در اثنای جنگ جهانی دوم موادی مثل نایلون پلی اتیلن ، اکریلیک موسوم به پرسپکس به دنیا عرضه شد. نئوپرن را شرکت دوپان در سال ۱۹۳۲ ابداع و به شکل تجارتی ابتدا با نام دوپرن و بعدها نئوپرن عرضه کرد.

شاخه‌های پلیمر
اولین قدم در زمینه صنعت پلاستیک توسط فردی به نام واسپاهیات انجام گرفت وی در تلاش بود ماده‌ای را به جای عاج فیل تهیه کند. وی توانست فرآیند تولید نیترات سلولز را زا سلولز ارائه کند. در دهه ۱۹۷۰ پلیمرهای‌هادی به بازار عرضه شدند که کاربرد بسیاری در صنعت رایانه دارند زیرا مدارها و IC های رایانه‌ها از این مواد تهیه می‌شوند. و در سالهای اخیر مواد هوشمند پلیمری جایگاه تازه‌ای برای خود سنسورها پیدا کردند. پلیمرها را می‌توان از ۷ دیدگاه مختلف طبقه بندی نمود. صنایع ، منبع ، عبور نور ، واکنش حرارتی ، واکنش‌های پلیمریزاسیون ، ساختمان مولکولی و ساختمان کریستالی.از نظر صنایع مادر پلیمرها به چهار گروه صنایع لاستیک ، پلاستیک ، الیاف ، پوششی و چسب تقسیم بندی می‌شوند. اینها صنایع مادر در پلیمرها می‌باشند اما صنایع وابسته به پلیمر هم فراوان هستند مانند صنعت پزشکی در اعضای مصنوعی ، دندان مصنوعی ، پرکننده‌ها ، اورتوپدی از پلیمرها به وفور استفاده می‌شود. پلیمرها از لحاظ منبع به سه گروه اصلی تقسیم بندی می‌شوند که عبارتند از پلیمر های طبیعی ، طبیعی اصلاح شده و مصنوعی.رزین

منابع طبیعی رزینها ، حیوانات ، گیاهان و مواد معدنی می‌باشد. این پلیمرها به سادگی شکل پذیر بوده لیکن دوام کمی دارند. رایج عبارتند از روزین ، آسفالت ، تار ، کمربا ، سندروس ، لیگنپین ، لاک شیشه‌ای می‌باشند. رزین‌های طبیعی اصلاح شده شامل سلولز و پروتئین می‌باشد سلولز قسمت اصلی گیاهان بوده و به عنوان ماده اولیه قابل دسترسی برای تولید پلاستیکها می‌باشد کازئین ساخته شده از شیر سرشیر گرفته ، تنها پلاستیک مشتق شده از پروتئین است که در عرصه تجارت نسبتا موفق است.

پلیمر مصنوعی

پلیمر های مصنوعی را می‌توان از طریق واکنشهای پلیمریزاسیون بدست آورد. از مواد پلیمری می‌توان در تهیه پلاستیکها ، چسبها ، رنگها ، ظروف عایق ، مواد پزشکی بهره جست. پلاستیکها به تولید طرحهای جدید در اتومبیلها ، کامیونها ، اتوبوسها ، وسایل نقلیه سریع ، هاورکرافت ، قایقها ، ترنها ، آلات موسیقی ، وسایل خانه ، یراق آلات ساختمانی و سایر کاربردها کمک نموده‌اند در ادمه به بررسی کاربرد چندین پلیمر می‌پردازیم:

پلیمرهای بلوری مایع (LCP)

این پلیمرها بتازگی در بین مواد پلاستیکی ظهور کرده است. این مواد از استحکام ابعادی بسیار خوب ، مقاومت بالا ، مقاومت در مقابل مواد شیمیایی توام با خاصیت سهولت شکل پذیری برخوردار هستند. از این پلیمرها می‌توان به پلی اتیلن با چگالی کم قابل مصرف در ساخت عایق الکتریکی ، وسایل خانگی ، لوله و بطریهای یکبار مصرف ، پلی اتیلن با چگالی بالا قابل مصرف در ظروف زباله‌ها بطری ، انواع مخازن و لوله برای نگهداری و انتقال سیالات ، پلی اتیلن شبکهای ، پلی پروپیلن قابل مصرف در ساخت صندوق ، قطعات کوچک خودرو ، اجزای سواری ، اسکلت صندلی ، اتاقک تلویزیون و… اشاره نمود.

