‌شود و در نتیجه وزن مولکولی متوسط آن‌ها بالا رفته و به حالت یکپارچه صلب درمی‌آیند.
معمولاً این رزینهای مایع پس از ترکیب با هاردنر یا خشک کن یا عامل تسریع‌کننده واکنش شروع به واکنش غیرقابل برگشت کرده و سخت می‌گردند. از این نوع رزین‌ها می‌توان به رزین پلی استر، وینیل استر، اپوکسی و … نام برد.
مزایای پلیمر گرماسخت
- پلیمرهای گرماسخت نسبت به پلیمرهای ترموپلاستیک قابلیت و عملکرد تحمل بار در درجه حرارت و فشار بالاتر را دارند
- پلیمرهای گرماسخت دارای وزن مولکولی کم و به صورت مایع یا گران‌روی پایین هستند که با استفاده از رادیکال‌های آزاد در پیوند آن‌ها به صورت جامد در می‌آیند.
- پلیمرهای گرماسخت پایداری حرارتی مناسبی دارند.
- پلیمرهای گرماسخت دارای مقاومت شیمیایی مناسب هستند.
- عملکرد مناسب در برابر خزش و آسودگی تنش
معایب پلیمر گرماسخت
- عمر کوتاه
- بر اثر ترکیب با ماده عمل‌آوری
الف) کرنش نهایی کم در زمان گسیختگی دارد
ب) مقاومت کم در برابر ضربه
انواع گرماسخت‌ها
الف) پلی اورتان‌ها:
این پلیمرها در فرمهای مختلف نظیر فوم‌های انعطاف‌پذیر و سخت، الاستومورها و رزینهای مایع استفاده می‌شوند. پلی اورتان‌ها در برابر اسیدها و بازهای قوی و حلال‌های آلی دارای مقاومت خوردگی پایین هستندو فوم‌های انعطاف‌پذیر عمدتاً برای کاربردهای خانگی (نظیر بسته‌بندی) استفاده می‌شوند، در حالیکه فوم‌های سخت به عنوان مواد عایق حرارتی برای انتقال سیالات سرمایشی و فرآورده‌های غذایی سرد بکار گرفته می‌شود.
انواع پلی اورتان:
پلی اورتان‌ها را می‌توان چنین طبقه‌بندی کرد:
- – فوم نرم سبک مناسب برای تهیه انواع مبل، صندلی خودروها و تخت خواب
- – فوم سخت سبک که در تهیه عایق‌های گرمایی به کار می‌رود.
- – الستومر جامد نرم (لاندا) الستومر سبک که در تولید کفش کاربرد دارد.
- – پالستیک نرم که برای تولید نوار و تسمه مناسب است.
- – پالستیک جامد سخت که در دستگاه‌های الکترونیکی، حسگرها و مدارهای خودروها استفاده می‌شود.
فوم پلی اورتان نرم:
این فراورده از واکنش پلی اُول‌ها با دی ایزوسیانات‌ها، در حضور کاتالیزگر، عامل حجم دهنده کمکی و برخی از افزودنی‌های دیگر به دست می‌آید. برای تولید این فوم باید آن را به حال خود گذاشت تا آزادانه رشد کند. بلوک‌های کوچک فوم در قالب‌های روباز، جعبه یا محفظه‌های مناسب دیگر قرار می‌گیرد و سپس در شکل و اندازه‌های دلخواه برای استفاده در مبلمان بریده می‌شود. فوم نرم در تولید تشک مبلمان، بالشتک صندلی خودرو به کار می‌رود که همه، فراورده‌هایی قابل بازیافت‌اند.
