مقاله بررسی پلی كربنات ترمو پلاستیك آروماتیك بر پایه بیس فنول A در 90 صفحه ورد قابل ویرایش
قیمت فایل فقط 13,000 تومان
مقاله بررسی پلی كربنات ترمو پلاستیك آروماتیك بر پایه بیس فنول A در 90 صفحه ورد قابل ویرایش
- مقدمه
مصرف پلیمرهای پلی كربنات، پلیمرهای كه با گروه –O-C-O- بهم متصل هستند، از ز مان گزارشات اولیه بسیار رشد كرده است Report 1969) (PEP . تضمین رشد آینده این صنعت با افزایش شركتهای جدید به 6 تولید كننده سابق این ماده نشان داده شده است رشد تكنولوژی، شامل افزایش گریدهای با كاربرد خاص، امكان رقابت پلی كربناتها را در مصارف مختلف فراهم كرده است.
پلی كربناتها در بین پلیمرهای مختلف از لحاظ پایداری ابعادی مقاومت ضربه و شفافیت بسیار برجسته میباشند. مقاومت در برابر شعله آن خوب بوده و توسط بهبود دهندههایی بهتر شده تا گرید خاصی تولید شود. با وجود اینكه پلیمرهای دیگر و فلزات در تعدادی از خواص بتنهایی بهتر از پلی كربنات میباشد، اما نیاز به تركیبی از خواص مختلف باعث میشود كه پلی كربنات بعنوان تنها امكان انتخاب شود. از سوی دیگر كمی مقاومت در برابر حلالها یك اشكال عمده در بسیاری از كاربردها میباشد. بطور كلی پلی كربناتها در تمامی رشتههای مهندسی پلاستیك رقابت میكنند، كه از مصارف عمده آن میتوان به شیشهها، علامات و روشنایی اشاره كرد.
این گزارش تكنولوژی، هزینه و بازار پلی كربناتها را كه از سه روش فسژنیزاسیون محلولی فسژنیزاسیون بین سطحی و ترانس استریفیكاسیون تهیه میشوند را ارائه میكند. 2 نوع از دو روش اول و یك نوع از روش سوم ارائه خواهد شد. همچنین نحوه تولید گرید مقام در برابر شعله و اكستروژن دوباره پلیمر برای تولید گریدهای خاص بیان خواهد شد.
این تحقیق به پلی كربنات ترمو پلاستیك آروماتیك بر پایه بیس فنول A محدود است، كه مهمترین مزیت پلی كربنات از نقطه نظر تجاری میباشند. در PEP گزارش 50، كوپلیمرها فقط با توجه به بیس فنول A و بیس فنول A هالوژنه و یا مقدار كمی از عوامل سه گروهی شاخهای در نظر گرفته شده است بدلیل عرضه تجاری گریدهای خاصی، میبایستی هم كوپلیمرها و آلیاژها را در نظر گرفت، كوپلیمرهایی كه تجاری نیستند و همچنین آلیاژهایی كه پلی كربنات جزء كم هستند در نظر گرفته نمیشوند.
این گزارش هیچگونه آنالیزی در مورد پلیمرهای فوم ، پلیمرهای تقویت شده با الیاف و افزودنیهایی ضد شعله كه موضوع PEPهای مختلف هستند را ارائه نمیكند. مواد اولیه خام بیس فنول A . فسژن و تترابروموبیس فنول A (TBBPA) موضوع PEP شماره 81 میباشند. منابع اطلاعاتی ، پتنتها، جزوات و مقالات مربوطه از سال 1976 میباشد.
2- خلاصه
بعد از 7 سال افزایش سالیانه 20% مصرف در ایالات متحده آمریكا، بیش از 60% در سال 1973 افزایش یافت. افزایش در سال 1974 با توجه به منحنیهای مقدماتی برابر %10 بود كه احتمالاً كمتر از مقدار واقعی آن میباشد. با ظرفیت جدید تولید، میانگین افزایش تولید سالیانه 20% یك پیشبینی قابل قبول برای كلیه محلهای تولید مانند اروپای غربی، ایالات متحده و ژاپن میباشد. مصرف به میزان تجارت بود و همچنین به كمبود محصولات رقابتی بستگی خواهد داشت. تولید آن با كمبود مواد اولیه ممكن است محدود شود.