پلیمرهای زیست تخریب پذیر

این پلیمر ها در طی سه دهه اخیر در تحقیقات بنیادی و صنایع شیمیایی و دارویی بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. زیست تخریب پذیری به معنای تجزیه شدن پلیمر در دمای بالا طی دوره مشخص می‌باشد که بیشتر پلی استرهای آلیفاتیک استفاده می‌شود. از این پلیمرها در سیستم‌های آزاد سازی دارویی با رهایش کنترل شده یا در اتصالات ، مانند نخ‌های جراحی و ترمیم شکستگی استخوانها و کپسولهای کاشتی استفاده می‌شود.

پلی استایرن

این پلیمر به صورت گسترده‌ای در ساخت پلاتیکها و رزینهایی مانند عایقها و قایقهای فایبر گلاس در تولید لاستیک ، مواد حد واسط رزینهای تعویض یونی و در تولید کوپلیمرهایی مانند ABS و SBR کاربرد دارد. محصولات تولیدی از استایرن در بسته بندی ، عایق الکتریکی – حرارتی ، لوله‌ها ، قطعات اتومبیل ، فنجان و دیگر موادی که در ارتباط با مواد غذایی می‌باشند ، استفاده می‌شود.
لاستیکهای سیلیکون

مخلوط بسیار کانی- آلی هستند که از پلیمریزاسیون انواع سیلابها و سیلوکسانها بدست می‌آیند. با اینکه گرانند ولی مقاومت قابل توجه در برابر گرما به استفاده منحصر از این لاستیکها در مصارف بالا منجر شده است. این ترکیبات اشتغال پذیری نسبتا پایین ، گرانروی کم در درصد بالای رزین ، عدم سمیت ، خواص بالای دی الکتریک ، حل ناپذیری در آب و الکلها و … دارند به دلیل همین خواص ترکیبات سیلیکون به عنوان سیال هیدرولیک و انتقال گرما ، روان کننده و گریس ، دزدگیر برای مصارف برقی ، رزینهای لایه کاری و پوشش و لعاب مقاوم در دمای بالا و الکلها و مواد صیقل کاری قابل استفاده‌اند. بیشترین مصرف اینها در صنایع هوا فضاست.

لاستیک اورتان

این پلیمرها از واکنش برخی پلی گلیکولها با دی ایزوسیاناتهای آلی بدست می‌آیند. مصرف اصلی این نوع پلیمرها تولید اسفنج انعطاف پذیر و الیاف کشسان است. در ساخت مبلمان ، تشک ، عایق – نوسانگیر و … بکار می‌روند. ظهور نخ کشسان اسپندکس از جنش پلی یوره تان به دلیل توان بالای نگهداری این نوع نخ زمینه پوشاک ساپورت را دگرگون کرده است.

استفاده از فناوری نانو برای دیرسوزکردن پلیمرها

یکی از کاربردهای مهم فناوری نانو بهبود خواص مواد پلیمری از نظر آتش‌گیری و بالابردن مقاومت این مواد در برابر آتش است. این مواد عموماً در دماهای بالا ایمن نیستند؛ اما با استفاده از فناوری نانو امکان دیرسوز نمودن آنها وجود دارد. در این مطلب، نظرات مهندس صحرائیان،‌ عضو هیأت علمی پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، در زمینه استفاده از فناوری نانو در این زمینه آورده شده است:

نانوکامپوزیت‌های دیرسوز

با توجه به این که امروزه حجم وسیعی از کالاهای مصرفی هر جامعه‌ای را پلیمرهایی تشکیل می‌دهند که به‌راحتی می‌سوزند یا گاهی در مقابل شعله فاجعه می‌آفرینند، لزوم تحقیق در خصوص مواد دیرسوز احساس می‌شود. بر همین اساس، در کشورهای صنعتی، تلاش گسترده‌ای برای ساخت موادی با ایمنی بیشتر در برابر شعله آغاز شده است و در این زمینه نتایج مطلوبی هم به دست آمده است.

