عبور از بحران زیست‌محیطی تایرها با نسل جدید آنتی‌ازونانت‌ها

بررسی جامع و مقایسه‌ای ترکیب نوآورانه CCPD (Vulkanox ۴۰۶۰) با ۶PPD متداول

چکیده

لاستیک‌های پایه دی‌انی پرکاربرد در صنعت تایر مانند لاستیک طبیعی (NR) و استایرن-بوتادین (SBR)، به‌دلیل وجود پیوندهای دوگانه در زنجیره اصلی خود، به‌شدت در برابر تخریب ناشی از ازون و اکسیژن هوا آسیب‌پذیرند. برای بیش از شش دهه، ماده شیمیایی ۶PPD نقشی بی‌بدیل و انحصاری را به‌عنوان محافظ اصلی در برابر این تخریب بر عهده داشت. با این حال، پژوهش‌های زیست‌محیطی اخیر نشان دادند که محصول اکسیداسیون این ماده (موسوم به PPD-quinone۶) پس از ورود به آب‌های سطحی از طریق سایش تایر بر روی جاده، عامل اصلی مرگ‌ومیر گسترده ماهی‌های سالمون است. در پی این بحران اکولوژیکی، شرکت Lanxess ترکیب جایگزین جدیدی با نام تجاری Vulkanox ۴۰۶۰ و پایه شیمیایی CCPD به بازار معرفی کرده است. هدف این مقاله، بررسی همه‌جانبه دلایل بروز این چالش، نحوه عملکرد شیمیایی این جایگزین سبز و ارزیابی توان رقابتی آن در فرمولاسیون و فرایند تولید تایر است

۱. مقدمـــه:چرا لاستیک‌ها به مواد ضدتخریب نیاز دارند؟

لاستیک‌های پایه دی‌انی مانند لاستیک طبیعی (NR)، بوتادین رابر (BR) و لاستیک استایرن-بوتادین (SBR)، پلیمرهایی هستند که در ساختار مولکولی خود پیوندهای دوگانه کربن-کربن (C=C) متعددی دارند. این پیوندهای دوگانه اگرچه به لاستیک خاصیت ارتجاعی، جهندگی و انعطاف‌پذیری شگفت‌انگیزی می‌بخشند، اما از نظر شیمیایی نقاط ضعف این مواد محسوب می‌شوند.

هنگامی که یک قطعه لاستیکی یا تایر در معرض اتمسفر زمین قرار می‌گیرد، دو عامل اصلی تخریب وارد عمل می‌شوند:

اکسیژن هوا : که در اثر گرما و نور باعث شکست تدریجی زنجیره‌ها و پدیده «پیرشدگی ترمواکسیداتیو» (سخت و شکننده شدن لاستیک) می‌شود.

اوزون موجود در جو : که ماده‌ای فوق‌العاده فعال و خورنده است. ازون مستقیماً به پیوندهای دوگانه حمله کرده و اتصالات عرضی را می‌شکند. اگر لاستیک تحت کشش یا تنش‌های مکانیکی متناوب باشد (دقیقاً مانند تایری که روی جاده در حال چرخش است)، این شکست زنجیره‌ها به شکل ترک‌های عمیق عمود بر جهت تنش (Ozone Cracks) نمایان می‌شود و می‌تواند منجر به ترکیدن تایر و متلاشی شدن سازه الاستومری گردد.

برای مقابله با این پدیده، شیمیدان‌ها افزودنی‌هایی به‌نام آنتی‌ازونانت (Anti-ozonant) را ابداع کردند. سال‌ها بود که ماده‌ای به‌نام ۶PPD بهترین، مطمئن‌ترین و مقرون‌به‌صرفه‌ترین محافظ تایر در دنیا شناخته می‌شد.

۲. بحران پنهان: ماجرای مسمومیت رودخانه‌ها و ماهی‌های سالمون

داستان بحران ۶PPD از ایالت واشنگتن در غرب آمریکا آغاز شد. پژوهشگران محیط‌زیست سال‌ها متوجه پدیده‌ای عجیب شده بودند: پس از هر بارندگی شدید پاییزه، تعداد بسیار زیادی از ماهی‌های سالمون کوهو (Coho Salmon) درست پیش از تخم‌ریزی در رودخانه‌ها به‌طور ناگهانی دچار اختلال تنفسی شده و از بین می‌رفتند!!!

پس از سال‌ها پژوهش پیشرفته دانشگاهی در سال ۲۰۲۰، سرنخ اصلی کشف شد:
گرد و غبار ناشی از سایش تایر روی آسفالت جاده‌ها!!!