بعد از 15 سال از تجاری شدن پلی كربنات، ظرفیت كلی جهان كمتر از 500 میلیون پوند بر سال میباشد.
از نقطه نظر رقابتی، تجارت توسط بایر، توابع آن موبای و جنرال الكتریك كنترل میشود. یك سرمایه كلان در فروش و سرویس تكنیكی نیاز میباشد تا این حكمفرمایی شكسته شود. جنرال الكتریك 75 میلیون دلار فقط در مت ورنون و ایندین فاسیلیتی (Indian facilities) سرمایهگذاری كرده است. میزان تولید، تولید كنندگان عمده در اوایل 1973 بصورت زیر میباشد:
میلیون پوند بر سال هزار تن بر سال
بایر 220 100
جنرال الكتریك 150 68
موبای 18 40
یكی از مهمترین چیزهای مورد نیاز تعدد گریدهای مختلف میباشد. گریدهای جدید خواص زیادی از جمله مقاومت در برابر شعله، مقاومت در برابر آسیب، مقاومت در برابر اشعهuv ، تركیب سفتی و مقاومت ضربه، مناسب بودن برای قالبگیری چرخشی و همچنین مناسب بودن برای فومهای ساختاری را دارا هستند. رشد عمده اخیراً در تهیه شیشه، Lighting و علامات میباشد. بعنوان شیشه نشكن پلی كربناتها به موقعیت رزینهای آكریلیك نفوذ كردهاند روم و هاس در حل ورود به بازار شیشههای پلی كربنات از طریق خرید دستگاههای ورقسازی و تجارب از شركت رولند (Rowland) یك شركت كوچك كه رقابت در این بازار حساس به سرمایه را مشكل میدانست میباشند. روم و هاس امروزه تولید كننده پلیمر پلی كربنات نمیباشند مهارت و سرمایه مورد نیاز و همچنین بازار پلی كربنات بیان كننده آنست كه فقط در كشورهایی پیشرفته استفاده خواهند شد.
نفوذ پلی كربناتها به بازار سنتی پلیمرهای دیگر و فلزات، با افزایش تولید و در نتیجه كاهش قیمت آنها بیشتر میشود. در سال اخیر این روند قیمت بدلیل افزایش تورم برعكس شده است. حداقل قیمت در ایالات متحده 98 سنت بر پوند در مقایسه با 75 سنت بر پوند و قیمت تجاری اولیه میباشد. با این وجود، نفوذ در بازار بدلیل تأثیر تورم بر اجناس رقابتی همچنان ادامه دارد.
تولید كنندگان سه روش عمده برای تولید پلی كربنات بكار میبرند: فسژنیزاسیون محلولی، فسژنیزاسیون بین سطحی و ترانس استریفیكاسیون. فقط كسر كمی از تولید كل توسط ترانس استریفیكاسیون میباشد و مقدار عمده تولید از طریق فسژنیزاسیون بین سطحی میباشد. اما تفكیك دقیق در میزان آن از مقالات مشخص نمیباشد. كلیه این روشها به انضمام دو متغیر و یك روش بر ای گرید مقاوم در برابر شعله در این گزارش نوشته شده است.
فسژنیزاسیون محلولی شامل واكنش بیس فنول A با فسژن در حضور پیریدین بعنوان گیرنده اسید ] تا محصول جانبی اسید كلریدریك تولید كند[ و p-t بوتیل فنول (PTBP) بعنوان اختتام دهنده زنجیربا متیلن كلراید بعنوان حلال میشود. یك پلیمر واحد تكراری تولید میشود كه انتهای زنجیر با گروههای p-t بوتیل فنیل اختتام یافته است. پلیمر باز یافت شده، اكسترود میشود و بصور ت چیپهایی بریده میشود فسژنیزاسیون محلولی بصورت تجاری توسط جنرال الكتریك استفاده میشود.
در فسژنیزاسیون بین سطحی، یك فاز Caustic آبی اسید هیدروكلریك را جذب كرده و از پریدین استفاده نمیشود. تری اتیل آمین این واكنش را سرعت میبخشد.
فسژنیزاسیون بین سطحی بصورت تجاری توسط شركتهای بایره موبای و تولید كنندگان ژاپنی استفاده میشود.