بر همین اساس و با توجه به تدوین استانداردهای جدید ایمنی، به نظر می‌رسد استانداردهای ساخت مربوط به پلیمر های مورد استفاده در خودروسازی، صنایع الکترونیک،‌ صنایع نظامی و تجهیزات حفاظتی و حتی لوازم خانگی، در حال تغییر به سوی مواد دیرسوز است.

از طرف دیگر مدتی است که نانوکامپوزیت‌های پلیمر – خاک­رس به عنوان موادی با خواص مناسب مثل تأخیر در شعله­وری، توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است. بنابراین به­نظر می‌رسد که نانوکامپوزیت‌های پلیمر – خاک­رس می‌توانند جایگزین مناسبی برای مواد پلیمری معمولی باشند؛

برای تهیه پلیمر های دیرسوز، علاوه بر رفتار آتش‌گیری، عوامل زیادی باید مورد توجه واقع شوند؛ از جمله اینکه:

از افزودنی‌هایی استفاده شود که قیمت تمام­ شده محصول را خیلی افزایش ندهد. (مواد افزودنی باید ارزان قیمت باشند.)

مواد افزودنی به پلیمرها باید به آسانی با پلیمر فرآیند شود.

مواد افزوده‌شده به پلیمر نباید در خواص کاربردی پلیمر تغییر قابل ملاحظه ایجاد کند.

زباله‌های این مواد نباید مشکلات زیست­ محیطی ایجاد کند.

با توجه به این موارد، خاک­رس از جمله بهترین مواد افزودنی به پلیمرها محسوب می‌شود که می‌تواند آتش‌گیری آنها را به تأخیر بیندازد و سبب ایمنی بیشتر وسایل و لوازم ‌شود. مزیت دیگر خاک‌ رس فراوانی آن است که استفاده از این منبع خدادادی را آسان می‌کند.

ویژگی‌های نانوکامپوزیت‌های پلیمر – خاک­رس

خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های پلیمر -نایلون۶ که از نظر حجمی فقط حاوی پنج درصد سیلیکات است، بهبود فوق‌العاده­ای را نسبت به نایلون خالص از خود نشان می‌دهد. مقاومت کششی این نانوکامپوزیت ۴۰ درصد بیشتر، مدول کششی آن ۶۸ درصد بیشتر، انعطاف‌پذیری آن ۶۰ درصد بیشتر و مدول انعطاف آن ۱۲۶ درصد بیشتر از پلیمر اصلی است. دمای تغییر شکل گرمایی آن نیز از ۶۵ درجه سانتی­گراد به ۱۵۲ درجه سانتی­گراد افزایش یافته است. در حالیکه در برابر همه این تغییرات مناسب، فقط ۱۰درصد از مقاومت ضربه آن کاسته شده است.

نتایج تحقیقات حاکی از آن است که میزان آتشگیری در این نانو کامپوزیت پلیمر حدود ۷۰ درصد نسبت به پلیمر خالص کاهش نشان می­دهد و این در حالی است که اغلب خواص کاربردی پلیمر نیز تقویت می­شود. البته کاهش در میزان آتشگیری پلیمرها از قدیم مورد بررسی بوده است. بشر با ترکیب مواد افزودنی به پلیمر میزان آتشگیری آنرا کاهش داد ولی متاسفانه خواص کاربردی پلیمر هم متناسب با آن کاهش می­یافته است. در واقع کاهش در آتشگیری همزمان با بهبود خواص کاربری پلیمرها ویژگی منحصر به فرد فناوری نانو است، خصوصاً اینکه تنها با افزودن ۶ درصد ماده افزودنی به پلیمر تا ۷۰ درصد آتشگیری آن کاهش می­یابد.

برخی نانوکامپوزیت‌های پلیمر – خاک­رس پایداری حرارتی بیشتری از خود نشان می‌دهند که اهمیت ویژه‌ای برای بهبود مقاومت در برابر آتش­گیری دارد. این مواد همچنین نفوذپذیری کمتری در برابر گاز و مقاومت بیشتری در برابر حلال‌ها از خود نشان می‌دهند.