در فرآیند رانندگی، میلیاردها ذره میکروسکوپی از آج لاستیک جدا می‌شوند. این ذرات حاوی ۶PPD هستند.
۶PPD برای محافظت از لاستیک، با ازون هوا واکنش می‌دهد و از بین می‌رود (فداکاری شیمیایی). اما حاصل این واکنش، تولید ماده‌ای جانبی و پایدار به‌نام ۶PPD-quinone است.
با شروع بارندگی، این ذرات آغشته به ۶PPD-quinone شسته شده و مستقیماً وارد جویبارها و رودخانه‌ها می‌شوند.
آزمایش‌های زیست‌سم‌شناسی فاش کرد که ۶PPD-quinone یکی از سمی‌ترین مواد شیمیایی شناخته‌شده برای ماهی سالمون است؛ به‌گونه‌ای که حتی حضور مقادیر بسیار ناچیز در حد نانوگرم یا میکروگرم در لیتر، ظرف چند ساعت سیستم گردش خون و آبشش این ماهی‌ها را از کار می‌اندازد.

این کشف زنگ خطری جدی در سراسر جهان به صدا درآورد. سازمان‌های حفاظت از محیط‌زیست در آمریکا و آژانس‌های رگولاتوری اروپا (قوانین سخت‌گیرانه REACH) تایرسازان را تحت فشار گذاشتند تا هرچه سریع‌تر برای این ماده کشنده، جایگزینی ایمن پیدا کنند.

۳. ورود راهکار نوین لانکسس: CCPD (Vulkanox ۴۰۶۰)

پیدا کردن جایگزین برای ۶PPD کار ساده‌ای نبود؛ زیرا هر ماده جدیدی نه‌تنها باید از نظر محیط‌ زیستی پاک و بی‌خطر باشد، بلکه نباید

عملکرد فنی تایر را دچار افت کند
قیمت تمام‌شده را به عرش ببرد
فرآیند پخت لاستیک در کارخانه را به هم بریزد.

کمپانی آلمانی لانکسس (Lanxess) پس از پژوهش‌های آزمایشگاهی فشرده، ترکیب CCPD را با نام تجاری Vulkanox ۴۰۶۰ به بازار معرفی کرد.

تفاوت در ساختار شیمیایی چیست؟

۶PPD چیست؟

نام شیمیایی آن است؛ یعنی دارای یک هسته اصلی پارافنیلن دی‌آمین، یک سمت زنجیره هیدروکربنی شاخه‌دار و سمت دیگر یک حلقه بنزنی (فنیل) است.

CCPD چیست؟

نام آن است. لانکسس در این مولکول، ساختارهای قبلی را با دو حلقه کاملاً سیرشده و اشباع سیکلوهگزیل (حلقه‌های ۶ کربنه بدون پیوند دوگانه) جایگزین کرده است.

چرا محصول تخریب این ماده سمی نیست؟

هنگامی که این مولکول جدید با ازون واکنش می‌دهد، ترکیبی به‌نام CCPD-quinone تشکیل می‌دهد. پژوهش‌های زیست‌محیطی دقیق نشان داده‌اند که شکل هندسی و رفتار زیستی این مولکول به نحوی است که با پروتئین‌ها و سلول‌های تنفسی ماهی‌های سالمون پیوند مخرب برقرار نمی‌کند. تست‌های انجام‌شده نشان داده‌اند که حتی تا بیشترین غلظت ممکن حلالیت این ماده در آب، هیچ‌گونه اثر سمیت حاد یا آسیبی به ماهی‌ها وارد نمی‌شود.

۴. جدول مقایسه‌ای جامع: ۶PPD در برابر CCPD (Vulkanox ۴۰۶۰)

برای درک بهتر رفتار این دو افزودنی در فرمولاسیون لاستیک، جدول زیر متغیرهای مهم را از بعد آزمایشگاهی و خط تولید با زبانی روشن مقایسه می‌کند:

۵. تحلیل فرایندی: نحوه استفاده در خطوط کامپاندینگ و میکس

یکی از بزرگ‌ترین دغدغه‌های مهندسان کامپاندینگ این است که افزودن یک ماده جدید، سیستم اختلاط را به هم نریزد. براساس ارزیابی‌های فنی:

سازگاری در میکسر داخلی (بنبوری): ماده CCPD رفتار فیزیکی پایداری دارد. این ماده به‌خوبی در ماتریس لاستیک پخش شده و اختلاط همگنی با دوده صنعتی (مانند گریدهای تقویت‌کننده N۳۳۰ و N۵۵۰) ایجاد می‌کند.

خواص پس از پیرشدگی (Aging Performance): هنگامی که لاستیک ولکانیزه در کوره حرارتی طبق استانداردهای مرجع (نظیر ASTM D۵۷۳) پیر می‌شود، الاستومرهای حاوی CCPD پایداری حرارتی فوق‌العاده‌ای نشان می‌دهند؛ یعنی استحکام کششی و مقاومت به پارگی آن‌ها همانند الاستومرهای محافظت‌شده با ۶PPD حفظ می‌شود.

