بازدید از آزمایشگاه ها و کارگاه ها در پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران: گردشی در سرزمین عجایب پلیمرها

بسپار/ ایران پلیمر اولین برخورد من با فضای آکادمیک و حرفه­ای در زمینه ی پلیمر، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران بود؛ اما هرگز تصور نمی­کردم گشت و گذار در آزمایشگاه ­های پلیمر مانند گردشی در سرزمین عجایب باشد! به همراه دکتر محمد عطایی که مدیریت گروه آزمایشگاه مرکزی را بر عهده دارد، از لانه­ ی خرگوش پایین رفتیم و قدم به اتاق­هایی گذاشتیم که با شکل­های جذاب و عملیات پیچیده، هرچه بیشتر بیننده را مجذوب این ذرات پر قدرتی می­کرد که بدون آن­ها زندگی ما به شکل امروزی، دستخوش دگرگونی­ های فراوان می­شد.

پژوهشگاه در سال 1365 با عنوان “مركز تحقيقات و توسعه علوم و تكنولوژي پليمر” آغاز به كار كرد و سپس با نام فعلی خود به فعالیت ادامه داد. آزمایشگاه پژوهشگاه نیز همزمان با رشد و توسعه­ ی این مرکز به گسترش ادامه داد و امروزه به یکی از مجهز ترین مراکز آزمایشگاهی و پژوهشی خاورمیانه تبدیل شده است که از نظر جمع آوری امکانات پژوهشی و نیروی تخصصی بی­نظیر است و رتبه ی دوم را در میان پژوهشگاه  های داخلی دارد. حدود 90 عضو هیات علمی که اکثریت آن­ها آموخته­ی پلیمر و بعضی مهندسی شیمی هستند در این مرکز مشغول به کارند. این مرکز دارای استاندارد ISO/IEC17025  از مرکز ملی تایید صلاحیت ایران و همچنین آزمایشگاه همکار اداره استاندارد و تحقیقات صنعتی استان تهران است.

دکتر عطایی که دانش آموخته­ی دانشگاه پلی­تکنیک تهران است و دکترای خود را از پژوهشگاه پلیمر دریافت کرده، علاوه بر عشق به پلیمر، به هنر و گل و گیاه علاقه­ی فراوان دارد که به شکل جذابی در دفتر کار وی پیداست. وی در ابتدا توضیحاتی درباره­ی آزمایشگاه مرکزی این مجموعه ارایه داد.

دکتر عطایی و همکارانش چنان خوش خلق و سرحال بودند (طوری که در طول بازدید چنان از دکتر عقب می­ماندم و به نفس نفس افتاده بودم!) که دلم ­خواست دوربین و رکوردر را همان­جا زمین بگذارم و بروم راز­ این رشته­های کربن را کشف کنم.

آزمایشگاه مرکزی پژوهشگاه از دوازده آزمایشگاه فرعی تشکیل شده و زیرمجموعه­ی معاونت پژوهشی است. در واقع آزمایشگاه برای خدمت رسانی به گروه­های پژوهشی ایجاد شده و امروزه این خدمات را برای هر شرکتی که طالب آن باشد انجام می­دهد. برای آشنایی مقدماتی با دستگاه­ها و خدمات قابل ارایه می­توان به صفحه­ی مربوط به هر بخش در وبسایت پژوهشگاه مراجعه کرد. البته آزمایشگاه­های دیگر مانند دارو و زیست پلیمرها هم در پژوهشگاه مشغول به فعالیت هستند که زیرمجموعه­ی آزمایشگاه مرکزی قرار ندارند و ما نیز طی بازدید آن­ها را فاکتور گرفتیم. بیشتر دستگاه­های مورد استفاده در آزمایشگاه همگام با تکنولوژی روز دنیا هستند و دستگاه­های ساخت همه جای دنیا در آن دیده می­شد. از این دوازده آزمایشگاه، آزمایشگاه میکروسکوپ نیروی اتمی در حال تعمیر بود و به غیر از آن از دیگر آزمایشگاه­های مجموعه بازدید کردیم.