استانداردسازی؛ ابزار قدرت در دست کشورهای پیشروی صنعتی

تطابق با استانداردهای جدید موضوعی است که همواره کشورهای پیشرو بر کشورهای پیرو دیکته کرده‌اند. در کشورهای پیشرو صنعتی،‌ استانداردها همواره رو به بهبود است. در این کشورها براساس جدیدترین نتایج تحقیقات و مطالعات متخصصان، هر چند وقت یکبار، استانداردها دستخوش تغییر می‌شوند و دیگر کشورها ناچار خواهند بود در مراودات تجاری خود با آنها این استانداردها را رعایت کنند و به این ترتیب، مجبور می‌شوند که نتایج تحقیقات آنها را خریداری کنند. مطلب زیر مثالی از این موارد است:

چندی پیش در جراید اعلام شد که بنا بر تصمیم جدید اتحادیه اروپا، هواپیماهایی که مجهز به سیستم جدید ناوبری (مطابق با استاندارد جدید پرواز)‌ نباشند، اجازه پرواز بر فراز آسمان اروپا را ندارند. در آن زمان در کشور ما فقط تعداد معدودی از هواپیماهای مجهز به این سیستم وجود داشت. اخیراً هم اتحادیه مزبور اعلام کرده است که ورود کامیون‌های فاقد استاندارد زیست­محیطی به خاک اروپا ممنوع است. در پی این اعلام، خودروسازان ایرانی به ناچار استانداردهای خود را با شرایط جدید تطبیق دادند.

نتیجه­ گیری

هر چند ممکن است استفاده از برخی فناوری­ها در کشور ما در حال حاضر موضوعیت نداشته و یا اینکه مقرون به صرفه نباشد. ولی اگر جهت­گیری تحقیقات و پژوهش­ها در جهان را مد نظر قرار دهیم متوجه می­شویم که در آینده نزدیک ناگزیر به استفاده از این فناوری­ها خواهیم بود. بنابراین لازم است از فرصت­های موجود برای ایجاد این توانمندی­ها بهره بگیریم تا در زمان مناسب از این پتانسیل­ها استفاده کنیم.

به­عبارت دیگر لازم است مراکز پژوهشی و تحقیقاتی همواره لااقل یک نسل از صنعت جلوتر باشند. در این صورت ضمن امکان هدایت بخش صنعت به سمت و سوی معین، پاسخ به مشکلات صنعت نیز همواره قابل پیش­بینی بوده و در این مراکز در دسترس خواهد بود.

بهبود لومینسانس پلیمرها با استفاده از نانولوله‌های کربنی چنددیواره:

ابزارهای قابل فراوری محلول مبتنی بر ترکیبات آلی برای متحول کردن صنعت روشنایی و فتوولتائیک بسیار نویدبخش می‌باشند. نه تنها هزینه، بلکه مسائل مربوط به پایداری و هزینه چرخه عمر باعث می‌شود تا حرکت از سمت ترکیبات معدنیبه سوی ترکیبات آلی سریع‌تر صورت گیرد. با این حال، کارایی و طول عمر ابزارهای آلی موجود برای بسیاری از کاربردها کافی نمی‌باشند.

یکی از روش‌های بررسی شده برای افزایش طول عمر این ابزارها استفاده از نانولوله‌های کربنی در پلیمرها جهت ایجاد یک کامپوزیت می‌باشد. این کامپوزیت‌های هیبریدی «مواد معدنی درون مواد آلی» عملکردها و ابعاد جدیدی به فیلم‌های پلیمری معمول می‌افزایند.

با این حال معمولاً اضافه کردن نانولوله‌های کربنی با هزینه‌هایی همراه است. مثلاً در مواد نورافشان، حضور نانولوله‌های کربنی موجب کاهش نشر نور از کامپوزیت می‌شود؛ این امر به دلیل کاهش فعالیت حاملان بار در نانولوله‌های کربنی است که عموماً برای نانولوله‌های کربنی چنددیواره طبیعت فلزی دارند. این کاهش فعالیت موجب کاهش بهره نشر نور از این ابزارها می‌شود.

