به گزارش تارک خودرو: ولکانیزه کردن یا عمل آوری لاستیک، فرآیندی شیمیایی است که در آن مولکول های یک پلیمر با مولکول های پلیمر دیگری از طریق برقراری پل های اتمی، مرتبط می گردند.
مولکول های قابل ارتجاع لاستیک می توانند با برقراری اتصالاتی، پیکربندی بزرگتر یا کوچکتری را شکل دهند. این کار می تواند باعث تولید موادی حجیم با پایداری و مقاومت بیشتر در برابر واکنش های شیمیایی را سبب شود. این عملیات همچنین می تواند مواد نرم تری را تولید کرده، و از چسبندگی شان به فلز و کاتالیزرهای شیمیایی پلاستیک جلوگیری کند.
- ضرر ولکانیزه کردن:
لاستیک طبیعی عمل آوری نشده، در طی چند روز فاسد گردیده، و کم کم به شکل شکننده ای در می آید. همچنین اگر لاستیک را به اندازه ی کافی ولکانیزه نکنیم، باز لاستیک فاسد می شود؛ اما این بار این تغییرات با سرعت خیلی کمتری پیش می رود. پروسه ی فاسد شدن می تواند با در معرض نور آفتاب و مخصوصا اشعه ی فرابنفش قرار گرفتن لاستیک تسریع شود.
ولکانیزه کردن عموما پروسه ای بازگشت ناپذیر است؛ درست شبیه سایر ترموست ها و برخلاف پروسه های ترموپلاستیکی ( پروسه ی ذوب کردن و منجمد شدن ) که رفتار بیشتر پلیمرهای مدرن را توصیف می کنند.
معمولا ایجاد اتصالات شیمیایی در طی پروسه ی ولکانش به وسیله گوگرد ( Sulphur ) انجام می شود، اما تکنولوژی های دیگری نظیر سیستم های پایه پروکسید ( Peroxide Based Systems ) نیز وجود دارد.
در طول مولکول لاستیک، محل هایی وجود دارند که اتم های گوگرد را جذب می کنند، که این محل ها را مکان های عمل آوری می نامند. در طول پروسه ی ولکانیزه کردن، هشت عضو حلقه ی گوگرد به قسمت های کوچکتری شکسته می شوند که تعداد اتم های گوگرد متفاوتی داشته، و کاملا واکنش پذیرند. در هر محل عمل آوری لاستیک، یک یا اتم های گوگرد بیشتری می توانند خودشان را متصل کنند؛ از آنجا زنجیر گوگرد می تواند رشد یابد؛ تا آنجا که نهایتا به محل عمل آوری مولکول لاستیک دیگری برسد. این پل های گوگردی نوعا بین ۲ تا ۱۰ اتم درازا دارند. در تقابل با اینها، مولکول های پلیمری هستند که ستون کربن شان طولی برابر هزاران واحد اتمی دارد.
تعداد اتم های گوگرد موجود در اتصالات متقاطع، تاثیر بسزایی در خواص و ویژگی های فیزیکی محصول لاستیک نهایی دارند. اتصالات گوگرد کوتاه، با یک یا دو اتم گوگرد متصل شده، لاستیکی با مقاومت گرمایی زیاد را شکل می دهد؛ در صورتیکه لاستیکی با تعداد اتم گوگرد بالای ۶ یا ۷، لاستیکی با خواص دینامیکی خوب، ولی با مقاومت گرمایی کم را موجب می شود.
ویژگی های دینامیکی در حرکات انعطافی محصول لاستیکی بسیار مهم است؛ مانند حرکت دیواره ی جانبی تایر خودروی در حال حرکت. بدون وجود این قابلیت های ارتجاعی، وجود چنین حرکاتی سریعا به گسیختگی و نهایتا شکست و نارسایی محصول لاستیکی منجر می گردد.
- تاریخچه ولکانیزه کردن:
تاریخچه ی ولکانیزه کردن تایر به زمان هایی در ماقبل تاریخ باز می گردد. معنای المک ( Olmec ) در زبان ( Aztec )، قوم لاستیک ( Rubber People ) است.
مسوامریکن های باستان، شیره ی لتکس ( Latex ) را از Castilla Elastica که نوعی درخت لاستیک بود استخراج کردند، و با شیره ی درخت موی محلی به نام Ipomoea Alba مخلوط کرده، و لاستیک ولکانیزه شده را در ۱۶۰۰ قبل از میلاد شکل می دادند.
اولین نشانه های وجود لاستیک در اروپا به سال ۱۷۷۰ میلادی بر میگردد؛ یعنی زمانی که ادوارد نایرن ( Edward Nairne ) مکعب هایی از لاستیک طبیعی را در مغازه اش می فروخت. این مکعب ها که به عنوان پاک کن استفاده می شدند، قیمت بسیار بالایی در حدود ۳ شیلینگ به ازای هر نیم اینچ مکعب داشتند.
در میانه ی قرن نوزدهم، لاستیک ماده ای جدید و نوظهور بود که قابلیت های زیادی در صنعت جهان پیدا نکرده بود. از آن اول از همه به عنوان پاک کن و سپس به عنوان وسیله ای پزشکی برای اتصال لوله ها و برای استنشاق گازهای دارویی استفاده می شد.
با کشف این موضوع که لاستیک در اتر ( Ether ) حل می شود، قابلیت ضد آب آن کشف شد، و بطور قابل ملاحظه ای برای تولید کفش و کت بارانی لاستیکی مناسب به نظر رسید. اما بیشتر این کاربردها در حج م وسیعی عرضه نشد، و مواد آن نیز عمر کوتاهی داشتند.