هم‌افزایی با سایر مواد: استفاده هم‌زمان از CCPD در کنار پایدارکننده‌های حرارتی متداول نظیر TMQ (پلی‌مریزه شده ۱,۲-دی‌هیدرو-۲,۲,۴-تری‌متیل‌کینولین) رفتار هم‌افزا (Synergistic) ایجاد می‌کند و حداکثر پایداری حرارتی و ازونی را به ارمغان می‌آورد.

۶. نتیجه‌گیری و چشم‌انداز صنعت تایر

معرفی Vulkanox ۴۰۶۰ (CCPD) توسط شرکت لانکسس نشان داد که صنایع پتروشیمی و الاستومر می‌توانند بدون فدا کردن کیفیت فنی و مقاومت فیزیکی محصولات، بحران‌های سنگین محیط‌ زیستی را حل کنند.

این ماده شیمیایی یک جایگزین مستقیم (Drop-in Replacement) محسوب می‌شود؛ به این معنی که کارخانه‌های تایر و قطعات لاستیکی بدون نیاز به تغییر ماشین‌آلات یا تغییر عمده در سیستم‌های شتاب‌دهنده و پخت خود، می‌توانند آن را در خطوط تولید پیاده‌سازی کنند. با شروع عرضه تجاری این محصول، انتظار می‌رود شرکت‌های پیشرو در صنعت لاستیک به‌سرعت به سمت این فناوری پایدار حرکت کرده و گامی بلند در جهت تولید لاستیک‌های پاک و دوستدار محیط‌زیست بردارند.

تا سالهای آتی این ماده جایگزین سبز ۶PPD در کل جهان خواهد شد و فعالان صنعت لاستیک میتوانند با تهیه این ماده و استفاده از آن در محصولات و فرمولاسیون خود، کمک شایانی به حفظ سلامت محیط زیست بکنند...

مقالات پیشنهادی

رویداد جامع کسبوتک | هوش مصنوعی در سطحی دیگر

دورهمی هوشمنـدسازی انجمن لاستیک های صنعتــی

گزارش برگزاری دوره «اختلاط لاستیک و کنترل کیفیت مواد اولیه» همزمان با افتتاحیه هوآ آکادمی

رمزگشایی از رفتارهای قیمتی در بازار پلیمر؛ راهنمای خرید هوشمندانه در عصر بی‌ثباتی

مجاز شدن واردات مواد اولیه پتروشیمی و پلیمری از مسیر ملوانی و کولبری؛ تصمیمی برای نجات تولید یا آغاز یک چالش جدید؟

گزارشی از گردهمایی فعالان صنعت لاستیک با محوریت کنترل بحران مواد اولیه

گردهمایی بزرگ انجمن لاستیک با موضوع کنترل بحران مواد اولیه

اختتامیه نمایشگاه تخصصی لاستیک و پلاستیک اصفهان ۱۴۰۴

نمایشگاه تخصصی لاستیک و پلاستیک اصفهان ۱۴۰۴، پس از چهار روز برگزاری پربار و پرثمر در فضایی پویا، با حضور و مشارکت فعال شرکت‌های برتر عضو انجمن لاستیک استان اصفهان، روز گذشته به کار خود پایان داد.

پانزدهمین نمایشگاه اصفهان پلاست

پانزدهمین نمایشگاه تخصصی «اصفهان پلاست» با محوریت صنعت پلاستیک، لاستیک، ماشین‌آلات و تجهیزات وابسته از تاریخ ۸ تا ۱۱ آبان‌ماه در محل دائمی نمایشگاه‌های بین‌المللی اصفهان برگزار شد.
در این رویداد، شرکت های مختلفی از صنعت لاستیک و پلاستیک با ارائه محصولات و توانمندی‌های خود حضور فعالی داشتند و جلوه‌ای از قدرت تولیدی و فنی صنعت لاستیک و پلاستیک استان را به نمایش گذاشتند.
استاندار اصفهان در روز افتتاحیه با حضور در نمایشگاه از غرفه انجمن لاستیک بازدید کرد. همچنین در حاشیه این رویداد، دو تفاهم‌نامه همکاری مهم میان مجموعه *هِوِآ، انجمن لاستیک اصفهان، شرکت صنعتی دوده فام و شرکت تحقیقات لاستیک به امضا رسید.
افزون بر این، هیئت‌هایی از کشورهای عراق، افغانستان و ازبکستان نیز در نمایشگاه حضور یافتند و با فعالان صنعت لاستیک اصفهان دیدار و گفت‌وگو کردند.
در کنار این رویدادها، مصاحبه‌های تخصصی با مدیران و کارشناسان صنعت لاستیک نیز انجام شد تا دیدگاه‌ها و چالش‌های این صنعت از زبان فعالان آن مورد بررسی قرار گیرد.