هموپلیمر وینیل استات، دسته ای از رزین های امولسیونی پایه آب است که جایگاه ویژه ای در خانواده رزین ها دارد. در مقالات قبلی با کاربرد پلیمر ها و انواع آن آشنا شدیم. در این فرصت قصد داریم به معرفی انواع رزین های تولید شده در شرکت آبنیل شیمی بپردازیم. آیا می دانید هموپلیمرهای وینیل استات کجاها مورد استفاده قرار می گیرند؟ مکانیسم ساخت شیمیایی این دسته از پلیمر ها چگونه است؟ برای آشنایی بیشتر با این دسته از رزین های و پاسخ این سوالها ما را همراهی کنید.
امولسیون چیست؟ به ترکیب دو مایع یا بیشتر که معمولا غیر قابل ترکیب با یکدیگر هستند، امولسیون گویند، بسته به آن که کدام مایع فاز پیوسته و کدام مایع فاز پراکنده را بسازد امولسیون های مختلفی وجود دارد (به طور مثال آب و روغن).
همو پلیمر چیست؟ محصول واکنش پلیمریزاسیون بین مونومرهای هم نام باعث ساخت هموپلیمر می شود.
نمونه امولسیون
کاربرد وینیل استات در صنایع مختلف
خانواده وینیل:
وینیل(vinyl) یا اتِنیل (Ethenyl) با فرمول −CH=CH2 گروه عاملی است که به صورت یک مولکول اتیلن که یک اتم هیدروژن از آن جدا شده باشد. به عبارتی گروه وینیل از جمله گروه های عاملی آلکنیل است و یک اسکلت کربنی، کربن های هیبرید شده sp2- یا وینیلیک دارد. نمونه معروف و پر کاربرد این ترکیبات، پلی وینیل الکل و پلی وینیل استات است. ترکیبات وینیلی به راحتی با کمک یک آغازگر یا کاتالیست می توانند پلیمریزه شوند. در این پلیمر ها (وینیل ها) باند یا پیوند دوگانه مونومر وینیلی به پیوند یگانه تبدیل و مونومر های دیگر به این پیوند یگانه متصل می شوند. پس از اتمام واکنش نباید گروه های وینیلی آزاد در ترکیب بماند زیرا که سمی است و سبب کاهش عملکرد نهایی خواهد شد.
واکنش پذیری ترکیبات وینیلی:
این ترکیبات از گروه آلکن ها هستند. پس اگر با یک گروه مجاور فعال شود، قطبیت در نتیجه واکنش پذیری هم افزایش یافته به اصطلاح وینیلژوس ( vinylogous) می شود. ترکیبات وینیلی شامل گروه وینیل هیدروکربن هستند. مولکول های این ترکیبات به تنهایی هم قابلیت پلیمریزه شدن را دارند. جایگاه اتصال آن ها انتها به انتها (دم به دم) است که به ترکیبی مانند هموپلیمر وینیل استات منتهی می شود.
ترکیبات حاوی گروه وینیلی، بسیار مفید و پر کاربرد هستند.آن ها را در ساخت فیلم های پلاستیکی، ورق سازی، کاشی کف، وسایل پلاستیکی غیر قابل انعطاف و با دوام، دکمه، اجسام اکسترود شده و قالب گیری شده مورد استفاده قرار می گیرند، همچنین تولید الیاف منسوجات، عایق سیم ها، لوله سازی به خصوص در مباحث شیمیایی برای جایگزینی با لاستیک و ترکیبات رنگی پایه آب و آهار منسوجات می توان بکاربرد. تعدادی از اعضای خانواده وینیل ها عبارتند از:
پلی وینیل استات، پلی وینیل الکل، وینیل کلرید، پلی ونیل بوتیرال، پلی وینیل فرمال، وینیل استئارات، وینیل پروپانوآت، پلی وینیل استرات
ویژگی های ظاهری مونومر وینیل استات:
این مونومر(VAM) خنثی، بی مزه، بی رنگ با بوی تیز و آزار دهنده است و تا حدودوی در آب حل می شود. همچنین به عنوان حلال برای تمیز کردن پلی وینیل الکل خشک شده و بسیاری از رنگهای امولسیونی نیز استفاده می شود. مونور وینیل استات دارای خواص زیر است: وزن مولکولی 09/86 گرم بر مول، نقطه جوش حدود 71 درجه سانتی گراد، وزن مخصوص 934 کیلوگرم در متر مکعب و ضریب شکست در دمای 20 درجه سانتی گراد برابر با 1/395
