مقالات

معرفی بسپارهای زیست تخریب پذیر: پلی استرآمیدها

 مقدمه

امروزه استفاده از بسپارهای زیست تخریب­پذیر برای کاربردهای متنوع گسترش یافته است اما تولید این بسپارهای پرکاربرد با چالش­­هایی نیز همراه است. به عنوان مثال: مقاومت گرمایی پایین، در بعضی موارد خواص مکانیکی ضعیف و همچنین قیمت بیشتر در مقایسه با انواع پایه نفتی و متداول از جمله چالش­های تولید انواع زیست­ بسپارهاست. از جمله مهم­ترین راهبردهای مقابله با چالش­های یاد شده، اصلاح شیمیایی بسپار و همچنین استفاده از روش­های مختلف برساخت (سنتز) با هدف تولید زیست­ بسپارهای جدید و یا ارتقای خواص بسپارهای موجود است.

 

معرفی پلی ­استرآمیدها

پلی ­استرهای آلیفاتیک، زیست­ تخریب ­پذیر هستند اما اغلب خواص فیزیکی و مکانیکی ضعیفی دارند در حالی که پلی­ آمیدهای آلیفاتیک خواص مکانیکی خوبی دارند اما زیست ­تخریب ­پذیر نیستند. به منظور همپوشانی خواص یاد شده (ایجاد همزمان خواص فیزیکی و مکانیکی مناسب و خاصیت زیست ­تخریب ­­پذیری)، تولید پلی­ استرآمیدها اهمیت یافت. پلی ­استرآمیدها را به اختصار PEA نیز می­نامند. به سبب ایجاد پیوندهای هیدروژنی در پلی ­استرآمیدها تغییراتی در ساختار آنها ایجاد شده و بدین ترتیب به صورت همزمان از یک سو خواص فیزیکی و مکانیکی این بسپار (PEA) تقویت شده و از سوی دیگر تاثیر مثبتی نیز بر خاصیت تخریب ­پذیری این بسپار داشته است.

در فرآیندهای تولید نسل جدید پلی­ استرآمیدها، هر یک از دو بسپار پلی ­آمید و پلی­استر از نظر ساختار اصلاح می­شوند تا خواص PEA نهایی نسبت به نسل اولیه آن بهبود یابد. در فرآیندهای تولید متداول PEA از آمیدهای اسیدچرب اتیل­ هیدروکسی (HEFA) استفاده می­شود. در حالی که در فرآیند تولید نسل جدید (اصلاح­شده) PEA استفاده از انواع پلی ­اتیلن­ گلیکول به جای HEFA مدنظر قرار گرفته است.

اولین و مهم­ترین تولیدکننده ­ی پلی­ استرآمیدها شرکت سوئدی Polymer factory است که از سال ۲۰۰۵ با هدف تحقیق­ و­توسعه و تولید انواع بسپارهای جدید شروع به فعالیت کرده است. این شرکت انواع پلی ­استرآمیدها را با جرم مولکولی و خواص متفاوت (ساختار و انحلال ­پذیری مختلف) با نام تجاری Hybrane به فروش می­رساند. در وبگاه این شرکت، آمادگی برای عقد قرارداد و انجام مطالعات تحقیق ­وتوسعه و همچنین تولید انواع مختلف گونه ­های پلی ­استرآمیدی برای کاربردهای مختلف اعلام شده است.

 

برساخت (سنتز) پلی ­استرآمیدها

پلی­استرآمیدها طی بسپارش تراکمی پلی­ استرها و پلی ­آمیدها تولید می­شوند. نحو­ه­ی قرار گرفتن گروه­های استری و آمیدی در زنجیره­ ی بسپار پلی ­استرآمید، می­تواند به صورت متناوب، تصادفی و یا حتی قطعه­ ای باشد که هر یک از این آرایش­ها خواص متفاوتی را برای بسپار نهایی ایجاد می­کنند. شکل ۱ تصویری از فرآیند بسپارش تراکمی پلی­استرآمیدهای قطعه­ای و تصادفی را نشان می­دهد.

