پلی اتیلن اکسید با وزن مولکولی بالا (PEO) یک ترکیب پلیمری پرکاربرد با حلالیت خوب در آب، سمیت کم و پردازش و قالب گیری آسان است. می توان از آن به عنوان یک فیلم محلول در آب{1}}، عامل اندازه نساجی، غلیظ کننده، لخته ساز، روان کننده، پخش کننده، کاهنده کشش آبی، افزودنی آرایشی، عامل ضد الکتریسیته ساکن و غیره استفاده کرد. سنتز پلی اتیلن اکسید معمولاً یک واکنش دسته ای را اتخاذ می کند و کلید در کاتالیزور نهفته است. از دهه 1960، انواع کاتالیزورها مورد مطالعه و تاسیس قرار گرفته است. سیستمهای موفقتر عبارتند از: آلوزینک-پلیال-مونول، آلکوکسیآلومینیوم-آب-استیلاستون، آلکیآلومینیوم{10}}آب-استیلاستون، آلکیآلومینیوم-آب زیتی، خاکی{13} ترکیب-آلکیل آلومینیوم-آب و غیره
1 سنتز پلی اتیلن اکسید
واکنش پلیمریزاسیون اکسید اتیلن بر روی یک کاتالیزور ناهمگن یک واکنش پلیمریزاسیون آنیونی هماهنگ است و نظرات مختلفی در مورد مکانیسم آن وجود دارد [3]. مارکوا واکنش اکسید اتیلن را روی سطوح اکسید و هیدروکسید با استفاده از طیفسنجی فروسرخ مطالعه کرد و یک فرآیند پلیمریزاسیون چهار مرحلهای را پیشنهاد کرد: (1) مونومرهای اکسید اتیلن بر روی سطح کاتالیزور جذب میشوند (جذب فیزیکی). (2) باز شدن حلقه-با شکستن پیوندهای کربن-اکسیژن صورت میگیرد. (3) یک پلیمر به تدریج تشکیل می شود و بر روی سطح کاتالیزور جذب می شود (شیمیایی). و (4) زنجیره پلیمری رشد می کند.
کوهر، اوسگان و دیگران فرآیند پلیمریزاسیون را یک فرآیند سه مرحلهای-میدانستند (شکل 1 را ببینید):
(1) مونومر و کاتالیزور لیگاندهای تشکیل می دهند (Ⅰ→←Ⅱ).
(2) مونومرهای هماهنگ می چرخند و تحت تغییر بار قرار می گیرند (Ⅱ→Ⅲ).
(3) افزایش وزن الکترون منجر به رشد زنجیره می شود (Ⅲ→Ⅳ).
سیستم های کاتالیست زیادی گزارش شده اند، اما تعداد کمی از آنها دارای ارزش صنعتی هستند. بخشهای زیر برخی از رایجترین سیستمهای کاتالیست. 1.1 Organozinc-Polyol-Monool System را معرفی میکنند.
Japanese researchers [4] studied this system around 1970. They found that the product obtained by reacting organozinc compounds with polyols, polythiols, polyphenols, polythiophenols, and other polyfunctional compounds containing -OH or -SH groups, or mixtures thereof, and then reacting them with monools, or the product obtained by reacting organozinc compounds with monools and then reacting them with the above-mentioned polyfunctional compounds, or mixtures thereof, as a catalyst for the polymerization of epoxides such as ethylene oxide alone or the copolymerization of two or more epoxides, has good catalytic activity. For the polymerization of ethylene oxide, the amount of catalyst is generally 0.05% to 1% of the monomer weight, and the polymerization reaction temperature is 5 to 100℃. After a reaction time of >10 ساعت، نرخ تبدیل می تواند به بیش از 95٪ برسد و ویسکوزیته ویژه (ηsp/C، که ηsp ویسکوزیته خاص و C غلظت محلول است، به عنوان یک محلول آبی 0.1٪ در 30 درجه اندازه گیری می شود) به 2.26 m³/kg می رسد.
ترکیبات آلی روی در این سیستم به طور کلی عبارتند از: دی متیل روی، دی اتیل روی، دی{0}}n-پروپیل روی، اتیل اتوکسی روی، و غیره. ترکیبات چند عاملی حاوی گروههای -OH یا -SH عموماً عبارتند از: اتیلن گلیکول، دی اتیلن گلیکول، پروپیلن گلیکول، 1،4-بوتاندیول، مونوتیوگلیکول، اتیلن دی تیول، رزورسینول و غیره و الکل مونوهیدریک باید کمتر از 60 اتم کاربن داشته باشد.
آزمایشها همچنین نشان میدهند که فعالیت سیستم کاتالیزور فوق بسیار بهتر از محصولاتی است که از واکنش ارگانوزینک با الکلهای پلیهیدریک، آب یا الکلهای مونوهیدریک بهتنهایی بهعنوان کاتالیزور پلیمریزاسیون اپوکسید بهدست میآیند.
