آغازگرها

آغازگرها

مقدمه:

در صنعت رو به رشد پلیمریزاسیون، آغازگرها نقش اساسی در تبدیل مونومرهای ساده به پلیمرهای پیچیده، به ویژه در تولید لوله های پلیمری دارند. این مواد برای شروع واکنش‌های شیمیایی که منجر به تولید محصولاتی با کاربردهای متنوع در بخش‌های مختلف از جمله ساختمان‌سازی، خودروسازی و لوله‌کشی میشوند، ضروری هستند. این مقاله به انواع مختلف آغازگرهای مورد استفاده در پلیمریزاسیون، مانند آغازگرهای رادیکالی و یونی می پردازد. علاوه بر این، پویایی بازار جهانی پیرامون این آغازگر را بررسی کرده و همچنین روندها، چالش‌ها و جهت‌گیری‌های آینده ی این  صنعت را نیز مورد بررسی قرار  می دهد.
کلمات کلیدی: آغازگرها، پلیمریزاسیون

1. پلیمریزاسیون

پلیمریزاسیون فرآیندی است که در آن مولکول‌های کوچکی که به عنوان مونومر شناخته می‌شوند، از طریق پیوندهای شیمیایی ساختارهای بزرگ‌تری به نام پلیمر را تشکیل می‌دهند (شکل 1). این فرآیند در ایجاد محصولاتی با خواص و کاربردهای متنوع نقش حیاتی دارد.

شکل1. فرایند پلیمریزاسیون

چندین مکانیسم برای پلیمریزاسیون وجود دارد:
(الف) پلیمریزاسیون با رشد زنجیره ای (Chain-growth polymerization): شامل افزودن متوالی مونومرها برای تشکیل زنجیره های بلند است (شکل 2).

77
شکل2. مکانیسم پلیمریزاسیون با رشد زنجیره ای

                                                 

(ب) پلیمریزاسیون رشد مرحله ای: شامل واکنش دو یا چند مونومر مختلف برای ایجاد یک پلیمر است (شکل 3) 

شکل 3. مکانیسم پلیمریزاسیون رشد مرحله ای

(ج) کوپلیمریزاسیون: ترکیب دو یا چند نوع مختلف مونومر برای تولید کوپلیمرهایی با خواص مناسب.

2. انواع آغازگرها

آغازگرها را می توان بر اساس ساختار شیمیایی، حلالیت، روش های تجزیه و محدوده دمایی به چند دسته طبقه بندی کرد.
الف) آغازگرهای رادیکالی: این آغازگرها رادیکال‌های آزاد تولید می‌کنند که این رادیکال های آزاد فرایند پلیمریزاسیون را آغاز می‌کنند. نمونه های رایج عبارتند از:
Benzoyl Peroxide (BPO) (شکل 4): یک پراکسید آلی پرکاربرد که در اثر حرارت تجزیه می شود و رادیکال های آزاد تولید می کند. معمولاً در پلیمریزاسیون استایرن و سایر مونومرهای وینیل استفاده می شود.

شکل4. ساختار شیمیایی Benzoyl peroxide

ترکیبات آزو: مانندazobis(isobutyronitrile) که به اختصار AIBN نشان داده می شود (شکل 5)  در اثر تجزیه، رادیکال های آزاد مناسب برای پلیمریزاسیون امولسیونی ایجاد می کند.

شکل 5. ساختار شیمیایی azobis(isobutyronitrile)

Di-tert-butyl Peroxide (شکل 6): پراکسید آلی دیگری که در شروع واکنش های پلیمریزاسیون در دماهای بالا موثر است. اغلب در تولید پلی اولفین ها و سایر ترموپلاستیک ها استفاده می شود.

شکل 6. ساختار شیمیایی Di-tert-butyl Peroxide

(ب) آغازگرهای یونی: این آغازگرها با تولید یون، فرآیند پلیمریزاسیون را آغاز می کنند. شامل دو دسته آغازگر کاتیونی و آنیونی می شوند. آغازگر کاتیونی مانند اسیدهای لوییس که با تولید کاتیون، پلیمریزاسیون در دمای پایین را انجام می دهد. آغازگر آنیونی مانند ترکیبات لیتیوم آلکیل که با تولید آنیون منجر به انجام واکنش پلیمریزاسیون می شود.
(ج) آغازگرهای نوری : این دسته بعد از قرار گرفتن در معرض نور، رادیکال یا یون تولید می کنند (شکل 7). در بیشتر مواقع در پوشش هایی که عامل پخت در آنها نور UV است به کار می روند.

شکل7. آغازگرهای نوری در فرایند پلیمریزاسیون

Benzoin Methyl Ether (شکل 8): این ساختار یک آغازگر نوری است که پس از قرار گرفتن در معرض نور UV رادیکال آزاد تولید می کند و به طور وسیعی در پوشش ها و چسب ها کاربرد دارد.

