پلی استر
http://www.pgp2009.com/site/images/maghalat/p123 16.jpg
پلي استر به پليمرهايي اتلاق مي گرددكه داراي گروه استر-co-o-درزنجيره اصلي خودباشند.اين گروه استري،حاصل واكنش بين الكلهاي دوظرفيتي وكربوكسيليك اسيدهاي دوظرفيتي مي باشد.به هرحال درصنعت پليمرسازي وهمچنين صنعت نساجي معمولا منظورازالياف پلي استر(pes)الياف تهيه شده ازپلي اتيلن ترفتالات(pet)است كه متداولترين نوع بوده وفرمول آن به صورت زيراست:
كاروترز در سال 1927 نشان داد كه مي توان پلي استر رااز گليكول ها واسيد هاي آلي دو ضرفيتي تهيه نمود .به هر حال به علت پايين بودن نقطه ذوب وهمچنين هيدروليز آسان پلي استرهاي اوليه ،تحقيقات وي درآن زمان بيشتر مورد توجه پلي آميد ها گرديد .پليمر تهيه شده از سباسيك اسيد واتيلن گليكول نمونه اي ازپلي استرهاي اوليه است.
درسال 1939تحقيقات مجدد توسط وينفيلد درانگلستان شروع گرديد .وي خواص الياف پلي استر حاصل از پليمر يزاسيون فتاليك اسيد (بنزن دي كربوكسيليك اسيد 1و2)ايزوفتاليك اسيد(1و3بنزن دي كربوكسيليك اسيد)وترفتاليك اسيد(1و4بنزن دي كربوكسيليك اسيد)را بااتيلن گليكول مورد مطالعه قرارداد.وينفيلد دريافت كه پليمر حاصل از فتاليك اسيد داراي دماي ذوب بسيارپايين بوده وعملاقابليت ريسيده شدن را نداشت .پليمر حاصل از ايزوفتاليك اسيد خواص بهتري را از خودنشان داد .اين پليمرداراي دماي ذوب درحدود 110درجه سانتيگراد بوده وريسندگي اوليه آن امكان پذير بود.درمقابل پليمر تهيه شده از ترفتاليك اسيد ازدماي ذوب بالاي 260درجه سانتيگرادوقابليت تبلور برخوردار بود.اين پلي استر تريلن نام گرفت.بررسي وتحقيقات نشان دادند كه وجود حلقه آروماتيك درپلي استر با وزن مولكولي بالا ، باعثافزايش دماي ذوب ، پايداري ، استحكام و سختي مي گردد .
اين پلي استر كه امروزه يكي از مهمترين الياف مصنوعي را تشكيل مي دهد حاصل تحقيقات وينفيلد و دستيار وي ديكسون بود كه براي اولين بار در سال 1941در آزمايشگاه تهيه گرديد.پلي استر در سال 1953 توسط دوپون به صورت انبوه توليد و به بازار عرضه گرديد توليد پلي استردر دهه هاي 60 و 70 به صورت چشم گيري افزايش يافت پلي اتيلن ترفتالاك پليمر كندانسه ترفتاليك اسيد ، ترفتاليك دي متيل استر و يا دي متيل ترفتالات(DMT) با اتيلن گيلكول مي باشد.
براي مصارف معمولي نساجي ، پلي استر با وزن مولكولي متوسط عددي 1500 مورد استفاده قرار مي گيرد . براي توليد پلي استر با تمايل كم براي تشكيل پيل (آنتي پيل ) وزن مولكولي اليافي كه به منظور كاربرد هاي صنعتي توليد مي گردند بيش از نوع توليدي براي مصارف نساجي مي باشد .