 

1-آزمایشگاه طیف سنجی: اولین آزمایشگاهی که بازدید کردیم، آزمایشگاه طیف سنجی بود. یک اتاق بزرگ (کمی شبیه به اتاق جراحی!) با دستگاه­هایی که به مانیتور متصل بودند و طیف پلیمرهارا روی صفحه نمایش می­­دادند. دو دستگاه FTIR، یک دستگاه آنالیز عنصری یا CHNOS و یک UV Visible در آزمایشگاه موجود بود.  در این بخش شناسایی ساختار مواد پلیمری یا به طور کلی مواد شیمیایی انجام می­شود. دستگاه FTIR شناسایی گروه­های شیمیایی مواد کار می­کند. برای مثال به شما می­گوید در آن ساختار شیمیایی، گروه OH و غیره قرار دارد یا خیر. سپس طیف کلی را به شکل یک نوار منحنی روی مانیتور نشان می­دهد. این دستگاه به همراه دستگاه­های تکمیل کننده علاوه بر شناسایی مواد استفاده در ساختارمواد استفاده در ساختار، برای تحلیل واکنش (انجام صحیح آن یا دنبال کردن مراحل واکنش) مورد استفاده قرار می­گیرد.

 

2-آزمایشگاه کروماتوگرافی: روی درب ورودی آزمایشگاه کروماتوگرافی یک ایموجی لبخند با نوشته­ی “لبخند بزن” چسبانده شده بود. وقتی ایستادم تا از آن عکس بگیرم دکتر عطایی گفت: آخر لبخند بزن هم عکس گرفتن دارد؟! پاسخ دادم: دوست دارم خوانندگان بسپار بدانند پلیمری­ ها چقدر خوش اخلاق هستند. در این آزمایشگاه نیز به لبخند گرم و شوخی های گاه به گاه دکتر با شاگرد سابق و همکار فعلی­اش همراه بود که شنیدن درباره­ی کروماتوگرافی را لذت بخش تر می­کرد.

مشخصه­ی ویژه­ی پلیمرها، جرم مولکولی آن­هاست که بر خلاف کوچک مولکول­ ها از تعداد زیادی واحدهای تکرار شونده کنار هم تشکیل شده اند. برای همین آن را بسپار یا پلیمر می­نامیم. برای تشخیص تعداد مولکول­هایی که در یک زنجیره­ی بسپاری کنار هم قرار گرفته­اند که جرم مولکولی نامیده می­شود، از دستگاه­ هایی استفاده می­کنیم که GPC نام دارند. دو دستگاه در این بخش موجود است که پلیمرها از بستری متخلخل عبور می­دهد. مولکول­های کوچکتر در حفره­های بستر گیر کرده و به این ترتیب بزرگترها که جرم مولکول بالاتری دارند زودتر خارج شده و کوچترها دیرتر خارج می­شوند. بنابراین می­توان پلیمرها را به نسبت جرم مولکولی تفکیک کرد. در طرف دیگر یک دستگاه آنالیز به ما اطلاعات جرم مولکولی را نشان می­دهد.

دستگاه HPLC هم در این بخش موجود است و GC Mass. این دو دستگاه نیز فرآیند جداسازی را به یک شکل انجام می­دهند اما در HPLC نمونه­ها با حساسیت دمایی آزمایش می­ شوند و بر اساس غلظت جداسازی می­شوند اما دستگاه  GC Massبرای پلیمرهایی بدون حساسیت دمایی به کار برده می­شود. این دستگاه  هم کار کمی و هم کار کیفی انجام می­دهد. به طور کلی، کروماتوگرافی برمبنای جداسازی است. وقتی ترکیبی از چند ماده دارید، برای تشخیص آنکه از هر ماده چقدر در ترکیب موجود است از کروماتوگرافی استفاده می­کنید. حال برای هر پلیمر با خواص مخصوص یک مکانیزم خاص وجود دارد که دستگاه­های موجود در این بخش به آنالیز آن­ها می­پردازند. یک سیال حمل کننده ماده را روی بستر عبور داده و با گیر کردن بخش های مختلف ترکیب در بستر متخلخل، ترکیبات جداسازی و شناسایی می­­شوند.

