کاربرد گوگرد در لاستیک سازی

گوگرد، یک عنصر معدنی است که در طبیعت به صورت ترکیباتی از سولفور در کانی های معدنی یافت می شود. برای استفاده از این ماده به صورت خالص باید آن را از کانی ها جداسازی کرده و سپس آن را خالص سازی کرد. سولفور، نقش بسیار مهمی در بسیاری از فرآیندهای شیمیایی دارد. تقریباً تمام ترکیباتی که دارای اتم گوگرد هستند به نوعی از سولفور معدنی تولید می شوند.

ترکیباتی مانند اسید سولفوریک، نمک های سولفید و سولفیت و ...، نمونه هایی از مواد شیمیایی سنتز شده با گوگرد هستند. گوگرد معدنی در صنایع تولید مواد شیمیایی، صنایع کود و سم کشاورزی، داروسازی و لاستیک سازی کاربرد دارد. در این مطلب به کاربرد سولفور در صنایع لاستیک سازی اشاره می کنیم.

قبل از ورود به مبحث کاربرد گوگرد در صنایع لاستیک سازی لازم است خاطرنشان کنیم که در اینجا منظور از لاستیک سازی، آن دسته صنایعی هستند که انواع مواد لاستیکی را برای تولید قطعات و وسایل مختلف تولید می نمایند.

مهم ترین فرآیند صنعتی در لاستیک سازی، ولکانیزاسیون گوگرد یا Sulfur Vulcanization است. ولکانیزاسیون به فرآیند صنعتی اطلاق می شود که طی آن، سولفور به همراه مواد اولیه ساخت لاستیک در دمای فوق العاده بالا حرارت داده می شوند. این فرآیندها جزو واکنش های شیمیایی دسته بندی می شوند. در ولکانیزاسیون، لاستیک طبیعی یا پلیمرهای مرتبط در اثر حرارت دهی در دمای بالا با ماده گوگرد، به مواد بادوام تبدیل می شوند.

مکانیسم این فرآیند، نقش گوگرد در لاستیک سازی را به طور کامل توجیه می کند. سولفور، پیوندهای متقاطع را به صورت پل بین قسمت های مختلف زنجیره پلیمری برقرار می سازد؛ به این ترتیب، نتیجه این برهمکنش ها، افزایش دوام و ثبات محصول نهایی است که منجر به ایجاد خواص فیزیکی و الکتریکی در ماده می گردد. این محصولات دقیقاً همان لاستیک هایی هستند که برای کاربردهای مختلف به بازار ارائه می شوند.

طیف گسترده ای از لاستیک ها توسط فرآیند ولکانیزاسیون گوگرد ساخته می شوند؛ تایرها، قطعات کفش، شیلنگ، تسمه نقاله و ... نمونه هایی از این لاستیک ها هستند.

پلیمرهایی که معمولاً در فرآیندهای ولکانیزاسیون گوگرد مصرف می شوند شامل پلی ایزوپِرن (لاستیک طبیعی)، پلی بوتادی اِن، لاستیک استایرن – بوتادین (SBR) و تمام آن هایی که دارای گروه های اشباع نشده هستند، می باشند. در این میان، پلیمرهایی که برای تولید تایرها به کار می روند از اهمیت بیشتری برخوردار هستند. البته پلیمرهای دیگری نظیر لاستیک نیتریل، بوتیل و EPDM نیز در ولکانیزاسیون گوگرد به کار می روند.

در ولکانیزاسیون گوگرد در لاستیک سازی معمولاً شامل افزودن مواد شیمیایی به مخلوط اولیه است تا خواص شیمیایی و سینتیکی اتصال پیوندها را بهینه سازی کند. استابلایزرهای پلیمری (تثبیت کننده های پلیمری) و پرکننده ها نمونه ای از این مواد هستند.

نوع گوگرد معدنی که در این فرآیند برای تولید لاستیک به کار می رود دارای ساختار هشت وجهی است که به نام اکتا سولفور شناخته می شود. در برخی موارد از اشکال پلیمری سولفور نیز می توان در این فرآیند استفاده کرد. حتی این امکان نیز وجود دارد که بتواند گوگرد را با سایر ترکیبات مشابه آن جایگزین کرد.

شیمی فرآیند ولکانیزاسیون بسیار پیچیده است. شاید تفسیر این فرآیند را بتوان به رفتارهای ترکیبات رادیکالی و یونی در مخلوط مواد اولیه نسبت داد. واکنش های اصلی ولکانیزاسیون در محل های فعال مولکول ها انجام می شود. در طول این فرآیندها، پل های حاوی گوگرد بین این مکان ها تشکیل می شوند. در این پل ها معمولاً یک یا چند اتم گوگرد وجود دارد.

تعداد پلی های حاوی سولفور در سایت های فعال مولکول، به طور مؤثری بر روی خواص فیزیکی لاستیک تأثیر می گذارد. پل های کوتاه تر موجب مقاومت بهتر لاستیک در برابر حرارت و شرایط محیطی می شود. پل هایی بلندتر، تعداد گوگرد بیشتری دارد و موجب افزایش دوام و قدرت کششی لاستیک می گردد.

گوگرد به خودی خود، یک عامل ولکانیزه کننده بسیار آهسته است و پلی اولفین های سنتزی را ولکانیزه نمی کند. برای لاستیک های طبیعی به مقادیر زیادی سولفور و دمای بسیار بالا نیاز است. تمام مراحل فرآیندهای فوق در صنعت و تحت شرایط کنترل شده انجام می گیرد.