امروزه صنایع مختلفی محصولات خود را از پلیمرهای متنوع تهیه می‌کنند. این پلیمرها خصوصیات ویژه‌ای دارند که می‌توان با استفاده از مواد دیگر و روش‌های گوناگون به بهبود و اصلاح ویژگی‌های آنها کمک کرد. یکی از ویژگی های مهم هر پلیمر، میزان سختی و مقاومت آن در برابر عوامل مختلف است. راه‌های زیادی برای افزایش سختی پلیمر وجود دارد. ما در این مقاله قصد داریم شما را با عوامل تاثیرگذار بر سختی پلیمر آشنا کنیم. پس با ما همراه باشید.
عوامل تعیین کننده سختی پلیمر
عوامل تاثیرگذار بر روی سختی پلیمر با توجه به ویژگی‌های عملکردی، در دو دسته فرآیندی و افزودنی قرار می‌گیرند. در این دسته بندی موارد مختلفی چون رطوبت، اختلاط، بلورینگی، نرم کننده و… قرار می‌گیرد که ما در ادامه به بررسی مهم‌ترین آنها می‌پردازیم.
ساختار شیمیایی
پیوندهای بین مولکولی از عوامل موثر بر سختی پلیمر هستند که هرچه پیوند قوی‌تر باشد، سختی پلیمر بیشتر است. زمانی که پیوند بین مولکول‌ها در ساختار یک ماده قوی باشد، جدا کردن مولکول و ایجاد شکستگی و ترک در آن پیوند سخت‌تر می‌شود. بنابراین می‌توان گفت که آن پلیمر از سختی بالایی برخوردار است.
درجه بلورینگی
هرچه نظم مولکول‌های پلیمر بیشتر باشد و در کنار هم قرار بگیرند، بلورینگی پلیمر بیشتر خواهد بود. معمولا پلیمرها به طور کامل از مولکول‌های منظم تشکیل ننشده‌اند به همین دلیل مفهوم درجه بلورینگی تعریف شده است. هچه این درجه بالاتر باشد، نظم مولکولی پلیمر بیشتر و سختی آن بالاتر است. نظم بیشتر مولکول‌ها باعث پیوند بهتر میان آنها می‌شود. بنابراین به هم ریختن شبکه بلورینگی سخت می‌شود.
اختلاط
مخلوط دو پلیمر یکی از روش‌های بهبود خواص پلیمرها است. زمانی که پلیمرهای سازگار با هم مخلوط شوند ویژگی‌ها آنها بهبود می‌یابد، در نتیجه سختی هم افزایش می‌یابد. یکی از نمونه‌های مخلوط که باعث بهبود خواص یکی از پلیمرها شده‌است، مخلوط دو پلیمر LDPE و HDPE است. این مخلوط به پلیمر LDPE کمک می‌کند تا سختی بالاتری پیدا کند.
افزودنی‌ها
افزودنی یکی از عوامل مهم برای بهبود خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی پلیمرهای مختلف هستند. افزودنی‌ها به صورت‌های متنوعی چون نرم‌کننده، تقویت کننده، آنتی اکسیدانت، پرکننده استفاده می‌شوند. وابسته به کاربرد پلیمر می‌توان از هر کدام از افزودنی‌ها برای بهبود و اصلاح خواص آن استفاده کرد. ما در ادامه به بررسی بیشتر این افزودنی‌ها می‌پردازیم.
تاثیر مواد افزودنی بر سختی پلیمر
یکی از موادی که به ما در رسیدن به سختی ایده آل پلیمر کمک می‌کند، افزودنی‌ها هستند. افزودنی‌ها تنوع زیادی دارند که هر کدام از آنها به بهبود بخشی از ویژگی‌های یک پلیمر کمک می‌کنند. از پرکاربردترین آنها، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
الیاف شیشه: با پخش شدن الیاف شیشه در ساختار ماتریس پلیمر، سختی آن افزایش می‌یابد.
نشاسته: یکی از افزودنی‌های طبیعی و ارزان که از موادی چون گندم، ذرت، حبوبات و… به دست می‌آید و باعث افزایش سختی پلیمر می‌شود.
