ماهیت سلاح های شیمیایی
واژه کیمیا ، از واژه یونانی Chyma به معنی گداختن یا قالب ریزی فلز، اقتباس شده است. بدون شک، نام دانش شیمی امروزی از همین واژه گرفته شده است. اگرچه کیمیاگران در تلاش خود برای تبدیل فلزات کم بها به طلا به جایی نرسیدند، ولی به کشف بسیاری از ترکیبات و واکنش های شیمیاییموفق شدند که کمک شایانی به پیشرفت علم شیمی در دوره های بعد کرد و مبنای تحقیقات آیندگان و همچنین سوء استفاده کنندگان از آن جمله مخترعین جنگ افزارهای شیمیایی گردید. جنگ افزارهای شیمیایی، از لحاظ نظامی دارای اهمیت ویژه ای هستند، زیرا ضمن برخورداری از اهمیت استراتژیک، به علت داشتن توان انهدام جمعی، از لحاظ کاربرد تاکتیکی نیز در برخوردهای منطقه ای و موضعی کارساز می باشند.
به عبارت دیگر سلاحهای شیمیایی، آن دسته از مواد اعم از گازی، مایع و یا جامدات هستند که به واسطه اثرات مستقیم سمی آنها بر روی بشر، حیوانات و گیاهان ممکن است به کار روند. سلاح های شیمیایی موادی سمی هستند که به دلیل قدرت تأثیر بالای آنها، نوعاً فاقد کاربرد غیرنظامی می باشند. این سلاح ها به دلایل گوناگون همچون:
• قدرت مسموم کنندگی بالا
• به کار رفتن بصورت گاز که در هوا منتشر می شود
• صعوبت پدافند در مقابل آنها
دارای کاربردهای گسترده و در عین حال مقرون به صرفه نظامی هستند که این امر، کشورها را به داشتن آنها ترغیب می نماید.
لفظ مؤدبانه ای که ابرقدرت ها به خصوص ستاد عالی ارتش روسیه به این جنگ افزارها اطلاق می کنند، سلاح های «تخریب جمعی» است. این سلاح ها در هر درگیری مهمی که بین ابرقدرت ها پیش آید، از اهمیتی خاص برخوردا خواهد بود و به همین لحاظ کار مستمر بهسازی و تکمیل آنها در اکثر کشورهای بزرگ در حال انجام است.
در این میان، سلاح های شیمیایی و میکروبی به دلیل محدودیت نسبی شعاع عمل و نیز سهولت تولیدشان و هزینه های اندک تولید انبوه آنها نسبت به دیگر تسلیحات انهدام جمعی مانند سلاح های هسته ای، امکان دستیابی کشورهای متعدد و ضعیف تر را به آن فراهم می سازد و با توجه به همین ویژگی ها بود که سلاح های شیمیایی، بمب اتمی جهان سومی ها نامیده شد و این در حالی است که تولید و انبارسازی سلاح های شیمیایی و میکروبی به طور فزاینده ای ادامه دارد.
استفاده از این گونه سلاح ها در جنگ ممکن است از طریق پرتاب یک پیکان مسموم به سوی سرباز دشمن، استفاده از گلوله های حاوی گاز در بمباران با توپخانه، تخریب عمدی محصولات کشاورزی یک کشور و از بین بردن سریع جمعیت صورت گیرد .
سلاح های شیمیایی و بیولوژیکی را می توان به آسانی حمل و نقل نموده و علیه هدف های زنده مورد استفاده قرار داد. به علاوه در این گونه سلاح ها عامل دقت در ایجاد تخریب اهمیت چندانی ندارد. با این وجود چنین سلاح هایی به عنوان اسلحه هایی کثیف و وحشیانه در نظر گرفته شــــده اند .
سلاحه های شیمیایی علی رغم قدرتی که از نظر وحشت آفرینی دارند به هیچ وجه در استراتژی کلی نظامی در نظر گرفته نمی شود. محذورات قانونی و اخلاقی که در راه کاربرد این سلاح ها وجود دارد، مانع از این نشده که ملل غربی و یا غیرغربی نسبت به گسترش تکنولوژی های جدید جهت تکمیل این سلاح ها اقدام نکنند.
سلاح های شیمیایی را می توان در منطقه تماس نیروهای متخاصم علیه هدف های نظامی مانند فرودگاه ها، پادگان ها، انبارهای ذخایر و مراکز راه آهن که کاملاً در پشت صحنه نبرد قرار دارند، یا علیه هدف هایی که هیچ گونه ارتباط فوری و مستقیم با عملیات نظامی ندارند مانند جمعیت، اراضی زراعی و مخازن آب به کار برد.
اوضاع و احوالی که در آن می توان از این گونه سلاح ها در منطقه درگیری نیروها استفاده کرد گوناگون و بسیارند، مانند استفاده برای کسب پیروزی سریع علیه سربازانی که تجهیزات کافی شیمیایی و ضد شیمیایی ندارند؛ برای غلبه بر سربازانی که در سنگرها و یا پناهگاه های نظامی موضع گرفته یا علیه مواضع و استحکاماتی که در مقابل سلاح های شیمیایی انفجاری مقاوم نیستند؛ برای از بین بردن پوشش گیاهی منطقه نبرد به وسیله مواد منهدم سازنده گیاهان و درختان به منظور بهبود قدرت دید و گشایش میدان آتش و جلوگیری از حمله های غافلگیرانه؛ ایجاد مواضعی از اراضی آلوده در جلو و عقب جبهه و هدایت تحرک افراد دشمن در مسیر دلخواه یا کند کردن سرعت حرکتشان با مجبور ساختن آنها به استفاده از البسه و تجهیزات حفاظتی. چنانچه حملات شیمیایی علیه هدف نظامی که کاملاً پشت منطقه نبرد است انجام گیرد، مسلماً اثراتش بیشتر است و در صورت حمله به مراکز جمعیت، بسیار جدی تر خواهد بود.
امروز فشردگی جمعیت در یک شهر ممکن است به میزان 5 هزار نفر در هر کیلومتر مربع باشد. هرگاه در حدود یک تن عامل عصبی در هر کیلومتر مربع در چنین شهری منتشر می شود، ممکن است نیمی از جمعیت صدمه ببینند و نیمی دیگر کشته شوند.
سلاح های شیمیایی آثاری مشابه انسان ها بر حیوانات دارد، ولی در مورد گیاهان در برخی مناطق باعث از بین رفتن کامل آنها می شود. اینگونه سلاحه ها از لحاظ تولید نسبتاً ساده اند و ساختن انواع گوناگون آنها با مهمات معمولی تفاوت زیادی ندارد.
تولید اکثر انواع این سلاح ها نیازمند تکنولوژی پیشرفته ای نیست. در واقع فرایند تولید و مواد ضورری برای گازهای ضد اعصاب مشابه کودهای شیمیایی یا مواد حشره کش است. در عین حال، سلاح های شیمیایی می توانند به طور گسترده قدرت ویرانگری گرمسیری تهیه تکنولوژی حفاظتی در مقابل این تسلیحات مستلزم صرف مخارج بسیار گزافی است.
امروزه کشورهای پیشرفته صنعتی با در دست داشتن تکنولوژی برتر به روش های جدیدتری، این سلاح های مخرب را تولید می نمایند که دیگر نیازی به کارخانجات سلاح شیمیایی ندارد و تنها وجود یک مرکز پُرکُن بریا دستیابی به آن کفایت می کند. در این روش مواد اولیه ای که در صنایع شیمیایی غیرنظامی کاربرد دارد در زمان لزوم وارد کارخانه پرکنی شده و در داخل گلوله قرار می گیرد که این مواد در زمان انفجار چاشنی با یکدیگر مخلوط گردیده و ماده شیمیایی مورد نظر را تولید می نماید. به این گونه سلاح ها، سلاح های دو ترکیبی یا Binary می گویند.
جنگ افزارهای شیمیایی دو ترکیبی، یک نوع جنگ افزار جدید می باشد که ساختمان آن از دو محفظه تشکیل شده که در داخل هر یک از این محفظه ها مواد شیمیایی که به تنهایی سمی نیست قرار می گیرد و فقط موقعی مرگبار می شود که این مواد با هم ترکیب گردد و این زمانی است که موشک یا گلوله توپ یا بمب به طرف هدف حرکت کند. موج انفجار حاصله از شلیک سبب از بین رفتن صفحات جدا کننده دو محفظه می شود و در این موقع است که هر دو مانند در مدت چند ثانیه با یکدیگر ترکیب می شوند.
چرخش سلاح فوق در هوا بعد از ترکیب مواد سبب تداوم ترکیب مواد می شود و سپس در اثر فعل و انفعالات شیمیایی به یک ماده سمی جنگی و خطرناکی از نوع عوامل اعصاب بسیار قوی تبدیل می گردد؛ بویژه آنهایی که از گروه ترکیبات فسفری و از موادی مانند سارین (Gb) یا (VX) باشند. سلاح های شیمیایی دو ترکیبی از ایمنی ویژه ای برخوردار هستند، زیرا مسئله خطرات ناشی از فاسد شدن و خورندگی مواد شیمیای را که در اثر انبار شدن حاصل می شود، در این گونه سلاح ها وجود ندارد. بنابراین انباشت، حمل و نقل و دستکاری آنها بی خطر است.
در مورد خطرناک بودن جنگ افزارهای دو ترکیبی با ترکیبات فسفری باید گفت که این امر به سمومی مربوط می شود که اثرات سمی آنها بر روی انسان به وسیله بازداشتن آنزیم هایی که از گاز هیدروکربن مشتق می شوند و برای اعصاب مهم هستند، صورت می گیرد که در نتیجه، اثرات مسمومیت به سرعت ظاهر گردیده و اگر کمک های پزشکی به سرعت به کار گرفته نشود، با کمترین مقدار استفاده، در فاصله چند دقیقه به مرگ می انجامد.
تخمین زده شده است که در صورت تنفس مقداری از سموم از نوع سارین در حدود 100 میلیگرم در متر مکعب هوا در یک دقیقه و از نوع VX در حدود 36 میلیگرم در مترمعب در همان زمان منجر به مرگ می شود. در خاتمه این قسمت باید یادآوری کرد که هم اکنون سلاح های شیمیایی در پاره ای از کشورها بویژه کشورهای جهان سوم به عنوان جنگ افزار استراتژیک مورد توجه قرار گرفته است؛ و پاره ای از کشورهای جهان نیز در دستیابی به آن با یکدیگر به رقابت می پردازند. مسئله به کارگیری جنگ افزارهای شیمیایی با ابعاد خطرناک مورد توجه قرار گرفته است، چرا که دستیابی بسیاری از کشورها به موشک های بالستیک خطر وقوع و گسترش جنگ شیمیایی را بیش از پیش ممکن ساخته است که عواقب یک جنگ نظامی با سلاح های پیشرفته کنونی علاوه بر اثرات ناگوار آن بر روی نظامیان، برای مردم نیز بی اندازه دردناک خواهد بود؛ همچنان که در جنگ عراق علیه ایران نیز چنین بود.
پایان
منابع:
1 - کیمیا، معرب از یونانی، خمیا به معنی اختلاط و امتزاج است (لغتنامه دهخدا).
2- قطعنامه شماره 2603 مورخ 6 دسامبر 1969 مجمع عمومی سازمان ملل متحد.
3. Mass Destruction weapons
4- حاکم قاسمی، کنترل تسلیحات شیمیایی غر متعارف، ضرورت ها و موانع، تهران: مجله سیاست دفاعی، دانشگاه امام حسین (ع)، سال 1374، ص 21.