براي كاهش جلاي الياف پلي استر ممكن است تا 2 درصد تيتانيوم دي اكسيد به عنوان كدر كننده به آن اضافه نمود . ترفتاليك اسيدو يا دي متيل ترفتالات با اتيلن گيلكون واكنش نموده و تشكيل يك منومردي استر مي دهد كه پليمريزه گرديده و هموپليمر پلي اتيلن ترفتالات را تشكيل مي دهد در ريسندگي اوليه اين ليف كه به صورت ذوب ريسي انجام مي شود ،پليمر به صورت مذاب از روزنه هاي رشته ساز بيرون رانده شده و در تماس با هوا سرد گرديده و جامد مي گردد . براي كسب خواص مكانيكي مناسب ، الياف توليدي با توجه به سرعت توليد تا چند برابر طول اوليه خود كشيده مي شوند .
تا قبل از سال 1965 فقط از دي متيل ترفتالات براي توليد انبوه پلي استر استفاده مي شد ولي با ممكن شدن خالص سازي ترفتاليك اسيد ، اين ماده هم در مقابل دي متيل ترفتالات مطرح گرديد.
توليد پلي استر در دو مرحله صورت مي گيرد :
مرحله اول را توليد منومر تشكيل مي دهد كه ممكن است از طريق تبادل استر دي متيل ترفتالات با اتيلن گيلكول و يا از طريق استر كردن ترفتاليك اسيد با اتيلن گيلكون به صورت زير انجام مي شود.
مرحله دوم را پليمر يز اسيون به صورت زير تشكيل مي دهد:
در اين مرحله پليمر شكل گرفته و اتيلن گيلكون اضافه دور مي گردد. تشكيل منومر در مرحله اول توسط واكنش كاتاليستي تبادل استر بين دي متيل ترفتالات مذاب و اتيلن گيلكون در 200 درجه سانتيگراد صورت مي پذيرد . توليد اين مرحله شامل مخلوطي از منومر ،پليمر هاي دبا وزن مولكولي بسيار كم و توليد جانبي متانول مي باشد . متانول در 150 درجه سانتيگراد تبخير مي گردد . كاتاليست اين واكنش ، نمك هاي دو ظرفيتي منگنز ، كبالت ، منيزيم ، روي كلسيم مي باشند.
استره كردن ترفتاليك اسيد با اتيلن گيلكون به عنوان روش دوم توليد منومر ، بدون احتياج به پكاتاليست انجام مي شود. در اين روش به كمك افزايش دما و فشار ، به واكنش سرعت بخشيده مي شود. منومر توليد شده توسط دو روش به استثناي گر وههاي انتهايي مشابه مي باشند.
پليمريز اسيون معمولاً در حضور كاتاليست آنتيمون صورت مي گيرد:
در اين مرحله مواد افزودني مثل تيتانيوم دي اكسيد به محفظه پليمريزاسيون اضافه مي گردد . افزايش درجه پليمريزاسيونو به عبارت ديگر طول زنجيره مولكولي به كمك دور نمودن اتيلن گيلكول اضافه از توده مذاب بسيار غليظ در حدود 280 درجه سانتيگراد ، به هم زدن دقيق و كنترل شده و كاهش تدريجي فشار بهخ 5/1 ميليمتر جيوه انجام مي شود .گرمادهي در دماي 280 درجه سانتيگراد تا كسب درجه پليمريزاسيون مطلوب ادامه داده مي شود.
وزن مولكولي معمولا به كمك اندازه گيري ويسكوزيته (گران روي)توده مذاب كنترل مي گردد.قدرت لازم براي به هم زدن توده ي مذاب خود نشانه اي از درجه پليمريزاسيون مي باشد.باتوجه به شرايط و اكنش ،توليدات جانبي مثل در اتيلن گليكول واوليگومرحلقوي (تريمر ،تترامر)تشكيل مي گردند.وجود اتيلن گليكول پيوند خورده به ماكرومولكول ،كاهش درجه نرم شدن پليمر رابه همراه دارد.شكل 1-4مراحل پليمريزاسيون را براي توليد الياف پلي استر نشان مي دهد.