حلالیت: به خاطر پارامتر حلالیت آن ، در حلال های آلی مانند استرها، کتون ها، آروماتیک ها، هیدروکربن های هالوژن شده، کربوکسیلیک اسید ها و... حل می شود. الکل هایی مانند اتیل، پروپیل و بوتیل که حاوی 5 تا 10 درصد آب، پلی وینیل استات را حل می کنند. بوتیل الکل یا زایلن هر دو که باعث تورم این پلیمر در دمای محیط می شوند و در دمای بالا آن را حل می کنند. اما در الکل های سبک(مانند متانول)، گلایکول، آب و مایعات غیر قطبی مانند اترها، کربن دی سولفید ها، آلیفاتیک هیدروکربن ها، روغن ها و چربی ها نا محلول اند. بر خلاف مونومرهایی مانند استایرن، وینیل استات دارای میزان قابل توجهی از حلالیت در آب است که منجر به رفتار منحصر به فرد پلیمریزاسیون می شود. از نظر انبارداری، وینیل استات باید از منابع احتراق دور نگه داشته شود. این باید در یک محیط سرد و دور از گرما بخصوص نور مستقیم، مواد اکسید کننده و مواد شیمیایی تولید کننده رادیکال آزاد نگهداری شود تا از پلیمریزاسیون سریع کنترل نشده جلوگیری شود.
سنتز منومر وینیل استات:
وینیل استات به شیوه صنعتی از واکنش استیلن با استیک اسید یا با اکسیداسیون اتیلن بدست می آید. ابتدا امرتولید صنعتی، واکنش در فاز مایع یا بخار انجام می گرفت؛ اما در حال حاضر روش مایع منسوخ شده است. در آماده سازی فاز مایع معمولا، استیلن از درون جریان متلاطمی از استیک اسید سرد و استیک انیدرید حاوی سولفات جیوه عبور می کند. فرآیند به صورت in situ انجام می شود و در نهایت محصول این فرآیندبه عنوان کاتالیز جدا خواهد شد. به خاطر گرایش اتیل دی ان دی استات به تشکیل در دمای بالا، تلاش بر جداسازی سریع وینیل استات از مخزن واکنش به محض ساخت است.
سنتز مونور وینیل استات در صنایع بالا دست
سنتز ونیل استات
در یک سیستم معمول مخزن واکنش در دمای 75 الی 80 درجه سانتی گراد است و بخارات وینیل استات تولید شده در کندانسور با دمای 72- 74 تا جداشدن استیلن اضافی(مقدار اضافی استیلن) گردش خواهد کرد. این گردش از تقطیر اجزا با دمای جوش بالاتر جلوگیری می کند، اما به وینیل استات و استیلن اجازه عبور می دهد. وینیل استات با خنک کردن جدا و استیلن بازیافت می شود.
سنتز فاز بخار با انتقال مخلوطی از استیلن و اسید استیک از طریق لوله واکنش در 210-215 درجه سانتی گراد انجام شود. کاتالیزورهای معمول برای این واکنش سنتز مونومر وینیل استات عبارتند از کادمیوم استات ، روی استات و روی سیلیکات. مونومر محصول در هر یک از مراحل یاد شده با تقطیر خالص می شود. بازدارنده هایی مانند مس رزینات، دی فنیل آمین یا هیدروکینون را قبل از حمل و نقل به مونومر خالص شده می افزوده تا از واکنش اتفاقی حین انتقال جلوگیری کنند و قبل از پلیمریزاسیون حذف و جداسازی می شوند. مونومر یک مایع شیرین است که تا حدی محلول در آب است.
وینیل الکل:
نام آیوپاک این پلیمر، پلی-(1-هیدروکسی اتیلن) است. برعکس اکثر پلیمر ها از فرآیند پلیمریزاسیون مونومر های سازنده خود به وجود نمی آید. مونومر های وینیل الکل ضعیف هستند و در نتیجه از جایگزینی گروه استات در وینیل استات با گروه های هیدروکسیل تهیه می شود. یکی از روش های تهیه پلی وینیل الکل از واکنش برگشت پذیر استریفیکاسیون پلی وینیل استات است .پلی وینیل الکل تجاری دارای گرانروی و مقدار گروه های استیل متفاوتی هستند. پلی وینیل الکل معمولا به دو دسته کلی هیدرولیز کامل و هیدرولیز جزئی تقسیم می شود.