5. obinson, J.P. and Burns, R.D(1979), Introduction to chemical, Biological 1979, P.X. warfare A selected Biblogrophy
6.Ibid, at. 171.-
7- دکتر علیرضا ازغندی و جلیل روشندل، مسائل نظامی و استراتژیک معاصر، چاپ اول، ص7
|
|
 | |
 |
 |
 |
|
بسیاری از مواد در طبیعت تجزیه می شوند و به خودی خود بازیافت می شوند این موارد در مورد موجودات زنده ای که می میرند و یا مواد فاسد شدنی پیش می آید. این مواد را مواد زیست فروپاش می گویند. برای مثال کود هایی که در باغات ریخته می شوند و نتیجه کپه کردن موادی مانند غذاهای فاسد شده، آشغال میوه ها، پوست تخم مرغ و دیگر زباله های تجزیه پذیر است که بطور طبیعی توسط حشرات و دیگر جانوران موذی خورده می شوند. متاسفانه مقادیر بالایی از زباله ها مانند: فلزات، کائوچو و پلاستیک نمی توانند خورده و تجزیه شوند و برای صدها سال تجزیه نشده در طبیعت باقی می مانند. حتی اگر این مواد قطعه قطعه و خورد هم شوند باز هم نمی توانند تجزیه شوند و به مرور اتمسفر، زمین و آب را آلوده می کنند. بعضی از این مواد می توانند بازیافت شوند. زباله هایی که قابل بازیافت نیستند در گودالهایی به نام محل دفن زباله مدفون می شوند. این زباله ها ابتدا تکه تکه و سپس له و خمیر مانند می شوند بنابراین با این کار زباله ها فضای کمتری را اشغال می کنند. اگر نتوانیم به روند بازیافت ادامه دهیم باید روز به روز بر تعداد این گودالها بیافزاییم. ضرورت بازیافت زمانى بیشتر مشخص مى شود که بدانیم برای تولید یک تن کاغذ جدید، باید 15 درخت تنومند راقطع کنیم. اگر از کاغذ باطله دوباره کاغذ تهیه کنیم در مصرف آب 90 درصد و انرژی 50 درصد سود برده و در کنترل آلودگى هوا 75 درصد موثر بوده ایم در ایران براى بازیافت کاغذ، اولین کارخانه در سال 1313 در کرج تاسیس شد بازیافت پلاستیک در ساخت انواع ظروف و کیسه هاى پلاستیکى از انواع مواد پلیمرى استفاده مى شود. با توجه به قابلیت بازیابى اکثر پلیمرها، مى توان مواد پلاستیکى را پس از مصرف و دور انداختن مجدداً طى فرایند بازیافت مورد استفاده قرار داد. مسئله مهم و اساسى در این میان استفاده از مواد بازیافت شده در مصارف غذایى است. در واقع صحبت از آن دسته از مواد بازیافت شده اى است که براى بسته بندى و نگهدارى مواد غذایى غیرمجاز هستند در ساخت ظروف پلاستیکى مختلف، مواد پلیمرى متفاوتى به کار برده مى شود به عنوان مثال: ?- ظروف نوشابه هاى گازدار از جنس پلى اتیلن تترافتالات (PET) ?-شیشه های شیرخورى کودکان از جنس پلى کربنات ( PC ) به دلیل گران بودن پلى کربنات ها این نوع پلیمرها کمتر در بسته بندى مواد غذایى استفاده شده و بیشتر در ساخت شیشه هاى شیر کودکان به کار مى روند. ?-ظروف بسته بندى لبنیات از جنس پلى اتیلن(PE) ، پلى پروپیلن(PP) و پلى استایرن(PS) ?- ظروف یک بار مصرف از جنس PS وPP ?- کیسه هاى پلاستیکى از جنس پلی اتیلن . این نوع کیسه ها به اشتباه تحت عنوان کیسه هاى نایلونى معروفند. قابل ذکر است این مواد پلاستیکى مى توانند حاوى رنگ باشند که در آن صورت از رنگدانه پلاستیک (مستربچ) استفاده مى شود نحوه ساخت کیسه هاى پلاستیکى گرانول هاى پلى اتیلن را به شکل فیلم هاى نازک درآورده و پس از برش فیلم ها در ابعاد دلخواه به کیسه تبدیل مى کنند. و در صورت تولید کیسه هاى رنگى هنگام تبدیل گرانول پلى اتیلن به فیلم از رنگدانه پلاستیک یا مستربچ (به مقدار یک تا پنج درصد) استفاده مى کنند. نحوه ساخت ظروف یک بار مصرف ابتدا مواد پلیمررا به صورت فیلم هایى با ضخامت مورد نظر تبدیل کرده و سپس با استفاده از قالب هایى خاص به اشکال مختلف تبدیل مى شوند. بازیافت مواد در فرایند بازیافت مواد پلاستیکى نوع پلیمرى که باید بازیافت شود مدنظر قرار مى گیرد.بدین ترتیب که هر نوع پلیمر جدا از انواع دیگر بازیافت مى شوند، در غیر این صورت فرایند بازیافت با اشکال روبه رو خواهد شد. به عنوان مثال: پلى اتیلن ها با هم، پلى پروپیلن ها با هم و پلى آمیدها با هم بازیافت مى شوند، چرا که هنگام فرایند بازیافت مواد پلاستیکى را خرد سپس ذوب کرده و مجدداً مورد استفاده قرار مى دهند بنابراین اگر ترکیبى از مواد پلاستیکى مختلف نظیر ظروف یک بار مصرف با انواع مختلف خرد و سپس ذوب شوند، با توجه به متفاوت بودن نقطه ذوب ترکیب ناهمگونى ایجاد مى شود. مسئله بعدى نداشتن رنگ در مواد پلاستیکى است که اهمیت بسزایى در فرایند بازیافت دارد. به دلیل اینکه پلیمرهاى رنگى داراى رنگ یکنواختى نیستند پس از بازیافت رنگ تیره پیدا مى کنند در نتیجه کارخانه هاى سازنده براى به دست آوردن یک رنگ ثابت از دوده استفاده کرده سپس مواد پلیمرى مذاب را به صورت فیلم درآورده و به کیسه پلاستیکى تبدیل مى کنند، که ما از آنها به صورت کیسه هاى زباله مشکى استفاده مى کنیم.گاهى به دلیل کاربرد ناصحیح دوده تماس دست با این کیسه ها باعث جذب ذرات دوده از راه دست مى شود. بنابراین در حال حاضر کارخانه هاى صنایع غذایى مجاز نیستند مواد بازیافتى را براى نگهدارى و بسته بندى مواد غذایى به کار ببرند. دلیل اصلى آن نیز عدم رعایت اصول بازیافت مواد پلاستیکى در ایران است. گفتنى است براى تولید کیسه هاى پلاستیکى شفاف از مواد اولیه بکر استفاده مى شود در حالى که اکثریت پلاستیک هاى مشکى موجود در بازار از مواد بازیافتى تهیه مى شود. مناسب بودن پلاستیک ها در کاربردهاى غذایى تمامى پلیمرها از بکر تا آنهایى که بازیافتى بوده و همچنین ظروف پلاستیکى حتماً باید قبل از استفاده در صنعت غذایى تحت آزمون Food grade قرار بگیرند( ای.سی.سی) . با انجام آزمون هایى که در اداره کل آزمایشگاه هاى کنترل غذا و دارو نیز قابل اجرا هستند میزان مهاجرت مواد سازنده پلیمرها به سمت مواد غذایى مشابه سنجیده مى شود. در واقع وزارت بهداشت مقاومت و میزان مهاجرت مواد سازنده پلیمرها را در حلال ها یا محلول هاى مشابه مواد غذایى مى سنجد.. بطرى هاى آب و نوشابه از جنس (پت) هستند این ظروف در صورتی که food grade باشند از نظر بهداشتى مشکل ایجاد نمى کنند. تنها مسئله وجود ماده استالدئید در این ظروف است که باعث تغییر طعم و بوى آب و مواد نوشیدنى مى شود البته میزان مهاجرت استالدئید در حدى نیست که خاصیت بیمارى زایى داشته باشد. مشکل دست زدن به کیسه هاى زباله پلاستیک هاى مشکى که در حال حاضر در بازار هستند هیچ کدام براى مصارف غذایى مناسب نیستند و مشخص نیست کجا و تحت چه شرایطى تولید شده اند. این مواد در اثر تماس با مواد غذایى آنها را آلوده کرده و عوارضى را براى انسان به دنبال خواهند داشت. گفتنى است اگر مواد پلاستیکى پس از بازیافت براساس پایه پلیمرى خود مشکل نداشته و به آزمون هاى Food grade پاسخ دهند براى نگهدارى و بسته بندى مواد غذایى مناسب خواهند بود. پلاستیک هایی که بوی بنزین می دهند یکی از پژوهشگران دانشگاه صنعت نفت موفق به اجرای طرحی شده است که براساس آن 80درصد از پسماندهای موجود در زباله های شهری ، صنعتی و پزشکی طی فرآیندی به سوخت مایع (بنزین و گازوئیل ) تبدیل می شود و به این ترتیب نه تنها به کاربرد مفید ضایعات پلیمری ، بلکه به تامین خوراک راکتورها در صنایع پتروشیمی و نفت نیز کمک می شود. کسانی که به پژوهش های انجام شده در عرصه های پتروشیمی و نفت علاقه مندند، می دانند که یکی از معضلات اساسی در این صنایع ، بحث کنترل و کاهش اثرات سو زیست محیطی است؛ هر چند طی یک دهه اخیر، موضوع پسماندهای پالایشی و فرآورده های سنگین هیدروکربنی به عنوان یکی از معضلات صنعت پالایشگاهی کشور مطرح بوده است. بر این اساس تلاش محققان و نیروهای علمی صنعت نفت کشور نیز طی این مدت به تبدیل مواد سنگین هیدروکربنی به مواد سبک مانند بنزین و گازوئیل معطوف شده است. به طور کلی دو روش اصلی برای حل مشکل زباله های پلاستیکی وجود دارد: ?. بازیافت ?. تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر بازیافت به فرایندهایی گفته می شود که در آنها از زباله های پلاستیکی به نحوی استفاده می شود. روش های بازیافت در سه دسته جای می گیرند: ?- بازیافت انرژی ?- بازیافت مکانیکی ?- بازیافت شیمیایی در بازیافت انرژی زباله به عنوان یک سوخت سوزانده می شود. باید توجه کرد که بازده انرژی (انرژی حاصل از سوختن واحد وزن سوخت) پلاستیک ها نسبت به سوخت های فسیلی مرسوم بیشتر است. بازیافت مکانیکی ، یعنی خرد کردن و استفاده یک محصول پلاستیکی در ساخت یک قطعه. در این روش باید نکات زیادی رو در نظر گرفت. مثلا برای ساخت قطعات حساس تر سازمان های مربوطه مقدار مجاز پلاستیک بازیافتی در قطعه را تعیین می کنند. در بازیافت شیمیایی پلاستیک به وسیله روش های شیمیایی به مواد دیگری (اغلب مواد اولیه یا میانی) تبدیل میشود. این روش نسبت به دو روش دیگه جدیدتر است ولی هنوز از نظر اقتصادی به صرفه نیست. اما بسیار مورد توجه هست. به عنوان مثال میشود به تهیه رزین پلی استر از بطری های نوشابه (از جنس پلی اتیلن ترفتالات یا PET ) اشاره کرد. اما در کنار بازیافت از چندین سال پیش تلاش هایی در جهت تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر شروع شده که الان به نتیجه هم رسیده است. این پلاستیک ها قابلیت بازگشت به طبیعت را طی زمانی قابل قبول دارند. این پلاستیک ها هم در دو دسته کلی قرار می گیرند: ?- پلاستیک های متداول حاوی مواد تخریب پذیر ?