پلي وينيل الكل

چكيده
پلي وينيل الكل به شماره ثبت [۹۰۰۲-۸۹-۵] اولين بار از طريق افزودن آلكيل به محلول شفاف الكلي پلي وينيل استات، كشف شد. كه پلي وينيل الكل به رنگ عاجي بدست آمد. پلي وينيل الكل PVA يك پليمر پلي هيدروكسي است كه بيشترين حجم توليد رزين مصنوعي، از نوع محلول در آب است كه در جهان توليد مي شود. PVA به صورت تجارتي از هيدروليز پلي وينيل استات توليد يم شودو. زيرا وينيل الكل منومر، نمي تواند با درجه خلوص و هيدروليز بالا تبديل به پلي وينيل الكل شود. پايداري شيميايي و خواص فيزيكي بسيار خوب رزينهاي PVA، كاربرد آن را در مصارف صنعتي زير موجب شده است. عمده ترين كاربردهاي PVA در آهارزني منسوجات، چسبها، تهيه كلوئيدهاي محافظ براي پليمريزاسيون امولسيوني، تهيه الياف و

تهيه پلي وينيل بوتيرات و آهارزني كاغذ مي باشد. و همچنين مصرف عمده PVA در تهيه افزودنيهاي بتوني و اتصالات سيماني در ساخت ساختمان ها، در ساختمان آفت كش ها علف كش ها و كودهاي شيميايي مي باشد و در مقدار كمتري از موارد فوق بعنوان امولسفاير (امولسيون ساز) در موارد آرايشي، پوششهاي محافظ موقت، بالا بردن چسبندگي خاك براي جلوكيري از فرسايش خاك و در كاغذ عكاسي كاربرد فراواني دارد.

مقدمه
پلي وينيل الكلي اولين بار توسط (Berg, Havhnel, Hermann) در سال ۱۹۳۲ ساخته شد و از واكنش مبادله استر بدست آمد پس از پيشرفت غيرمنتظره اي كه در سال ۱۹۳۸ بوسيله (Tomanasi, Yazawa, Sakurada) در توليد فيبرهاي استاليزه مقاوم به آب بدست آمد. يك سرمايه گذاري اقتصادي بزرگ بويژه در ژاپن براي توليد فيبر، انجام گرفت. از آن زمان به بعدت كاربردهاي بسيار فراوان نظير آهارزني الياف، روكش ها، چسبها و كالاها قالبگيري شده، گسترش پيدا كرد. در حال حاضر حدوداً ۰۰۰/۵۰۰ تن در سال در كل جهان براي كاربردها PVA مصرف مي شود.

ماده شروع كننده براي توليد پلي وينيل الكل (PVA)، منومر وينيل الكل كه بصورت استالدئيد توتومري وجود دارد نيست. بلكه پلي وينيل استات است كه به PVA هيدروليز مي شود. واژه هيدروليز در اين مفهوم اندكي گمراه كننده است زيرا پلي وينيل استات آكادگي واكنش در حضور آب و توليد PVA را ندارد.
اگرچه PVA بصورت تجارتي از هيدروليز پلي وينيل استات توليد مي شود. اما راههاي متنوع ديگري در آزمايشگاهها مطالعه شوند. مثل:
۱) هيدروليز پلي وينيل استر بغير از PVA، پلي وينيل فرمات، پلي وينيل پروپيونات، بوتيرات يا پلي وينيل بتروآت.
۲) هيدروليز پلي وينيل اتر، پلي وينيل بنزيل اتر، پلي وينيل بوتيل يا پلي وينيل تري متيل سيليل اتر.
۳) هيدروليزيك پليمر از تركيبات دي وينيل اكسالات، دي وينيل مالونات يا دي وينيل سوكسينات.