2 کاربردهای پلی اتیلن اکسید
پلی اتیلن اکسید یک پودر سفید است. بوی خاصی نداره آزمایشات بیولوژیکی نشان می دهد که سمیت کمی دارد. PEO کاملا در آب محلول و در برخی از حلال های آلی محلول است. دارای نرمی و ترموپلاستیسیته است. نقطه نرم شدن 65-67 درجه است. نقطه شکنندگی 50- درجه است. هنگامی که تا دمای بالاتر از نقطه نرم شدن آن گرم می شود، می توان آن را به اشکال و فیلم های مختلف پردازش کرد. مقاومت بالایی در برابر فرسایش باکتریایی دارد، پوسیده نمی شود و رطوبت سنجی پایینی در جو دارد. PEO با وزن مولکولی بالا نیز اثر لخته سازی دارد. اختلاط خوبی با رزین های دیگر دارد [1]. رابطه بین ویسکوزیته ذاتی [η] و وزن مولکولی محلول پلی اتیلن اکسید مطابق با Mark-Houwink است. رابطه: [η]=KM2
جایی که K و a در یک محیط معین ثابت هستند.
PEO پایداری شیمیایی خوبی دارد و در برابر اسیدها و قلیاها مقاوم است. از آنجایی که ساختار مولکولی آن فاقد گروه های فعال شیمیایی است، انجام سایر واکنش های شیمیایی به جز تجزیه در شرایط سخت دشوار است. با این حال، به دلیل وجود جفت الکترون مشترک بر روی اتمهای اکسیژن اتر در زنجیره پلیمری، تمایل زیادی به تشکیل پیوندهای هیدروژنی دارد و میتواند کمپلکسهای مرتبط با ترکیبات آلی مختلف، پلیمرهای آلی و الکترولیتهای معدنی خاص را تشکیل دهد. خواه PEO جامد باشد یا محلول آبی PEO، وزن مولکولی با زمان نگهداری طولانی مدت کاهش می یابد. این عمدتا به دلیل تخریب اکسیداتیو است. وجود مقادیر ناچیز کلر، پراکسیدها، پرمنگناتها، پرسولفاتها یا یونهای فلزات واسطه (Gu-، Cu2+، Cu-Fe1+ و 12+) همگی میتوانند تجزیه اکسیداتیو را تسریع کنند. تثبیت کننده هایی مانند هیدروکسی تولوئن بوتیله، ایزوپروپانول بی آب 5 تا 10 درصد (وزنی)، اتانول و اتیلن گلیکول، معمولاً برای کاهش موثر تخریب اکسیداتیو اضافه می شوند.
2.2 عوامل نگهدارنده پرکننده خمیر و آب-چسب های کاغذ محلول
در کاغذسازی خمیر چوب، معمولاً پرکنندهها اضافه میشوند تا کاغذ را سفید و غیر انعکاسی- کنند. با این حال، بخش قابل توجهی از پرکننده ها و الیاف ریز در طول کاغذسازی از بین می روند. اگر به ازای هر تن فیبر خشک 0.5 درصد پرکننده اضافه شود... پلی اتیلن اکسید با وزن مولکولی بالا (PEO) 0.25-0.05 کیلوگرم می تواند به طور قابل توجهی از دست دادن پرکننده ها و الیاف ریز را کاهش دهد. رزین PEO همچنین یک اثر هم افزایی بر روی لختهسازهای رایج نشان میدهد که نه تنها میزان ماندگاری پرکنندهها، رنگدانهها و الیاف را بهبود میبخشد، بلکه سرعت خشک شدن را نیز افزایش میدهد.
PEO حلالیت آب عالی دارد. محلول آبی آن ویسکوزیته بالایی دارد که پس از خشک شدن از بین می رود و برای فرمولاسیون چسب های محلول در آب مناسب است. در صنعت کاغذ، از PEO به عنوان چسب در هنگام سیم پیچی کاغذ استفاده می شود و به رول کاغذ اجازه می دهد بدون پاره شدن کاغذ باز شود. وزن مولکولی PEO مورد استفاده در حالت ایده آل باید بین 300000 تا 600000 باشد، با توزیع وزن مولکولی نسبتاً وسیع.
2.4 ضخیم کننده
پلی اتیلن اکسید با وزن مولکولی بالا (PEO) دارای توانایی ضخیم شدن قوی است. می تواند محلول ها را در غلظت های بسیار کم غلیظ کند و در برابر اسیدها و قلیاها مقاوم است. افزودن مقدار کمی PEO با وزن مولکولی بالا به محلول های شوینده می تواند ویسکوزیته ماده پاک کننده را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و جریان پذیری آن را متناسب با کاربردهای مختلف کنترل کند. به عنوان مثال، هنگام تمیز کردن سطوح عمودی، یک ماده تمیز کننده ضخیم تر می تواند زمان تماس بین ماده تمیز کننده و سطح در حال تمیز کردن را افزایش دهد و در نتیجه اثر تمیز کردن را بهبود بخشد. افزودن مقدار کمی PEO با وزن مولکولی بالا به محلول های اسید کلریدریک و اسید سولفوریک می تواند این محلول ها را غلیظ کند و حمل و نقل و استفاده از آنها را آسان تر کند.
