بالایشان به عنوان پلیمرهای با عملکرد بالا مطرح می‌شوند که در تکنولوژی های پیشرفته می‌توانند جایگزین ترکیباتی مثل فلزات و سرامیک ها گردند6-70-9-62] [.
جدیدترین، ساده ترین و معروف ترین پلی‌آمیدهای آروماتیک (آرامیدها) عبارتند از پلی پارافنیلن ترفتالامید (PPPT) و پلی متا فنیلن ایزوفتالامید (PMPI) که هر دوی آنها میتوانند به فیبرها سنتزی با مقاومت کششی بالا، مقاوم در برابر برش و شعله تبدیل بشوند. همچنین از آنها به عنوان پوشش، پرکننده و جلادهنده نیز استفاده می‌شود. از دیگر کاربردهای آنها می‌توان به استفاده در صنعت اسلحه سازی، تولید پارچه های پیشرفته، صنعت هوافضا و تولید کامپوزیت های پیشرفته، عایق سازی های الکتریکی، سپرهای ضد گلوله، فیلترهای صنعتی، لباس ها و محافظ های ورزشی نیز اشاره کرد. دمای انتقال آرامیدهای تجاری، که بالاتر از دمای تجزیه آنهاست، و همینطور حل پذیری ضعیف آنها در حلال های آلی متداول، باعث شده که کاربرد آنها محدود و فرایند پذیری شان مشکل باشد[61].
1-2- پلی‌آمیدهای آروماتیک تجاری
پلی‌آمیدهای تمام آروماتیک، پلی‌آمیدهای سنتزی هستند که که حداقل 85% گروه های آمید در آنها مستقیم به دو حلقه آروماتیک متصل هستند.[70] نایلون 6،6 از جمله پلیمرهای مهندسی میباشد که دارای استحکام کششی و قابلیت مفتولشدن بالا، مقاومت شیمیایی خوب، ضریب اصطحکاک کم، عایق الکتریکی خوب و فراورش آسان میباشد. البته، این پلیمرها معایبی مانند، جذب رطوبت بالا، پایداری ابعادی کم، دمای تجزیه حرارتی کم و به خصوص آتشگیری آسان را دارند. دماهای گداز بسیار بالا در آرامیدهای تجاری که بالای دمای تجزیهشان واقع میشود و حلالیت پایین آنها در محلولهای آلی معمول، باعث سخت شدن فرایند پذیری آنها شده و کاربردشان را محدود میکند. در نتیجه، پژوهش های پایهای و کاربردی اخیر بر روی بهبود فرآیندپذیری و حلالیت آنها تمرکز دارد به این منظور که حوزهی کاربردهای تکنولوژیکی این مواد را گسترش دهند. شکل 1-1 ساختمان پلی پارا فنیلن ترفتالامید و پلی متا فنیلن ایزوفتالامید را نشان می‌دهد که آرامیدهای تجاری هستند.
اولین آرامید با جهت گیری تمام پارا، پلی پارا بنزآمید (PPBA) (Fiber B(r)) بود. PPBA در سال 1970 بوسیله PPPT با نام تجاری کولار جایگزین شد. بسپارش تراکمی آنها در دماهای پایین و در محلول ترفتالویین دی کلرید و پارافنیلن دی آمین در هگزا متیل فسفرآمید انجام گرفت. بعدها از N-متیل 2 پیرولیدون و برای انجام واکنش استفاده شد.
کارایی بالای کولار ناشی از ساختمان شیمیایی آن می‌باشد. ساختارهای تمام آروماتیک با استخلاف های تمام پارا، ماکرومولکولهای میله مانند را ایجاد می‌کنند که انرژی همدوسی بالایی دارند و به علت پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی تمایل زیادی به متبلور شدن دارند. فیبرهای کولار می‌توانند به کامپوزیت ها و موادی با مقاومت مکانیکی و گرمایی عالی تبدیل شوند.