دلیل اصلی برای عدم وجود کاربردهای جدی و مهم برای لاستیک در آن زمان، عدم پایداری، چسبندگی، پوسیده شدن و بوی بد آن بود که به دلیل خام بودن و عمل آوری نشدنش بروز می کرد.
- کمک گودیر:
در اکثر منابع، چارلز گودیر به عنوان کسی که ولکانیزه کردن گوگردی لاستیک را اختراع کرده، معرفی شده است. هرچند او اولین کسی نبود که این کار را انجام داده، و همانطور که قبلا گفته شد، مسوامریکن ها به این امر در ۱۶۰۰ قبل از میلاد نائل شده بودند؛ اما اختراع آن ها در میان زمان ها گم شده بود.
ادعای گودیر که اختراع ولکانیزه کردن تایر بر پایه گوگرد را ارائه کرده بود، در سال ۱۸۳۹ صورت گرفت، در ۱۵ جون ۱۸۴۴ به ثبت رسید، و جزیئاتش در بیوگرافی او در کتابی به سال ۱۸۵۳ منتشر شد.
توماس هانکوک ( Thomas Hancock ) ( 1786 – 1865 ) محقق و مهندس، پروسه را در ۲۱ نوامبر ۱۸۴۳ یعنی هشت هفته قبل از ثبت آن توسط گودیر، در بریتانیا به ثبت رساند.
گودیر هرگز پولی از اختراعش بدست نیاورد. او تمام مایملک خانوادگی اش را برای فراهم کردن پول گرو گذاشته بود. او در سال ۱۸۶۰ در حالی که بیش از ۲۰۰۰۰ دلار بدهی داشت درگذشت.
- توسعه های بعدی:
در سال ۱۹۰۵، جورج انسلاگر ( George Oenslager ) کشف کرد که مشتقی از آنیلین ( Aniline ) که تیوکربانیلید ( Thiocarbanilide ) نامیده می شود، قادر است واکنش گوگرد در لاستیک را شتاب دهد. این امر منجر به کوتاه شدن زمان عمل آوری و کاهش مصرف انرژی می شد. این کار اگر چه خیلی شناخته نشد، اما اصل و اساس توسعه ی صنعت لاستیک را در آن چیزی که به عنوان عمل آوری با گوگرد گودیر نامیده می شد، رقم زد. یکسال بعد از این کشف، انسلاگر صد قابلیت و کاربرد بالقوه افزودنی خود را کشف و مطرح کرد. بدین ترتیب، علم شتاب دهنده ها و کند کننده ها متولد شد.
در قرن بعدی شیمیدانان متعددی، شتاب دهنده های دیگری را فراهم کردند که اولترا شتاب دهنده ( Ultra – Accelerators ) نامیده می شدند. این شتاب دهنده ها واکنش را خیلی تسریع می کردند و برای استفاده در ساختن بیشتر کالاهای لاستیکی جدید بکار برده می شدند.
- دولکانش ( Devulcanization ):
یکی از مشکلات اصلی در بازیافت تایر، دولکانش تایر بدون شکل گیری صدمات ناخواسته در ویژگی های آن است. پروسه ی دولکانش شامل تبدیل لاستیک بوسیله ی گرما به فرم دانه ای یا نرم کردن آن به منظور بازگشت به قابلیت های الاستیکی اش به منظور استفاده ی مجدد است.
پروسه های آزمایشگاهی متعدد به موفقیت هایی در ابعاد آزمایشگاهی دست یافته اند؛ اما در ابعاد صنعتی موفقیت چشمگیری نداشته اند. همچنین نتایج پروسه های متفاوت، سطوح متفاوتی از دولکانش را نشان داده است. در پروسه ی بازیافت لاستیک، دولکانش با جدا کردن مولکول های گوگرد از مولکول های لاستیک آغاز می شود؛ که به موجب آن شکل گیری اتصالات جدید تسهیل می گردد. دو پروسه ی بازیافت تایر که توسعه یافته است، پروسه روغن اصلاح شده ( Modified Oil Process ) و پروسه ی آب – روغن ( Water – Oil – Process ) است. در هر دوی این پروسه ها، روغن و عامل اصلاح کننده به پودر لاستیک اصلاح شده اضافه گردیده، و برای مدت طولانی ( ۵ تا ۱۲ ساعت ) در تجهیزاتی مخصوص، تحت فشار و حرارت زیادی قرار می گیرند. با وجود این مراحل، لاستیک احیاء شده برای استفاده در بسیاری از محصولات از قبیل تایر مناسب نمی باشد.
در اوایل دهه ۱۹۹۰، محققان چینی در محلی به نام انستیتوی تحقیقاتی گوآنگ ژو برای بهره برداری از منابع قابل استفاده ی مجدد ( Guangzhou Research Institute for the Utilization of Reusable Resources )، روشی را برای احیاء کردن و دولکانش تایر به منظور بازیافت، ثبت کردند. تکنولوژی آنها که به نام پروسه ی AMR شناخته می شد، ادعای تولید پلیمری جدید با قابلیت های پایدار، که نزدیک به لاستیک طبیعی و مصنوعی است، و به مقدار زیادی کم هزینه است را مطرح کرده بود.
منبع: تکنولوژی شاسی خودرو، انتشارات پارتیان، مهندس حسین رمضانی