 

3-آزمایشگاه خواص فیزیکی و الکتریکی: در این آزمایشگاه خواص سطوح مواد اندازه گیری می­شود. آنچه در این آزمایشگاه من را بیش از پیش سر ذوق آورد، ردیف مجلات بسپار بود که در قفسه­ی کتابخانه­ی آزمایشگاه چیده شده بود. البته این آزمایشگاه در دو اتاق جداگانه قرار دارد. در آزمایشگاه خواص فیزیکی، دستگاه اندازه گيري ضريب شكست و هدايت و فراصوت  و دستگاه اصلی DYNAMIC LIGHT SCATTERING قرار دارند که برای اندازه گیری اندازه­ی ذرات در یک محلول از آن استفاده می­شود. در واقع اطلاعات توزیع اندازه ذرات و دیگر اطلاعات در یک سیال را در اختیار ما قرار می­دهد. نوع دیگری ازدستگاه­ها اطلاعات اندازه ذرات پودر خشک را نیز محاسبه می­کند اما این دستگاه به طور اختصاصی برای اندازه گیری مشخصات ذرات در سیالات کاربرد دارد و ذرات پلیمری و غیر پلیمری را در صورت موجود بودن در گستره مورد محاسبه دستگاه، اندازه گیری می­کند. همچنین قابلیت اندازه­گیری پتانسیل زتا (باری که روی سطح بیرونی ذره می­نشیند) و جرم مولکولی را نیز دارد. در دستگاه دیگر  فیلم­ها و پودر نیز مورد بررسی قرار می­گیرد. بار سطحي در بسياري از كاربرد ها داراي اهميت است. مثلا قطعات پلاستیکی که در بدن استفاده می­­شوند، به دلیل تبادل یونی، باید دارای ویژگی خاصی در سطح باشند که آزمون پتانسيل زتا در بررسي اين ويژگي ها مفيد است.

آزمون اندازه گیری نفوذ پذیری گازها (gas permeability) نيز توسط دستگاه ديگري كه در اين آزمايشگاه مستقر است انجام مي شود. اين آزمون ميزان عبور گاز اكسيژن را از فيلم­هاي پليمري نشان مي دهد. اين آزمون به ويژه براي صنايع بسته بندي مفيد است. اين دستگاه از کمیاب ترین دستگاه­های آزمایشگاهی در ایران است.

خواص الکتریکی پلیمر ها، شامل خواص الكتريكي سطح و توده، نيز در اين آزمايشگاه اندازه گیری می­شود.

هدایت الکتریکی سطح، میزان قطبیت سطح و گرو­ های شیمیایی و غیره را اندازه می­گیرد تا مثلا هنگام رنگ کردن پلاستیک­ها به مشکل برنخوریم.

همچنین می­توان میزان مقاومت ماده در مقابل جریان الکتریکی را اندازه گیری کرد و تست قطعاتی را که به عنوان عایق الکتریکی استفاده می­شود انجام داد.

 

4-آزمایشگاه آنالیز حرارتی: رفتاری که پلیمرها در مقابل حرارت نشان می­دهند با دستگاه­های این آزمایشگاه بررسی می­شود.

اين آزمايشگاه داراي چند دستگاه گرماسنج روبشي تفاضلي (DSC) است. اين دستگاه پديده هايي را كه در اثر اعمال دما در پليمر ها اتفاق مي افتد نشان مي دهد. اين پديده ها شامل ذوب، تبخير، تبلور، انتقال شيشه اي، تخريب، واكنش هاي مختلف و غيره هستند.

همچنين دستگاه گرماسنجي وزني (TGA) تغييرات وزن در نمونه پليمری ناشي از اعمال دما را اندازه گيري مي كند.

در اين آزمايشگاه همچنين خواص حرارتي ديگر مواد پليمري مثل ضريب انبساط حرارتی ونقطه نرم شدن نيز آزمون مي شوند.

بحثی در مورد ظروف یکبار مصرف پیش آمد. كارشناس آزمايشگاه توضيح داد كه امکان آزاد شدن مونومر آزاد در ظروفی که بیش از ظرفیت مورد استفاده قرار می­گیرند و شرایط نگهداری به درستی درمورد آن­ها رعایت نمی­شود وجود دارد. این موضوع البته بیشتر در ظروف يك بار مصرف پلی استایرن معمول است که امروزه با پلي اولفين ها مثل پلی اتیلن یا پلی پروپیلن جايگزين شده­اند. همچنین این ظروف بهتر است با ماده­ی داغ پر  نشوند و اصطلاحا Hot Fill نیستند. اگر در زیر هر ظرف یکبار مصرف را نگاه کنید ماده­ی ساخته شده درج شده است. یه طول کلی پلیمرها نسبت به ظروف دیگر در برابر حرارت حساس تر هستند اما در کوتاه مدت خطری ندارند و در زمان طولانی نیز اگر به شکل صحیح و با شرایط درج شده و آزمایش شده مورد مصرف قرار گیرند خطری نخواهند داشت. به قول دکتر عطایی تنفس هوای تهران بسیار نگران کننده تر از بحث مونومر آزاد در بسته بندی­های یکبار مصرف است!