پلی‌آمیدهای تمام آروماتیک با جهت گیری متا درحلقه فنیلین مثل PMPI ساختارهای کمتر خطی دارند و یک کاهش پیوسته در انرژی چسبندگی و تمایل‌شان به بلورینگی دیده می‌شود. این پلی‌آمید یک پلیمر با عملکرد بالا با مقاومت مکانیکی و گرمایی بالا می‌باشد که در سال 1967 تحت نام تجاری نومکس معرفی شد. علاوه بر این هم بسپارش TCP با PPD و 3،4-دی آمینو دی فنیل اتر (ODA) منجر به ایجاد یک پلیمر نسبتا انحلال پذیر ODA/PPPT با نام تجاری تکنورا technora می‌شود(شکل1-1). عدم تقارن مونومر ODA و هم بسپارش، منجر به تولید پلیمری با نظم ساختاری و انرژِی همدوسی کمتر می‌شود [10-45-60-74]. در جدول 1-1 خلاصه ای از ویژگیهای فیزیکی الیافهای آرامیدی تجاری (پارامترهای شبکه بلوری، چگالی، درصد رطوبت متعادل، ویژگیهای کششی در دماهای اتاق و بالا، ویژگیهای حرارتی و مقاومت شیمیایی) و ویژگیهای فیلمهای آرامیدی تجاری نمایش داده شده است. همگی این پلیمرها دارای مقاومت حرارتی بالایی می‌باشند، و این امر نشان می‌دهد که حضوریک پلیمر در صنعت نیازمند مقاومت حرارتی بالای آن پلیمر است. پایداری حرارتی، یکی از زمینه‎های نوین در علوم پلیمری می‎باشد [69] . خواص حرارتی در پلیمرها به قدری حائز اهمیت میباشد که هم اکنون دستگاهها و روشهای جدیدی جهت اندازه گیری این خواص در آزمایشگاهها وپژوهشگاههای پلیمر بکار گرفته شده و هر روزدرحال پیشرفت می‌باشند.
جدول 1-1 ساختار شیمیایی و دادههای حرارتی برخی از انواع پلیمرهای آروماتیک با کارآیی بالا
پلیمر
Tg(?C)
Tm(?C)
پلی‌آمیدهای آروماتیک
نومکس3
272
435
کولار
پلی ایمیدهای آروماتیک
کاپتون
399
اوپیلکسR4
303
پلی استر آروماتیک
پلیمر- U
190
300
وکتران5
350
پلیمرهای هتروسیکلی آروماتیک
PBT
PBO
1-3- عوامل موثر در بهبود فرایندپذیری پلی‌آمیدها:
امروزه پژوهش های عملی و بنیادی روی افزایش فرایندپذیری و حل پذیری پلی‌آمیدهای آروماتیک متمرکز شده است تا کاربرد حرفه ای و صنعتی این پلیمرها افزایش یابد. کاهش برهمکنش های بین زنجیری پلیمر و انرژی چرخشی آنها از عوامل موثر در کاهش دمای شیشه ای شدن و حل پذیری پلیمرها می‌باشد که این امر در نتیجه حضور گروه های انعطاف پذیر از قبیل آریل اترها، گروههای کتونی و استری، سولفون ها واتصالات سولفوری، که به عنوان گروه های پل ساز قطبی و غیر قطبی مطرح می‌باشند، ممکن می‌شود که به تعدادی از این گروهها در جدول 1-2 اشاره شده است. همچنین حضور حلقه های آروماتیک و افزایش تقارن و صلب بودن زنجیره های پلیمری دمای تبدیل شیشه ای را افزایش می‌دهند. میزان بلورینگی از دیگر پارامترهای مهم در خواص پلیمرها می‌باشد که در این مورد نیز وجود گروههای حجیم در ساختار پلیمرها وتعبیه بخشهای نامتقارن و پیچ خورده و عدم وجود گروههای ایجاد کننده پیوندهای هیدروژنی منجر به کاهش آن می‌شوند. به طور کلی عواملی که از نزدیک شدن زنجیره های پلیمری به یکدیگر جلوگیری می‌کنند و همینطو عواملی که باعث افزایش حل پذیری پلیمر های می‌شوند، تاثیر بسزایی در کاهش بلورینگی پلیمرها دارند. چنین به نظر میرسد که گروههای دارای استخلاف پارا، بلورینگی را افزایش میدهند و با جایگزینی اتصالهای متا به جای پارا توانایی بلورینگی پلیمرها کاهش مییابد. اغلب افزایش انعطاف پذیری توسط استخلاف ارتو از بلورینگی بالا جلوگیری میکند. این بدان علت است که معمولا استخلاف ارتو، تقارن زنجیر را کاهش داده و چیدمان زنجیرهای پلیمری را در شبکه بلوری مشکل میسازد. [41]