خواص پلی وینیل الکل:
این پلیمر آمورف(بی شکل) است. با اینکه اتاکتیک است ذراتش به حدی کوچک است که توانایی قرار گیری در شبکه را دارند بدون اینکه آن را مختل کنند. پلی وینیل الکل در حالت خشک پایدار، بدون بو، غیر سمی و به خاطر قابلیت تجزیه بیولوژیکی، دوستدار محیط زیست است. حضور گروه هیدروکسیل باعث ایجاد ویژگی هایی در این ماده می شود . اولین اثر آن ایجاد خاصیت هیدروفیلیک است. در نتیجه بسته به میزان درجه هیدرولیز شدگی و دما بیشتر یا کمتر در آب قابل انحلال است. از پلی وینیل الکل می توان برای ساخت فیلم و پوشش هایی استفاده کرد که دارای قدرت کششی و انعطاف پذیری بالا هستند و در برابر نفوذ اکسیژن ، دی اکسید کربن و دیگر بخارها مقاومند پلی وینیل الکل در آب سردو گرم محلول است. وینیل الکل به شکل آزاد موجود نیست بنابراین پلی (الکل وینیل) به واسطه الکل سازی یک پلی (وینیل استر) و در عمل پلی (وینیل استات) مورد استفاده قرار می گیرد.
پودر پلی وینیل الکل
از آنجا که قطبیتش بالا است، پلی وینیل الکل در برابر هیدروکربن ها مانند بنزین بسیار مقاوم است. پلی وینیل الکل در حلالهای بسیار قطبی مثل آب، دی متیل سولفوکساید، استامید، دی اتیلنتریآمین و گلیکول حل می شود و در اتانول نیز انحلال پذیری کمی دارد. البته میزان و قابلیت انحلال در آب تابع درجه پلیمریزاسیون و مقدار هیدرولیز شدن پلی وینیل الکل است. به طور کلی هر چه درجه هیدرولیز بیشتر باشد، دمای ذوب بیشتر، حلالیت کمتر، وزن مولکولی و مقاومت در برابر آب نیز بیشتر خواهد بود. پلی وینیل الکل تجاری دارای وزن مولکولی 20000-13000 می باشند. در شرایط قلیایی ترکیبات حاوی بُرن مانند بوریک اسید یا براکس باعث شبکه ای شدن پلی وینیل الکل شده و ایجاد چسبندگی و انعقاد لحظه ای (ناگهانی) می کند و برای اسباب بازی ها مانند خمیر اسلایم و خمیرهای ژله ای استفاده دارد.
کاربرد پلی وینیل الکل:
از پلی وینیل الکل با درجه هیدرولیز بالا در چسب های مقاوم در برابر آب و برای ساخت بسته بندی های محلول در آب در نمک های حمام، سفید کننده ها، حشره کش ها و ضد عفونی کننده ها استفاده می شود.پلی وینیل الکل زیست تخریب پذیر است در زمانی کمی تجزیه می شود در نتیجه این ماده به عنوان گزینه مناسبی برای بسته بندی های یکبار مصرف می باشد.دیگر کاربرد آن در آهار یا فینیش نساجی و پوشش سطوح کاغذی است. همین طور به عنوان پیوند دهنده و تغلیظ کننده در پوشش هاکاربرد دارد. پلی وینیل الکل همین طور ماده خام برای دیگر مشتقات است.این ماده همچنین یک کمک فرآیند و اصلاح کننده خوب در ساخت دیگر مواد است. مانند عنوان یک عامل فعال کننده سطح، معلق سازی ذرات به عنوان یک عامل کلویید کننده و محافظ، به عنوان چسب، اتصال دهنده (بیندر)، آهار کاغذ، پوشش کاغذ، آهار منسوجات سرامیک، و در لوازم آرایشی مورد کاربرد است.
نتیجه گیری:
همانطور که مشاهده کردید در این مقاله به معرفی هموپلیمر وینیل استات و خانواده آن پرداختیم، ضمن اینکه در مورد نحوه سنتز، ویژگی، کاربرد آنها نیز صحبت ها شد. به دلیل گسترده بودن این بحث ترجیح دادیم معرفی هموپلیمر وینیل استات را دو بخش خدمت علاقمندان ارئه دهیم پس منتظر بخش دوم این مقاله باشید.
درباره نویسنده 