- پلاستیک های تخریب پذیر ذاتی پلاستیک های متداول حاوی مواد تخریب پذیر آمیزه هایی هستند که در آنها یک ماده تخریب پذیر(مانند نشاسته) به یک پلاستیک متداول (مثل پلی اتیلن) اضافه میشود و تخریب این ماده به افزایش سرعت تخریب پلاستیک کمک می کند. این مواد چند سالی هست که وارد بازار شده اند و با اون که کمک زیادی به کاهش زباله های پلاستیکی کرده اند، اما به دلیل این که اولا در انها از همان پلاستیک های متداول تخریب ناپذیر استفاده شده و دوما استفاده از مقدار زیادی مواد تخریب پذیر در پلاستیک ویژگی ها را تضعیف می کنه، موقعیت چندان محکمی ندارند. پلاستیک های تخریب پذیر ذاتی موادی هستند که به دلیل ساختمان شیمیایی خاصشان به وسیله باکتری ها، آب یا آنزیم ها در طبیعت تخریب می شوند. مهم ترین پلاستیک از این نوع پلی(لاکتیک اسید) هست که از اسید لاکتیک تهیه میشود. پیش بینی میشود این پلاستیک، که خواص بسیار خوبی هم داره، در آینده رقیبی بسیار جدی برای پلاستیک های متداول امروزی به خصوص در صنعت بسته بندی باشد. مشکل بزرگ این مواد، گران بودنشان است که در حال حاضر تحقیقات برای توسعه یک روش ارزان برای تولیدشان ادامه دارد. جالب این که منابع اصلی تولید این پلاستیک طبیعی هستند و از محصولات نفتی برای ساخت آنها استفاده نمی شود. پلاستیک های زیستی اطرافمان انباشته از پلاستیک شده است. هر کاری که انجام می دهیم و هر محصولی را که مصرف می کنیم، از غذایی که می خوریم تا لوازم برقی به نحوی با پلاستیک سرو کار داشته و حداقل در بسته بندی آن از این مواد استفاده شده است. گرچه بسته بندی پلاستیکی با قیمتی نازل امکان حفاظت عالی از محصولات مختلف خصوصاً مواد غذایی را فراهم می کند ولی متاسفانه معضل بزرگ زیست محیطی حاصل از آن گریبانگیر بشریت شده است. اکثر پلاستیک های معمول در بازار از فرآورده های نفتی و ذغال سنگ تولید شده و غیر قابل بازگشت به محیط هستند و تجزیه آنها و برگشت به محیط چند هزار سال طول می کشد. به منظور رفع این مشکل، محققان علوم زیستی در پی تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر از منابع تجدید شونده مثل ریزسازواره ها و گیاهان می باشند. واژه زیست تخریب پذیر یا Biodegradable به معنی موادی است که بسادگی توسط فعالیت موجودات زنده به زیر واحدهای سازنده خود تجزیه شده و بنابراین در محیط باقی نمانند. استانداردهای متعددی برای تعیین زیست تخریب پذیری یک محصول وجود دارد که عمدتاً به تجزیه 60 تا 90 درصد از محصول در مدت دو تا شش ماه محدود می گردد. این استاندارد در کشورهای مختلف متفاوت است. اما دلیل اصلی زیست تخریب پذیر نبودن پلاستیک های معمول، طویل بودن طول مولکول پلیمر و پیوند قوی بین مونومرهای آن بوده که تجزیه آن را توسط موجودات تجزیه کننده با مشکل مواجه می کند. در این بین تولید پلیمرهای زیستی جایگاه خاصی دارند. تولید اینگونه پلیمرها توسط طیف وسیعی از موجودات زنده مثل گیاهان، جانوران و باکتری ها صورت می گیرد. چون این مواد اساس طبیعی دارند، بنابراین توسط سایر موجودات نیز مورد مصرف قرار می گیرند و تجزیه کنندگان از جمله مهم ترین این موجودات زنده در موضوع مورد بحث ما می باشند. برای بهره برداری از این پلیمرها در صنعت دو موضوع باید مورد توجه قرار گیرد: الف) دید محیط زیستی: این مواد باید سریعاً در محیط مورد تجزیه قرار گیرند، بافت خاک را بر هم نزنند و به راحتی با برنامه های مدیریت زباله و بازیافت مواد از محیط خارج شوند. ب) دید صنعتی: این مواد باید خصوصیات مورد انتظار صنعت را از جمله دوام و کارایی را داشته باشند و از همه مهمتر، پس از برابری یا بهبود کیفیت نسبت به مواد معمول، قیمت تمام شده مناسبی داشته باشند. نکته ای که نباید از نظر دور داشت این است که علی رغم قیمت بالاتر تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر، چه بسا قیمت واقعی آنها بسیار کمتر از پلاستیک های سنتی باشد؛ چرا که بهای تخریب محیط زیست و هزینه بازیافت پس از تولید هیچ گاه مورد محاسبه قرار نمی گیرد. تقریباً تمامی پلاستیک‌های معمول در بازار از محصولات پتروشیمی که غیر قابل برگشت به محیط می‌باشند، به دست می‌آیند. راه‌حل جایگزین برای این منظور، بهره‌برداری از باکتری های خاکزی است . باید منتظر بود تا سرانجام شاهد تولید اقتصادی این محصولات دوستدار محیط زیست در آینده‌ای نزدیک بود |
پایداری حرارتی
پایداری حرارتی پلیمرها، تابع فاکتورهای گوناگونی است. از آنجا که مقاومت حرارتی تابعی از انرژی پیوندی است، وقتی دما به حدی برسد که باعث شود پیوندها گسیخته شوند پلیمر از طریق انرژی ارتعاشی شکسته می شود. پس پلیمرهایی که که دارای پیوند ضعیفی هستند در دمای بالا قابل استفاده نیستند و از به کار بردن منومرها و همچنین گروه های عاملی که باعث می شود این پدیده تشدید شود، باید خودداری کرد.البته گروه هایی مانند اتر یا سولفون، نسبت به گروه هایی مانند آلکیل و NH و OH پایدارتر هستند، ولی وارد کردن گروه هایی مانند اتر و سولفون و یا گروه های پایدار دیگر صرفا به خاطر بالا بردن مقاومت حرارتی نیست، بلکه باعث بالا رفتن حلالیت نیز می شوند. تاثیرات متقابلی که بین دو گونه پلیمری وجود دارد، ناشی از تاثیرات متقابل قطبی- قطبی و پیوند هیدروژنی ( 6-10 Kcal/mol ) است که باعث بالا رفتن مقاومت حرارتی در پلیمرها می شوند. این قبیل پلیمرها باید قطبی و دارای عامل هایی باشند که پیوند هیدروژنی را به وجود آورند، مانند پلی ایمیدها و پلی یورتان ها. انرژی رزونانسی که به وضوح در آروماتیک ها به چشم می خورد، مخصوصا در حلقه های هتروسیکل و فنیل ها و کلا پلیمرهایی که استخوان بندی آروماتیکی دارند باعث افزایش مقاومت حرارتی می شوند.در مورد واحدهای تکراری حلقوی، شکستگی یک پیوند در یک حلقه باعث پایین آمدن وزن مولکولی نمی شود و احتمال شکستگی دو پیوند در یک حلقه کم است. پلیمرهای نردبانی یا نیمه نردبانی پایداری حرارتی بالاتری نسبت به پلیمرهای زنجیره باز دارند. بنابراین اتصالات عرضی موجب صلب پلیمرهای خطی می شوند که شامل حلقه های آروماتیک با چند پیوند یگانه مجزا هستند. با توجه به نکاتی که ذکر شد برای تهیه پلمرهای مقاوم حرارتی باید نکات زیر رعایت شوند.
- استفاده از ساختارهایی که شامل قوی ترین پیوندهای شیمیایی هستند. مانند ترکیبات هتروآروماتیک ، آروماتیک اترهاو عدم استفاده از ساختارهایی که دارای پیوند ضعیف می باشند .مانند آلکین-آلیسیکلیک و هیدروکربن های غیر اشباع .
- ساختمان ترکیب باید به گونه ای باشد که به سمت پایدار بودن میل کند، پایداری رزونانسی آن زیاد باشد و بالاخره ساختارهای حلقوی باید طول پیوند عادی داشته باشند، به نحوی که اگر یک پیوند شکسته شد، ساختار اصلی، اتم ها را کنار هم نگه دارد.
لباس فضانوردان
امروزه در زمینه پلیمرهای مقاوم حرارتی پیشرفت های زیادی حاصل شده است. پژوهشگری به نام کارل اسی مارول که یک محقق برجسته در زمینه مقاومت حرارتی پلیمرها است، باعث توسعه تجارتی پلی بنزایمیدازول، با نام تجارتی PBI ، شده است که به شکل الیاف برای تهیه لباس فضانوردان مورد استفاده قرار می گیرد. البته این تنها یکی از موارد کاربردهای متنوع پلیمرهای مقاوم حرارتی در برنامه های فضایی است. بی تردید اگر سالها پژوهش علمی و آزمایش های گوناگون موجب کشف الیاف پلیمری مقاوم برای تهیه لباس فضانوردان نمی شد، هیچ فضانوردی نمی توانست به فضا سفر کند .
طی سال های اخیر گونه های وسیعی از پلیمرهای آروماتیک و آلی فلزی مقاوم در برابر گرما،توسعه و تکامل داده شده اند، که تعداد کمی از آنها به علت قیمت بالای آنها در تجارت قابل قبول نبوده اند. پلیمرهای آروماتیک، به خاطر اسکلت ساختاری صلب، دمای گذار شیشه ای Tg و ویسکوزیته بالا، قابلیت حلالیت کم دارند، بنابراین سخت تر از سایر پلیمرها هستند. در حال حاضر بالاترین حد مقاومت گرمایی از پلیمرهای آلی به دست آمده است، بنابراین در سال های اخیر تاکید روی معرفی تفاوت های ساختاری پلیمرها بوده است. پیوستن گروه های انعطاف پذیر مانند اتر یا سولفون در اسکلت، یک راهکار است. هر چند این اقدامات باعث حلالیت بیشتر،ویسکوزیته کمتر و معمولا پایداری حرارتی کم می شود. نگرش دیگر برای وارد کردن گروه های آروماتیک حلقه ای این است که به صورت عمودی در اسکلت صفحه ای آروماتیک قرار می گیرد. همان طور که در پلی بنزایمیدازول اشاره شد این ساختارها که « کاردو پلیمر» نامیده می شوند معمولا پایداری بالایی دارند، بدون اینکه خواص دمایی آنها از بین برود. وارد کردن اسکلت با گروه های فعال که در اثر گرما موجب افزایش واکنش حلقه ای بین مولکولی می شوند، راهی دیگر برای پیشرفت روند کار است. مهم ترین و پر محصول ترین راه از نقطه نظر توسعه تجارتی، سنتز الیگومرهای آروماتیک یا پلیمرهایی است که با گروه های پایانی فعالی، خاتمه داده شده اند. الیگومرهایی که انتهای آنها فعال شده اند، در دمای نسبتا پایین ذوب می شوند و در انواع حلال ها نیز حل می شوند. هم چنین در موقع حرارت دادن به پلیمرهای شبکه ای پایدار تبدیل می شوند.
مقاومت در برابر حرارت
هنگامی که از پلیمرهای مقاومت حرارتی صحبت می شود باید مقاومت حرارتی آنها را بر حسب زمان و دما تعریف کنیم. افزایش هر کدام از فاکتورهای ذکر شده موجب کاهش طول عمر پلیمر می شود و اگر هر دو فاکتور افزایش یابند طول عمر به صورت لگاریتمی کاهش می یابد. به طور کلی اگر یک پلیمر به عنوان پلیمر مقاوم حرارتی در نظر گرفته می شود، باید به مدت طولانی در 250 درجه سانتی گراد، در زمان های متوسط در 500 درجه سانتی گراد و در کوتاه مدت در دمای 1000 درجه سانتی گراد خواص فیزیکی خود را حفظ کند. به طور دقیق تر یک پلیمر مقاوم حرارتی باید طی 3000 ساعت و در حرارت 177 درجه سانتی گراد، یا طی 1000 ساعت در 260 درجه سانتی گراد،یا طی 1 ساعت در 538 درجه سانتی گراد و یا طی 5 دقیقه در 816 درجه سانتی گراد، خواص فیزیکی خود را از دست ندهد . برخی از شرایط ضروری برای پلیمرهای مقاوم حرارتی، بالا بودن نقطه ذوب ،پایداری در برابر تخریب اکسیداسیونی در دمای بالا ، مقاومت در برابر فرآیندهای حرارتی و واکنش گرمای شیمیایی است. سه روش اصلی برای بالا بردن مقاومت حرارتی پلیمرها وجود دارد.