فوم سخت و سبک :
ساختن سقف‌های گنبدی و شکل‌های ویژه با فوم، راحت‌تر از چوب است. گذشته از دیوارها و سقف، عایق‌های گرمایی که در خانه‌ها استفاده می‌شوند از جنس فوم پلی اورتان هستند. رزین پلی اورتان نیز به دلیل ساختار یکپارچه و مقاومت در برابر آب، در تولید کفش پوش‌های زیبا کاربرد دارد. بخش میانی برخی از تخته موج‌های سواری از فوم سخت قالب‌گیری می‌شود و پس از آن که به شکل ویژه‌ای درمی آید، با یک پوشش فایبرگالس و رزین پلی استری پوشانده می‌شود. بدنه برخی از قایق‌ها نیز از فوم پلی اورتان سخت تهیه می‌شود که میان الیه‌های فایبرگالس ساندویچ شده‌است. این فوم، مقاوم و شناور بودن قایق‌ها را تأمین می‌کند.
کاربردها :
از پلی اورتان‌های گران‌تر، بیشتر به عنوان پوشش بیرونی وسایل استفاده می‌شود. پوشش پلی اورتان نسبت به الک یا روغن، الیه نازک، سخت و بادوام تری ایجاد می‌کند و در تهیه صندلی‌های نرم، قالب‌های نارسانا، درپوش و واشرهای ریزساختار، الستیک‌های بادوام برای خودروهابه کار می‌روند. مواد درزگیر، چسب و جالدهنده از جمله کاربردهای پلی اورتان‌ها به‌شمار می‌روند.
- کاربرد در منسوجات: با افزون پلی اورتان به یک پلی استر، پوشش‌های ضدآب به دست می‌آیند. استفاده متداول‌تر پلی اورتان در نساجی در شکل اسپاندکس است. الیاف این فراورده انعطاف‌پذیر است. چنانچه اسپاندکس همراه با رشته‌هایی از جنس کتان، نایلون یا پلی استر تنیده شود فراورده‌ای با قابلیت کشش مناسب برای لباس‌های ورزشی به دست می‌آید.
- تولید جالدهنده‌ها: پلی اورتان‌ها در برابر عواملی که از کیفیت رنگ وجال می‌کاهند از جمله آب، دمای بسیار کم یا بسیار زیاد، قارچ‌ها و کپک‌ها پایدارند. پوشش پلی اورتان نسبت به الک یا روغن، الیه نازک سخت و بادوام تری ایجاد می‌کند که به ویژه کف پوش‌های چوبی را در برابر خوردگی و ساییده شدن حفظ می‌کند. اما این پوشش در برابر گرما و ضربه مقاوم نیست. اگر پلی اورتان به خوبی روی چوب نفوذ کند این مشکل تا اندازه‌ای برطرف خواهد شد. استفاده از پلی اورتان به عنوان پوشش بیرونی، دشوار است زیرا این ماده به پرتوهای فرابنفش حساس است. برای رفع این کاستی باید از جاذب‌های UV یا جالدهنده‌ها همراه با پلی اورتان‌ها استفاده کرد.
- چسبها: چسب‌های پلی اورتان کارایی گسترده‌ای دارند و برای مواد گوناگون شامل چوب، فلز، بتن، شیشه و پالستیک مناسبند. خاصیت ضدآب این چسبها، آن‌ها را به عنوان چسب چوب کاری معرفی کرده‌است. این چسبها پس از خشک شدن انعطاف‌پذیری زیادی از خود نشان می‌دهند.
- کاربرد در پزشکی :در ساخت وسایل پزشکی پلی اورتان‌های گرمانرم مناسب برای کارگذاشتن در بدن استفاده می‌شود. این انواع پلی اورتان خواص مکانیکی خوبی دارند از جمله کشش پذیری، مقاومت در برابر ساییدگی و تخریب و سازگاری زیستی خوبی نیز از خود به نمایش می‌گذارند. این ویژگی‌ها آن‌ها را در گروه مواد مناسب جهت کاربردهای پزشکی قرار داده‌است.
