سنتز صفر تا صدی «پلی‌ال پلی‌استری» تولید زیره کفش برای نخستین‌بار/ از کاربرد در صنایع کشتیرانی تا ساخت قلب و ریه مصنوعی
گروه استان‌های خبرگزاری آنا؛ پلیمر یک مولکول بزرگ یلا یک ماکرو مولکول است که ترکیبی از زیرواحدها یا مونومرهای بسیاری است.
پلیمرها به وفور در اطراف محیط یافت می‌شوند، از رشته‌های بدن DNA موجودات زنده که یک بیوپلیمر طبیعی است گرفته تا پلی پروپیلن که که در سراسر جهان به‌عنوان پلاستیک شناخته می‌شوند، همگی جزء پلیمرها هستند.
پلیمرها به‌طور طبییعی در گیاهان و حیوانات (پلیمرهای طبیعی) یافت می‌شوند یا ساخته دست بشر هستند(پلیمرهای مصنوعی یا سنتزی)؛ بنابراین پلیمهای مختلف دارای خصوصیان فیزیکی و شیمیایی بسیاری هستند که در زندگی روزمره نیز کاربرد دارند.
پلیمرها در اثر فرآیند پلیمریزاسیون ایجاد می‌شوند که در آن عناصر زنده به نام مونومرها باهم واکنش داده و زنجیرهای پلیمری را تشکیل می‌دهند، یعنی شبکه‌های سه‌بُعدی که پیوندهای پلیمری را شامل شده‌اند.
نوع مکانیسم پلیمریزاسیون مورد استفاده برای سنتز و تهیه پلیمرها به دو نوع گروه‌های عملکردی متصل به واکنش‌دهنده‌ها بستگی دارد؛ البته در علوم بیولوژیکی تقریباً تمامی ماکرو مولکول‌ها یا کاملاً پلیمری هستند یا از زنجیره‌های بزرگ پلیمری تشکیل شده‌اند.
پلیمرها به چند دسته تقسیم می‌شوند؟
پلیمرها به سه دسته پلیمرهای طبیعی، مصنوعی و نیمه‌مصنوعی می‌شوند. پلیمرهای طبیعی به‌طور طبیعی در گیاهان و حیوانات یافت می‌شوند، به‌عنوان مثال پروتئین‌ها، نشاسته، سلولز و لاستیک مهم‌ترین پلیمرها هستند. پلیمرهای زیست تخریب‌پذیر و بیوپلیمرها نیز دسته دیگری از پلیمرهای طبیعی هستند.
پلیمرهای نیمه‌مصنوعی از پلیمرهای طبیعی به دست می‌آیند و تحت فرآیند اصلاح شیمیایی قرار گرفته‌اند، به‌عنوان مثال نیترات سلولز و استات سلوفلز دو پلیمر نیمه‌سنتزی هستند.
پلیمرهای مصنوعی یا سنتزی ساخته دست بشر هستند، پلاستیک رایج‌ترین و پرکاربردترین پلیمر مصنوعی است، این ماده در صنایع و انواع محصولات لبنی مورد استفاده قرار می‌گیرد، نایلون، پلی اتر و ... از این دست هستند. پلیمرها براساس ساختار زنجیره مونومر به پلیمرهای خطی، شاخه‌ای و با پیوند متقاطع تقسیم‌بندی می‌شوند.
پلیمرها براساس پلیمریزاسیون به افزایشی و تراکمی تقسیم‌بندی می‌شوند. از سویی پلیمرها براساس واحدهای مونومر به هومومر، هتروپلیمر یا کوپلیمر تقسیم‌بندی می‌شوند.
پلیمرها براساس نیروهای مولکولی نیز به الاستومرها، الیاف، ترموپلاستیک‌ها و پلیمرهای تروموست تقسیم می‌شوند.
