دوده و نقش آن در بهبود خواص پلی اولفین ها

دوده و نقش آن در بهبود خواص پلی اولفین ها

امروزه استفاده از دوده(carbon black) به­ عنوان یکی از مهمترین مواد اولیه مورد نیاز جهت ساخت تجهیزات مهندسی در شاخه­ های مختلف علم، به امری اجتناب­ ناپذیر بدل گردیده است. سطح دوده به­ دلیل دارا بودن گروه­ عاملی COOH بسیار فعال بوده (شکل 1) و تمایل فراوانی به اجتماع و کلوخه­ سازی دارد. در همین راستا با اجتماع ذرات دوده(particle) در کنار هم مجموعه بزرگتری تحت عنوان agglomerate تشکیل می ­شود. همچنین مجموعه agglomerate نیز با پیوستن به یک­دیگر مجموعه بزرگتری تحت عنوان aggregate و در نهایت nodule را خواهند ساخت.

دوده به ­واسطه­ میزان فعالیت سطح آن، ابعاد و مسیر فرآیند تولید به 3 گروه عمده به شرح زیر تقسیم می­ شود:

الف) دوده کانالی (channel carbon black)

کوچکترین ابعاد ذرات کربن توسط این فرآیند به ­دست می­ آیند. به­ واسطه ماهیت فرآیند تولید دوده توسط این روش، اسیدی ترین حالات دوده را در میان انواع آن دارا می­باشد.

ب) کربن کوره (furnace carbon black)

در این حالت محدوده اندازه ذرات بین 20 تا 80 نانومتر می­باشد. این نوع دوده بیشترین میزان مصرف در صنعت را به خود اختصاص داده است.

ج) دوده حرارتی(thermal carbon black)

بزرگترین ابعاد ذرات کربن با محدوده 120 الی 500 نانومتر مربوط به این نوع دوده می­باشد. از جمله ویژگی­های مهم این نوع دوده می­توان به فعالیت پایین سطح آن در مقایسه با سایر انواع دوده اشاره نمود.

با در نظر گرفتن ویژگی­های منحصر به ­فرد دوده می­توان به ­راحتی دلایل اقبال به استفاده از این ماده را متوجه گردید. برای مثال دوده به­ دلیل مقاومت بالا در برابر اشعه UV، توانسته به­ عنوان عاملی جهت افزایش مقاومت مواد پلیمری در برابر اشعه UV نقشی انکار ناپذیر در صنایع لاستیک سازی، ساخت لوله­ های آبیاری، آب­رسانی و گاز­رسانی ایفا کند. مثال دیگر از نقش دوده را می ­توان در رفع معضل الکتریسیته ساکن در تجهیزات الکترونیکی و کمک به رشد چشمگیر محصولات الکترونیکی یافت.

اما در کنار تمام ویژگی­های یاد شده، همان­طوری که ذکر گردید سطح فعال بالای دوده و تمایل به ساختن کلوخه در محصول، استفاده از دوده را با مشکلاتی همراه ساخته است(شکل 2). وجود این کلوخه ­ها در محصول نهایی در صورتی که محصول تحت تنش قرار بگیرد، منجر به تمرکز تنش در فضای پیرامون کلوخه­ ها و مستعد شدن محصول به شکست از آن نقاط می­گردد. لذا فرآیند شکستن کلوخه­ ها و پخش مناسب دوده در محصول نهایی امری ضروری می­باشد.

به­ همین منظور دستگاه­های متعددی از دیرباز در این زمینه طراحی و مورد بهره ­برداری قرار گرفته­ است. از جمله این تجهیزات می­توان به دستگاه two roll mill اشاره نمود. این دستگاه با توجه به تمام معایب ذاتی و علی­رغم پخش نامناسب دوده، به ­واسطه قدرت بالا در شکستن کلوخه ­های دوده، همچنان در صنایع لاستیک ­سازی مورد استفاده می­ باشد. هر چند در دستگاه­ های امروزی توانسته­ اند با طرح دار کردن سیلندر گردان اندکی مشکل پخش را حل نمایند، اما به ­موازات آن از قدرت دستگاه two roll mill در شکست کلوخه­ ها کاسته­ اند. برای حل این مشکل، یکی از مناسب­ترین روش­ های موجود، استفاده از مستربچ دوده در پایه محصول نهایی می­باشد. لذا به ­منظور تسهیل در فرآیند تولید شرکت­ های سازنده محصولات پلیمری که نیازمند استفاده از دوده در محصول نهایی خود می­باشند، شرکت­های تولید کننده مستربچ اقدام به تولید مستربچ ­های مشکی با درصد بالایی از دوده می­ نمایند. بنابراین شرکت­های تولیدی محصولات پلیمری قادر خواهند بود با ترکیب این مستربچ در پایه پلیمری محصولات خود، نیاز خود به دوده را با کمترین مشکل رفع نمایند. منتها در این میان نکته­ ای که باید به آن توجه شود مکانیسم خروج دوده از مستربچ و ترکیب مناسب آن در پایه مورد نظر می­باشد. فرآیند یاد شده به عوامل گوناگونی نظیر هندسه دستگاه­های استفاده شده، زمان اقامت محصول در دستگاه، دمای دستگاه و …. وابسته می­باشد. در کنار دما که نقش خود را با دادن انرژی مورد نیاز زنجیرهای پلیمری برای حرکت و به ­تبع آن خارج شدن دوده از مستربچ ایفا می­کند، تنش وارده به مجموعه مستربچ نیز نقش بسیار مهمی در فرآیند خروج دوده از مستربچ خواهد داشت. این میزان تنش که از سمت پایه به کار رفته در محصول به مستربچ وارد می­شود، رابطه مستقیمی با اندازه MFI پایه مورد بحث دارد. به عبارت روشن­تر هر چه میزان MFI پایه به ­کار رفته کم باشد، تنش بالاتری به مستربچ وارد شده و دوده راحت­تر از مستربچ خارج می­شود. لذا در هنگام استفاده از مستربچ­ های مشکی استفاده از پایه ­هایی با MFI بالا توصیه نمی­شود.

نکته ­ای که باید در ادامه این فرآیند مدنظر قرار بگیرد آن است که دوده خارج شده از مستربچ نیاز به محیطی با ویسکوزیته پایین دارد تا به ­راحتی بتواند به­صورت مناسب در بستر مورد نظر نفوذ کرده و پخش شود. بنابراین می­توان با افزودن اندکی لیزکننده(lubricant) در حین فرآیند و با ثابت نگاه داشتن باقی پارامترهای فرآیندی، به پخش و حرکت راحت­تر دوده در بستر پایه پلیمری کمک نمود.

با در نظر گرفتن تمام این تفاسیر، استفاده از میزان مناسب دوه و پخش مناسب آن در پایه به یکی از مهمترین دغدغه ­های صنعت­گران مبدل گردیده است. به همین دلیل تست میکروسکوپی پخش دوده و اطمینان از میزان مصرف دوده در ساختار محصول نهایی از جمله مهمترین فاکتورهایی است که شرکت­های تولید­کننده محصولات مهندسی جهت دست­یابی به خواص از پیش تعیین شده ملزم به رعایت آن می­باشند.