تخریب پلی اورتان‌ها :
عوامل گوناگون از جمله آبکافت، نورکافت، اکسایش، گرما و عوامل زیست شناختی می‌توانند به تجزیه پلی اورتان‌ها بپردازند. آنزیم‌ها و حمله موجودات زنده ذره بینی هم چون قارچ‌ها و کپک‌ها نیز می‌تواند به ساختار پلی اورتان‌ها آسیب بزند. در این جریان، پیوندهای استری و اورتانی موجود در ساختار پلی اورتان تجزیه می‌شوند؛ استرها به اسید و الکل تبدیل می‌شوند و پیوندهای اورتانی کربامیک اسید و الکل تولید می‌کنند.
ب) پلاستیک‌های فوران
این پلاستیک‌ها از فنولیگ گران‌تر هستند، اما استحکام کششی بالاتری دارند. بعضی مواد در این دسته دارای مقاومت قلیایی بیشتر هستند. مقاومت حرارتی این پلی استرها حدود ۰C80 است
ج) رزینهای اپوکسی :
اپوکسی هم یک بسپار گرماسخت یا گرماسخت است؛ که از دو مادهٔ شیمیایی مختلف تشکیل شده. این دو ماده را با نام رزین و سخت‌کننده یا فعال‌ساز یا هاردنر می‌شناسند. رزین از تکپارها یا بسپارهایی با زنجیر کوتاه که در انتهایشان یک گروه اپوکساید قرار دارد تشکیل می‌شود؛ و هاردنر از دو نوع سیکلو آمینی برای چسبها و کفپوشهای اپوکسی بدون حلال و پلی آمید برای رنگ‌های اپوکسی حلال دار تشکیل می‌گردند که نیاز است برای خشک شدن با رزین بخوبی مخلوط شود و طی زمان مشخصی پیوند تکمیل شده و خشک می‌گردد. اپوکسی آمینی بعلت نداشتن حلال و در نتیجه کاهش حجم بیشتر کاربرد چسب و کفپوش اپوکسی را داراست و اپوکسی پلی آمیدی که بیشتر به عنوان رنگ اپوکسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. کفپوش اپوکسی در بیمارستان‌ها و صنایع مختلف کاربرد فراوانی دارند و رنگ اپوکسی گزینهٔ مناسبی برای جلوگیری از خوردگی و زنگ‌زدگی در صنایع هستند.
کاربردها
کاربردهای موادی که بر پایهٔ اپوکسی ساخته می‌شوند گسترده‌است و مهم‌ترین آن در ساخت رنگ اپوکسی و کفپوش اپوکسی است و همچنین شامل کاربرد در ساخت موادی چون چسبها، کامپوزیت‌ها (مانند موادی که از فایبرگلاس یا فیبر کربن استفاده می‌کنند) و تقویت‌کننده‌ها می‌شود
ساختار شیمیایی اپوکسی‌ها این اجازه را می‌دهد که بسپارهای گوناگونی با خواص بسیار متفاوت تولید شود. به‌طور کلی اپوکسی‌ها را به خاطر چسبندگی، مقاومت شیمیایی و گرمایی، خواص خوب یا حتی عالی مکانیکی، و مقاومت الکتریکی بسیار خوب آن‌ها نسبت به اکثر رزینهای دیگر می‌شناسند. بسیاری از خواص اپوکسی‌ها را می‌توان تغییر داد، برای مثال اپوکسی‌های پرشده از نقره که رسانایی الکتریکی خوبی دارند یا اپوکسی پرشده از روی که مقاومت خوردگی خوبی دارد یا مخلوط آن با ریزالیاف‌های کربن آن‌ها را رسانا می‌کند نیز وجود دارد و این در حالی است که اپوکسی خالص عایق الکتریکی می‌باشد. برخی از انواع که دارای خاصیت عایقی/رسانایی در برابر گرما هستند و مقاومت الکتریکی بالایی دارند در الکترونیک کاربرد دارند.