حضور حلقه‌های هتروسیکل نیز در زنجیره اصلی پلیمرها و در ساختمان گروههای جانبی، باعث افزایش مقاومت گرمایی ومکانیکی و حل پذیری آنها می‌شوند. بنابراین بسیاری از پلیمرهای مقاوم گرمایی، حاوی حلقه های هتروسیکل در زنجیره های خود می‌باشند. [54-8-16] همچنین وجود حلقه های آویزان هتروآروماتیک در پلی‌آمیدها باعث ایجاد آرامیدهای آمورف و حل پذیر با مقاومت گرمایی بالا می‌شوند .[12]وجود گروههای کاردو یا کربنهای در زنجیره اصلی به عنوان یک بخش تشکیل دهنده حلقه های جانبی، منجر به ایجاد پلیمرهایی با مقاومت گرمایی و شیمیایی عالی، خواص دی الکتریک و مکانیکی خوب و فرایندپذیری آسان و حل پذیری بالا می‌شود[23]. در جدول 1-3 به طور خلاصه به این گروهها اشاره شده است.
آریل اتر
آریل اتر با گروه جانبی حجیم
آریل اتر با استخلاف CF3
ساختارهای حاوی استخلاف CF3
ساختارهای حاوی کربن های صلب SP3
گروههای( آمید-ایمید)ی
جدول 1-2 ساختارهای شیمیایی مناسب برای بهبود فرایندپذیری پلیمر
گروههای فلورین نیز به عنوان گروههای کاردو، به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته اند. گروهایی حجیم کاردوی فلورین با ایجاد ممانعت فضایی از نزدیک شدن زنجیره ها به یکدیگر جلوگیری می‌کنند و باعث نفوذ حلال بین زنجیره های پلیمری و در نتیجه بهبود حل پذیری می‌شود. همینطور گروههای کاردو از طریق کاهش برهمکنش های درون زنجیری و بین زنجیری در پلیمرها و ناهمصفحه کردن واحدهای آروماتیک، بلورینگی و راندمان فشردگی را کاهش می‌دهد.
جدول1-3 گروههای ساختاری جهت افزایش مقاومت حرارتی و فرایند پذیری پلیمرها
وجود ترکیبات اسپیرو نیز در زنجیره اصلی پلی‌آمیدها با محدود کردن دانسیته فشرده سازی و کاهش برهمکنش های بین زنجیری، انحلال پذیری را افزایش می‌دهند .[69]
وجود هالوژن های کلر و فلوئور در ساختار پلیمر، باعث افزایش مقاومت در برابر شعله، حلال، اسید ها و بازها می‌شود و همچنین حل پذیری، عملکرد الکتریکی و دی الکتریکی را نیز بهبود می‌دهند .[58-6813]
همچنین ورود گروههای جانبی حجیم، اثرات سودمندی در میزان حلپذیری دارد زیرا این گروههای حجیم فضای بین زنجیرهای پلیمری را افزایش داده و قدرت پیوند هیدروژنی بین زنجیری را کاهش میدهند که این عوامل مقادیر Tg را کاهش می‌دهد. همچنین، گروههای حجیم سهولت حرکت زنجیرهای پلیمری را محدود میسازد از این رو مقادیر Tg افزایش خواهد یافت. این عامل اثر جدایی زنجیرهای پلیمری را خنثی میکند و درنهایت حل پذیری (فرایندپذیری) بهبود می‌یابد. در جدول 1-4 به عوامل موثر در فرایندپذیری پلی‌آمیدها و نحوه اثر آنها، به طور خلاصه اشاره شده است.
خواص پلی‌آمیدها
عوامل موثر در بهبود خواص پلی‌آمیدها
نحوه اثر
دمای تبدیل شیشه ای (Tg)
واردسازی گروههای انعطافپذیر از جمله آریل اترها، استر، کتون و..
کاهش برهمکنش مالشی بین زنجیره ها و کاهش انرژی چرخشی
بلورینگی
حضور گروههای حجیم در ساختار، تعبیه بخشهای نامتقارن و پیچ خورده ، اتصالهای متا به جای پارا در حلقههای آروماتیک ، عدم تشکیل پیوندهای هیدروژنی
ممانعت از نزدیک شدن زنجیرها به یکدیگر و مختل کردن نظم استقرار آنها
حل پذیری
واردسازی اتصالهای پایدار حرارتی انعطافپذیر یا نامتقارن، تعبیه استخلافهای جانبی حجیم قطبی یا غیرقطبی، تعبیه گروهایی حجیم کاردو
ایجاد ممانعت فضایی و جلوگیری از نزدیک شدن زنجیره ها به یکدیگر و درنتیجه نفوذ حلال بین زنجیره ها، کاهش برهمکنش های بین زنجیری پلیمر و کاهش انرژی چرخشی آنها
جدول 1-4 عوامل موثر در فرایندپذیری پلی‌آمیدها و نحوه اثر آنها
1-4- کاربرد پلی‌آمیدهای آروماتیک
کاربرد آرامیدها به دوصورت عمومی و اختصاصی می باشد. در واقع امروزه، سنتز پلی‌آمیدهایی با خواص ویژه باعث گسترش و افزایش کاربرد آنها شده است که در ادامه به برخی از این کاربردها اشاره خواهد شد.
1-4-1- کاربردهای متداول
آرامیدها جایگزین‌های مناسبی برای سرامیک ها و فلزات میباشند و همچنین از آنها در صنعت هوافضا و خودروسازی نیز استفاده می شود. بعلاوه از آنها برای تهیه لباسهای مقاوم در برابر آتش برای آتشنشانها، فضانوردان و همچنین در تهیه لباسهای سبک وزن محافظ برای ارتش و محافظین نیز استفاده می شود. در واقع این پلیمرها دارای مقاومت شیمیایی بالا، مقاومت در برابر اکسایش، قابلیت اشتعال پایین و تعادل خوب بین خواص مکانیکی و الکتریکی می‌باشند.
1-4-2-کاربردهای اختصاصی
امروزه سنتز آرامیدهایی با خواص ویژه مورد توجه قرار گرفته است. فعالیت نوری از جمله این ویژگیها می‌باشد. پلیمرهای فعال نوری از طریق پلیمریزاسیون مونومرهای فعال نوری و پلیمریزاسیون نامتقارن مونومرهای غیرفعال نوری تهیه می‌شوند. پلی‌آمیدهای فعال نوری دسته ای از پلیمرهای فعال نوری می‌باشند که پژوهشات وسیعی روی سنتز آنها انجام گرفته است. از جمله کاربردهای پلیمرهای فعال نوری می‌توان به

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   منبع تحقیق درموردجهان اسلام، آرامش خاطر، مصالح مرسله
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید