مقاله تهیه گوگرد پلیمری بعنوان عامل اصلی پخت در ساخت مصنوعات پلیمری

مقدمه :
گوگرد، یکی از مهم ترین عناصر شیمیایی مورد استفاده در صنایع پلیمری و به ویژه در فرآیند پخت کائوچو و لاستیک، از نظر عملکرد و خواص مکانیکی نقش حیاتی ایفا می کند. این عنصر شیمیایی، به ویژه در شکل پلیمری و نامحلول، توانایی ایجاد اتصالات عرضی میان زنجیره های پلیمری را داراست و همین ویژگی، پایه اصلی پخت و ولکانیزاسیون لاستیک و دیگر آمیزه های پلیمری محسوب می شود. تولید گوگرد سالانه بیش از ۶۴ میلیون تن در جهان است و بخش قابل توجهی از آن به عنوان محصول جانبی صنایع نفت و گاز و فرآیندهای شیرین سازی گاز تولید می شود. با توجه به رشد مستمر صنایع نفت و گاز و اهمیت مسائل زیست محیطی مرتبط با ذخایر گوگرد، یافتن روش های کارآمد برای استفاده از این ماده و تبدیل آن به فرم های با ارزش افزوده، امری ضروری تلقی می شود.

کشور ما با داشتن منابع عظیم نفت و گاز، یکی از تولیدکنندگان اصلی گوگرد در خاورمیانه است. تولید سالانه بیش از ۱.۵ میلیون تن گوگرد، در کنار مصرف داخلی محدود حدود ۳۰۰ هزار تن، نیاز به توسعه روش هایی برای بهینه سازی کاربرد این ماده و افزایش کارایی آن در صنایع مختلف را نمایان می کند. تبدیل گوگرد معمولی به گوگرد نامحلول، به دلیل ویژگی های منحصر به فرد آن، امکان استفاده گسترده در صنایع پلیمری و لاستیک سازی را فراهم می آورد و باعث کاهش مشکلات مرتبط با حلالیت و تغییرات دمایی می شود.

گوگرد معمولی به علت کاهش حلالیت در دماهای پایین، در فرآیند پخت آمیزه های لاستیکی با چالش هایی نظیر سفیدک زدن و شکفتگی روبه رو می شود. این پدیده ها باعث کاهش کیفیت محصولات و ناپایداری خواص مکانیکی می شوند. استفاده از گوگرد نامحلول به عنوان جایگزین، امکان ایجاد اتصالات عرضی یکنواخت تر و کنترل دقیق تر فرآیند ولکانیزاسیون را فراهم می کند. این ماده با پایداری شیمیایی بالا، دامنه وسیعی از دماهای عملیاتی را پوشش می دهد و از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی، ثبات بیشتری ارائه می دهد.

روش های متنوعی برای تهیه گوگرد نامحلول وجود دارد که از آن جمله می توان به سرد کردن سریع گوگرد مذاب، اکسیداسیون ناقص و هیدرولیز مستقیم اشاره کرد. هر یک از این روش ها با توجه به شرایط تولید، میزان خلوص گوگرد و اهداف کاربردی، مزایا و محدودیت های خاص خود را دارند. هیدرولیز مستقیم، به ویژه در این پژوهش، به عنوان روشی کاربردی و مؤثر برای تولید گوگرد نامحلول با خواص کنترل شده مورد استفاده قرار گرفته است. علاوه بر این، فرآیندهای صنعتی شامل بهینه سازی دما، میزان دور همزن و افزودنی های کاهنده کشش سطحی و پایدارکننده، نقش تعیین کننده ای در کیفیت گوگرد پلیمری دارند و امکان دستیابی به محصولی با ویژگی های مکانیکی و حرارتی مطلوب را فراهم می کنند.

کاربرد گوگرد نامحلول در صنایع پلیمری و لاستیک سازی، تاثیر مستقیم بر خواص محصول نهایی دارد. افزایش دانسیته اتصالات عرضی و یکنواختی در شبکه پلیمری، موجب بهبود مقاومت مکانیکی، سختی، مانایی فشاری و خواص دینامیکی می شود. همچنین، ثبات حرارتی و مقاومت در برابر فرسودگی و سایش، با استفاده از گوگرد پلیمری به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. در کنار این مزایا، کاهش پدیده شکفتگی و سفیدک زدن، کیفیت ظاهری و عملکرد فیزیکی آمیزه های لاستیکی و پلیمری را بهبود می بخشد و امکان تولید محصولات با استانداردهای بالا را فراهم می آورد.