توانس استریفیكاسیون واكنش بین دی فنیل كربنات با بیس فنول A در دمای بالا (elevated) میباشد. ملكولهای پلیمری كه از این طریق تولید میشود با گروههای فنیل خاتمه مییابند. ترانس استریفیكاسیون بصورت تجاری توسط شركت بایر و شركتهای تحت لیسانس آن استفاده میشود.
جدول 2-1 ارزیابی ما را از تولید گریدهای تزریق پلی كربنات نشان میدهند در فسژنیزاسیون محلولی پیوسته (ستون اول جدول) از یكسری راكتور همزن دار استفاده میشود. هزینهها بالاتر از فسژنیزاسیون بین سطحی توسط راكتورهای مشابه (ستون دوم) میباشد. كه یكی از دلایل آن میتواند بدلیل نیاز به بازیافت پیریدین باشد.
در روش راكتور پیوسته (ستون سوم) فسژنیزاسیون بین سطحی در یك راكتور tubular كه بعد از آن راكتورهای ناپیوسته (Batch) همزندار وجود دارد انجام میشود. هزینههای نشان داده شده بیشتر از هزینههای فسژنیزاسیون بین سطحی با استفاده از راكتورهای پیوسته همزندار (ستون دوم) میباشد. این امر بدلیل زمان طولانیتر واكنش – همانطور كه در پتنت نشان داده شده است- میباشد. علی ایحال هیچگونه اطلاعات كینتیكی دقیقی وجود ندارد. راكتور پیوسته توسط ایدمیتسو (Idemitsu)ابداع گردید. اما طراحی پروسس ما برابر با محاسبات اقتصادی ایدمیتسو نمیباشد.
فسژنیزاسیون محلولی ناپیوسته (ستون چهارم) برای مقایسه با فسژنیزاسیون محلولی
پیوسته (ستون اول) نوشته شده است. هزینههای سیستم ناپیوسته بدلیل نیاز به فضای بیشتر برای راكتور و Surge، 20 میلیون پوند در سال بیشتر میباشد. اما اختلافات بطور نسبی كم میباشد. زیرا تغییر محصولات در سیستم ناپیوسته سادهتر است. و چنین سیستمی در صورت نیاز به تولید گریدهای مختلف در یك مجتمع ترجیح داده میشود. در عین حال موقعیت اقتصادی سیستم ناپیوسته با كاهش ظرفیت تولید بهتر میشود.
با وجود اینكه مقایسهها برای گرید تزریق میباشد، اما پروسسهای بحث شده تا با اینجا برای تولید تمام گریدهای پلی كربنات مناسب میباشند. ترانس استریفیكاسیون برای تولید گریدهای ویسكوز مناسب نمیباشد، بنابراین ارزیابی آن بر اساس نصف ظرفیت گرید تزریق انجام میشود. همانطور كه در جدول نشان داده شده است (ستون پنجم) حتی با وجود ظرفیت كم، حداقل هزینه استهلاك را دارد. و در نتیجه هزینه تولید بسیار مناسبی در مقیاس برابر را خواهد داشت، متاسفانه كیفیت محصول تولید شده توسط روش ترانس استریفیكاسیون كمتر از روشهای دیگر میباشد.
با وجود اینكه پلی كربناتها ذاتاً در برابر سوختن مقاوم هستند ، اما گریدهای خاص مقاوم در برابر شعله كه حاوی هالوژنها و احتمالاً عناصر دیگر میباشند عرضه شدهاند. ما هیچگونه اطلاعات دقیق در مورد تركیبهای تجاری نداریم. ستون ششم جدول یك ارزیابی از پلی كربنات مقاوم در برابر شعله حاوی 5% وزنی برم ( از طریق تترابرموبیس فنول A) را نشان میدهد. پلیمر در این مورد از طریق فسژنیزاسیون محلولی پیوسته تولید شده است. در نتیجه ستون ششم میبایستی با ستون اول مقایسه شود. كل هزینه مواد برای گرید مقاوم در برابر شعله شامل 3/3 سنت بر پوند از گرید تزریق بیشتر است. با مقایسه، هزینه استهلاك برای گرید مقاوم در برابر شعله (شامل 3 سنت بر پوند هزینه فروش و تحقیق بیشتر از حالت عادی) 20 سنت بر پوند بیشتر باشد.