در صورت توليد چيپس باتوجه به حساسيت زياد پليمرمذاب به هيدروليز ،لازم است كه چيپس توليد شده در هواي داغ خشك ويادريك گازبي اثر ودردماي 180درچه سانتيگراد به مقدار كمتر از 005/0درصد نسبت به وزن خود خشك گردد.
درمرحله ريسندگي اوليه چيپس پلي استر ذوب گرديده ويا اينكه درصورت توليد پيوسته ،پليمرمذاب بادماي 290درجه سانتيگراد كه مستقيما ازراكتور پليمرساز مي آيد به كمك پمپ چرخ دنده اي بافشار درحدود psi2000-1500ازروزنه هاي رشته ساز بيرون رانده مي شود.باتوجه به بالا بودن خطر تخريب پلي استر براثر هيدروليز،اكسيداسيون وگرما لازم است كه پليمرمذاب كاملا خشك وعاري ازاكسيژن باشد.
سرد شدن پليمر بعد ازترك رشته ساز بايد به صورت بسيار يكنواخت ودر غياب هر نوع تلاطم صورت پذيرد.بعداز انجماد فلامنت ها ازحمام روغن هاي تكميلي عبور نموده ونهايتابا سرعتي كه خصوصيات فيزيكي الياف رامشخص مي كند به روي بسته اي پيچيده مي شود.
ذوب ريسي داراي انعطاف پذيري زياد مي باشد .با توجه به درجه كششي كه به پلي استر وترد مي شود مي توان خواص مكانيكي آنراتغيير داد .افزايش درجه كشش ،تبلور بيشتر وافزايش نظم كلي رابه همراه دارد كه استحكام ومدول اوليه بالاتر راباعث مي گردد.ولي درعين حال به ازدياد طول در گسيختگي كمتر مي انجامد.افزايش وزن مولكولي،ازدياد استحكام ،مدول وارتجاعيت بيشتر رابه همراه دارد.
http://www.pgp2009.com/site/images/maghalat/p123 16.jpg
پلي استر به پليمرهايي اتلاق مي گرددكه داراي گروه استر-co-o-درزنجيره اصلي خودباشند.اين گروه استري،حاصل واكنش بين الكلهاي دوظرفيتي وكربوكسيليك اسيدهاي دوظرفيتي مي باشد.به هرحال درصنعت پليمرسازي وهمچنين صنعت نساجي معمولا منظورازالياف پلي استر(pes)الياف تهيه شده ازپلي اتيلن ترفتالات(pet)است كه متداولترين نوع بوده وفرمول آن به صورت زيراست:
كاروترز در سال 1927 نشان داد كه مي توان پلي استر رااز گليكول ها واسيد هاي آلي دو ضرفيتي تهيه نمود .به هر حال به علت پايين بودن نقطه ذوب وهمچنين هيدروليز آسان پلي استرهاي اوليه ،تحقيقات وي درآن زمان بيشتر مورد توجه پلي آميد ها گرديد .پليمر تهيه شده از سباسيك اسيد واتيلن گليكول نمونه اي ازپلي استرهاي اوليه است.
درسال 1939تحقيقات مجدد توسط وينفيلد درانگلستان شروع گرديد .وي خواص الياف پلي استر حاصل از پليمر يزاسيون فتاليك اسيد (بنزن دي كربوكسيليك اسيد 1و2)ايزوفتاليك اسيد(1و3بنزن دي كربوكسيليك اسيد)وترفتاليك اسيد(1و4بنزن دي كربوكسيليك اسيد)را بااتيلن گليكول مورد مطالعه قرارداد.وينفيلد دريافت كه پليمر حاصل از فتاليك اسيد داراي دماي ذوب بسيارپايين بوده وعملاقابليت ريسيده شدن را نداشت .پليمر حاصل از ايزوفتاليك اسيد خواص بهتري را از خودنشان داد .اين پليمرداراي دماي ذوب درحدود 110درجه سانتيگراد بوده وريسندگي اوليه آن امكان پذير بود.درمقابل پليمر تهيه شده از ترفتاليك اسيد ازدماي ذوب بالاي 260درجه سانتيگرادوقابليت تبلور برخوردار بود.اين پلي استر تريلن نام گرفت.بررسي وتحقيقات نشان دادند كه وجود حلقه آروماتيك درپلي استر با وزن مولكولي بالا ، باعثافزايش دماي ذوب ، پايداري ، استحكام و سختي مي گردد .