نگاهی به ساختار پلیمرها
بیشتر پلیمرهای اطراف از ستون اصلی با ساختار هیدروکربنی تشکیل شده و شالوده هیدروکربنی یک زنجیره طولانی از اتم‌های کربن و هیدروژن بوده که این ساختار به‌دلیل ماهیت چهار ظرفیتی کربن امکانپذیر است.
شرکت دانش‌بنیان دیباگران آریا شیمی در زمینه‌های تولید رزین پلییورتان با گریدهای متنوع، اجرای فعالیت‌های مربوط به بازرسی فنی و خوردگی فلزات در صنایع مختلف، اعمال سامانه‌های حفاظتی و پایش خوردگی، طراحی و سنتز انواع پوشش‌های ضدخوردگی با قابلیت کاربرد در مناطق مختلف و پلیمرها فعالیت دارد.
فوم پلییورتان متشکل از پلی‌ال پلی‌استری و ایزوسیانات پیش‌پلیمری برای کاربرد در زیره کفش است.
خبرنگار خبرگزاری آنا به عنوان رسانه دیده‌بان علم، فناوری و نوآوری به منظور کمک به رشد و توسعه عرصه علم و فناوری کشور و در راستای معرفی شرکت‌های دانش‌بنیان، زمینه فعالیت، تولید و دستاوردهای علمی آنها با هاله رسولی مدیرعامل این شرکت دانش‌بنیان و دکتری تخصصی در رشته شیمی کاربردی (پلیمر) از دانشگاه صنعتی امیرکبیر و پسادکتری از دانشگاه تبریز گفتوگو کرده است که در پی می‌آید:
از تولید رزین پلییورتان تا سنتز پوشش‌های ضدخوردگی
آنا: فعالیت خود را در حوزه شیمی از کجا آغاز کردید؟
رسولی: از ابتدای تحصیلات تکمیلی روی سنتز پلیمرها و کاربرد آنها در صنایع و پروژه‌های مختلف از قبیل ماهیچههای مصنوعی، خوردگی، سنتز کاتالیستها و الکتروکاتالیستها بر پایه نانوذرات، پیلهای سوختی، ابرخازن، شکافت نوری ـ الکتروشیمیایی آب و سنتز پلیمرهای پیشرفته همچون پلییورتان فعالیت داشتهام.
نتایج حاصل از این فعالیت‌های پژوهشی به‌صورت ۱۷ مقاله در ژورنال‌های بینالمللی (ISI) با ایمپکت‌های مختلف (۴-۲۴)، ۱۲ مقاله در کنفرانس‌های بینالمللی و داخلی و ۶ اختراع در سازمان مالکیت معنوی به چاپ رسیده است.
پریسا زرداری نیز با مدرک دکتری تخصصی در رشته شیمی فیزیک از دانشگاه تبریز و پسادکتری از همان دانشگاه، همکارم در شرکت(رئیس هیئت مدیره) بوده که از ابتدای تحصیلات تکمیلی روی سنتز پلیمرها و کاربرد آها در صنایع و پروژه‌های مختلف از قبیل خوردگی، سنتز کاتالیست‌های متنوع، طراحی و ساخت سلول‌های خورشیدی، ساخت انواع آندهای DSA، بازسازی آند، کاتد و غشای به‌کار رفته در صنتی کلرو-قلیا و سنتز پلیمرهای پیشرفته همچون پلییورتان فعالیت داشته است.
نتایج حاصل از فعالیت‌های پژوهشی «دکتر زرداری» به‌صورت ۱۱ مقاله در ژورنال‌های داخلی و بینالمللی (ISI)، ۱۰ مقاله در کنفرانس‌های بینالمللی و داخلی و یک اختراع در سازمان مالکیت معنوی به چاپ رسیده است.
آنا: درباره شرکت دانش‌بنیان خود و زمینه کاری و فعالیت آن توضیح دهید.