بجای استفاده از امكانات ویژهای برای تولید گرید مقاوم در برابر شعله، میتوان مستر بچ هایی حاوی مقدار زیاد برم ساخت. سپس این مستر بچ را میتوان با گریدهای استاندارد آلیاژ كرد و دوباره آنها را اكسترود نمود. ستون آخر هزینه اضافی مورد نیاز برای آلیاژسازی و اكستروژن دوباره را نشان میدهد. اشكال شامل قیمت رزین و افزودنیها نمیشوند.
در كلیه پروسسهایی كه ارزیابی شد، (بجز ترانس استریفیكاسیون) پلیمر در یك نقطه بصورت پودر میباشد. در نتیجه افزود نیها را میتوان قبل از اكستروژن با آن آلیاژ كرد. حتی در این موارد، توانایی تولید مستر بچهایی برای تقاضاهای متغیر بازار مطلوب است. ستون آخر همچنین برای چنین اهدافی نیز قابل اعمال میباشد.
بیشترین مقدار تولید پلی كربنات از روش فسژنیزاسیون بین سطحی میباشد كه ارزانتر از فسژنیزاسیون محلولی با پیریدین بعنوان گیرنده اسید میباشد. جنرال الكتریك در ابتدا روش دوم را شروع كرد. اما بتدریج از آهك بعنوان گیرنده اسید برای توسعه استفاده نمود، با وجود عدم ارزیابی این روش، اما انتظار میرود كه هزینهها قابل رقابت با فسژنیزاسیون بین سطحی باشد زیرا نیازی به بازیافت پیریدین نیست.
هزینه تولید پلی كربنات عموماً به هزینه مواد علی الخصوص به هزینه بیس فنول A بستگی دارد .
- آنالیز و مقایسه پروسه
مزایا و معایب گزارش شده فرایندهای مختلف پلی كربناتها ، مانند نیاز به دمای بالا و یا جداسازی حلال، زمانی مؤثر هستند كه روی هزینه كل تأثیر گذار باشند. این بحث روی هزینه، كیفیت و نیازهای غیرضروری فرآیند در روشهای مختلف تأكید خواهد داشت.
فرآیند ترانس استریفیكاسیون كمترین پتانسیل را برای تولید پلی كربنات با كیفیت خوب دارد. انتهای زنجیرهای پلیمر گروههای فنیل قرار دارند كه به اندازه پاراترشیاری بوتیل فنیل (PTBP) پایدار نیستند. باقیمانده كاتالیست با وجود غیرفعال شدن، جدا نمیشود. در این روش فرآیند مذاب، از حلال استفاده نشده و در نتیجه گریدهای اكستروژن و ریختهگری حلالی (Solvent Casting) را بدلیل ویسكوزیته بالا نمیتوان تولید كرد. نهایتاً هر گونه منومر و الیگومر باقیمانده درون محصول مانده و یك خطر جدی برای مواد خوراكی، در صورت تماس با آنها، بشمار میآید. زیرا از جدایش توسط حلال نمیتوان استفاده كرد.
با توجه به هزینه فرآیند ترانس استریفیكاسیون ارزان ترین فرآیند تولید پلیمر با گرید تزریق میباشد. بدلیل عدم توانایی این روش برای تولید تمامی گریدها، حجم تولید در بازار از طریق این روش كمتر از روشهای دیگر میباشد. در نتیجه مسائل اقتصادی برای مقیاس بزرگتر بسته به شرایط ممكن است منجر به انتخاب روشهای دیگر شود.
پلیمر با كیفیت بالا در تمام گریدها را بایستی یا از روش فسژنیزاسیون محلولی و یا فسژنیزاسیون حلالی تهیه كرد. مشكلات مربوط به خالصسازی در این دو روش تفاوت دارند: اما خلوص كافی را میتوان با طراحی مناسب بدست آورد. برای مثال جدا كردن پیریدین مورد استفاده در فرآیند محلولی بسیار سختتر از تری اتیلی آمین مورد استفاده در فرآیند بین سطحی میباشد هر كدام تركیب جز پایداری پلیمر را كم كرده و در بعضی از مصارف خطرناك خواهد بود.