 

شکل۱. تصویری از فرآیند بسپارش تراکمی پلی ­استرآمیدهای قطعه­ ای و تصادفی

[EasyDNNGallery|22206|Width|600|Height|600|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

 

تکپارهایی (مونومر) که برای تولید پلی­استرآمید استفاده می­شوند عبارتنداز : دی­استر –  دی­آمین­ها، دی­­آمید – دی­ال­ها، دی­آمید –  دی­استرها و یا چنداسترها (الیگواسترها). به عنوان مثال شکل ۲ تولید پلی­استرآمید را طی سنتز دی­آمید – دی­ال و دی­استر نشان می­دهد.

 [EasyDNNGallery|22207|Width|600|Height|600|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل۲. تولید پلی ­استرآمید طی سنتز دی ­آمید  دی­ال و دی­استر یا دی­اسید کلریدها



 دی ­استر- دی­آمین­ ها از واکنش آمینواسید با یک دی­ال آلیفاتیک و یا یک آمینوالکل با سوکسینیک ­اسید و یا تارتاریک ­اسید تهیه می­شوند. واکنش­ جانبی که حین تولید دی­استر- دی­آمین­ها رخ می­دهد، واکنش حلقه­ گشا است که طی آن یک لاکتون حاوی گروه انتهایی هیدروکسیلی تولید می­شود. عمدتا دی­استردی­آمین­ها به روش محلولی و یا بسپارش بین­سطحی تولید می­شوند.

دی­آمید- دی­استرها نیز از واکنش گلیسین­ استر یا ɛآمینوکاپروئیک استر و یک دی­اسیدکلرید در حضور تری­اتیل ­آمین تولید می­شوند.

از ­نظر ریخت­ شناسی: اکثر پلی­ استرآمیدها اریخت (آمورف) هستند مگر اینکه طی فرآیند بسپارش آنها از واحدهای سباسیک ­اسید و گلیسین یا گلیسیل ­گلیسین استفاده شده باشد؛ در این صورت ریخت­شناسی پلی­استرآمید نیمه­بلورین خواهد بود.

از روش­های دیگر تولید پلی­استرآمیدها، فرآیند بسپارش مذاب است که طی آن از دی­آمید – دی­ال و دی­متیل – آدیپات با نسبت استوکیومتری یک به  یک استفاده می­شود. لازم به یادآوری است که با افزایش گروه ­های متیلن­دی­ال دمای ذوب واکنش کاهش می­یابد.

پلی­ استرهای تصادفی از واکنش دی­ آمید – دی­اسید، ۱-۴ بوتان دی­ال و سباسیک اسید (حاوی ۱۰-۳۰ درصد مولی آمید) تولید می­شوند. با افزایش درصد مولی ­آمید موجود، دمای گذار شیشه­ای به دماهای بالاتری انتقال می­یابد. یکی دیگر از روش­های مهم تولید پلی­ استرآمیدهای تصادفی با استفاده از بسپارش حلقه ­گشا لاکتون­ ها و لاکتام­ هاست. این روش به عنوان تجاری­ترین فرآیند تولید پلی ­استرآمیدهای تصادفی معرفی می­شود.

به طور کلی می­توان نتیجه گرفت که خواص پلی ­استرآمیدهای تولید شده به طور مستقیم وابسته به نوع فرآیند بسپارش (محلولی، بین­ سطحی و یا مذاب) و همچنین نوع تکپارهای مصرفی طی فرآیند بسپارش و ساختار آنهاست.

 

 

(ادامه دارد…) 

متن کامل این مقاله را در شماره ۱۸۳ام  ماهنامه  بسپار که در آذر ماه منتشر شده است بخوانید. 


در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکارخانم ارشاد .تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.


نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا