वल्कनीकरण
वल्कनीकरण (ब्रिटिश: वल्कनीकरण) रबड़ को कठोर करने की प्रक्रियाओं की श्रृंखला है।[1] यह शब्द प्रमुख रूप से गंधक के साथ प्राकृतिक रबर के उपचार के लिए विशेष रूप से संदर्भित है। जो कि सबसे सामान्य अभ्यास है। यह विभिन्न माध्यमों से अन्य (सिंथेटिक) रबड़ वालों की कठोरता को सम्मिलित करने के लिए भी विकसित हुआ है। उदाहरणों में धातु ऑक्साइड का उपयोग करके आरटीवी सिलिकॉन और क्लोरोप्रीन रबर (नियोप्रीन) के माध्यम से सिलिकॉन रबर सम्मिलित हैं।
वल्कनीकरण को इलास्टोमर के क्यूरिंग (रसायन विज्ञान) के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। इस संदर्भ में कभी-कभी 'वल्कनीकरण' और 'क्योरिंग' शब्दों का प्रयोग किया जाता है। यह बहुलक श्रृंखला के वर्गों के बीच क्रास लिंक बनाकर काम करता है। जिसके परिणामस्वरूप कठोरता और स्थायित्व में वृद्धि होती है। इसके साथ ही सामग्री के यांत्रिक और विद्युत गुणों में अन्य परिवर्तन भी होते हैं।[2] वल्कनीकरण सामान्यतः अन्य थर्मोसेटिंग पॉलिमर के उपचार के साथ अपरिवर्तनीय होता है।
वल्कनीकरण शब्द वल्कन से लिया गया है। जो आग और जाली के रोमन देवता हैं।
इतिहास
रबड़-लेटेक्स-मेसोअमेरिकन संस्कृतियों में पिछले हजारों वर्षों से जाना जाता था। इसका प्रयोग गेंदों, सैंडल के तलवों, रबर बैंड और जलरोधक कंटेनर बनाने के लिए किया जाता था। रबर को एज़्टेक साम्राज्य के अन्दर विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए संसाधित किया गया था। रबर और लेटेक्स कच्चे सामान को संसाधित और निर्मित किया गया था और पुनः उपयोग या आगे वितरण के लिए राजधानी में भेज दिया जाता था।[3]
19वीं शताब्दी के आरंभिक रबर ट्यूब टायर गर्म सड़क पर चलने पर चिपचिपे हो जाते थे। जब तक कि उनमें अपशिष्ट पदार्थ फंस नहीं जाता था और अंततः टायर फट जाते थे।
चार्ल्स गुडइयर 1830 के दशक में उन ट्यूब टायरों को उत्तम बनाने के लिए काम कर रहे थे। उसने रबर को गर्म करने का प्रयत्न किया। जिससे उसमें अन्य रसायन मिलाए जा सकें। ऐसा प्रतीत होता है कि यह रबड़ को कठोर और उत्तम बनाता है। चूंकि यह स्वयं को गर्म करने के कारण था, न कि प्रयोग किए गए रसायनों के कारण। इसकी जानकारी न होने पर उनके घोषित कठोर सूत्र लगातार काम नहीं करते थे। जिससे उन्हें बार-बार असफलताओं का सामना करना पड़ता था। 1839 में एक दिन, जब रबर को सल्फर के साथ मिलाने का प्रयत्न किया जा रहा था, गुडइयर ने गलती से इस मिश्रण को एक गर्म फ्राइंग पैन में गिरा दिया। उनकी असावधानी के कारण पिघलने या वाष्पीकरण के अतिरिक्त रबर कठोर होता जा रहा था और जैसे-जैसे उसने गर्मी बढ़ाई, उसी प्रकार रबर कठोर होता गया। गुडइयर ने जल्दी से इस कठोरीकरण के लिए एक सुसंगत प्रणाली तैयार की। जिसे सम्मिलित गर्मी के कारण उन्होंने वल्कनीकरण कहा गया। उन्होंने उसी वर्ष एक पेटेंट प्राप्त किया और 1844 तक औद्योगिक मापदंड पर रबर का उत्पादन कर रहे थे।
अनुप्रयोग
वल्केनाइज्ड सामग्रियों के कई उपयोग हैं। जिनमें से कुछ उदाहरण रबर की नली, जूते के तलवे, खिलौने, इरेज़र, शॉक एब्जॉर्बर, कन्वेयर बेल्ट[4] कंपन माउंट / डैम्पर्स, इन्सुलेशन सामग्री, टायर और बॉलिंग बॉल आदि सम्मिलित हैं।।[5] अधिकांशतः रबर उत्पादों को वल्कनीकृत किया जाता है क्योंकि यह बड़े मापदंड पर उनके जीवनकाल, कार्य और शक्ति में सुधार करता है।