شکل8. ساختار شیمیایی Benzoin Methyl

3. نقش آغازگرها در لوله های پلیمری

لوله های پلیمری که به خاطر مقاومت در برابر خوردگی و وزن بسیار پایین شناخته شده اند، با استفاده از تکنیک های مختلف پلیمریزاسیون که در آنها از آغازگر استفاده می شود، ساخته می شوند. انتخاب نوع آغازگر در خواص محصول نهایی بسیار مؤثر است.
خواص مکانیکی: وزن مولکولی و ساختار پلیمر بر روی استحکام و انعطاف پذیری لوله مؤثر است. به طور مثال استفاده از BPO می تواند استحکام کششی لوله های پلی اتیلن را افزایش دهد.
پایداری حرارتی: خواص حرارتی پلیمر در کاربردهای دمای بالا بسیار حائز اهمیت است. آغازگرهای Redox، پلیمریزاسیون در دمای پایین را سرعت می بخشند و موجب پایداری پلیمر به دست آمده در دمای بالا می شوند.
شرایط فرآیندپذیری: آغازگرهای متفاوت نیاز به شرایط خاص برای ایجاد عملکرد بهینه و کارایی دارند. به طور مثال AIBN در پلیمریزاسیون امولسیونی مؤثر است و منجر به کنترل بهتر بر روی فرآیندپذیری می گردد. 

4. آینده آغازگرها در بازار پلیمریزاسیون

1.4. آغازگرهای زیستی: گرایش قابل توجهی به سمت توسعه آغازگرهای زیستی که از مواد اولیه تجدیدپذیر تامین می شوند وجود دارد. این آغازگرها گزینه‌های پایداری را در مقایسه با نمونه‌های سنتی مبتنی بر نفت نشان می‌دهند که با تمایل صنعت به سمت دوستدار محیط زیست بودن، همسو هستند. از این دسته می توان به پروکسیدهای بر پایه روغن سویا اشاره کرد که از روغن سویای تجدیدپذیر مشتق شده اند و در پلیمریزاسیون مونومرهای مختلف مانند استایرن و متیل متاکریلات استفاده شده اند. همچنین لیگنین که محصول جانبی صنعت کاغذ است، برای سنتز آغازگرهای آزو برای پلیمریزاسیون مونومرهای اکریلیک استفاده شده است.
2.4. فناوری های هوشمند: ورود فناوری های هوشمند در فرآیندهای پلیمریزاسیون در حال افزایش است. آغازگرهای هوشمند مجهز به حسگرها می توانند واکنش های پلیمریزاسیون را در زمان واقعی نظارت و کنترل کنند و شرایط را برای به حداکثر رساندن کارایی و به حداقل رساندن ضایعات بهینه کنند.
3.4. فن‌آوری‌ آغازگرهای پیشرفته: تحقیقات مداوم در زمینه فناوری آغازگرهای پیشرفته، مانند تکنیک‌های پلیمریزاسیون کنترل‌شده/زنده، رویکردهای مرسوم را تغییر می‌دهد و کمک می کند تا پلیمرهایی با ویژگی ها و ساختارهای متناسب با نیازهای خاص صنعت تولید شود.
4.4. آغازگرهای محلول در آب: تقاضا برای آغازگرهای محلول در آب به دلیل رعایت پروتکل های ایمنی و سهولت کار با آنها افزایش یافته است. این آغازگرها نیاز به حلال های آلی خطرناک را از بین می برند و محل کار را ایمن تر می کنند.
آمونوم پرسولفات: این ماده که اغلب در پلیمریزاسیون آکریل آمید و سایر مونومرهای محلول در آب استفاده می شود، به عنوان آغازگر ردوکس عمل می کند و امکان پلیمریزاسیون در دمای پایین را فراهم می کند.
N,N’dimethyl diazenedicarboxamide: این ماده یک آزو آغازگر نسبتاً محلول در آب است که در پلیمریزاسیون امولسیونی متیل متاکریلات استفاده شده است. هنگامی که وجود قطعات یونی نامطلوب است، نسبت به پرسولفات‌های معمولی یا سیستم‌های ردوکس ترجیح داده می شود.

V-50 initiator: این ساختار در پلیمریزاسیون آبی و پلیمریزاسیون امولسیونی مونومرهای مختلف وینیل استفاده می شود. به دلیل غیر سمی بودن، نرخ تبدیل بالا، باقی نماندن در محیط و عدم تجمع در فرآیند پلیمریزاسیون مورد توجه بوده است.

جمع بندی:

آغازگرها برای صنعت پلیمریزاسیون، به ویژه در تولید لوله های پلیمری، حیاتی هستند. انتخاب و کاربرد آنها به طور قابل توجهی بر خواص و عملکرد محصولات نهایی تأثیر می گذارد. از آنجایی که بازار جهانی آغازگرهای پلیمریزاسیون همچنان در حال گسترش است، درک نقش و انواع آغازگرها برای تولیدکنندگانی که هدفشان نوآوری و برآورده کردن تقاضاهای در حال تحول صنایع مختلف است، ضروری خواهد بود.
تکامل مداوم در صنعت پلیمریزاسیون، که توسط پیشرفت‌های تکنولوژیکی و نوآوری هدایت می‌شود، بر نقش حیاتی آغازگرها در شکل‌دهی آینده مواد پلیمری تاکید می‌کند. تولیدکنندگانی که خود را با این روندها تطبیق می دهند، موقعیت خوبی برای پیشرفت در بازار رقابتی جهانی خواهند داشت.

References
[1] https://www.futuremarketinsights.com/reports/polymerization-initiators-market
[2] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/app.1991.070421129
[3] https://polymer.bocsci.com/products/polymerization-initiators-4197.html
[4] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0014305723001258
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Smart_polymer
[6] https://www.gminsights.com/industry-analysis/polymerization-initiator-market
[7] https://www.mdpi.com/2073-4360/13/11/1822
[8] https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/polymerization-initiator-market-5390816.html

گرداورنده: مهرناز بهادری 

ویراستار: زهرا دوات گری