محققان موسسه فناوری پیشرفته در دانشگاه سوری با همکاری محققان چینی و آمریکایی نشان داده‌اند که این اثرکاهندگی یک مشکل غیرقابل اجتناب نیست. در حقیقت آنها ثابت کرده‌اند که با افزودن نانولوله‌های کربنی چنددیواره به یک پلیمر نایلونی، نشر نور توسط آن صد برابر افزایش می‌یابد.

این افزایش نشر نور زمانی اتفاق افتاد که نانولوله‌های کربنی را قبل از مخلوط نمودن با پلیمر در معرض اسید قرار دادند. آنان پیشنهاد می‌کنند که این افزایش فعالیت به دلیل مکنیسم جدید انتقال بار از سطح آسیب‌دیده نانولوله به به محل‌های نشر در پلیمر می‌باشد. علاوه بر این، مطالعات آنها نشان می‌دهد که نانولوله‌های کربنی چنددیواره موجب افزایش پایداری پلیمر در برابر تجزیه ناشی از نور می‌شود.

دکتر سیمون هنلی یکی از محققان اصلی این پژوهش توضیح می‌دهد: «این مطالعات نشان می‌دهد که نانولوله‌های کربنی قابلیت بسیار بالایی برای استفاده در ابزارهای اپتوالکترونیک آینده دارند و امکان استفاده از این ترکیبات را به عنوان جاذب‌های نور در پیل‌های خورشیدی همراه با افزایش استحکام آنها، تقویت می‌کند».

پروفسور راوی سیلوا مدیر موسسه فناوری پیشرفته می‌گوید: «این حقیقت محض که حال ما می‌توانیم یک کامپوزیت هیبریدی آلی-نانولوله قابل پیش‌بینی با ویژگی‌های بهبودیافته داشته باشیم، راه را برای کاربردهای بسیاری هموار می‌کند. بهبود خواص لومینسانس نشانه‌ای از نسل جدیدی از ابزارهای آلی است که قابلیت رسیدن به بازار و تولید انبوه را دارا می‌باشند. ما از این نتایج اولیه بسیار هیجان‌زده هستیم».

پلیمر آنتی باکتریال

یکی از گسترده ترین کاربردهای کامپوزیت نانوسید، استفاده از آن برای ایجاد انواع پلیمر آنتی باکتریال می باشد. پلیمرهایی که آنتی باکتریال ضد قارچ و ضد ویروس هستند و هیچگونه ضرری برای محیط زیست ندارند و برای ترکیب کامپوزیت نانوسید با انواع پلیمر مانندABS ، PET ، PP ، PE و … بهترین راه بکارگیری مستربچ مناسب با پلیمر می باشد که به میزان ۲۰-۱۰رصد با کامپوزیت نانوسید اختلاط میشود . این امر برای بکار گیری مستربچ به همراه گرانولهای خام در دستگاههای اکسترودر یا تزریق برای رسیدن به یک اختلاط کاملا یکنواخت در درصدهای اختلاط ۵/۰-۱/۰ میباشد. پلیمرهای میکس شده دارای کاربردهای مختلف صنعتی و خانگی و بیمارستانی می باشند. از جمله بدنه داخلی یخچال ، ظروف پلاستیکی و …

کاربرد نانوسید
روش اختلاط کامپوزیت نانوسیلور با انواع پلیمر

بهترین روش ایجاد مستربچ و استفاده از آن در دستگاههای اکسترودر می باشد. برای ایجاد مستربچ می توان از خود دستگاههای اکسترودری که دارای گرانول ساز هستند استفاده نمود در غیر اینصورت بایستی سفارش ساخت مستر بچ به مراکز مربوطه داده شود.

نکته ۱: اگر شرایط استفاده از اکسترودر دو مار پیچه وجود داشته باشد نیازی به ساخت مستر بچ نیست و مرحله Mix بصورت Continous ضمن ساخت محصول انجام می گیرد. همچنین اگر اکسترودر یک مار پیچه باشد و نسبت طول به قطر آن بیشتر از ۴۰ باشد نیز می توان Mix را بدون مستربچ انجام داد.

نکته ۲ : در سیستمهای تزریقی نیز با ایجاد گرانولها قبل از استفاده به صورت مستر بچ می توان مواد نانو سید را با پلیمر Mix کرد و اگر این شرایط وجود نداشته باشد باید سیستم Mix به همراه تزریق چند بار تکرار شود.