अवलोकन
थर्माप्लास्टिक प्रक्रियाओं के विपरीत (मेल्ट-फ्रीज प्रक्रिया जो कि अधिकांश आधुनिक पॉलिमर के व्यवहार की विशेषता है) वल्कनीकरण अन्य थर्मोसेटिंग पॉलिमर के उपचार के साथ सामान्यतः अपरिवर्तनीय है।
पांच प्रकार की उपचार प्रणालियां सामान्य उपयोग में हैं:
- सल्फर तन्त्र
- पेरोक्साइड
- धात्विक ऑक्साइड
- एसिटॉक्सिसिलीन
- यूरेथेन क्रॉसलिंकर्स
सल्फर के साथ वल्कनीकरण
सबसे सामान्य वल्केनाइजिंग प्रकार सल्फर पर निर्भर करते हैं। सल्फर स्वयं में एक धीमा वल्केनाइजिंग एजेंट है और सिंथेटिक पॉली ओलेफिन को वल्केनाइज़ नहीं करता है। क्रॉसलिंकिंग के कैनेटीक्स को संशोधित करने वाले विभिन्न यौगिकों का उपयोग करके त्वरित वल्कनीकरण किया जाता है।[6] इस मिश्रण को प्रायः उपचार पैकेज के रूप में जानते हैं। सल्फर वल्कनीकरण के अन्तर्गत आने वाले मुख्य पॉलिमर पॉलीसोप्रीन (प्राकृतिक रबर) और स्टाइरीन-ब्यूटाडाइन रबर (एसबीआर) हैं। जिनका उपयोग अधिकांश सड़क-वाहन टायरों के लिए किया जाता है। उपचार पैकेज विशेष रूप से सब्सट्रेट और अनुप्रयोग के लिए समायोजित किया जाता है। प्रतिक्रियाशील साइट-उपचार साइट-एलिलिक हाइड्रोजन परमाणु हैं। ये C-H बांड एल्केन कार्बन-कार्बन डबल बांड (>C =C<) के निकट हैं। वल्कनीकरण के समय इनमें से कुछ C-H बॉन्ड्स को पॉलीसल्फाइड परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। जो एक अन्य बहुलक श्रृंखला के उपचार स्थल से जुड़ते हैं। इन बॉन्डस में एक से अधिक कई परमाणु होते हैं। क्रॉसलिंक में सल्फर परमाणुओं की संख्या अंतिम रबर की वस्तु के भौतिक गुणों को दृढ़ता से प्रभावित करती है। शॉर्ट क्रॉसलिंक्स रबर को उत्तम हीट प्रतिरोध देते हैं। अधिक संख्या में सल्फर परमाणुओं के साथ क्रॉसलिंक रबर को अच्छे गतिशील गुण देते हैं। किन्तु कम हीट प्रतिरोध करते हैं। रबड़ के लचीले गुण के लिए गतिशील गुण महत्वपूर्ण हैं। उदाहरण के लिए चलने वाले टायर की एक साइड दीवार की गति। अच्छे फ्लेक्सिंग गुणों के बिना ये गति तेजी से दरारें बनाती हैं और अंततः रबर की वस्तु को विफल कर देंगी।
पॉलीक्लोरोप्रीन का वल्कनीकरण
धातु ऑक्साइड (विशेष रूप से मैग्नीशियम ऑक्साइड और ज़िंक ऑक्साइड, कभी-कभी लेड (II, IV) ऑक्साइड Pb3O4) का उपयोग करके नियोप्रिन या पॉलीक्लोरोप्रीन रबर (सीआर रबर) का वल्कनीकरण किया जाता है। सल्फर यौगिकों के अतिरिक्त, जो वर्तमान में कई प्राकृतिक और सिंथेटिक रबर के साथ प्रयोग किया जाता है। इसके अतिरिक्त विभिन्न प्रसंस्करण कारकों (मुख्य रूप से झुलसा, यह गर्मी के प्रभाव के कारण रबड़ के समय से पहले क्रॉस-लिंकिंग है) के कारण त्वरक (रसायन विज्ञान) का चुनाव अन्य डाईन रबड़ वालों के लिए अलग-अलग नियमों द्वारा नियंत्रित होता है। सबसे प्राथमिक रूप से उपयोग किए जाने वाले त्वरक अनिश्चित होते हैं। जब CR रबड़ ठीक हो जाते हैं और सबसे महत्वपूर्ण त्वरक एथिलीन थियोरिया (ईटीयू) पाया गया है। जो कि पॉलीक्लोरोप्रीन के लिए एक उत्कृष्ट और सिद्ध त्वरक होने के बाद रिप्रोटॉक्सिक के रूप में वर्गीकृत किया गया है। यूरोपीय रबर उद्योग ने एक शोध परियोजना सेफ रबड़ प्रारम्भ की गयी है।[7] ईटीयू के उपयोग के लिए एक सुरक्षित विकल्प विकसित करना इसका प्रमुख लक्ष्य है।