اپوکسی در موارد زیر کاربرد وسیعی دارد:
رنگ‌ها و پوشش – چسبها – قالب‌های صنعتی و کامپوزیت‌ها – سامانه‌های الکتریکی و الکترونیک – مصارف خانگی و دریایی – هوافضا – زیست‌شناسی – هنر – کفپوشهای دکوراتیو و کفپوش اپوکسی گرانیت
مزایای روکش صنعتی اپوکسی :
افزایش مقاومت بتن در برابر فرسایش، تخریب و اکثر مواد شیمیایی. روکش اپوکسی مطلقاً جذب آب ندارد و از نفوذ آب، روغن و سایر مایعات به جسم بتن جلوگیری می‌کند. روکش اپوکسی، سبک و کم‌حجم بوده و از ایجاد هرگونه گرد و غبار جلوگیری می‌نماید. روکش اپوکسی به صورت یکپارچه و در رنگ‌های متنوع اجرا می‌گردد.
مثال‌هایی از گرماسخت
سیستم‌های فایبر گلاس پلی‌استر: ترکیبات قالب ریزی و سازه ورق و ترکیبات قالب ریزی و سازه فله
استرهای سیانات یا polycyanurates برای کاربردهای الکترونیک با نیاز برای خواص دی الکتریک و شیشه‌ای مورد نیاز به درجه حرارت بالا در کائوچو و مواد مرکب
قالب یا قالب دونده (قسمت پلاستیکی سیاه و سفید در مدارهای مجتمع یا نیمه هادی)
قالب‌گیری تزریقی واکنشی (برای اشیاء مانند جعبه بطری شیر استفاده می‌شود)
قالب‌ریزی و سازه اکستروژن (مورد استفاده برای ساخت لوله‌ها، موضوعات پارچه و عایق برای کابل برق)
قالب‌ریزی و سازه‌های فشرده‌سازی (مورد استفاده برای شکل‌دادن به اکثر پلاستیک گرماسخت) چرخش ریخته‌گری (مورد استفاده برای تولید طعمه‌های ماهیگیری و دستگاه‌های، مینیاتور بازی، مجسمه، نمادهای و همچنین تولید و جایگزینی قطعات)
جستارهای وابسته
منابع
- ↑ انوری، حسن: فرهنگ روز سخن، تهران: سخن، ۱۳۸۳. ص۱۰۱۴.
- THERMOSETTING POLYMERS-written by: Jean-pierre pascault Hendry Sautereau Jacques Verdu Roberto j.j.Willianms
- Thermosetting plastics__CONTEMPORARY POLYMER CHEMISTRY written by: Harry R.Allcock Frederick. Lampe James E.Mark
- Paul Hudson. "Thermosetting Plastics" (به انگلیسی). University of Hertfordshire. Archived from the original on 17 September 2008. Retrieved 21 July 2008.
منابعی برای مطالعهٔ بیشتر
- Goodman, S.H, Handbook of Thermoset Plastics, William Andrew Publishing/Noyes, 1998.
- Polyurethane Handbook, ed. G Oertel, Hanser, Munich, Germany, 2nd edition, 1994, ISBN 1-56990-157-0, ISBN 978-1-56990-157-1
- Reactive Polymers Fundamentals and Applications: A Concise Guide to Industrial Polymers (Plastics Design Library), William Andrew Inc. , 2nd edition, 2013, ISBN 978-1-4557-3149-7
- The Open University (UK), 2000. T838 Design and Manufacture with Polymers: Introduction to Polymers, page 9. Milton Keynes: The Open University
- D. Montarnal, M. Capelot, F. Tournilhac, L. Leibler, Science, 2011, 334, 965-968], DOI: 10.1126/science.1212648
- Fortman, David J. ; Jacob P. Brutman; Christopher J. Cramer; Marc A. Hillmyer; William R. Dichtel (2015). "Mechanically Activated, Catalyst-Free Polyhydroxyurethane Vitrimers". Journal of the American Chemical Society. doi:10.1021/jacs.5b08084
- Concise Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, ed. J.I. Kroschwitz, Wiley