۴) پليمريزاسيون مستقيم استالدئيد به PVA.
انواع زيايد از PVA تجارتي موجود مي باشد. خواص پاي اين گونه‌هاي PVA بستگي به درجه پلميريزاسيون و درصد هيدروليز آنها دارد. خواص PVA نظير مقاومت در برابر آب، قدرت كشش مقاومت در برابر پارگي در برابر حلال با افزايش درصد هيدروليز افزايش مي يابد. اما انعطاف پذيري، خواص چسبندگي و توانايي تفرق كاهش مي يابد. بالا رفتن وزن مولكولي (يا درجه پلميريزاسيون) منجر به افزايش ويسكوزيته محلول، قدرت كشش، توانايي تفرق، انعطاف پذيري و مقاومت در برابر پارگي مي شود. درحاليكه درصد هيدرو.ليز به راحتي مي تواند در خلال

واكنش هيدروليز كنترل شود. درجه پليمريزاسيون PVA به ميزان زيادي بستگي به شرايط پليمريزاسيون پلي وينيل استات دارد. معمولاً درجه پليمريزاسيون هنگام هيدروليز PVAC به PVA كاهش مي يابد. اين مسئله ناشي از شكستن شاخه هاي فرعي بيم PVA و حلقه هاي استر مي باشد. اين مسئله يعني وجود تعداد زيادي از شاخه هاي فرعي در گرئه استوكسي متيل PVAC بصورت شايعي ديده مي شود.

در اين پايان نامه سعي نموده ايم كه با معرفي خواص گوناگون پلي وينيل الكل، كاربردهاي فراوان و اهميت اقتصادي اين ماده شيميايي را مطالعه نماييم. و سپس يك طرح توليد صنعتي اين ماده را ارائه نماييم. با اميد به اينكه روزي اين طرح جامع عمل به خود بگيرد.
۱) پليمرهاي پلي وينيل الكل VINYL ALCOHOL POLYMERS (PVA)

پلي وينيل الكل PVA يك پليمر پلي هيدروكسي است كه بيشترين حجم توليد رزين مصنوعي، از نوع محلول در آب است كه در جهان توليد مي شود. PVA به صورت تجارتي از هيدروليز پلي وينيل استات توليد مي شود. زيرا وينيل الكل منومر، نمي تواند با درجه خلوص و هيدروليز بالا تبديل به پلي وينيل الكل شود.

پلي وينيل الكل به شماره ثبت [۹۰۰۲-۸۹-۵] اولين بار از طريق افزودن آلكيل به محلول شفاف الكلي پلي وينيل استات، كشف شد. كه پلي وينيل الكل به رنگ عاجي بدست آمد. يك روش تهيه مشابه ديگر با مطالعه بر روي تغيير شكل برگشت پذير پلي وينيل استات از راه استري نمودن و صابوني سازي انجان شد. اولين گزارشهاي علمي از پلي وينيل الكل در سال ۱۹۲۷ انتشار يافت. پايداري شيميايي و خواص فيزيكي بسيار خوب رزينهاي PVA، كاربرد آن را در مصارف صنعتي زير موجب شده است. اين پليمر يك چسبنده بسيار خوب و داراي خواص

حلاليت، روانسازي و مقاومت در برابر چربي مي باشد كه نظير خواص آن را در تعداد كمي از پليمرهاي ديگر وجود دارد. ورقه هاي نازك پلي وينيل الكل (فيلم نازك پلي وينيل الكل) تحت شرايط خشك و بدون رطوبت مقاومت فوق العاده اي نسبت به پلميرهاي ديگر در برابر كشش و پادياري خوبي در برابر سايش و توان مقاومت بالايي در برابر اكسيژن خود نشان مي دهد. همچنين كشش سطحي پايين پليمر PVA خواص كلوئيدي و امولسيون سازي بسيار خوبي را فراهم مي كند.

عموده ترين كاربردهاي PVA در آهارزني منسوجات، چسبها، تهيه كلوئيدهاي محافظ براي پليمريزاسيون امولسيوني، تهيه الياف و نهيه پلي وينيل بوتيرات و آهارزني كاغذ مي باشد، و همچنين مصرف عمده PVA در تهيه افزودنيهاي بتوني و اتصالات سيماني در ساخت ساختمان‌ها، در ساختمان آفت كش ها علف‌كش ها و كودهاي شيميايي مي باشد و در مقدار كمتري از موارد فوق بعنوان امولسيفاير (امولسيون ساز) در موارد آرايشي، پوششهاي محافظ موقت، بالا بردن چسبندگي خاك براي جلوكيري از فرسايش خاك و در كاغذ عكاسي كاربرد فراواني دارد.