قلیا مورد استفاده در فرآیند بین سطحی میتواند بطور مؤثری منومر را بزداید، اما شستشوی اسیدی مورد نیاز برای زدایش پیریدین در فرآیند محلولی، حلال خوب برای تركیبات فنولیك نمیباشد. بهرحال ، رسوب و دوباره خمیر كردن برای زدایش تركیبات فنولیك در روش دوم بایستی به دفعات كافی انجام شود. این آنالیز بدون اطلاعات مقایسهای انجام میشود. و امكان این وجود دارد كه با یك روش نتوان بصورت عملی به كیفیتی برابر با روش دیگر در بعضی از گریدها رسید.
بر طبق پیش بینی، هزینه، فرآیند محلولی بدلیل پیچیدگی بازیافت پیریدن هزینه برتر از روش بین سطحی میباشد. این نتیجهگیری فقط در صورتیكه از مواد ارزان در سیستم محلولی بدون آب استفاده شود میتواند اشتباه باشد. انتخاب مواد تركیبی بدون استفاده از اطلاعات احتمالاً متغیرترین مرحله در این محاسبات خواهد بود. مشكل عمده خوردگی در حین تولید نمیباشد بلكه آلودگی محصول توسط آثار خوردگی بوده چه در حین عملیات عادی تولید میشود و چه در حین توقف سیستم.
فسژنیزاسیون محلولی در ابتدا توسط جنرال الكتریك مورد توجه قرار گرفت. اما طرحهای اصلی توسعه جنرال الكتریك تا به امروز آشكار نشده است پیشنهاداتی در پتنتهای جنرال الكتریك وجود دارد كه در فرآیندی بجای پیریدین از یك پذیرنده اسید جامد، مانند آهك استفاده شود. بدلیل حذف بازیافت پیریدین، هزینه چنین فرآیندی، میتواند با روش بین سطحی رقابت كند. اما مشكل انتقال و كار با ماده جامد هزینه كم آنرا جبران میكند.
كلیه طراحیهایی موجود، بجز ترانس استریفیكاسیون، شامل بازیافت پلیمر از محلول توسط رسوب با ضد حلال می شود. در این روش امكان تولید پلیمر با بالاترین كیفیت، بدلیل حذف منومرها و الیگومرها وجود دارد. تبخیر مستقیم حلال كم هزینهتر میباشد اما امكان تولید با این درجه از خلوص را نخواهد داشت. علاوه برا ین عملی بودن این روش مشكوك میباشد بخصوص برای گریدهای با ویسكوزینه بالاتر. مشابه با آن از طریق بازیافت از ژل، خرد كردن، و سپس خشك نمودن نمیتوان به این درجه از خلوص رسید. و احتمال آلودگی بیشتر از تجهیزات وجود دارد.
ارزیابی ما نشاندهنده آنست كه فرایند راكتور پیوسته از فرآیند فسژنیزاسیون بین سطحی پیوسته گرانتر میباشد. اولین استدلال در این مورد، زمان اقامت طولانی در راكتورهای ناپیوسته (batch) در مرحله پلی كندانساسیون كه بعد از آن راكتور پیوسته قراردارد میباشد. طراحی فقط بر اساس اطلاعات موجود میباشد. اما مشخص نیست كه زمان اقامت طولانی واقعاً مورد نیاز میباشد یا نه. همچنین آیا هزینه طراحی اپتیم قابل رقابت با فسژنیزاسیون بین سطحی میباشد یا نه.
هزینه فرآیند بچ اندكی بالاتر از فرایند پیوسته با سرعت تولید یكسان میباشد زیرا نیروی انسانی و برق بیشتری مورد نیاز است. سیستم واكنش تنها قسمت كوچكی از كل كارخانه بوده و بنابراین اختلاف زیاد نمیباشد. فرآیند ناپیوسته با كاهش ظرفیت و افزایش تعداد محصولات سیستم ناپیوسته مورد توجه بیشتر قرار میگیر د.
ظرفیت طراحی برای این گزارش تا حدی كمتر از ظرفیت كارخانههای امروزی میباشد. اما تعداد گریدهای عرضه شده برای فروش نشاندهنده آنست كه كارخانه از چندین واحد بجای یك خط تولید تشكیل شده است.
