مروری بر تاثیر افزودنی ها بر پلی ونیل کلراید (PVC)
تاثیر افزودنی ها بر پلی ونیل کلراید (PVC)
پلی ونیل کلراید که بیشتر به عنوان پی‌وی‌سی(PVC) شناخته میشود، در محصولات مختلفی نظیر تجهیزات الکتریکی، مواد ساختمانی، لوازم التحریر، تجهیزات شیمیایی، سیمها، کابلها و غیره کاربرد دارد و یکی از مهمترین ترموپلاستیکهایی است که امروزه استفاده و به مقدار انبوه در جهان تولید میشوند.
در حال حاضر50 نوع مختلف پلاستیک اولیه وجود دارد که در قالب 60000 فرمول مختلف به کارگرفته میشوند. آنهایی که بر پایه پلی‌اولفین یا پلی ونیل کلراید هستند بیشترین مقدار مصرف را در جهان دارند.
تناژ تولیدی جهانی پی‌وی‌سی بعد از پلی‌اتیلن سبک، در رده دوم قرار دارد. اما، پی‌وی‌سی به صورت خام فرآیندپذیری و پایداری دمایی کمتری نسبت به مواد پلاستیکی دیگر مانند پلی‌استایرن و پلی‌اتیلن دارد. پی‌وی‌سی خام یک ترموپلاستیک است و به علت پایداری دمایی پایین، موارد استفاده از آن به صنعت محدود است. تلاشهای زیادی برای بالا بردن پایداری دمایی و مکانیکی آن در سالهای اخیر شده است. پی‌وی‌سی اصلاح نشده، مادهای شکننده و انعطاف ناپذیر با قابلیت تجاری شدن محدود است چرا که فرآوری آن به صورت خام با استفاده از گرما و فشار، موجب تخریب شدید آن میشود. در واقع، در این حالت در اثر یک سری واکنش‌ها کلرید هیدروژن تولید شده و رنگ پی‌وی‌سی به سرعت از سفید به رنگ زرد سپس قهوه‌ای و نهایتا سیاه پیش میرود. این تغییرات در دمای فرآوری، در حدود 150 درجه سانتیگراد مشاهده میشود.
در سراسر جهان استفاده از پی‌وی‌سی فقط از طریق"کامپاندینگ" (افزودن مواد افزودنی به پلیمر پایه) آن انجام می‌پذیرد. روش تهیه دستورالعمل معمول برای کامپاندینگ به "فرمولاسیون" معروف است. با اضافه کردن مواد افزودنی مانند پلاستیسایزر، استابیلایزرهای حرارتی، روانکننده‌ها ، پرکننده‌ها (مثل کلسیم کربنات)و کوپلیمرسازی با دیگر مونومرها، میتوان ضعفهای پی‌وی‌سی را بهبود بخشید. از نظر تجاری، کامپاندینگ پی‌وی‌سی به معنی اضافه کردن افزودنی‌ها به پلیمر خام به اندازه کافی جهت تولید یک مخلوط یکدست، مناسب برای فرآیند، با کارایی و در کمترین قیمت ممکن است. ترکیب و فراوری درست پی‌وی‌سی با استفاده از مواد افزودنی مناسب، یک مخلوط یا کامپاند پیچیده تولید میکند که رفتار و خواص آن کاملاً متفاوت از رزین پی‌وی‌سی خام است. انتخاب نوع مواد افزودنی به کاربرد نهایی محصول پی‌وی‌سی بستگی دارد.
مثلا برای لوله، اتصالات پروفیل که احتیاج به مقاومت به ضربه بالا دارد، پلیونیل کلراید نرم نشده (Unplasticized PVC: UPVC) با مقدار بسیار جزیی پلیمرهای سنتزی لاستیکی مانند CPE ترکیب میشود. اصلاح شکنندگی پی‌وی‌سی سخت که دارای چقرمگی (مقاومت در برابر شکنندگی) پایینی است با این فاز لاستیکی انجام میشود. راه دیگری که برای افزایش نرمی وینیل کلراید استفاده میشود اضافه کردن وینیل استات است. بنابراین در فرمولاسیون‌های تجاری پی‌وی‌سی نسبت پلاستیسایزر(نرمکننده) بین 15 تا 60 درصد وزنی متغییر است. نوع دیگری از پی‌وی‌سی وجود دارد که میزان کلر آن نسبت به پی‌وی‌سی معمول بالاتر است و در نتیجه سخت تر از پی‌وی‌سی معمول است و با نام کلر (Chlorinated PVC: CPVC) شناخته میشود. همچنین در 40 سال گذشته نوع دیگری از رزین‌های پی‌وی‌سی، با نام پی‌وی‌سی آرایش یافته یا جهت یافته (Molecularly Oriented PVC: OPVC) تولید شده که در صنایع لوله‌سازی کاربرد دارد.