با توجه به افزایش تولید گوگرد و محدودیت مصرف داخلی، تبدیل این ماده به گوگرد پلیمری و نامحلول، راهکاری استراتژیک برای ایجاد ارزش افزوده و بهره برداری بهینه از منابع موجود. گوگرد پلیمری نه تنها خواص مکانیکی و حرارتی محصولات را بهبود می بخشد، بلکه امکان کنترل فرآیند پخت و ولکانیزاسیون را به شکلی دقیق تر فراهم می کند و زمینه توسعه صنایع لاستیک و پلیمری را به طور گسترده ای تسهیل می کند.

فهرست مطالب
چکیده
مقدمه
فصل اول :
مقدمه ۲
۱-۱ تولید ۶
۱-۱-۱ فرایندهای جذب در مایع و اکسیداسیون ۶
۱-۱-۲ فرایندهای اکسیداسیون مستقیم ۱۴
۱-۱-۳ تولید گوگرد در جهان ۲۰
۱-۱-۴ تولید گوگرد در ایران ۲۱
۱-۲ صادرات گوگرد در جهان ۲۳
۱-۲-۱ وضعیت صادرات گوگرد ایران ۲۴
۱-۳ وضعیت مصرف گوگرد در جهان ۲۶
۱-۳-۱ مصرف گوگرد در صنایع داخلی ۲۸
۱-۴ مصارف گوگرد ۳۱
۱-۴-۱ اسید سولفوریک ۳۲
۱-۴-۲ کشاورزی ۳۳
۱-۴-۳ باتریهای قابل شارژ ۳۴
۱-۴-۴ گوگرد در بتن ۳۴
۱-۴-۵ لامپ گوگردی ۳۵
۱-۴-۶ حذف جیوه در آب ۳۵
عنوان صفحه
۱-۴-۷ تولید کف ۳۶
۱-۴-۸ گوگرد در آسفالت ۳۶
۱-۴-۹ گوگرد در صنایع لاستیک سازی ۳۷
فصل دوم : (لاستیک)
تاریخچه صنعت لاستیک ۳۹
۲-۱ معرفی چند اصطلاح ۳۹
۲-۲ مواد در آمیزه کاری لاستیک ۴۱
۲-۳ کائوچو ۴۲
۲-۳-۱ کائوچوها از دیدگاه بازرگانی ۴۳
۲-۳-۲ کائوچوها از دیدگاه مقاومتی ۴۳
۲-۳-۳ کائوچوها از دیدگاه فرآوری و تهیه ۴۴
۲-۳-۳-۱ کائوچوهای طبیعی ۴۴
۲-۳-۳-۲ کائوچوی مصنوعی ۴۷
۲-۴ فرآیند پخت کائوچو ۵۰
۲-۵ ترکیبات مؤثر در آمیزه کاری کائوچو ۵۱
۲-۵-۱ گوگرد ۵۱
۲-۵-۲ شتابدهنده ها ۵۱
۲-۵-۳ فعال کننده ها ۴۲
۲-۵-۴ تاخیر دهنده ها ۵۳
۲-۵-۵ پر کننده ها ۵۴
۲-۵-۶ نرم کننده ها ۵۴
عنوان صفحه
۲-۵-۷ پپتایزرها ۵۵
۲-۶ آزمونهای معمولی در تضمین مصنوعات پلیمری ۵۵
۲-۶-۱ آزمونهای روی آمیزه پخت شده ۵۵
۲-۶-۲ آزمونها آمیزه خام ۵۶
۲-۶-۲-۱گرانروی ۵۶
۲-۶-۲-۲ رئومتر ۵۷
۲-۶-۲-۳ جرم مخصوص ۶۰
۲-۶-۲-۴ چسبندگی ۶۰
۲-۶-۲-۵ پراکنش دوده ۶۰
۲-۶-۱ آزمونهای آمیزه پخت شده ۶۱
۲-۶-۱-۱ کشش ۶۱
۲-۶-۱-۲ مانائی فشاری ۶۲
۲-۶-۱-۳ سختی ۶۲
۲-۶-۱-۴ سایش ۶۲
۲-۶-۱-۵ مقاومت در مقابل پارگی ۶۲
۲-۶-۱-۶ مقاومت خمشی ۶۳
فصل سوم : گوگرد در لاستیک
مقدمه ۶۵
۳-۱ ولکانیزاسیون ۶۶
۳-۱-۱ درجه ولکانیزاسیون ۶۶
۳-۱-۲ مراحل ولکانیزاسیون ۶۷
عنوان صفحه
۳-۱-۳ تغییر خواص نسبت به درجه ۶۹
تاثیر افزایش دانسیته اتصالات عرضی ۷۴
۳-۲ اثر ساختمان اتصال عرضی ۷۷
۳-۲-۱ نوع ساختمان اتصال عرضی ۷۷
۳-۲-۳ خواص مکانیکی ۷۸
۳-۲-۴ رفتار فرسودگی حرارتی ۷۹
۳-۲-۵ خواص دینامیکی ۸۰
خواص بهینه در آمیزه های ولکانیزه شده ۸۲
۳-۳ سیستم های پخت ۸۲
۳-۴ پخت گوگردی ۸۳
دلایل ترجیح سیستم پخت گوگردی ۸۳
۳-۴-۱ گوگرد ۸۵
۳-۴-۱-۱ گوگرد ولکانیزاسیون ۸۵
۳-۴-۱-۲ درصد خلوص گوگرد ۸۷
۳-۴-۲ مواد گوگرد دهنده ۸۷
۳-۵ پخت پراکسیدی ۹۰
۳-۵-۱ فواید پخت پراکسیدی ۹۱
۳-۵-۲ معایب پخت پراکسیدی ۹۲
۳-۶ روشهای پخت ۹۲
۳-۶-۱ پخت غیرمداوم ۹۳
۳-۶-۱-۱ قالبگیری ۹۳
عنوان صفحه
۳-۶-۱-۲ پخت گاز ۹۳
۳-۶-۱-۳ پخت با غلاف سری ۹۴
۳-۶-۲ پخت مداوم ۹۴
۳-۶-۲-۱ پخت با روتوکیور ۹۴
۳-۶-۲-۲ پخت در مایعات داغ ۹۵
۳-۶-۲-۳ پخت در بستره ذرات داغ شناور ۹۵
۳-۷ آلوتروپ های گوگرد مورد استفاده در صنایع لاستیک ۹۵
فصل چهارم : بخش تجربی
۴-۱ دستگاهها و وسایل مورد استفاده ۹۹
۴-۲ نقطه ذوب گوگرد محلول ۱۰۰
۴-۳ نقطه ذوب گوگرد نامحلول ۱۰۰
۴-۴ تعیین مقدار گوگرد محلول در تولوئن ۱۰۱
۴-۵ تهیه گوگرد نامحلول از روش ذوب ۱۰۲
۴-۶ روش تعیین درصد گوگرد نامحلول ۱۰۳
۴-۷ بهینه کردن درصد گوگرد ۱۰۴
۴-۷-۱ اپتیمم کردن دما ۱۰۴
۴-۷-۲ اپتیمم کردن دور همزن ۱۰۵
۴-۷-۳ اپتیمم کردن درصد کاهنده کشش سطحی ۱۰۵
۴-۷-۴ اپتیمم کردن درصد پایدار کننده ۱۰۶
۴-۸ استخراج گوگرد نامحلول بدست آمده ۱۰۷
۴-۹ روغن پوشی گوگرد نامحلول بدست آمده ۱۰۸
عنوان صفحه
۴-۱۰ تعیین میزان روغن گوگرد روغنی ۱۰۹
۴-۱۱ تهیه گرانول گوگرد نامحلول ۱۱۰
۴-۱۲ تهیه گوگرد نامحلول در مقیاس bench ۱۱۱
۴-۱۳تهیه گوگرد نامحلول در مقیاس پایلوت ۱۱۳
۴-۱۴ تهیه گوگرد نامحلول بوسیله هیدرولیز ۱۱۵
۴-۱۵ بکارگیری گوگرد تهیه شده در ساخت آمیزه ۱۱۶
فصل پنجم : بحث و نتیجه گیری
۵-۱ گوگرد نامحلول ۱۱۹
۵-۲ تاثیر منفی شکفتگی بر خواص آمیزه ۱۲۳
۵-۳ گوگرد ، موهبت یا آفت ۱۲۵
۵-۴ روشهای تهیه گوگرد نامحلول ۱۲۷
الف-سرد کردن سریع گوگرد مذاب ۱۲۷
ب-اکسیداسیون نافص ۱۲۷
ج-هیدرولیز مستقیم ۱۲۸
روش بکارگرفته شده در این پژوهش در هیدرولیز ۱۲۸
۵-۵ روش ذوب ، روشی کاملاً کاربردی ۱۳۰
۵-۶ مقایسه آمیزه های تهیه شده ۱۳۲
پیشنهادات ۱۳۴
پیوست
منابع