اين پلي استر كه امروزه يكي از مهمترين الياف مصنوعي را تشكيل مي دهد حاصل تحقيقات وينفيلد و دستيار وي ديكسون بود كه براي اولين بار در سال 1941در آزمايشگاه تهيه گرديد.پلي استر در سال 1953 توسط دوپون به صورت انبوه توليد و به بازار عرضه گرديد توليد پلي استردر دهه هاي 60 و 70 به صورت چشم گيري افزايش يافت پلي اتيلن ترفتالاك پليمر كندانسه ترفتاليك اسيد ، ترفتاليك دي متيل استر و يا دي متيل ترفتالات(DMT) با اتيلن گيلكول مي باشد.
براي مصارف معمولي نساجي ، پلي استر با وزن مولكولي متوسط عددي 1500 مورد استفاده قرار مي گيرد . براي توليد پلي استر با تمايل كم براي تشكيل پيل (آنتي پيل ) وزن مولكولي اليافي كه به منظور كاربرد هاي صنعتي توليد مي گردند بيش از نوع توليدي براي مصارف نساجي مي باشد .
براي كاهش جلاي الياف پلي استر ممكن است تا 2 درصد تيتانيوم دي اكسيد به عنوان كدر كننده به آن اضافه نمود . ترفتاليك اسيدو يا دي متيل ترفتالات با اتيلن گيلكون واكنش نموده و تشكيل يك منومردي استر مي دهد كه پليمريزه گرديده و هموپليمر پلي اتيلن ترفتالات را تشكيل مي دهد در ريسندگي اوليه اين ليف كه به صورت ذوب ريسي انجام مي شود ،پليمر به صورت مذاب از روزنه هاي رشته ساز بيرون رانده شده و در تماس با هوا سرد گرديده و جامد مي گردد . براي كسب خواص مكانيكي مناسب ، الياف توليدي با توجه به سرعت توليد تا چند برابر طول اوليه خود كشيده مي شوند .
تا قبل از سال 1965 فقط از دي متيل ترفتالات براي توليد انبوه پلي استر استفاده مي شد ولي با ممكن شدن خالص سازي ترفتاليك اسيد ، اين ماده هم در مقابل دي متيل ترفتالات مطرح گرديد.
توليد پلي استر در دو مرحله صورت مي گيرد :
مرحله اول را توليد منومر تشكيل مي دهد كه ممكن است از طريق تبادل استر دي متيل ترفتالات با اتيلن گيلكول و يا از طريق استر كردن ترفتاليك اسيد با اتيلن گيلكون به صورت زير انجام مي شود.
مرحله دوم را پليمر يز اسيون به صورت زير تشكيل مي دهد:
در اين مرحله پليمر شكل گرفته و اتيلن گيلكون اضافه دور مي گردد. تشكيل منومر در مرحله اول توسط واكنش كاتاليستي تبادل استر بين دي متيل ترفتالات مذاب و اتيلن گيلكون در 200 درجه سانتيگراد صورت مي پذيرد . توليد اين مرحله شامل مخلوطي از منومر ،پليمر هاي دبا وزن مولكولي بسيار كم و توليد جانبي متانول مي باشد . متانول در 150 درجه سانتيگراد تبخير مي گردد . كاتاليست اين واكنش ، نمك هاي دو ظرفيتي منگنز ، كبالت ، منيزيم ، روي كلسيم مي باشند.
استره كردن ترفتاليك اسيد با اتيلن گيلكون به عنوان روش دوم توليد منومر ، بدون احتياج به پكاتاليست انجام مي شود. در اين روش به كمك افزايش دما و فشار ، به واكنش سرعت بخشيده مي شود. منومر توليد شده توسط دو روش به استثناي گر وههاي انتهايي مشابه مي باشند.
پليمريز اسيون معمولاً در حضور كاتاليست آنتيمون صورت مي گيرد:
در اين مرحله مواد افزودني مثل تيتانيوم دي اكسيد به محفظه پليمريزاسيون اضافه مي گردد . افزايش درجه پليمريزاسيونو به عبارت ديگر طول زنجيره مولكولي به كمك دور نمودن اتيلن گيلكول اضافه از توده مذاب بسيار غليظ در حدود 280 درجه سانتيگراد ، به هم زدن دقيق و كنترل شده و كاهش تدريجي فشار بهخ 5/1 ميليمتر جيوه انجام مي شود .گرمادهي در دماي 280 درجه سانتيگراد تا كسب درجه پليمريزاسيون مطلوب ادامه داده مي شود.
وزن مولكولي معمولا به كمك اندازه گيري ويسكوزيته (گران روي)توده مذاب كنترل مي گردد.قدرت لازم براي به هم زدن توده ي مذاب خود نشانه اي از درجه پليمريزاسيون مي باشد.باتوجه به شرايط و اكنش ،توليدات جانبي مثل در اتيلن گليكول واوليگومرحلقوي (تريمر ،تترامر)تشكيل مي گردند.وجود اتيلن گليكول پيوند خورده به ماكرومولكول ،كاهش درجه نرم شدن پليمر رابه همراه دارد.شكل 1-4مراحل پليمريزاسيون را براي توليد الياف پلي استر نشان مي دهد.
در صورت توليد چيپس باتوجه به حساسيت زياد پليمرمذاب به هيدروليز ،لازم است كه چيپس توليد شده در هواي داغ خشك ويادريك گازبي اثر ودردماي 180درچه سانتيگراد به مقدار كمتر از 005/0درصد نسبت به وزن خود خشك گردد.
درمرحله ريسندگي اوليه چيپس پلي استر ذوب گرديده ويا اينكه درصورت توليد پيوسته ،پليمرمذاب بادماي 290درجه سانتيگراد كه مستقيما ازراكتور پليمرساز مي آيد به كمك پمپ چرخ دنده اي بافشار درحدود psi2000-1500ازروزنه هاي رشته ساز بيرون رانده مي شود.باتوجه به بالا بودن خطر تخريب پلي استر براثر هيدروليز،اكسيداسيون وگرما لازم است كه پليمرمذاب كاملا خشك وعاري ازاكسيژن باشد.
سرد شدن پليمر بعد ازترك رشته ساز بايد به صورت بسيار يكنواخت ودر غياب هر نوع تلاطم صورت پذيرد.بعداز انجماد فلامنت ها ازحمام روغن هاي تكميلي عبور نموده ونهايتابا سرعتي كه خصوصيات فيزيكي الياف رامشخص مي كند به روي بسته اي پيچيده مي شود.
ذوب ريسي داراي انعطاف پذيري زياد مي باشد .با توجه به درجه كششي كه به پلي استر وترد مي شود مي توان خواص مكانيكي آنراتغيير داد .افزايش درجه كشش ،تبلور بيشتر وافزايش نظم كلي رابه همراه دارد كه استحكام ومدول اوليه بالاتر راباعث مي گردد.ولي درعين حال به ازدياد طول در گسيختگي كمتر مي انجامد.افزايش وزن مولكولي،ازدياد استحكام ،مدول وارتجاعيت بيشتر رابه همراه دارد.