رسولی: این شرکت در زمینه‌های تولید رزین پلییورتان با گریدهای متنوع، اجرای فعالیت‌های مربوط به بازرسی فنی و خوردگی فلزات در صنایع مختلف، اعمال سامانه‌های حفاظتی و پایش خوردگی، طراحی و سنتز انواع پوشش‌های ضدخوردگی با قابلیت کاربرد در مناطق مختلف با رویکرد فنی ـ اقتصادی، ارزیابی مطالعات اولیه امکان‌سنجی پروژه‌های صنایع شیمیایی، اجرا و تفسیر انواع آنالیزهای شیمیایی و الکتروشیمیایی از قبیل EIS، CV، Tafel، FT-IR، XRD، SEM، EDX و ...، سنتز کامپوزیت‌ها و نانوکامپوزیت‌هاي پلیمری، سنتز مواد و کاتالیست‌های صنعتی در حوزه نانوتکنولوژی، استخراج فلزات معدنی، ساخت محرک‌های پلیمری (ماهیچه هاي مصنوعی)، ساخت انواع سلول‌های خورشیدی و اجرای آنالیزهای مربوطه و طراحی و ساخت ابرخازن فعالیت می‌کند.
این شرکت با داشتن استادان مجرب موفق به ارائه خدمات تحقیقاتی و صنعتی به صنایع مختلف کشور در کوتاه‌ترین زمان ممکن و با بالاترین دقت شده است. تعیین فرمولاسیون پلی یورتان مورد استفاده در زیره کفش، بررسی و تعیین مکانیسم خوردگی لوله خط آب خام فاز‌های ۱ و ۲ تغلیظ و ارائه راهکار بهینه مجتمع مس سونگون و تهیه و بررسی خواص پوشش‌های ضدخوردگی از نانوکامپوزیت هادی پلی‌آنیلین/روی از جمله خدمات ارائه شده است.
طراحی راکتور نیمه‌صنعتی سنتز پلی‌ال پلی‌استری
آنا: از چه زمانی فعالیت خود را آغاز کردید و تاکنون چه موفقیت‌هایی در مسیر طی شده حاصل شده و چه دستاوردهایی داشته‌اید؟
رسولی: شرکت پس از شناسایی نیاز کشور به مواد اولیه پلییورتان زیره کفش، فعالیت خود را از تابستان سال ۱۳۹۸، در مرکز رشد واحدهای فناور دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز آغاز و پس از مطالعات میدانی و امکان‌سنجی به فرموله کردن پلییورتانی در اشل آزمایشگاهی اقدام کرد. پس از رسیدن به این هدف، شرکت موفق به اخذ گواهی دانش‌بنیان از معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، در تیرماه سال ۱۴۰۰ شد.
زمینه‌های تولید رزین پلییورتان با گریدهای متنوع، اجرای فعالیت‌های مربوط به بازرسی فنی و خوردگی فلزات در صنایع مختلف، اعمال سامانه‌های حفاظتی و پایش خوردگی، طراحی و سنتز انواع پوشش‌های ضدخوردگی با قابلیت فنی ـ اقتصادی را داریم.
از آن پس، شرکت به طراحی و ساخت راکتور نیمه‌صنعتی سنتز پلی‌ال پلی‌استری اقدام کرد و پس از تلاش فراوان، توانست به سنتز نیمه‌صنعتی رزین پلی‌ال مورد استفاده در فرمولاسیون پلییورتان زیره کفش به‌طور موفقیتآمیزی دست یابد.
در نهایت، زیره کفش پلییورتانی حاصل از رزین پلی‌ال سنتزی و ایزوسیانات با استفاده از دستگاه تزریق صنعتی ساخته شد و تست قدم‌زنی، تحت شرایط دمایی مختلف و تست سایش زیره کفش بر روی آن انجام گرفت.
نتایج حاصل، نشاندهنده عملکرد بسیار مناسب مواد سنتزی بودند، بهگونهای که نمونه حاصل از این طرح، قابلیت رقابت با نمونههای وارداتی ایتالیایی و ترکیهای نظیر خود را دارد. با توجه به تقاضای بالای این مواد در کشور، تولید این محصول در کشور، دارای سود بسیار بالایی بوده و مانع از خروج ارز قابل توجهی از کشور می‌شود.
از سویی تکنولوژی حاصل از تلاش۱۳۹۹ تیم پژوهشی شرکت به‌صورت اختراع در سازمان مالکیت معنوی ثبت شده است. از دیگر دستاوردهای این شرکت، کسب عنوان واحد فناور برگزیده مرکز رشد دانشگاه آزاد اسلامی در سال و کسب مجوز دانش‌بنیانی از معاون علمی و فناوری ریاست جمهوری است.
آنا: زمینه فعالیت و نوع محصول و خدمات شرکت دانش‌بنیان شما چیست؟
رسولی: محصول شرکت، فوم پلییورتان متشکل از پلی‌ال پلی‌استری و ایزوسیانات پیش پلیمری برای کاربرد در زیره کفش بوده که هر دو جزء اصلی سازنده پلییورتان، توسط تیم تحقیقاتی مجرب شرکت فرموله و سنتز شده و در نهایت برای ساخت فوم پلییورتان مخصوص زیره کفش به‌کار گرفته شده‌اند.
استفاده از فوم‌های پلییورتان در تولید کفش و زیره به‌دلیل داشتن خواصی همچون چگالی پایین، مقاومت سایشی بالا، مقاومت خمشی مناسب، دوام طولانی‌مدت، وزن کمتر، سر نخوردن و مقاومت مطلوب در برابر آب و مواد شیمیایی بسیار مورد توجه صنایع کفش قرار گرفته است.
پلي‌يورتان گريد کفشی از دو جزء اصلی پلی‌ال و ايزوسيانات تشکيل شده است. ایزوسیانات به‌کار رفته در تولید پلییورتان زیره کفش، محصول صنایع پتروشیمی داخل کشور بوده و در بورس نیز عرضه می‌شود. در مقابل، رزینهای پلی‌ال به‌کار رفته در تولید زیره کفش اغلب وارداتی بوده و از طرفی، اعمال تحریمهای جهانی امکان دسترسی به این نوع رزین را محدود کرده است؛ بنابراين عمده‌ترين مسئله در تعيين فرمولاسيون پلي‌يورتان به‌کار گرفته در زيره کفش، سنتز رزین پلی‌ال آن است.
سیستمهای فوم پلییورتان زیره کفش براساس نوع پلی‌ال به‌کار رفته در ساختار آن به دو نوع پلیاتری و پلی‌استری پایهگذاری شده‌اند. انتخاب هریک از این پلیالها وابسته به کاربرد محصول نهایی تولید شده از آنها است. پلیالهای پلی‌استری به‌دلیل داشتن خواصی مانند واکنشپذیری بالا، مقاومت بالا در برابر اشعه فرابنفش، مقاومت بالا در برابر روغن و سوختها، مقاومت مکانیکی بالا، مقاومت در برابر کشش و پارگی بالا، انعطافپذیری بالا، حساسیت کمتر نسبت به باکتریها و قارچها، مقرون به صرفه بودن و ویسکوزیته پایینتر نسبت به پلیالهای پلیاتری بیشتر مورد توجه هستند.
تنوع فرمول و لزوم لحاظ شرایط فرآیند اختصاصی برای هزاران تولیدکننده داخلی و طیف وسیع قطعات پلییورتانی با خواصی ناب و بینقص، اهمیت وجود شرکتهایی که تولیدکنندگان رزین پلی‌ال پلی‌استری هستند را دوچندان میسازد. این شرکتها ضمن فرموله کردن پلیالهای پلی‌استری برای تهیه گریدهای مختلف پلییورتان با بهینهسازی و ارزانسازی فرمول نقش ویژهای در تکمیل زنجیره ارزش پلییورتان در جهان دارند.
امروزه صنعت کفش یکی از صنایعی است که بیشتر از پلیالهای پلی‌استری به‌منظور دستیابی به خواص فیزیکی و مکانیکی مورد انتظار استقبال می‌کند. در طرح حاضر نیز این نوع از پلیالها، برای سنتز زیره کفش پلییورتانی به‌کار گرفته شده است.
عمده‌ترين مسئله در تعيين فرمولاسيون پلي‌يورتان به‌کار گرفته در زيره کفش، سنتز رزین پلی‌ال آن است.
امروزه تمامی مواد اولیه سازنده زیره کفش پلییورتانی از قبیل پلی‌ال پلی‌استری، دیایزوسیانات و افزودنیها اغلب وارداتی هستند. برخی شرکتها در داخل کشور هم مبادرت به تولید پلی‌ال پلی‌استری کرده، اما به‌دلیل کیفیت نه‌چندان مناسب آن، تولیدکنندگان ترجیح می‌دهند که از نوع خارجی آن استفاده کنند.
با توجه به اینکه کلید اصلی برای تهیه گریدهای مختلف پلییورتان و تعیین خواص نهایی آن منوط به تعیین فرمولاسیون پلی‌ال به‌کار رفته در ساختار آن است، در طرح پژوهشی حاضر پلی‌ال پلی‌استری بعد از تعیین فرمولاسیون آن از صفر تا صد برای نخستین‌بار در داخل کشور سنتز شده که قابلیت رقابت با نمونههای متناظر خارجی را دارد.
فرمولاسیون سیستم دوجزئی پلییورتان چه کاربردی دارد؟
آنا: آیا شرکت در کسب درآمدهای غیرشهریه‌ای دانشگاه نقشی داشته است و محصول آن نیازی از نیازهای مردم و کشور را برطرف می‌کند؟
رسولی: با توجه به اینکه شرکت در مرحله جذب سرمایهگذار برای تولید صنعتی بوده، در آستانه کسب درآمد است.
از آنجا که این شرکت موفق به تعیین فرمولاسیون پلییورتان از صفر تا صد شده است با طراحی و مهندسی ساختار رزین علاوه بر تولید فوم پلییورتان زیره کفش می‌توان به گریدهای مختلف پلییورتان از حالت فوم سخت تا فوم انعطاف‌پذیر و حتی مموری فوم با کاربردها و خواص ویژه دست یافت.
از جمله کاربردها و خواص ویژه فرمولاسیون سیستم دو جزئی پلییورتان می‌توان عایق‌بندی یخچال، فریزر و عایق ساختمان، فوم مبلمان، صندلی‌های خانگی و اداری و تشک، قطعات اتومبیل همچون صندلی خودرو و اسپویلرهای ماشین، روکشها و چسبها، لاستیک، پانلهای چوب کامپوزیت، کفی طبی و زیره کفش، لباس ورزشی، صنایع کشتیرانی همچون عایق‌بندی و انبار کشت در صنایع با کاربردهای مختلفی همچون قطعات با چگالی بالا، تجهیزات فنی آزمایشگاهی و مخازن حرارتی و تجهیزات پزشکی مانند اندامهای کاشتنی طولانی‌مدت مانند قلب و کلیه مصنوعی، ریه مصنوعی، هموپرفیوژن، لوزالمعده مصنوعی، فیلترهای خونی، عروق مصنوعی، بای پس سرخرگ‌ها یا سیاهرگ‌ها، دندان و لثه، ترمیم زخم، رساندن یا خارج کردن مایعات، نمایش فشار عروق، آنژیوپلاستی، مسدود کردن عروق، دریچه‌های قلب و ... را ذکر کرد.
بنابراین درصورت تولید صنعتی نه‌تنها پلییورتان زیره کفش، بلکه امکان توسعه سبد محصولات پلییورتانی وجود دارد و با تولید صنعتی این فرمولاسیون می‌توان به تحقق شعار سال «تولید، دانش‌بنیان، اشتغال‌آفرین» نایل شد.
ملی‌سازی این محصول علاوه بر اشتغالزایی، مانع از خروج ارز قابل توجه کشوری را مهیا و قابلیت فروش و رفع نیازهای بازار داخل را فراهم می‌کند و با تولید مازاد بر نیاز کشور، بسترهای لازم برای صادرات و ورود ارز به کشور هم وجود دارد.
آنا: نواقص و کمبودها در راه تجاری‌سازی محصولات فناور چیست؟
رسولی: متأسفانه در برخی از طرحها ازجمله طرح تولید پلییورتان، تسهیلات لازم برای صنعتی کردن بسیار چشمگیر است. علاوه بر این در صورت تأیید تسهیلات مقتضی، اخذ این تسهیلات مستلزم وثیقه و ضمانتنامههایی خارج از توان شرکتها و واحدهای فناور است؛ بنابراین از معاون علمی و فناوری رئیس جمهور و سایر مسئولان تقاضای مساعدت و هموارکردن این مسیر برای شرکت‌های دانش‌بنیان را دارم.
امید است با حمایت سازمانهای دولتی در سال «تولید دانش‌بنیان اشتغال‌آفرین» بتوان محصول شرکت دانش‌بنیان دیباگران آریا شیمی را تجاری‌سازی کرده و محصول باکیفیت و شایسته مصرف‌کننده ایرانی را در اختیار صنایع مربوطه قرار داد.
آنا: آیا حمایت لازم را از سوی دانشگاه و مراکز و نهادهای مربوط با مأموریت خود داشته‌اید؟ برای رشد و شکوفایی مراکز رشد چه پیشنهادی دارید؟
رسولی: دانشگاه آزاد اسلامی تبریز در پروژه ساخت راکتور نیمه‌صنعتی حمایت کرده است.
رشد و شکوفایی مراکز رشد در سایه توجه مسئولان به نیازهای واحدهای فناور مستقر در مرکز رشد و ارتباط با صنایع مختلف از قبیل پتروشیمی امکانپذیر است. این مراکز باید قراردادها و تعاملات ویژهای با صنایع داخل کشور در راستای رفع نیازهای واحدهای فناور با کمترین هزینه را داشته باشند.
به‌عنوان مثال در زمینه تولید رزین ما خود با مشکلات عدیدهای مواجه شدیم. تجهیز یک آزمایشگاه ابتدایی شیمی و خرید مواد اولیه شیمیایی برای راهاندازی پروژه ازجمله مشکلات اصلی شرکت بود که هزینه چشمگیری را میطلبید.
علاوه براین، در کار تحقیقاتی نیازمند موادی از پتروشیمیهای داخل کشور بودیم که متأسفانه هیچ‌یک از آنها حاضر به فروش مواد در اشل کوچک نشدند و ما مجبور بودیم که هزینههای چندین برابر قیمت فروش ماده را بپردازیم تا این مواد را به‌صورت دست دوم و سوم از سایر عوامل خریداری کنیم.
وجود چنین مشکلاتی موجب صرف هزینههای بسیار گزاف، اتلاف وقت و فرسودگی محققین توانمند می‌شود، بهگونهای که اگر چنین مشکلاتی وجود نداشت، تیم تحقیقاتی شرکت در مدت زمان یک سال میتوانستند به این نتایج دست یابند.
آنا: بحران کرونا چه تاثیری در فعالیت شما داشت؟
رسولی: با توجه به اینکه برخی از مواد به‌کار رفته در ساختار دو جزء اصلی پلییورتان، وارداتی هستند، تهیه این مواد در زمان شیوع بیماری کرونا به سختی انجام میگرفت، به‌طوری که این مواد یا در بازار موجود نبودند یا در صورت موجودی، تهیه این مواد مستلزم صرف هزینههای بسیار گزاف بود.
گفتوگو از صفیه طاهرخانی
انتهای پیام/۴۰۷۸/
انتهای پیام/