۱-۱) خواص فيزيكي Physical Properties
خواص فيزيكي پلي وينيل الكل به روش آن بستگي دارد. خواص نهائي پلي وينيل الكل به نحوه پليمريزاسيون پلي وينيل استات اوليه و هيدروليز آن نحوه خشك كردن و دانه بندي آن وابسته است.

در واقع پلي وينيل الكل را مي توان يك كوپليمر كه از منومرهاي وينيل استات و وينيل الكل تشكيل شده است، درنظر گرفت.
(شكل ۱) تأثير هيدروليز و جرم مولكولي را بر خواص اين پليمر نشان داده است. جرم هاي مولكول متفاوت پلي وينيل الكل و درصد هيدروليز آن خواص گوناگوني را به اين پليمر مي دهد. و در (شكل ۱) مشاهده مي كنيم كه با افزايش و كاهش درصد هيدروليز و جرم مولكولي اين پليمر خواص آن چگونه تغيير مي كند.

شكل ۱: تأثير جرم مولكولي و درصد هيدروليز روي خواص پلي وينيل الكل
۱-۱-۱) نقطه ذوب و تبلور Grystallization and Melting Point

توانايي بلور شدن PVA، تنها خاصيت بسيار مهم فيزيكي اين پليمر است كه مي تواند مقدار حلاليت آن در آب، قدرت كشش، مقاومت آن در برابر اكسيژن و خواص ترموپلاستيك آن را كنترل نمايد به همين دليل اين خاصيت بعنوان يمك نقطه مركزي و اصلي مورد توجه محققينت دانشگاهي و صنعتي قرار گرفته است. ]۵۰-۹[
درجه تبلور اين پليمر را مي توان با پرتو “X” اندازه گيري نمود كه با دانسيته و حلاليت آن رابطه مستقيمي دارد. (شكل ۲)

شكل ۲: نمدار درجه كريستاليزاسيون و توزيع وزني پلي وينيل الكل كه در درجه پليمريزاسيون ها (DP) به اينگونه است ۳۰۴= (DP? . (708=(DP?=،
(۱۲۸۸= (DP O، (۲۳۱۷= DPTM) و (۴۵۷۰ = DP x)

اندازه كريستالها، تقطه ذوب را تعيين مي كنند. اندازه نقطة ذوب پلي وينيل الكلي كه كاملاً هيدروليز شده است بين ۲۲۰ و ۲۶۷ درجه سانتيگراد است. ]۵۵-۵۱[.
تعيين دقيق نقطه ذوب كريستال ها از روش معمومي dra، بدليل تجزيه شدن كريستال ها در دماي بالاي ۱۴۰ درجه سانتيگراد، كار مشكلي است. در واقع گزارشهاي مختلف و متفاوت در مورد نقطه ذوب PVA، بدليل تجزيه شدن و ماهيت اوليه آن، يعني ماده اوليه‌اي كه PVA از آن ساخته شده است بستگي دارد.

نقطه ذوب پليمر وينيل الكل را يم توان بهمراه يك رقيق كننده مناسب يا يك كومنومر كه كمتر تحت تأثير دما قرار بگيرد، بدست آورد و سپس نقطه ذوب PVA كاملاً هيدروليز شده را با مقايسه مقادير اندازه گيري شده، در حالت بدون رقيق كننده محاسبه نمود. كه با اين روش نقطه ذوب مطمئن تري بدست مي ايد، مقطه ذوب تعيين شده به روش فوق براي PVA تجارتي كه بيش از ۹۹ درصد آن هيدروليز شده است. در حدود ۲۵۵ تا ۲۶۷ درجه سانتيگراد تعيين شده است. تقطه ذوب PVA در فشار پايين را با اين فرض كه هيچ واحدي از كومنومر متبلور مشده باشد تعيين شده و در شباهت اول، به نظر مي رسد كه اين واحدهاي وينيل استات هستند كه بطور اتفاقي توزيع شده اند. البته اين فرض معمولاً براي PVA تجارتي بكار نيم رود. مقادير پيش بيني شده گرماي واكنش (تركيب) و نقطه ذوب كه از طريق اين روش بدست مي آيد. به روش توليد و مقدار توده حاصل بستگي زيادي دارد (شكل ۳).