تولید کنندگان قطعات لاستیکی نظیر قطعات لاستیکی خودرو، تایر ها و…. یکی از بزرگترین مصرف کنندگان پودر اکسید روی (میکرون) می باشند. اکسید روی در فرآیند های لاستیک سازی در نقش ماده کاتالیست ظاهر شده و به پخت بهتر و سریع تر لاستیک کمک می کند. با توجه به اهمیت نقش اکسید روی در پخت لاستیک و با در نظر گرفتن خواص فیزیکوشیمیایی بهبود یافته نانو اکسید روی، این سوال مطرح می شود که بکارگیری نانو اکسید روی در فرآیند لاستیک سازی چه تاثیراتی بر خواص لاستیک و هزینه تولید آن خواهد گذاشت؟
در این مقاله قصد داریم به سوال مطرح شده پاسخ دهیم؛ با ما همراه باشید.
نقش اکسید روی در لاستیک سازی
اکسید روی در صنعت لاستیک سازی اهمیت بالایی داشته و بعنوان ماده فعال کننده در فرآیند های لاستیک سازی مورد استفاده قرار می گیرد. در حقیقت اکسید روی فعال کننده فرآیندی شیمیایی تحت عنوان “ولکانیزاسیون گوگرد” (Sulfur Vulcanization) در لاستیک سازی است. فرآیند ذکر شده، واکنشی شیمیایی می باشد که فعال شدن آن باعث بهبود استحکام کششی لاستیک، افزایش مقاومت لاستیک به تورم، افزایش مقاومت لاستیک به سایش و… می شود.
اما نکته مهمی که در صنعت لاستیک سازی وجود دارد رهایش عنصر روی (Zn) در محیط زیست می باشد که این امر در طول فرآیند تولید لاستیک، بازیافت لاستیک و فرسودگی لاستیک اتفاق می افتد و باید به حداقل برسد. علاوه بر این، در فرآیند ولکانیزاسیون گوگرد بخشی از اکسید روی تبدیل به سولفید روی (ZnS) می شود که این ترکیب ثانویه باعث ایجاد عیوب در قطعات لاستیکی تولید شده داشته و مطلوب نمی باشد. از آنجایی که مصرف اکسید روی در لاستیک قابل توجه بوده بنابراین کاهش مقدار مصرف این ماده نه تنها مساله رهایش عنصر روی در محیط را تقلیل می کند بلکه از ایجاد عیوب در محصولات لاستیکی جلوگیری کرده و همچنین هزینه تولید لاستیک را کاهش می دهد.
نحوه عملکرد اکسید روی در فرآیند ولکانیزاسیون
همانطور که در بخش قبلی توضیح داده شد، هدف از کاربرد اکسید روی فعال کردن واکنش ولکانیزاسیون در لاستیک می باشد. مکانیزم فرآیند ولکانیزاسیون به اینصورت است که ابتدا دو عامل شتاب دهنده و اکسید روی (فعال کننده) با یکدیگر کمپلکس شتاب دهنده روی (Zn – Accelerator Complex) را تشکیل می دهند. در مرحله بعد کمپلکس تشکیل شده با گوگرد اندرکنش ایجاد کرده و تشکیل شتاب دهنده پلی سولفیدی (Polysulphidic Accelerator) می دهند. شتاب دهنده های پلی سولفیدی که فعالیت شیمیایی بالایی دارند با اتم های هیدروژن لاستیک واکنش داده و در نتیجه آن ترکیباتی تحت عنوان ترکیبات اولیه اتصالات عرضی (Crosslink Precursor) تشکیل می گردند که این ترکیبات در ادامه فرآیند ولکانیزاسیون تبدیل به اتصالات عرضی (Crosslink) لاستیک می گردند. نکته مهمی که در رابطه با واکنش ولکانیزاسیون باید به آن اشاره کرد این است که مرحله دوم این فرآیند (تشکیل شتاب دهنده های پلی سولفیدی) تحت تاثیر حضور یون های روی (Zn2+) بوده و یونZn2+ نقش مهمی در تشکیل این شتاب دهنده ها ایفا می کند. بنابراین می توان نتیجه گرفت که میزان رهایش یون های Zn2+ از اکسید روی در فرآیند ولکانیزاسیون از اهمیت بالایی برخوردار است. در حین پخت لاستیک، هر چه یون Zn2+ بیشتری از اکسید روی آزاد شوند فعال شدن واکنش ولکانیزاسیون سریع تر و بهتر صورت می گیرد.
اهمیت نانو اکسید روی در لاستیک سازی
نانو اکسید روی به دلیل اندازه ذره پایین تر و سطح ویژه بالاتری که نسبت به اکسید روی میکرون دارد دارای رفتار کاتالیستی به مراتب قوی تر بوده و عملکرد بالاتری در آزاد سازی یون های Zn2+ دارد. تقویت آزاد سازی یون Zn2+ از نانو اکسید روی باعث می شود فعال شدن واکنش ولکانیزاسیون سریع تر و بهتر صورت گرفته و کیفیت لاستیک (خواص فیزیکی و مکانیکی) بهبود یابد. این ویژگی منحصر بفرد باعث می شود تا نانو اکسید روی به عنوان ماده فعال کننده قوی تر مقدار مصرف به مراتب پایین تری نسبت به اکسید روی میکرون داشته باشد. مطالعات اخیر نشان داده اند که میزان مصرف نانو اکسید روی در لاستیک سازی نسبت به اکسید روی میکرون می تواند تا 10 برابر کاهش یابد بدون اینکه تاثیر منفی بر فرآیند ولکانیزاسیون داشته باشد. چنین کاهش مصرفی علاوه بر کاهش رهایش عنصر روی در محیط هزینه تولید محصولات لاستیکی را به مقدار قابل توجهی کاهش می دهد. در کنار این موضوع، استفاده از نانو اکسید روی در محصولات لاستیکی خواص فیزیکی و مکانیکی آنها را تقویت می نماید که مجموع این ویژگی ها مطلوب صنعت لاستیک سازی است.
نتیجه گیری
با توجه به مطالبی که ذکر شد مشخص است که نانو اکسید روی می تواند بعنوان جایگزین اکسید روی میکرون در صنعت لاستیک سازی مورد استفاده قرار گیرد. جایگزینی اکسید روی میکرون با نانو اکسید روی نه تنها هزینه تولید را کاهش داده بلکه مسائل محیط زیستی را نیز به حداقل می رساند. نانو اکسید روی تولید شده در آرمان نانو فناور رابین با رفتار کاتالیستی تقویت شده قابلیت کاهش مصرف اکسید روی در فرمولاسیون محصولات لاستیکی را دارا بوده و تقویت کننده خواص مکانیکی و فیزیکی این محصولات می باشد.
منابع