اقتصاد در قسمتهای مختلف بررسی میشود و در خلاصه با هم مقایسه میشود.
10 پلی كربناتهای مقاوم در برابر شعله
شیمی
گزارش شماره PEP 92 در مورد مواد افزودنی جهت افزایش مقاومت در برابر شعله را توضیح داده است. اینجا تنها در مورد مواد افرودنی برای پلی كربنات بحث میشود. پلی كربنات حاصل از بیس فنل A میسوزد اما در صورتی كه نسبت سطح به جرم ماده خیلی زیاد نباشد، در غیاب منبع حرارت خارجی شعله خاموش میشود. این خاصیت خود خاموش شوندگی پلی كربنات یك مزیت مهم این ماده در برابر مواد مشابه ( مانند اكریلیكها) میباشد. گریدهای بهبود یافته جهت كاربردهایی كه به مقاومت بیشتری نسبت به پلی كربنات پایة حاصل از بیس فنل A نیاز است، بطور تجاری به بازار عرضه شدهاند. تولید كننده های مختلف از روشهای مختلفی جهت بهبود مقاومت استفاده می كنند، اما روشهای استفاده شده عمدتاً پایه مشتركی دارند. هالوژنها در این راستا به كار گرفته میشوند كه بصورت ماده افزودنی به پلیمر افزوده شده یا بصورت استخلاف روی بیس فنل A قرار میگیرند. بر مبنای یك منبع، غلظتهای مورد استفاده شامل 4 تا 5 درصد برم، 10 تا 15 درصد كلر یا 7 یا 8 درصد كلر به علاوة7 درصد تری اكسید آنتیموان میباشد. آنتیموان بصورت هم افزا (Synergistically) با كلر عمل میكند.
بدلیل اینكه محصولات حاصل از تجزیه به جای خود پلیمر در شعله می سوزند، هر مادة افزودنی كه پایداری پلیمر را بالا ببرد، مقاومت در برابر شعله آنرا نیز بیشتر می كند. استفاده از الیاف شیشه مقاومت را بالا می برد زیرا الیاف كه غیر قابل اشتعال هستند از رسیدن شعله به عمق ماده جلوگیری می كنند. برای مقاومت در برابر شعله، فومها نسبت به ذرات جامد بهتر عمل می كنند دلیل آن احتمالاً بخاطر رسانایی حرارتی كمتر و احتمال كمتر چكیدن قطرات آتش گرفته می باشد.
كارهای توسعهای بر تولید محصولی كه آزمایشات كنترل كیفیت استاندارد را گذرانده باشد تأكید می كند. ارتباط بین آزمایشات مختلف بررسی شده است اما آنها ارتباط به خطرات استفاده از محصول ندارند. برای مثال، آزمایشات در مقیاس كوچك انجام میشود و شامل آتش ادامهدار نمی شوند. تحلیل این چنین عواملی از حوصلة این گزارش خارج است.
مروری بر فرآیند:
پتنهای ثبت شده در رابطه با مقاومت حرارتی در جدول 1-10 جمعآوری شدهاند. بسیاری از آنها شامل بكاربردن یك هالوژن میباشد. بدلیل دمای كاری بالای پلی كربناتها، هالوژن معمولاً به یك هستة آروماتیك (حلقهای) متصل میشود. این پیوندها قویتر از پیوندهای خطی یا سیكلوآلیناتیك میباشند. در این جدول هم مواد هالوژندار افزودنی و هم پلیمر گنجانده شده است.
قیمت فایل فقط 13,000 تومان
برچسب ها : تحقیق بررسی پلی كربنات ترمو پلاستیك آروماتیك بر پایه بیس فنول A , پژوهش بررسی پلی كربنات ترمو پلاستیك آروماتیك بر پایه بیس فنول A , مقاله بررسی پلی كربنات ترمو پلاستیك آروماتیك بر پایه بیس فنول A , دانلود تحقیق بررسی پلی كربنات ترمو پلاستیك آروماتیك بر پایه بیس فنول A , بررسی پلی كربنات ترمو پلاستیك آروماتیك بر پایه بیس فنول A , پلی كربنات