مثلا اگر در ظروف پت آبلیمو نگاه دارید و ترشی بیاندازید باید انتظار تخریب ساختار آن­را به مرور زمان داشته باشید. از پی وی سی هم در و پنجره هم کیسه­ی خون ساخته می­شود. هرکسی (پلیمری) را بهر کاری ساختند…!

 

5-آزمایشگاه میکروسکوپی نوری و الکترونی: در یک بخش این آزمایشگاه سه میکروسکوپ خوشگل چیده شده اند که مرا بازمی­گردانند با زمانیکه هشت ساله بودم و برای اولین بار از دریچه­ی آن دنیایی کوچک را دیدم. این میکروسکوپ های خوشگل که مرتب کنار هم چیده شده اند، انواع میکروسکوپ های نوری هستند که همان میکروسکوپ های معمولی­اند. در طرف دیگر یک میکروسکوپ  سفید و بزرگ قرار دارد که میکروسکوپ الکترونی است. این میکروسکوپ برای بزرگنمایی­های خیلی زیاد کاربرد دارد و گفته می­شود در شرایط مطلوب قابلیت بزرگنمایی تا 300 هزار برابر را نیز دارد.

اگر بخواهیم کارکرد آن­را به شکل ساده توضیح دهیم، نور پس از برخورد به جسم و بازگشت به چشم، از قرنیه عبور کرده و روی شبکیه نقش می بندد. به این ترتیب ما می­توانیم ببینیم. اما به علت خاصیت موجی نور، اگر ذره بسیار ریز باشد در اطراف آن پراکندگی به وجود می­آید و برای ما با میکروسکوپ­های معمولی قابل دیدن نیست. بنابراین به جای نور از باریکه الکترون استفاده می­شود و تشخیص دهنده­ای در آن تعبیه شده که به جای چشم عمل می­کند و جسم را شناسایی می­کند. بنابراین قابلت دیدن ذرات بسیار ریز فراهم می­شود. دیدن ذرات در مقیاس نانومتر با این دستگاه میسر است. نمونه­ها روی یک صفحه قرار گرفته و روی آن به وسیله ی دستگاهی دیگر لایه ای نازک از طلا اعمال می­شود. چون برای بازتاب الکترون­ها، سطح باید رسانا باشد و سپس زیر میکروسکوپ قرار گیرد.

 

6-آزمایشگاه رئولوژی: رفتار مذاب­ها یا محلول­های پلیمری در این بخش سنجیده می­شود. به دستگاهی که  این عمل را انجام می­دهد رئومتر گفته می­شود. دستگاه دیگر نیز رفتار جریان پلیمرها را نشان می­دهد. یک میله مانند گوشت کوب مواد پلیمری را به داخل دستگاه هل می­دهد. اگر رقیق باشد سریع خارج شده و اگر غلیظ باشد کند تر از دستگاه خارج می­شود که بر اساس پارامترهای مشخص اندازه گیری می­شود. بنابراین اگر بخواهیم با دستگاه تزریق یک قطعه پلیمری بسازیم با این دستگاه می­توانیم رفتار مواد و ویسکوزیته مذاب آن را پیش بینی کنیم. مثلا چه میزان از قالب را و در چه  مدتی پر می­کند و مواردی از این قبیل.

 

7-آزمایشگاه NMR یا رزونانس مغناطیسی هسته: از این دستگاه نیز برای شناسایی ساختار زنجیره­­­ی پلیمرها استفاده می­شود تا نحوه­ی قرار گرفتن اتم­های مختلف در آن زنجیره مشاهده شود. در واقع پروتون­ها و کربن­­ها و برخي از عناصر ديگر موجود در زنجیره را مورد بررسی قرار می­دهد. به خصوص برای کسانیکه روی ساختار پلیمرها کار می­کنند دستگاه بسیار با اهمیتی است. نکته­ی جالب توجه این است که نمونه­ی مورد آزمون دستگاهی به این بزرگی که بی شباهت به آبگرمکن­های بزرگ قدیمی نیست در حد یک مداد است. نمونه داخل دستگاه قرار گرفته و اطلاعات آن آنالیز می­شود.

 

 

(ادامه دارد …)

 

متن کامل این مقاله را در شماره 189ام ماهنامه بسپار که در نیمه خرداد ماه منتشر شده است بخوانید. 

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد .تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.