پودر چوب: پلیمرهایی که با استفاده از این افزودنی سختی بالاتری پیدا می‌کنند، معمولا در صنایعی چون خودروسازی و ساختمان سازی کاربرد دارند.
کربنات کلسیم: یکی از افزودنی‌های پرکننده که به علت بی خطر بودن در صنایع غذایی هم استفاده می‌شود. از کاربردهای عمده پلیمرهایی که به وسیله این افزودنی سخت شده‌اند، می‌توان به تولید رنگ، کاغذ و پلاستیک اشاره کرد.
تالک: این افزودنی هم مانند نمونه قبلی به عنوان پرکننده به پلیمر اضافه می‌شود و با غلظت بیش از ۹ درصد قادر به بهبود سختی پلیمر است.
برای پلیمرهای مختلف می‌توان از ترکیب افزودنی‌ها استفاده کرد که خصوصیات هر پلیمر به بهترین شکل تغییر کند و سختی بالاتری پیدا کند. افزودنی‌ها با قرار گرفتن در ساختار مولکولی به بهبود آن کمک می‌کنند و از جدا شدن مولکول‌ها و به هم ریختن ساختار آنها جلوگیری می‌کنند.
انواع افزودنی‌های موثر بر سختی پلیمرها
همانطور که اشاره کردیم افزودنی‌ها به گونه‌های مختلفی چون روان کننده، پرکننده، مستربچ رنگی، براق کننده و… برای بهبود خواص پلیمرها استفاده می‌شوند. بخشی از نمونه‌های افزودنی به افزایش سختی پلیمرها کمک می‌کنند که به شرح زیر هستند.
تقویت کننده‌ها
از عوامل موثر بر سختی پلیمر که باعث کاهش هزینه مواد اولیه پلیمر می‌شوند. این دسته از افزودنی‌ها به صورت الیاف و پودرهای معدنی هستند که در ترکیب با پلیمرها به ارتقاء خواص مواد کمک می‌کنند. یکی از نمونه‌های رایج افزودنی تقویت کننده، الیاف شیشه است که در ترکیب با پلیمری مثل پلی آمید می‌تواند باعث افزایش استحکام آن شود.
پرکننده‌ها
پرکننده‌ها در برخورد با پلیمرهای مختلف رفتارهای گوناگونی دارند و باعث بهبود خواص مختلف می‌شوند. یکی از ویژگی‌هایی که این پلیمر به بهبود آن کمک می‌کند، سختی پلیمر است. موادی چون کلسیم کربنات، هیدروکسید، پودر تالک و… پرکننده‌هایی هستند که به افزایش سختی پلیمر کمک می‌کنند.
افزودنی روان‌کننده
این افزودنی به حالت مایع استفاده می‌شود و باعث افزایش سختی PVC می‌شود. افزودنی روان‌کننده با پایین آوردن دما حرارتی ماده از تجزیه حرارتی آن جلوگیری می‌کند و نقش زیادی در انعطاف و دوام این پلیمر دارد. استفاده از این افزودنی علاوه بر بهبود سختی پلیمر به کاهش هزینه مواد اولیه هم کمک می‌کند.
به طور کلی افزودنی‌ها نقش مهمی بر ساختار پلیمرها دارند. استفاده از افزودنی‌ها علاوه بر بهبود خصوصیات پلیمر به کاهش قیمت تولید آن هم کمک می‌کند. بنابراین صرف اقتصادی زیادی به همراه خواهد داشت.
جمع بندی
سختی پلیمر به عوامل گوناگونی وابسته است که شما باید با درنظر گرفتن خصوصیات و ساختار پلیمر، از یکی از روش‌هایی که به آن اشاره کردیم استفاده کنید. افزودنی‌ها از مهم‌ترین عوامل موثر بر سختی پلیمر هستند و کمک زیادی به بهبود خواص آن می‌کنند. این افزودنی‌ها با تغییر ساختار شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی به بهبود خواص پلیمرها کمک می‌کنند و باعث کاهش هزینه مواد اولیه می‌شوند. البته افزودنی‌ها در تنوع گسترده‌ای وارد بازار می‌شوند که ما در این مقاله به بررسی نمونه‌های تاثیرگذار بر سختی پلیمر پرداختیم.