افزایش بلورینگی، افزایش اتصال عرضی و حذف اتصال های ضعیفی که در اثر حرارت اکسید می شود. افزایش بلورینگی، کاربرد پلیمرها را در دمای بالا محدود می کند. زیرا موجب کاهش حلالیت و اختلال در فرآورش می شود. برقرار کردن اتصال های عرضی در الیگومرها روش مناسبی است و خواص پلیمر را به طور واقعی اما غیر قابل برگشت تغییر می دهد. اتصالاتی که باید حذف شود شامل اتصال های آلکیلی، آلیسیکلی غیر اشباع و هیدروکربن های غیر آروماتیک و پیوند NH است. اما اتصالاتی که مفید است شامل سیستم های آروماتیکی، اتر، سولفون و ایمید و آمیدها هستند. این عوامل پایدار کننده به صورت کل در ساختار پلیمر واقع و موجب پایداری آنها می شوند.
از طرفی ضروری است که پلیمر از قابلیت به کارگیری و امکان فرآورش مناسب برخوردار باشد. پس باید تغییرات ساختاری طوری باشد که حلالیت و فرآورش مناسب تر داشته باشند. برای این منظور باید از واحدهای انعطاف پذیر اتر، سولفون، آلکیل و همچنین از کوپلیمره کردن، و تهیه ساختارهایی با زنجیر نا منظم استفاده کرد. به طور کلی پلیمرهای مقاوم حرارتی به چهار دسته تقسیم می شوند که عبارتند از:
-پلیمرهای تراکم ساده ، مانند پلیمرهایی که از حلقه آروماتیک تشکیل شده اند و با اتصالات تراکمی به یکدیگر متصل هستند.
-پلیمرهای هتروسیکل، یعنی پلیمرهایی که از حلقه های آروماتیک تشکیل شده اند اما از طریق حلقه های هتروسیکل به هم وصل شده اند.
-کوپلیمرهای ترکیبی تراکمی هتروسیکل،یعنی پلیمرهایی که شامل ترکیبی از اتصال های تراکمی ساده و حلقه های هتروسیکل می باشند.
-پلیمرهای نردبانی که شامل دو رشته زنجیر هستند.
پلیمرها، بخش عمده ای از مشتقات نفتی هستند که در انواع مختلف در صنعت پتروشیمی، تولید و در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه استفاده از پلیمرها به اندازه ای رایج شده که می توان گفت بدونِ استفاده از آنها بسیاری از حوایج روزمره ما مختل خواهد شد. مقاله حاضر، پلیمرهای مقاوم حرارتی را مورد مطالعه قرار می دهد که علاوه بر مصارف متعدد، در صنایع هوا- فضا نیز نقش عمده ای ایفا می کنند. هنگامی که ترکیبات آلی در دمای بالا حرارت داده می شوند، به تشکیل ترکیبات آروماتیک تمایل پیدا می کنند. بنابراین می توان نتیجه گرفت که پلیمرهای آروماتیک باید در مقابل دماهای بالا مقاوم باشند. انواع وسیعی از پلیمرها که واحد های تکراری آروماتیک دارند، در سالهای اخیر توسعه و تکامل داده شده اند.
این پلیمرها در صنایع هوا- فضا مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا در برابر دمای زیاد پایداری مطلوبی از خود نشان می دهند. برای این که یک پلیمر در برابر حرارت و در برابر گرما مقاوم تلقی شود، نباید در زیر دمای ??? درجه سانتی گراد تجزیه شود. هم چنین باید خواص مورد نیاز و سودمند خود را تا دماهای نزدیک به دمای تجزیه حفظ کند. این گونه پلیمرها دارای Tg بالا و دمای ذوب بالا هستند. پس می توان گفت پلیمرهای مقاوم حرارتی به پلیمرهایی گفته می شود که در دمای بالا بکار برده می شوند، به طوری که خواص مکانیکی، شیمیایی و ساختاری آنها، با خواص سایر پلیمرها در دماهای پایین متفاوت باشد. پلیمرهای مقاوم حرارتی به طور عمده در صنایع اتومبیل سازی، صنایع هوا- فضا، قطعات الکترونیکی، عایق ها، لوله ها، انواع صافی ها، صنایع آشپزی و خانگی، چسب ها و پوشش سیم های مخصوص مورد استفاده قرار می گیرد. پلیمرهای یاد شده هم به روش آلی و هم به روش معدنی تهیه می شوند. ذکر این نکته مهم است که روش آلی متداول تر و اغلب پژوهش ها توسط دانشمندان پلیمر در این زمینه ها به ثمر رسیده است.
پایداری حرارتی
پایداری حرارتی پلیمرها، تابع فاکتورهای گوناگونی است. از آنجا که مقاومت حرارتی تابعی از انرژی پیوندی است، وقتی دما به حدی برسد که باعث شود پیوندها گسیخته شوند، پلیمر از طریق انرژی ارتعاشی شکسته می شود. پس پلیمرهایی که دارای پیوند ضعیفی هستند در دمای بالا قابل استفاده نیستند و از بکار بردن منومرها و هم چنین گروه های عاملی که باعث می شود این پدیده تشدید شود، باید خودداری کرد.
البته گروه هایی مانند اتر یا سولفون، نسبت به گروه هایی مانند آلکیل و NH و OH پایدارتر هستند، ولی وارد کردن گروه هایی مانند اتروسولفون و یا گروههای پایدار دیگر صرفاً بخاطر بالا بردن مقاومت حرارتی نیست، بلکه باعث بالا رفتن حلالیت نیز می شوند. تاثیرات متقابلی که بین دو گونه پلیمری وجود دارد، ناشی از تاثیرات متقابل قطبی- قطبی، و پیوند هیدروژنی (?-?? Kcal/mol) است که باعث بالا رفتن مقاومت حرارتی در پلیمرها می شوند. این قبیل پلیمرها باید قطبی و دارای عامل هایی باشند که پیوند هیدروژنی را بوجود آورند، مانند: پلی ایمیدها و پلی یورتانها. انرژی رزونانسی که به وضوح در آروماتیک ها به چشم می خورد، مخصوصاً در حلقه های هتروسیکل و فنیلها و کلاً پلیمرهایی که استخوان بندی آروماتیکی دارند باعث افزایش مقاومت حرارتی می شوند.
در مورد واحدهای تکراری حلقوی، شکستگی یک پیوند در یک حلقه باعث پایین آمدن وزن مولکولی نمی شود و احتمال شکستگی دو پیوند در یک حلقه کم است. پلیمرهای نردبانی یا نیمه نردبانی پایداری حرارتی بالاتری نسبت به پلیمرهای زنجیره باز دارند. بنابراین اتصالات عرضی موجب صلب پلیمرهای خطی می شوند که شامل حلقه های آروماتیک با چند پیوند یگانه مجزا هستند. با توجه به نکاتی که ذکر شد برای تهیه پلیمرهای مقاوم حرارتی باید نکات زیر رعایت شوند.
- استفاده از ساختارهایی که شامل قوی ترین پیوند های شیمیایی هستند. مانند ترکیبات هتروآروماتیک، آروماتیک اترها و عدم استفاده از ساختارهایی که دارای پیوند ضعیف مثل آلکیلن- آلیسیکلیک و هیدروکربن های غیر اشباع می باشند.
- ساختمان ترکیب باید به گونه ای باشد که به سمت پایدار بودن میل کند، پایداری رزونانسی آن زیاد باشد و بالاخره ساختارهای حلقوی باید طول پیوند عادی داشته باشند، به نحوی که اگر یک پیوند شکسته شد، ساختار اصلی، اتم ها را کنار هم نگه دارد.
لباس فضا نوردان
امروزه در زمینه پلیمرهای مقاوم حرارتی پیشرفت های زیادی حاصل شده است. پژوهشگری به نام کارل اسی مارول که یک محقق برجسته در زمینه مقاومت حرارتی پلیمرها است، باعث توسعه تجارتی پلی بنزایمیدازول، با نام تجارتی PBI ، شده است که به شکل الیاف برای تهیه لباس فضانوردان مورد استفاده قرار می گیرد. البته این تنها یکی از موارد کاربردهای متنوع پلیمرهای مقاوم حرارتی در برنامه های فضایی است. بی تردید اگر سالها پژوهش علمی و آزمایش های گوناگون موجب کشف الیاف پلیمری مقاوم برای تهیه لباس فضا نوردان نمی شد، هیچ فضا نوردی نمی توانست به فضا سفر کند.
طی سال های اخیر گونه های وسیعی از پلیمرهای آروماتیک و آلی فلزی مقاوم در برابر گرما، توسعه و تکامل داده شده اند، که تعداد کمی از آنها به علت قیمت بالای آنها در تجارت قابل قبول نبوده اند. پلیمرهای آروماتیک، به خاطر اسکلت ساختاری صلب، دمای گذار شیشه ای Tg و ویسکوزیته بالا، قابلیت حلالیت کم دارند، بنابراین سخت تر از سایر پلیمرها هستند. در حال حاضر بالاترین حد مقاومت گرمایی از پلیمرهای آلی بدست آمده است، بنابراین در سال های اخیر تاکید روی معرفی تفاوت های ساختاری پلیمرها بوده است.
پیوستن گروه های انعطاف پذیر مانند اتر یا سولفون در اسکلت، یک راهکار است. هر چند این اقدامات باعث حلالیت بیشتر، ویسکوزیته کمتر و معمولاً پایداری حرارتی کم می شود. نگرش دیگر برای وارد کردن گروههای آروماتیک حلقه ای این است که به صورت عمودی در اسکلت صفحه ای آروماتیک قرار می گیرد. همان طور که در پلی بنزایمیدازول اشاره شد این ساختارها که »کاردو پلیمر« نامیده می شوند معمولاً پایداری بالایی دارند، بدون این که خواص دمایی آنها از بین برود. وارد کردن اسکلت با گروههای فعال که در اثر گرما موجب افزایش واکنش حلقه ای بین مولکولی می شوند، راهی دیگر برای پیشرفت روندکار است.
مهم ترین و پرمحصول ترین راه از نقطه نظر توسعه تجارتی، سنتز الیگومرهای آروماتیک یا پلیمرهایی است که با گروههای پایانی فعالی، خاتمه داده شده اند. الیگومرهایی که انتهای آنها فعال شده اند، در دمای نسبتاً پایین ذوب می شوند و در انواع حلال ها نیز حل می شوند. هم چنین در موقع حرارت دادن به پلیمرهای شبکه ای پایدار تبدیل می شوند.
امروزه سیستمهای کامپیوتری نقش عمده ای در تسریع و ارتقای کیفیت فعالیت های مهندسی از جمله طراحی و ساخت کارخانجات واحدهای تولیدی و راهبری آنها دارند. بطوری که اکنون ارایه خدمات مهندسی خواه در دفاتر طراحی و دفاتر کارفرمایان، و خواه از شرکتی به شرکت دیگر بدون دخالت کامپیوتر در مراحل مختلف برآورد و انجام محاسبات، نقشه کشی، تولید و انتقال مدارک و مدیریت اطلاعات و اسناد، خارج از عرف و تقریباً بی معناست.
از آنجا که این روش موجبات صرفه جویی در وقت و هزینه ها را فراهم می آورد، بطور طبیعی مورد استقبال عمومی مدیران بخش صنعت قرار گرفته است. با روشنتر شدن مزایای بکارگیری کامپیوتر در این امور، و پیدایش کاربردهای جدید برای آن، هر روز افراد بیشتری به استفاده از آن بجای ادامه روشهای سنتی تمایل نشان می دهند.
یکی از کاربردهای موثر کامپیوتر در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، شبیه سازی واحدهای تولیدی بوسیله نرم افزارهای خاص است. این زمینه با توجه به جو رقابتی بازارهای جهانی و نیز حرکت هایی که در زمینه افزایش بهره وری تولید، استفاده هرچه بهتر از منابع، و کاهش هزینه ها مشاهده میشود، طی سالهای اخیر رشد چشمگیری یافته، اما هنوز بسیاری از مزایای این کار شناخته نشده است. در این نوشتار، برخی زمینه های کاربرد نرم افزارهای شبیه سازی با هدف بازخوانی مهمترین مزایای این نرم افزارها بطور خلاصه توضیح داده شده است.
1- مدلسازی و شبیه سازی
منظور از مدلسازی فرایند، توصیف ماهیت سیستم تولید (یعنی موازنه های جرم و انرژی) در قالب معادلات ریاضی است. خصوصیت های اصلی مدلهای خوب، دقیق بودن، کمی بودن و مختصر بودن است. البته مدلهای کم دقت، کیفی، یا مفصل نیز کاربردهای ویژه ای دارند که از بحث عمومی این نوشتار خارج است. این معادلات عموماً غیرخطی و به شکل معادلات جبری، دیفرانسیل یا مخلوطی از این دو هستند. در نرم افزارهای امروزی شبیه سازی، اینگونه مدلها در قالب عملیات مختلف در کتابخانه ای ذخیره شده اند که از کنار هم قرار دادن آنها، مدلی از فرایند ساخته میشود.
شبیه سازی، یعنی بدست آوردن اطلاعات خروجی (بطور مثال مشخصات محصول) از طریق حل مدلهای فوق براساس اطلاعات ورودی (به طور مثال مشخصات خوراک)، در این میان، اطلاعات مربوط به مشخصات دستگاه ها جزیی از مدل بشمار میروند و قسمتی از آنها توسط کاربر به نرم افزار داده میشود.
2- کاربردهای شبیه سازی :
به رغم تعریف ساده فوق، کاربردهای شبیه سازی بسیار متنوع و گوناگون است. در اینجا، این کاربردها در سه قسمت مرور میشوند:
پژوهش و توسعه فرایندها، طراحی فرایند، و راهبری کارخانجات .
الف – کاربردهای شبیه سازی در پژوهش و توسعه فرایندها:
بطور سنتی، پژوهش درباره روشها یا سیستمهای جدید تولید به کمک واحدهای پیشتاز انجام می شده است. اما نظر به هزینه زیاد ساخت و نگهداری این واحدها، از چندین سال پیش، فکر استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی برای کاستن از این هزینه ها مطرح شده است. با بکارگیری این نرم افزارها میتوان گزینه های مختلف خط تولید را بررسی کرد، افزایش ظرفیت واحد را مورد مطالعه قرار داد و در نهایت، واحد پیشتاز را بهینه طراحی کرده و ساخت. از طرف دیگر، بخشهایی از فرآیند را که با شبیه سازی آنها اطلاعات کافی برای طراحی واحد بدست می آید، می توان از واحد پیشتاز حذف کرد.همچنین ازاشتباهات پرخرج در طراحی و ساخت واحدهای پیشتاز پیشگیری کرد.
ب – کاربردهای شبیه سازی در طراحی فرایند:
امروزه به نحو گسترده ای از نرم افزارهای شبیه سازی در طراحی فرایند استفاده میشود. کاربردهای این نرم افزارها در این حوزه از حیث گستردگی کار از محاسبه ساده خصوصیات ترموفیزیکی جریانها یا حتی مواد خالص شروع شده و به طراحی کارخانجات کامل با در نظر گرفتن تاسیسات جانبی، خطوط لوله تامین خوراک، یا انتقال محصول، و بررسی سیستمهای کنترل میرسد. از آنجا که این روش از محاسبات دستی ساده تر، سریعتر و دقیقتر است، با تکرار آن در شرایط مختلف به سهولت و با صرف زمان بسیار کمتری میتوان مجموعه کاملی از عملکرد فرآیند در حالت های مختلف را پیش بینی کرده و از این طریق، ضمن کاهش هزینه های اضافی سرمایه گذاری ثابت (دستگاههای اضافی) و کاستن از هزینه های عملیاتی (مصرف آب، انرژی و …)، قابلیت انعطاف بیشتری را در طرح فرایند بوجود آورده و نقطه بهینه از لحاظ هزینه ها، روانی عملیات، ایمنی، محیط زیست و غیره را بدست آورد.
افزون بر این، از آنجا که طراحی فرایند از طراحی دستگاه ها و تجهیزات مکانیکی، پایپینگ، ابزار دقیق، سیستم های برقی و سازه و ساختمان جدا نیست، از اطلاعات حاصل از شبیه سازی در حالتهای مختلف میتوان برای کمک به طراحی این سیستمها نیز بهره گرفت. نرم افزارهای جدید شبیه سازی از قابلیت اتصال به نرم افزارهای طراحی این سیستم ها و انتقال اطلاعات به آنها بهره مندند.
پ – کاربردهای شبیه سازی در بهره برداری مطلوب از تاسیسات موجود :
در کارخانجات موجود با کمک نرم افزارهای شبیه سازی می توان فرایند تولید را مورد بررسی و ارزیابی موشکافانه قرار داده و از این طریق، بطور کلی عملیات را بهبود بخشید. در صورتی که از نرم افزارهای پیشرفته تر استفاده شود، امکان بهینه سازی در جا براساس شرایط تولید (مانند دمای خوراک و شرایط اقلیمی) نیز وجود دارد.
کاستن از مواد و انرژی مصرفی نیز از جمله مطالعاتی است که میتوان به کمک این نرم افزارها انجام داد. اما یکی از کاربردهای بسیار مهم استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی کشف حداکثر ظرفیتهای تولیدی موجود و قابل استفاده در خط تولید است که گاه بهره گیری از آنها هزینه ای بسیار کم و درآمدی قابل توجه دارد. در همین زمینه میتوان تنگناهای فرایند را نیز شناسایی کرد و به رفع آنها همت گماشت.
یکی از کاربردهای جدید نرم افزارهای شبیه سازی، بررسی صحت عملکرد سیستمهای کنترل موجود و تنظیم مجدد آنها است. این کار به کمک نرم افزارهای شبیه سازی دینامیک انجام میشود. با ظهور نرم افزارهای پیشرفته تر جدید که امکاناتی از قبیل توسعه پذیری، شکل پذیری، اتوماسیون، اتصال به نرم افزارهای دیگر و پایگاه های داده ها، گنجاندن مدلهای نزدیک به واقعیت (موسوم به High-fidelity) در آنها و توانایی های ترسیمی و ارزیابی وسیعی را در اختیار قرار داده اند، نه تنها این کاربردها گسترش بیشتری یافته بلکه استفاده از منافع این کار با سرعت و بازدهی بیشتری نیز همراه شده است.
3- کاربردهای نوین شبیه سازی پیشرفته:
باید دانست که در گذر سالها، با انباشته شدن تجربیات متعدد از شبیه سازی، اعتماد به نتایج شبیه سازی بسیار مستحکمتر شده است بطوری که امروزه کمتر مدیر مطلعی یافت میشود که نه تنها در مورد فواید اصل شبیه سازی که حتی کاربرد آن در موارد حساسی چون کنترل فرآیندها تردید به خود راه دهد. نظر به برخی از کاربردهای پیشرفته نرم افزارهای شبیه سازی این موضوع را بیشتر روشن میکند:
الف – ارتباط با نرم افزارهای دیگر: تبادل اطلاعات با نرم افزارهای دیگر بصورت دوطرفه، توانایی دست ورزی در اطلاعات کتابخانه ای، افزودن مدلهای دلخواه کاربر و اجرای برنامه طبق روش دلخواه کاربر با معماری باز نرم افزارهای امروزی شبیه سازی ممکن شده است. با پدید آمدن فکر CAPE-OPEN این کار شکل جدی تری نیز به خود گرفته و نوید ظهور نرم افزارهایی با قابلیتهای گسترده پذیرش قطعاتی از نرم افزارهای دیگر برای بهینه سازی توانمندیها را میدهد.
ب – استفاده مستقیم در کنترل فرایند: نرم افزارهای نوین از توانایی اتصال مستقیم یا با واسطه به انواع سیستم های کنترل فرایند واقعی برخوردارند و در نتیجه، می توان از آنها برای بهینه سازی لحظه ای عملکرد واحد با تعیین نقاط مقرر بهینه بهره گرفت. معماری باز و توان محاوره با نرم افزارهای دیگر، حتی امکان پیاده سازی الگوریتم های پیشرفته کنترل مانند کنترل مدلی پیشگو (MPC) ، کنترل بهینه، کنترل تطبیقی و نظایر آنها را فراهم میآورد.
پ – آموزش اپراتورها : دقت شبیه سازی دینامیک فرآیندها امروزه چنان است که میتوان از آن برای خلق موقعیتهای نامطلوب یا اضطراری مجازی و آموزش چگونگی مهار آنها به اپراتورها استفاده کرد. نظیر این کار سالها پیش از این در کارهای حساس مانند ناوبری هواپیما و سیستم های دفاعی انجام می شده است. با کاهش هزینه های پیاده سازی این توانایی در صنایع شیمیایی، زمینه های کاربرد آن در این صنایع نیز فراهم آمده است.
ت – تسریع پروژه ها : طراحی کارخانجات فعالیتی گروهی است که با توزیع مناسبتر داده ها و اطلاعات، جلوگیری از دوباره کاری و مدیریت شایسته تغییرات، به طرز چشمگیری شتاب میگیرد. توجه به نیاز واحدهای مختلف مهندسی برای تبادل اطلاعات، لزوم حرکت از سطح سیستمهای سنتی نقشه – محور (بیشتر متکی به نرم افزارهای ساده نقشه کشی مانند AutoCAD) به سطح سیستمهای نوین «داده – محور» را بطور جدی مطرح میکند. از آنجا که در این سیستمهای هوشمند، تمام بخشهای مهندسی و مدیریت پروژه ها به پایگاه مرکزی داده ها دسترسی دارند، پویایی قابل ملاحظهای در انجام پروژه ها به وجود می آید.
افزون براین، اطلاعات طراحی سرمایه ارزشمندی است که پس از پایان طراحی نیز در طول عمر کارخانجات باید مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین، وجه دیگر این کاربرد، ایجاد امکان بهره گیری از اطلاعات طراحی در طول عمر کارخانه برای انواع طراحی، برنامه ریزی تعمیرات و نظایر آنهاست.
نرم افزارهای امروزی شبیه سازی از توان قابل ملاحظه ای برای تبادل اطلاعات با پایگاه های داده ها از طریق پروتکلهای استاندارد برخوردارند و در ضمن مدلهای ساخته شده در آنها را با توجه به بندهای ب و پ بالا میتوان در طول زمان بهره برداری از کارخانجات مورد استفاده قرار داد.
ث – اتصال به سیستم مدیریت : در دوران ما، تولید به کمک کامپیوتر (CIM)، تجارت الکترونیکی، بازرگانی الکترونیکی و سیستم های اطلاعات مدیریت به سرعت در حال رشدند. امروزه سیستم های مدیریت، حسابداری، برنامه ریزی، طراحی، کنترل عملیات و راهبری به دلیل نیاز به نظارت و تنظیم روابط میان تولیدکنندگان، مجاری توزیع فرآورده ها، شبکه های حمل و نقل و خریداران به یکدیگر متصل می شوند.
ازاین طریق، امکان پیش بینی و در نظر گرفتن تقاضای بازار، اجرای سفارشها و ایجاد هماهنگی در تامین مواد اولیه، تخصیص ظرفیت های تولید و برنامه ریزی برای آن و زمانبندی تحویل محصول به وجود می آید که در فضای رقابتی تجارت جهانی امری حساس و فوق العاده مهم ارزیابی می شود. مجدداً، شبیه سازهای امروزی به دلیل توان محاوره با پایگاه های داده ها و معماری باز خود توان مشارکت در این فعالیت مهم را دارند.
بنابراین، شایسته است به جامعه مهندسی شیمی کشور هشدار داده شود که همزمان با تکامل قابلیت های درونی نرم افزارهای شبیه سازی (نکته ای که در کشور ما فوق العاده مورد توجه است)، چگونگی ایجاد ارزش افزوده از مدلها نیز در سطح جهانی اهمیت بسیار یافته است تا آن جا که تحولی اساسی در سنت 50 ساله مهندسی فرایند (آزمایشگاه – افزایش مقیاس – طراحی -- بهینه سازی) بوجود آورده و با توسعه دامنه کاربرد شبیه سازی از مرحله تئوری تا بهره برداری عملی، اصولاً روش انجام کارهای مهندسی از مرحله آزمایشگاه تا طراحی و از آنجا تا راهبری کارخانجات را به طرزی بنیادی و چشمگیر دگرگون کرده است. این روند، بدلیل نیاز به کاهش هزینه های مواد اولیه، سرمایه گذاری ثابت، میزان انرژی مصرفی، مقدار ذخیره سازی مواد، مقدار محصولات نامرغوب و مقدار آلاینده های تولید شده شتاب گرفته است. دراین شرایط، بازنگری اساسی در نحوه نگرش به مقوله شبیه سازی بطور اخص و نرم افزارهای مهندسی به معنای عام و باور به تاثیر نرم افزارهای معتبر و قابل اعتماد در افزایش کارآیی سازمان و تحصیل سهم شایسته از بازار جهانی لازم است
?الف) با استفاده از علم ترمودینامیک میتوان لباسی ساخت که بدن را به موقع سرد یا گرم نماید. برای این کار از PEG یا پلی اتیلن گلیکول CH2-O]n] که گونه‌ای پلیمر است، میتوان در ساخت نوعی پوشاک بهره برد که با بالا رفتن و پایین آمدن دمای محیط، دمای بدن انسان را خود به خود در شرایط مطبوع نگاه دارد.
پارچه‌هایی که به PEG آغشته شده‌اند، بسته به دمای بدن می‌توانند گرما جذب یا آزاد نمایند. هم اکنون این مواد برای تولید لباسهای اسکی، زیرپوشهای گرم و جورابهای بلند به کار میروند.
ویژگیهای غیرعادی این پوشاک ناشی از تغییر ساختار PEG است که با تار و پود پارچه‌ها آمیخته شده است. جرم ملکولی PEG که برای ساخت لباس به کار می‌رود، در حدود 1000 است.
پلیمرهای PEG را میتوان به صورت فنرهای مارپیچی بلند در نظر گرفت که میزان کشیدگی آنها با تغییر دما، تغییر میکند. در دمای اتاق، حلقه‌های مارپیچی پلیمر شل و سست هستند؛ ولی با کاهش دما، تغییر ساختار می‌دهند و شکل فشرده تری به خود می‌گیرند. با بالا رفتن دما، PEG تغییر شکل‌یافته گرما جذب میکند و حلقه‌ها باز میشوند. چنین تغییر شکلی با آزاد شدن گرما همراه است و به جرم ملکولی PEG بستگی دارد.
پژوهشگران امیدوارند از این خاصیت برای تهیه نوعی پوشاک آغشته به PEG استفاده کنند که به محض تماس با پوست بدن، از آن گرما بگیرد و آن را خنک نماید. زمان تولید پوشاک مجهز به این گونه سامانه تهویه خیلی دور نخواهد بود.
توضیح: مواد هوشمند می‌توانند محیط و شرایط اطراف خود را درک نمایند و به آن واکنش نشان دهند. هم اکنون فلزات و کامپوزیتهای هوشمند در موارد بسیاری کاربرد و جایگاه خود را پیدا کرده‌اند. برای مثال امروزه از فلزی به نام نیتینول (ترکیبی از نیکل و تیتانیوم) در ساخت قاب عینکها استفاده میشود که پس از خم شدن، دوباره به شکل اولیه خود بر می‌گردد. یا در آمریکا لباس سربازان به گونه‌ای ساخته میشود که در موقعیتهای گوناگون به صورت هوشمند رفتار می‌کنند؛ چنانچه در فضا مواد شیمیایی پخش شود، مانند ماسک عمل میکند یا در صورت بیهوشی سرباز به او شوک میدهد!
?الف) بیشتر پلیمرها رسانای برق نیستند که ناشی از پیوندهای کوالانسی بین اتمها در زنجیرهای مولکولی است.
رزینها برخلاف پلیمرها که بدون بارند دارای ملکولهای بزرگی می‌باشند که دو سر آنها قطبی و دارای بارهای مخالف است، بنا بر این رزینها چسبندگی خوبی دارند.
رزینهای مبادل یون ذرات جامدی هستند که می‌توانند یونهای نامطلوب محلول را با یونهای خود جایگزین کنند. تفاوت رزینهای مبادل یون با الکترولیتها این است که فقط یکی از دو یون رزین، متحرک و قابل جایگزینی است. برای نمونه یک تعویض‌کننده کاتیونی سولفونیک دارای نقاط آنیونی است که کاتیونهایی مانند +H یا +Na به آن پیوند میشوند. به همین صورت یک تعویض‌کننده آنیونی دارای نقاط کاتیونی غیرمتحرکی است که آنیونهایی مانند -Cl یا -OH به آن پیوند می‌باشند. در اثر جا به جایی یونها، کاتیونهای محلول با کاتیونهای رزین و آنیونهای محلول با آنیونهای رزین تعویض میشوند به گونه‌ای که هم محلول و هم رزین خنثی باقی می‌مانند. در اینجا گونه‌ای تعادل جامد(رزین) مایع(محلول) وجود دارد بدون آنکه جامد در محلول حل شود.
یک رزین برای آنکه یک تعویض‌کننده یونی مفید باشد باید دارای شرایط زیر باشد:
1) خود دارای یون باشد.
2) در آب نامحلول باشد.
3) فضای کافی در شبکه تعویض یونی داشته باشد به طوری که یونها بتوانند به آسانی در شبکه جامد رزین وارد و یا از آن خارج شوند.
رزینها بر حسب عامل تعویض متصل به پایه پلیمری به چهار دسته تقسیم میشوند:
1) رزینهای کاتیونی قوی SAC) Strong acidic Cation)
2) رزینهای کاتیونی ضعیف WAC) Weak acidic Cation)
3) رزینهای آنیونی قوی SBA) Strong basic anion)
4) رزینهای آنیونی ضعیف (WBA) Weak basic anion
رزینهای قوی در بازه بزرگ PH و رزینهای ضعیف در بازه کوچک PH مناسبند. به کارگیری رزینهای ضعیف، سبب صرفه‌جویی در مصرف مواد لازم برای احیا رزین میشود. رزینهای کاتیونی قوی می‌توانند همه کاتیونهای محلول در آب را جذب کنند ولی رزینهای کاتیونی ضعیف قادر به جذب کاتیونهایی هستند که به قلیاییت آب مربوطند.
نوع قوی:
Ca(HCO3)2 OR MgSO4 + 2 ZSO3H --> Ca2+ + 2 H2CO3 OR Mg2+ + H2SO4
نوع ضعیف:
Mg(HCO3)2 OR Ca(HCO3)2 + 2 ZCOOH --> Ca(ZCOO)2 + Mg(ZCOO)2 + 2 H2CO3
مزیت رزینهای کاتیونی ضعیف در مقایسه با رزینهای کاتیونی قوی بازدهی بالای آنهاست، بنا بر این پساب کمتری در احیا رزین تولید میشود. هنگامی که هدف جداسازی همه کاتیونهای آب باشد به کارگیری همزمان رزین کاتیونی قوی و ضعیف اقتصادی‌تر از رزینهای کاتیونی قوی میباشد.
رزینهای آنیونی قوی می‌توانند همه آنیونهای موجود در آب را جذب کنند ولی رزینهای آنیونی ضعیف قادر به جذب آنیون اسیدهای قوی مانند سولفوریک اسید، هیدرو کلریک اسید و نیتریک اسید می‌باشند. رزینهای آنیونی ضعیف مقاومتر از رزینهای آنیونی قوی هستند و به همین دلیل در تصفیه آب، رزینهای آنیونی قوی در پایین‌دست رزینهای آنیونی ضعیف قرار می‌گیرند.
HCl OR H2SiO3 + ZOH --> ZCl OR ZHSiO3 + H2O
HCl OR HNO3 + ZOH --> ZCl OR ZNO3 + H2O
?الف) پاک کننده‌ها
صابون (Soap)
با اینکه همه نمکهای فلزی اسیدهای چرب، صابون هستند، اما تنها نمکهای قلیایی مانند (سدیم و پتاسیم) در آب حل میشوند و خاصیت پاک‌کنندگی دارند. نمکهای فلزهای قلیایی خاکی مانند کلسیم و منیزیم در آب حل نمی‌شوند. از این رو صابون‌های معمولی در آب سخت در مجاور یونهای کلسیم و منیزیم رسوب می‌کنند. به این ترتیب صابون خوب کف نمی‌‌کند و خاصیت پاک کنندگی خود را از دست میدهد.
نمکهای آلومینیوم اسیدهای چرب نیز در آب نامحلول و در روغنها محلول هستند و از آن در چربیهای نرم‌کننده، رنگ، روغن جلا و ضد آب کردن مواد استفاده میشود. نمک اسیدهای فلزهای سنگین مانند کبالت یا مس نیز به عنوان ماده خشک‌کن در رنگهای ساختمانی و جوهر، قارچ کشها و مواد ضد آب استفاده میشود.
کیفیت صابون به نوع چربی روغن بستگی دارد و از خالصترین و بی‌بو ترین آنها باید استفاده کرد. مواد افزودنی دیگری هم در فرمولاسیون صابون وارد میشوند که عبارتند از: مواد ضداکسیدان مانند تری اتانول آمین اولئات، مواد ضد فساد صابون مانند دی سیانو دی آمیدو سدیم سولفانیلات، روغنهای خوشبو و غیره.
پاک کننده‌های سنتزی (Synthetic detergents)
شوینده‌های سنتزی که امروزه بسیار استفاده میشوند، مانند صابون از یک زنجیر هیدرو کربن متصل به نمک یک اسید محلول در آب ساخته شده‌اند. کیفیت پاک‌کننده‌ها به طول زنجیر و نوع هیدروکربن بستگی دارد.
در ساخت این شوینده‌ها از گروههای قطبی مشتق شده از سولفوریک اسید برای جایگزینی کربوکسیلات استفاده می‌گردد که میتوان آلکیل سولفاتها (ROSO3Na)، آلکان سولفوناتها (RSO3Na) و آلکیل آریل سولفوناتها (R-C6H4-SO3Na) و از مهمترین آنها سدیم لوریل (دودسیل) سولفات (C12H25-OSNa) و سدیم دودسیل بنزن سولفونات (C12H25-C6H4-SO3-Na) را که قدرت پاک‌کنندگی بالایی دارند، نام برد. استرها و آمید اسیدهای چرب نیز که از تورین (H2NCH2CH2SO3H) و ایزاتیونیک اسید (HOCH2CH2SO3H) تهیه میشوند، از جمله اولین آنها تلقی میشوند.
از طرف دیگر ممکن است با تغییر بار یون فعال در سطح، گروههای قطبی تغییر و اصلاح شوند. یک مثال بسیار معروف از مواد شوینده کاتیونی (invert soaps)، نمک آمونیوم نوع چهارم به فرمول C16H33N(CH3)Br است.
شامپوها از پاک‌کننده‌های سنتزی آنیونی هستند. بیشتر شامپوها دارای فرمول یکسان سدیم لوریل اتر سولفات و تری اتانول آمین لورین سولفات هستند.
اجزای سازنده شامپو
عامل پاک کننده: سبب جدا شدن ذرات چرک و کاهش چربی از سطح مو میشود که خود شامل 3 دسته مواد فعال سطحی آنیونی (مانند سدیم لوریل اتر سولفات و تری اتانول آمین سولفات)، آمفوتری (مانند بتاتین کوکو آمیدو پروپیل) و غیر یونی هستند.
عامل تقویت کننده کف: مانند بتاتین.
عامل حالت دهنده مو: سبب میشود مو به آسانی شانه شود و هنگام شانه کردن به هوا بلند نشود.
عامل نگهدارنده: عامل نگهدارنده مو را از مواد ضدعفونی کننده و میکروب کش نگه می‌دارد.
عامل صدفی کننده: مانند اتیلن گلیکول که به شامپو حالت و شکل صدفی میدهد.
عامل غلیظ کننده: مانند نمک طعام.
عوامل رنگی:
حنا: حنا خاصیت ضدمیکروبی دارد و برای رفع بیماری پوستی مناسب است.
بانونی: بانونی خاصیت ضدمیکروبی و ضدقارچی دارد و سبب طلایی جلوه دادن مو میشود. همچنین تقویت کننده پوست و مو است.
سدر: سدر برای تقویت مو و دفع شوره سر مناسب است. سدر همچنین ضدعفونی کننده است و مقاومت عفونتهای پوستی را افزایش میدهد.
کتیرا: خاصیت تقویتی برای پوست و مو ندارد و برای غلیظ کردن شامپو به آن افزوده میشود.
?الف) نایلونها یا همان پلی‌آمیدها نوعی پلیمر هستند که مقاوت گرمایی ندارد. به کمک فناوری نانو و تهیه نانوکامپوزیت از آنها میتوان تنها با وارد کردن درصد کمی نانو مواد، مقاومت فیزیکی و گرمایی آنها را افزایش داد. برای بررسی بیشتر در این باره و اطلاع از درجه مقاوت گرمایی، می‌توانید به کتابهای اصول علم مواد مراجعه بفرمایید.
5الف) حامل جوهر خودکار یا روغن کرچک است یا صمغ درخت کاج سفید که رازین نامیده میشود و در آب نامحلول است. البته در جوهر، مقدار حلال روغنی بسیار کم است و تنها نقش حامل دارد ولی در رنگ، حلال روغنی حجم زیادی دارد.
ماده رنگی به کار رفته در ساخت جوهرها، از دسته رنگهای آزو میباشد. (انواع دیگر این رنگها، برای رنگ کردن لباس و مواد غذایی نیز به کار میروند.) برای ساختن یک رنگ آزویک، یک ترکیب آروماتیک شامل یک حلقه بنزنی که یک شاخه NH2 دارد را با نیتریک اسید واکنش می‌دهند. با استفاده از آمینها و فنلهای گوناگون، میتوان رنگهای بسیار متنوعی از زرد، نارنجی، قرمز، آبی و قهوه‌ای را تهیه نمود.
توضیح: مولکول بیشتر رنگینه‌ها از دو بخش ساخته شده است: بخشی که رنگ را به وجود میآورد و بخشی که انحلال‌پذیری و خواص رنگرزی را ایجاد میکند. بخش رنگی مولکول یک یا چند حلقه بنزنی شامل گروههای عاملی زیر است:
C=C , C=S , C=O , NO2 , C=NH , N=N
گروههای عاملی که موجب میشوند مولکول رنگ به الیاف ماده بچسبد عبارتند از:
COOH , -OH , -NH2
6الف) مواد دودزا در شرایط خاصی مقدار معینی غبار یا دود از خود آزاد می‌کنند بدون این که کمترین نوری از خود بتابانند. از این ویژگی این گونه مواد برای استتار و اختفا استفاده میشود؛ همچنین انواع رنگی این مواد برای علامت دادن به کار میروند. مواد دودزا، خود به دو دسته تقسم میشوند: 1) دودزاهایی که در اثر یک واکنش شیمیایی از خود دود تولید می‌کنند. 2) موادی که با رسیدن به دمای تصعید، دود تولید می‌کنند. بیشتر دودزاهای سیاه و سفید از دسته اولند ولی دودزاهای رنگی به دلیل اینکه امکان تولید آنها در واکنشهای شیمیایی نیست و یا تولید آنها زیان‌آور است، در دسته دوم جای دارند. در روش دوم اگر گرمای فراهم‌شده بیش از دمای تصعید باشد، ممکن است با تجزیه یا ذوب ماده دودزا، بخشی از آن هدر برود. بنا بر این، تولید گرما باید از طریق مواد دیگری مهار شود. برای مثال پتاسیم کلرات گرامای زیادی تولید میکند ولی با افزودن جوش شیرین به آن میتوان آهنگ تولید گرما را کاهش داد. یادآوری میشود که از گرما دادن جوش شیرین، آب، کربن دی اکسید و سدیم کربنات به دست می‌آید: 2 NaHCO3 --(heat)--> Na2CO3 + H2O + CO2 برخی از ترکیبهای دودزا: گرد روی، هگزا کلرو اتان و آلومینیم: دود سفید پنتا اکسید فسفر و فسفریک اسید: دود سفید پتاسیم کلرات، نفتالن و زغال: دود سیاه گرد روی، هگزا کلرو اتان و نفتالن: دود خاکستری تترا کلرید سیلیکون و بخار آمونیم: دود خاکستری اورا مین، لاکتوز، پتاسیم کلرات و کریوزیدین: دود زرد اورا مین، لاکتوز، پتاسیم کلرات و آنتیموان سولفید: دود زرد
|
معرفی پلی پروپیلن: الیاف پلی الفین طبق تعریف دارای حداقل 85 درصد نسبت به وزن کل خود،اتیلن پروپیلین ویا الفین دیگری می باشند . پلی پروپیلن وسپس پلی اتیلن با اهمیت کمتر ،مهمترین الیاف الفینی را تشکیل می دهند که به گروه الیاف مصنوعی تعلق دارند. اولین الیاف الفیتی از پلی اتیلن سبک در اواخر دهه 1930در انگلستان تهیه گردیدند که به مصرف پوشش صندلی اتمبیل می رسید . عدم پایداری ابعاد ومقاومت کم در مقابل نور از مشکلات الیاف الفینی اولیه بوده است. در سال 1957پلی اتیلن سنگین برای تولید الیاف بکار گرفته شد. پلی اتیلن سنگین به روش فیلیپس ارگانومتالیک کاتالیست ولید گردید. الیاف حاصل داردی خصوصیات بهتری نسبت به نوع حاصل از پلی اتیلن سبک بودند .این الیاف علاوه بر پوشش مبلمان به مصارف صنعتی مثل طناب وکابل هم می رسیدند . نقطه ذوب پائین (135-130درجه سانتیگراد) وعدم امکان رنگرزی با روشهای معمولی وهمچنین جهندگی کم از مشکلات الیاف پلی اتیلن می باشد که کماکان تا به امروز هم باقی مانده است . الیاف پلی پروپیلن که از طریق پلیمریزاسیون پروپیلن به صورت یک پلیمر خطی تهیه می گردند و به اختصار پ-پ نامیده می شوند بعد از پیدا شدن کاتالیست زیگلرناتا تولید شدند این کاتا لیست تولید پلی پروپیلن ایزو تاکتیک که قادر به متبلور شدن می باشد را امکان پذیر ساخت . این الیاف در سال 1960در ایتالیا با نام تجاری مراکلون به صورت صنعتی تولید شده وبه بازار عرضه گردیدند . خصوصیات پروپیلن باعث رشد سریع آن در سطح بین المللی گردید وبعد از مدتی نسبتاً کوتاه ، پلی پروپیلن توانست از نظر مقدار تولید ، چهارمین مقام را بعد از پلی استر ، نایلون وآکریلیک کسب نماید . عدم امکان رنگررزی الیاف پروپیلن به روشهای متداول برای دیگر الیاف ، باعث جلو گیری از رشد بیشتر این لیف مصنوعی گردیده است. الیاف و نخ های نواری که دو کاربرد پلی پروپیلن را تشکیل می دهند نسبتاً به آسانی به روش ذوب ریسی تهیه می گردند و آسان بودن تولید این نوع الیاف و پائین بودن هزینه تولید استقبال بسیار گستردهای از آن را به همراه داشته است . با بکار گیری مواد بالا برنده مقاومت در مقابل اشعه ماوراء بنفش سعی شده است عیب کم بودن مقاومت پلی پروپیلن در مقابل این اشعه مرتفع گردد. پلی پروپیلن دارای دمای ذوب بالا تر (175-165درجه سانتیگراد)در مقایسه با پلی اتیلن می باشد . از نقطه نظر استحکام ومقاومت در مقابل سایش ،پلی پروپیلن با پلی اتیلن تفاوت زیاد ندارد . همانطور که گفته شد پلی پروپیلن هم مثل پلی اتیلن با روش های معمول قابل رنگرزی نبوده و به روش رنگرز ی توده که در آن قبل از تشکیل الیاف ، به پلیمر مذاب اضافه می شود رنگرزی می گردد . لازم به ذکراست که الیاف الفینی اصلاح شده به روش شیمیایی که قادر به رنگرزی شدن با روشهای معمولی می باشند تولید شده اند . به عنوان مثال پلی پروپیلن حاوی پلی ونیل پیریدین به صورت پخش شده ویا ونیل پیریدین که جزئی ماکرو مولکول را تشکیل می دهد با رنگینه های اسیدی قابل رنگرزی است و به هر حال قیمت تمام شده این نوع الیاف باعث گردیده است که از رنگرزی توده به عنوان مهم ترین روش برای رنگرزی این نوع الیاف استفاده گردد. تولید الیاف پلی پروپیلن ماده اولیه تولید الیاف پلی پروپیلن را پروپیلن(3CH2=CHCH)تشکیل می دهد که به صورت یک تولید جانبی در تولید اتیلن به روش شکستن مولکول نفت درصنعت پتروشیمی شکل می گیرد .گازهای مابع حاوی پروپیلن ، دیگر ماده این منبع را تشکیل می دهند . پلی پروپیلن از پلیمریزاسیون پروپیلن در شرایط دما و فشار نسبتاً ملایم ودر حضور کاتالیست معروف زیگلر – ناتا انجام می شود . وجود این کاتالیست ، پلیمری به صورت ایزوتاکتیک را تشکیل می دهد که قادر به متبلور شدن تا حدود 90 درصد می باشد . دیگر فرمهای آتاکتیک وسیندو تاکتیک پلی پروپیلن دارا ی خواص مناسب جهت تشکیل الیاف نمی باشند . با توجه به شرایط سرد شدن ، ساختار بلورین پلی پروپیلن دو شکل متفاوت پیدا میکند . چنانچه پلی پروپیلن مذاب سریعاً سرد گردد ، ساختار بلورین پایدار که پاراکریستالین و یاسمکتیک نام دارد شکل می گیرد . چنانچه پلی پرو پیلن مذاب به آرامی سرد گردد . ساختار بلورین معروف به منوکلینیک بوجود می آید.حرارت دادن پلی پروپیلن ازنوع پاراکریستالین به بیش از 80 درجه سانتیگراد باعث تغییر ساختار بلورین آن به شگل منوکلینیک می گردد. در الیاف پلی الفینی ،پیوندهای شیمیایی ویونی بین ماکرو مولکول های پلی پروپیلن وجود نداشته ونیرو های بین زنجیره ای به نیرو های واندروالس محدودمی گردند . ازاین رو برای کسب خواص فیزیکی مناسب با وزن مولکولی الیاف پلی الفینی در مقایسه با الیاف دیگر بالاتر انتخاب گردد. با توجه به سرعت تولید و دمای پلیمر مذاب ، سرعت سرد شدن وکشش بعد از تولید ، الیاف پلی پروپیلن ازنظر جهت گیری بلورهای خود نسبت به محور لیف با یکدیگر تفاوت دارند و افزایش سرعت ریسندگی اولیه واعمال کشش بعد از تولید ، جهت گیری بلورها رادر جهت محور لیف افزایش می دهد. پلیمریزاسیون پروپیلن به سه روش امکان پذیر می باشد . در روش تعلیق که یک روش کلاسیک بحساب می آید پروپیلن در یک محیط رقیق کننده که معمولاً یک هیدرو کربن آلیفاتیک می باشد پلیمریزه می گردد مکمل این روش ، پلیمریزاسیون فاز گاز می باشند. در ذوب ریسی پلی پروپیلن ، مشابه دیگر الیاف ترموپلاستیک مثل پلی استر وپلی امید ، وزن مولکولی متوسط ، توزیع وزن مولکولی و همچنین شاخص جریان توده پلیمری مذاب (MFI) وخصوصیات الیاف تولید شده را تحت تأثیر خود قرار می دهند . بطور کلی افزایش وزن مولکولی پلیمر ، افزایش استحکام الیاف تولید شده را به همراه دارد. برای الیاف پلی پروپیلن که به منظور مصرف در صنعت نساجی تولید می گردندوزن مولکولی متوسط و برای الیاف پلی پروپیلن با استحکام زیاد که به عنوان الیاف با کارایی بالا تولید می کردند وزن مولکولی بالا انتخاب می گردد . باتوجه به مربوط بودن شاخص جریان مذاب و وزن مولکولی متوسط به یکدیگر ، شاخص جریان مذاب مناسب درتولید الیاف نساجی 25-15 گرم بر10 دقیقه وبرای الیاف باکارایی بالا 5-3 گرم بر10 دقیقه ذکرشده است. آزمایشات نشان داده است که محدوده کوچکتر توزیع وزن مولکولی پلیمر ، به قابلیت ریسندگی اولیه بهتر ، کمک می نماید . باتوجه به بالابودن وزن مولکولی پلی پروپیلن که افزایش ویسکوزیته توده مذاب در ریسندگی اولیه آنرا به همراه دارد ، دمای پلی پروپیلن مذاب درریسندگی اولیه آنها70 تا120درجه بیش از دمای پلیمربوده ودرمحدوده 230 تا 280 درجه سانتیگراد انتخاب می گردد . شکل زیر ذوب ریسی رابه صورت شماتیک نشان می دهد. دراین روش پلیمربه صورت گرانول از تغذیه کننده (هاپر) وارد مارپیچی ذوب کننده شده بر اثر گرمایش توسط مارپیچی ذوب می گردد . پلیمر مذاب سپس به کمک پمپ تغذیه از طریق ***** به رشته ساز تغذیه شده وپس از خروج از روزنه های رشته ساز تحت تاثیر نیروی کششی قرار می گیرد و با از دست دادن گرما به محیط خود جامد گردیده وسر انجام روی بسته ای پیچیده شده ویا آنکه به صورت مداوم به بخشی دیگر از خط تولید نهایی تغذیه می گردد . از آنجایی که پلی پرو پلین دارای گرمای ویژه بالا (KJ/Kg-K2-6/1) وضریب هدایتی کم (J/m.s.k3/0-1/0) می باشد ، لذا طول منطقه سرد کننده بعد از رشته ساز در مقایسه با الیافی مثل نایلون ویا پلی استر ، باید طویل تر انتخاب گردد . به همین ترتیب سرعت های تولید بالاتر به منطقه سرد کننده طویل تری احتیاج دارند . از این رو ، طول ستون ریسندگی ممکن است به 10متر برسد . با توجه به پائین بودن دمای ترانزیسیون ثانویه الیاف الفینی از دمای اطاق ، تبلور الیاف نه تنها در سرد شدن در ستون ریسندگی اولیه شکل می گیرد بلکه این فرآیند ممکن است بعداً هم روی بوبین ادامه پیدا می کند بنابراین شرایط انجماد در ستون ریسندگی و همچنین شرایط نگهداری بوبین پس از تولید ، تبلور الیاف الفینی را تحت تأثیر خود قرار می دهند تعداد روزنه های رشته سازهای تولید کننده نخهای فیلامنتی ممکن است با توجه فیلامنت های مورد احتیاج بین 150- 10 متغیر میباشد رشته سازهایی که برای تولید الیاف به منظور بریده شدن و مورد استفاده قرار گرفتن به صورت کوتاه ( استیپل) به کار گرفته میشوند ممکن است تا 20000 روزنه داشته باشند . با توجه به سرعت تولید ، الیاف تولید شده ممکن است تا 6 برابر طول اولیه خود کشیده شوند تا خواص مکانیکی مطلوب را بدست آورند . درجه کشش قابل کسب برای پلی پروپیلن پاراکریستالین بیشتر از پلی پروپیلن منو کلینیک می باشد واین تفارت به مکانیک تغییر شکل مختلف برای ساختار منو کلینیک پاراکریستالین ربط داده شده است . پدیده های فیزیکی مهم در ذوب ریسی را می توان به صورت زیر خلاصه نمود: -رفتار توده مذاب از نقطه نظر رئولوژی -کاهش قطر جریان در روزنه رشته ساز -سرمایش جریان -تبلور وتشکیل ساختار لیف با اعمال کشش به الیاف بعد از ریسندگی اولیه ، نظم داخلی آنها افزایش یافته وتبلور بیشتری شکل می گیرد . با توجه به دمای تبدیل شیشه ای پائین این نوع الیاف ، کشش آنها با سرعت کم به مقدار 3تا8 برابر بدون گرمایش امکان پذیر است. کشش الیاف بدون گرمایش به کشش سرد معروف است.برای افزایش سرعت کشش ،الیاف پلی پروپیلن حرارت داده می شوند .کشش همراه با گرمایش به کشش گرم معروف است.ساختار جدید بعد از کشش ، معمولاً با سرد نمودن الیاف پایدار می گردد. الیاف پلی پروپیلن با توجه به قیمت ارزانتر انها نسبت به الیاف دیگر برای طیف گسترده ای از کاربرد ها مورد استفاده قرار گرفته اند .به عنوان مثال ،نخ کفپوش های از نوع تافتینگ،نخ خامه قالی ، الیاف کفپوشهای نمدی ،کاربردهای نساحی الیاف پلی پروپیلن را تشکیل می دهند.کاربردهای صنعتی پلی پروپیلن را طناب، منسوجات کشاورزی و***** ، منسوجات عمرانی (کاربرد در عمران)گونی ،توری وموارد دیگری تشکیل می دهند . برای کاربردهای صنعتی هم از الیاف پلی اتیلن استفاده می شود . سبک بودن پلی اتیلن وپلی پروپیلن از آب وهمچنین عدم جذب آب توسط این الیاف ودر نتیحه عدم تغییر در خواص مکانیکی انها بر اثر تماس با رطوبت از خصوصیات بارز این دو نوع لیف در مقایسه با الیاف دیگر است. الیاف الفینی علاوه بر داشتن نهایت خاصیت آبگریزی ،در مقابل تعداد زیادی از اسیدهای غیر آلی ، بازها وحلال های آلی در دمای اطاق مقاوم باشند . این خواص تا حدودی به وزن مولکولی بسیار بالای این الیاف مربوط می گردد. سولفوریک ونیتریک اسید وهمچنین دیگر اسیدهای قوی در دماهای بالا قادر به تخریب پلی الفین ها می باشند.پلی پروپیلن معمولی که به بازار عرضه می گردد دارای مقدار زیادی مواد افزودنی می باشد .نمونه هایی از این مواد که به منظور امکان پذیر ساختن تولید پلی پروپیلن به ان اضافه می گردند به قرار زیر است : ضد اسید مواد ضد اسید مثل کلسیم ویا سدیم استئارت نقش خنثی سازی بقایای کاتالیست مورد استفاده قرار گرفته در مرحله پلیمریزاسیون را به عهده دارند.در غیر اینصورت امکان تشکیل اسید وجود دارد که می تواند مشکلاتی مثل اثر سوء بر دستگاههای تبدیل را به همراه داشته باشد. ضد اکسیداسیون مواد ضد اکسیداسیون به عنوان محافظت از پلیمر در مقابل شکسته شدن ماکرومولکول در حین تولید و بعد از آن مورد استفاده قرار می گیرند.فنل با ممانعت فضایی نمونه ای از مواد ضد دی اکسیداسیون (آنتی اکسیدان )می باشد . لازم به ذکر است که علیرغم به همراه داشتن این مواد افزودنی ،پلی پروپیلن به عنوان اصلاح شده در نظر گرفته نمی شود. علیرغم مزایای چشمگیر ، الیاف پلی پروپیلن دارای سه مشکل عمده در رابطه با کاربرد خود بصورت زیر می باشند : الف : دمای ذوب نسبتاً پائین: تفاوت زیاد بین دمای ذوب الیاف پلی پروپیلن و دیگر الیاف مثل پلی استر و پلی آمید ، کاربرد وسیعتر پلی پروپیلن را محدود ساخته است . ب : تخریب بر اثر اکسیداسیون وجود پیوند C-H نوع سوم د رپلی پروپیلن تخریب آنرا بر اثر اکسیداسیون شدت می بخشد . گرما ونور به عنوان یک کاتالیست برای واکنش اکسیداسیون عمل می نماید . از این رو ، مقاومت کم الیاف پلی پروپیلن معمولی در مقابل نور و گرما ، عیب بزرگی برای آنها بشمار می آید . جذب اکسیژن توسط این پلیمر ، باعث شکستن ماکرومولکول و در نتیجه کاهش درجه پلیمریزاسیون بر اثر تشکیل هیدروپراکسیدها در دمای بالا می باشد . به همین علت ، در پلیمریزاسیون آن از مواد ضد اکسید کننده استفاده می شود. از نقطه نظر تخریب بر اثر گرما ، پلی پروپیلن به علت دارا بودن کربن نوع سوم در معرض خطر بیشتر نسبت به پلی اتیلن قرار دارد . نور خورشید هم از طریق مکانیزم فتواکسیداسیون با اثری مشابه گرما باعث تخریب پلی الفین ها می گردد . بخش ماورای بنفش نور خورشید نقش عمده ای در تخریب به عهده دارد . الیاف ظریف سریعتر از الیاف ضخیم تحت تأثیر نور خورشید قرار می گیرند . ج : عدم امکان رنگرزی با روشها متداول برای دیگر الیاف همان طور که قبلاً گفته شد با توجه با عدم وجود گروههای قطبی در پلی پروپیلن ، این لیف بدون اصلاح شدن قادر به قبول تعداد زیادی از رنگینه های مختلف نبوده و رنگرزی نوع معمولی آن امروزه به کمک رنگرزی توده انجام می شود . برای کاهش کمبودهای پلی پروپیلن سعی شده است که این نوع لیف ترموپلاستیک با توجه به هدف خاص اصلاح گردد . این اصلاح ممکن است که خواص دیگری را نیز تحت تأثیر خود قرار دهد . اصلاحات برای بهبود و حتی کسب خصوصیات دیگر ممکن است از طریق اصلاح شیمیایی پلیمر و یا اصلاح فیزیکی در مرحله تولید و یا بعد از آن انجام شود. | |
 |
