پدیده خودترمیم‌شوندگی در مواد الاستومری
الاستومرها و لاستیک‌ها نقش مهمی در فناوری‌های مدرن دارند و به عنوان یکی از ترکیبات اصلی در ساخت لاستیک‌های خودرو (تایر)، واشرها، کفش، سیستمهای میرا، لوازم الکترونیکی و حسگرهای با قابلیت کشسان مورد استفاده قرار می گیرند. الاستومرهای خام از طریق فرآیند ولکانیزاسیون شبکه‌ای و یا به اصطلاح پخت می‌شوند.
پخت الاستومرها سبب ایجاد ویژگی‌های عالی نظیر چقرمگی بالا، حذف و یا کاهش صدا و ارتعاش، پایداری شیمیایی و حرارتی در آنها می‌شود. الاستومرهای پخت شده به دلیل ایجاد شبکه‌های پلیمری دائمی از طریق پیوندهای عرضی کووالانسی قابلیت فرآورش، تغییرشکل یا بازیابی مجدد را ندارند.
با توسعه اقتصادی صنایع لاستیک ایجاد قابلیت بازیابی و فرآیندپذیری مجدد ضایعات الاستومری از اهمیت بالایی برخوردار شده است که می‌تواند موجب کاهش اثرات منفی زیست محیطی آن شود. در حال حاضر، سالانه حدود 1000 میلیون تایر ضایعاتی تولید می‌شود که 80 درصد آن با فرآیند آسیاب مکانیکی یا پیرولیز بازیافت می‌شوند، و بقیه یا سوزانده می‌شوند و یا دور ریخته می‌شوند که تهدیدی جدی برای اکوسیستم و محیط زیست بشمار می رود.
حل این مشکل از دو‌طریق قابل دستیابی است:
- ایجاد قابلیت فرآورش مجدد در لاستیک¬های پیوند عرضی شده
- بهبود طول عمر آن ها با ایجاد خاصیت خودترمیمی
ایجاد خاصیت خودترمیمی در مواد لاستیکی راه حل بهتری برای غلبه بر این مشکل است، زیرا لاستیک آسیب دیده نیازی به تعویض و قالب گیری مجدد یا فرآورش مجدد ندارد. در سالهای اخیر، تلاش قابل توجه جامعه پژوهشی برای توسعه لاستیک‌های خودترمیم شونده، امید جدیدی را برای غلبه بر مسائل فنی و زیست‌محیطی مرتبط با ضایعات لاستیکی ایجاد کرده است. خاصیت خودترمیمی لاستیک عمر مفید آن را بهبود می بخشد و در نتیجه ضایعات لاستیکی را کاهش می‌دهد. هنگامی که آسیب دیدگی یا ترکی در لاستیک خودترمیم‌شونده ایجاد شود، ترک به صورت خودبه‌خودی یا با اعمال محرکی خارجی ترمیم می شود. بنابراین، نیازی به تعویض مجدد لاستیک نیست.
بررسی ها نشان می دهد اکثر ضایعات لاستیک از کاربرد آن در تایر و صنعت خودرو ایجاد می‌شوند. الاستومرهای برپایه دی اولفین مزدوج مانند پلی بوتادین(PBR) ، لاستیک استایرن - بوتادین (SBR)، لاستیک پلی ایزوپرن (IR) (لاستیک طبیعی، NR)، لاستیک بوتیل (IIR)، لاستیک نیتریل بوتادین (NBR) و لاستیک کلروپرن (CR) به طور گسترده در تایر، لوله و سایر کاربردهای خودرو استفاده می‌شود. بنابراین، بررسی سیستم های خودترمیمی مبتنی بر PBR، SBR، NR، IIR، NBR و CR از آنجا که به طراحی محصولات مبتنی بر لاستیک با خواص خودترمیمی جالب و قابلیت فرآورش مجدد کمک می‌کند، از اهمیت بالایی برخوردار است.
مطالعات انجام شده در زمینه الاستومرهای خودترمیم شونده نشان می‌دهد خاصیت خودترمیمی با دو مکانیسم اصلی ترمیم ذاتی یا غیر خودبخودی (پیوندهای برگشت پذیر) و ترمیم غیرذاتی یا خودبخودی (رها سازی عوامل ترمیم در ماتریس پلیمر) قابل دستیابی می‌باشند. طبقه‌بندی مواد براساس نوع مکانیسم درگیر، از نوع سنتی آن برای تعیین کمیتهای فیزیکی متفاوت است. در علم شیمی، ویژگی‌های ذاتی به خواصی گفته می‌شوند که مستقل از اندازه، شکل و کمیتهایی مانند چگالی، ضریب شکست و ... است؛ در حالیکه ویژگی‌های غیرذاتی به خواصی گفته می‌شود که وابسته‌اند مانند وزن و حجم. استفاده از این اصطلاحات با وجود اعتبار گسترده و کاربرد وسیع در زمینه خودترمیم‌شوندگی با محدودیت هایی همراه است. از اینرو براساس مکانیسم خودترمیمی و تاریخ پیشرفت این مواد می توان طبقه‌بندی جدیدی داشت و این مواد را به چهار نسل تقسیم کرد:
نسل اول) اگرچه این اولین مکانیسم منتشر شده نبود اما نسل اول مواد خود ترمیم شونده مبتنی بر مکانیسمهای غیرذاتی بود و از عوامل ترمیم‌کننده خارجی به‌صورت کپسوله‌شده استفاده می‌شدند. نقطه ضعف این دسته از مواد ترمیم‌شونده این بود که تنها یک دوره خودترمیم‌شوندگی را انجام می‌دادند.
نسل دوم) به منظور غلبه بر این نقطه ضعف نسل دوم مواد خودترمیم‌شونده براساس مکانیسم ذاتی به کمک شیمی پیوندهای برگشت‌پذیر بوجود آمد. با این حال قابلیت خودترمیمی و عملکرد مکانیکی مواد در مقابل هم قرار دارند با کاهش عملکرد یکی، دیگری افزایش می‌یابد. روش ذاتی در تمامی انواع پلیمرها و به ویژه در الاستومرها مورد مطالعه قرارگرفته است.
نسل سوم) مواد خودترمیم شونده پلیمری با الهام از طبیعت با توسعه سیستمهای غیرذاتی از طریق محدودکردن عوامل ترمیم در شبکه‌های آوندی ایجاد شد. این سیستمها به طور گسترده در مواد ترموست مورد مطالعه قرار گرفتند در حالیکه در مواد الاستومری کمتر استفاده شده‌اند. این روش تاکنون به صورت معدود در مورد مواد و ترکیبات سیلیکونی انجام شده است.
نسل چهارم) این نسل از مواد ترمیم‌شونده به سرعت در حال رشد است. این نسل به منظور غلبه بر معایب روشهای قبلی ایجاد شده است. هدف از ایجاد این نسل ایجاد پلیمری با خواص مکانیکی عالی و راندمان ترمیم بالا در طی چندین دوره آسیبی است که به آن وارد می‌شود. عملکرد این دسته از مواد ترکیبی از مکانیسمهای مختلف پیشین است.
نویسنده: مهناز شاه زمانی - عضو هیأت علمی جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان
نظر شما :