شکل 1- شماتیک تفاوت ریزساختار UPVC و OPVC و تفاوت سطح شکست لوله های تولید شده با آنها.
حتی در دمای فرآیند کم، پلیونیلکلراید تجزیه شده و هیدروژن کلرید (HCl) از دست میدهد و تجزیه میشود. جابهجایی هیدروژن فعال در پی‌وی‌سی امری بدیهی است. اما این امکان وجود دارد که یا از طریق نمکهای اروگانومتالیک از حرکت آن جلوگیری کرده و پی‌وی‌سی را پایدار کرد، و یا به فعالیتهای کاتالیستی هیدروژن کلرید پایان داد.
برای دستیابی به خاصیت نفوذناپذیری (Sealing) بهتر، پی وی سی با الاستومر و پلاستیسایزرهای خاص اصلاح میشود. این اصلاحات موجب کم شدن دمای انتقال شیشه‌ای (Tg)، افزایش قابلیت تغییر فرم، الاستیسیته، افزایش مقاومت در برابر سایش، و مقاوت در برابر روغن ها، مواد سوختی و مواد شیمیایی پاک کننده میشود.
همانطور که گفته شد وضعیت فیزیکی و مورفولوژی (شکل) پلیمر اثر زیادی روی خواص مکانیکی دارد. یک مقیاس ساده از تفاوتهای ایجاد شده در رفتارهای مکانیکی، افزایش طولی (Elongation) است که هنگام اعمال تنش روی نمونه پلاستیک اتفاق می‌افتد. تقریبا همهی پلاستیکها مقداری افزایش طول در هنگام اعمال تنش نشان می‌دهند که هنگام برداشتن تنش بازیابی نمیشود. مشخصههای مکانیکی به شدت تحت تاثیر نوع و مقدار نرمکننده ها (پلاستیسایزرها) هستند. به نسبت کمتر، پرکننده‌ها (filler) نظیر کلسیم کربنات، خصوصیات فیزیکی را تحت تاثیر قرار می‌دهند. پی وی سی نرم نشده (UPVC) یک ماده سخت است در حالی که پی وی سی نرم شده انعطافپذیر بوده و حتی وقتی تحت تنش قرار میگیرد رفتار الاستیک از خود نشان می‌دهند.
به علت تنوع زیاد کامپاندهای پی‌وی‌سی، توجه به مشخصات رزین پی‌وی‌سی برای دید پیدا کردن دربارهی فرمولاسیون ترکیبات پی‌وی‌سی اهمیت دارد. جدول 1 بعضی از خواص رزین پی وی سی و جدول 2 ، 3 ، 4 برخی از فرمولاسیون‌های مرسوم محصولات پی وی سی را نشان میدهد.
جدول 1 – خواص معمول پی وی سی
|
مقدار |
خاصیت |
|
57-70 |
K-value |
|
پودری سفید |
ظاهر |
|
170±30 |
محدوده دمای فرآیند (سانتی گراد) |
|
0.05 |
درصد ماده فرار |
|
0.44-0.52 |
چگالی ظاهری مشخصه |
|
1.3-1.6 |
چگالی (cm3/g) |
|
85 |
دمای انتقال شیشه‌ای (سانتیگراد) |
|
2.1-3.4 |
استحکام خمشی (Gpa) |
جدول 2 - فرمولاسیون لوله پی وی سی سخت
|
مقدار (phr) |
ماده |
|
100 |
PVC [S65] |
|
20 - 50 |
کربنات کلسیم |
|
2.1 – 2.8 |
|
|
0 - 0.4 |
|
|
0 - 0.2 |
|
|
0 - 1 |
|
|
0 - 2 |
|
|
0 - 1 |
|
|
0 – 0.15 |
جدول 3 - فرمولاسیون روکش کابل
|
Components |
Dosage (phr) |
|
PVC [S70] |
100 |
|
CaCO3 |
75-85 |
|
DOP |
55-65 |
|
2.8-3.2 |
|
|
0.2-0.4 |
|
|
0 – 0.2 |
جدول 4- فرمولاسیون اتصالات
|
Components |
Dosage (phr) |
|
PVC [S57] |
100 |
|
3.8 – 4.5 |
|
|
0 – 0.2 |
همچنین می‌توانید برای کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان فروش شرکت کیمیاران در تماس باشید و از مشاوره آنها در زمینه تهیه فرمولاسیون بهینه بهرمند شوید.
تلفن تماس: 34710210-026 و 34710220-026
کپی برداری با ذکر منلع بلامانع است.