सिलिकोसिस का वल्कनीकरण
कक्ष-तापमान वल्केनाइजिंग (आरटीवी) सिलिकॉन प्रतिक्रियाशील तेल-आधारित पॉलिमर से बना है। जो खनिज भार को शक्तिशाली करता है। कमरे के तापमान पर वल्केनाइजिंग सिलिकॉन दो प्रकार के होते हैं:
- आरटीवी-1 (एक-घटक प्रणाली); वायुमंडलीय आर्द्रता, उत्प्रेरक और एसिटॉक्सिसिलीन की क्रिया के कारण कठोर हो जाता है। एसिटॉक्सिसिलीन, आर्द्र परिस्थितियों के संपर्क में आने पर एसीटिक अम्ल का निर्माण करेगा।[8] उपचार की प्रक्रिया बाहरी सतह पर प्रारम्भ होती है और इसके कोर तक जाती है। उत्पाद को एयरटाइट कार्ट्रिज में पैक किया जाता है और जिससे द्रव या पेस्ट के रूप में होता है। आरटीवी-1 सिलिकॉन में अच्छा आसंजन, लोच और स्थायित्व विशेषताएँ हैं। किनारे की कठोरता 18 और 60 के बीच भिन्न हो सकता है। ब्रेक पर बढ़ाव 150% से 700% तक हो सकता है। यूवी विकिरण और अपक्षय के उत्तम प्रतिरोध के कारण उनके पास उत्कृष्ट एजिंग बढ़ने का प्रतिरोध है।
- आरटीवी-2 (दो-घटक प्रणालियां); दो-घटक उत्पाद, जो मिश्रित होने पर कमरे के तापमान पर एक ठोस इलास्टोमेर, जेल या लचीले फोम में ठीक हो जाते हैं। आरटीवी-2 से लचीला रहता है। −80 to 250 °C (−112 to 482 °F) ऊपर के तापमान पर ब्रेकडाउन होता है। 350 °C (662 °F) एक अक्रिय सिलिकॉन डाइऑक्साइड छोड़ रहा है। जो गैर-ज्वलनशील और गैर-दहनशील है। उनके डाई इलेक्ट्रिक गुणों के कारण उन्हें इन्सुलेटर (बिजली) के लिए प्रयोग किया जा सकता है। यांत्रिक गुण संतोषजनक हैं। आरटीवी-2 का उपयोग लचीले भाग बनाने के साथ-साथ उद्योग और पैरामेडिकल अनुप्रयोगों के लिए कई विधियों के भागों के लिए किया जाता है।
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ Akiba, M (1997). "इलास्टोमर्स में वल्केनाइजेशन और क्रॉसलिंकिंग". Progress in Polymer Science. 22 (3): 475–521. doi:10.1016/S0079-6700(96)00015-9.
- ↑ {{cite book| editor1 = James E. Mark| editor2 = Burak Erman| editor3 = F. R. Eirich| year = 2005| title = रबड़ का विज्ञान और प्रौद्योगिकी| pages = 768| isbn = 0-12-464786-3}
- ↑ Tarkanian, M., & Hosler, D. (2011). America’s First Polymer Scientists: Rubber Processing, Use and Transport in Mesoamerica. Latin American Antiquity, 22(4), 469-486. doi:10.7183/1045-6635.22.4.469
- ↑ "वल्केनाइज्ड रबर के उपयोग और लाभों के लिए एक गाइड". Martins Rubber (in British English). 2020-01-27. Retrieved 2021-06-16.
- ↑ "गन्धकी रबर" (in English). Retrieved 2021-06-16.
- ↑ Hans-Wilhelm Engels, Herrmann-Josef Weidenhaupt, Manfred Pieroth, Werner Hofmann, Karl-Hans Menting, Thomas Mergenhagen, Ralf Schmoll, Stefan Uhrlandt “Rubber, 4. Chemicals and Additives” in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2004, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a23_365.pub2
- ↑ SafeRubber, an alternative accelerator to the development of rubber
- ↑ "लाल RTV-सिलिकॉन के लिए MSDS" (PDF). Archived (PDF) from the original on 2022-10-09. Retrieved 24 June 2011.
