معرفی اصلاح کننده ضربه پی وی سی + گریدهای متداول

اصلاح‌کننده ضربه یکی از مهم‌ترین افزودنی‌ها در فرمول مواد پی وی سی سخت یا UPVC است. این ترکیبات با افزایش مقاومت محصول در برابر ضربه و شکست، نقش مهمی در بهبود عملکرد و دوام محصولات PVC ایفا می‌کنند.

پلی‌اتیلن کلرینه‌شده (CPE) و اصلاح‌کننده‌های آکریلیکی از جمله متداول‌ترین اصلاح‌کننده‌های ضربه مورد استفاده در تولید محصولات PVC سخت هستند. این افزودنی‌ها در تولید محصولاتی مانند لوله‌های PVC، پروفیل‌های در و پنجره، اتصالات و سایر محصولات UPVC کاربرد گسترده‌ای دارند.

در این مقاله، به بررسی کامل افزودنی‌های اصلاح‌کننده ضربه PVC، انواع آن‌ها، سازوکار عملکرد، تفاوت CPE و اصلاح‌کننده‌های آکریلیکی، مزایا و معایب هر یک و همچنین عوامل مؤثر بر انتخاب اصلاح‌کننده مناسب در فرمولاسیون PVC سخت می‌پردازیم.

 

انواع اصلاح کننده ضربه پلیمری در پی وی سی

• پلی اتیلن کلرینه شده یا CPE
• آکریلیک
• آکریلونیتریل/بوتادی ان /استایرن یا ABS
• متاکریلات/بوتادی ان / استایرن یا MBS
• اکریلو نیتریل/بوتادی ان رابر
• اتیلن/وینیل استات
• پلی یورتان ترموپلاستیک یا PUR

 

 

اصلاح‌کننده ضربه CPE

اصلاح‌کننده‌های ضربه بر پایه CPE (پلی‌اتیلن کلرینه‌شده) یکی از متداول‌ترین افزودنی‌ها برای افزایش مقاومت ضربه‌ای PVC سخت و UPVC هستند. CPE از طریق کلردار کردن پلی‌اتیلن با دانسیته بالا (HDPE) تولید می‌شود. این ماده معمولاً حاوی حدود 25 تا 40 درصد کلر است؛ بااین‌حال، تنها میزان کلر تعیین‌کننده عملکرد CPE نیست و نحوه توزیع و یکنواختی اتم‌های کلر در زنجیره پلی‌اتیلن نیز تأثیر قابل‌توجهی بر سازگاری آن با PVC دارد. این ویژگی تا حد زیادی به روش و شرایط فرآیند کلردار کردن پلی‌اتیلن وابسته است.

علاوه بر درصد کلر، عواملی مانند درجه بلورینگی، وزن مولکولی و ساختار مولکولی CPE نیز بر سازگاری و عملکرد آن در ماتریس PVC تأثیرگذار هستند. با کلردار شدن زنجیره‌های پلی‌اتیلن، میزان بلورینگی پلیمر کاهش می‌یابد و در نتیجه، سازگاری آن با PVC افزایش پیدا می‌کند.

CPE به‌طور گسترده در تولید محصولات PVC سخت، از جمله لوله، پروفیل، اتصالات و سایر محصولات ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ویژگی‌های اصلاح‌کننده ضربه CPE

از مهم‌ترین ویژگی‌های CPE به‌عنوان اصلاح‌کننده ضربه PVC می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• افزایش مقاومت ضربه‌ای PVC در دمای محیط
• بهبود چقرمگی (Toughness)
• حفظ عملکرد مناسب در دماهای پایین
• افزایش مقاومت در برابر شکست ترد
• امکان کاهش اشتعال‌پذیری، بسته به درصد کلر و نوع CPE
• عدم ایجاد اختلال قابل‌توجه در مقاومت جوی PVC، در صورت انتخاب گرید و فرمولاسیون مناسب
• قابلیت کمک به فرآیندپذیری و سازگاری اجزای فرمولاسیون در برخی گریدها
• امکان افزایش قابلیت پذیرش فیلر در برخی فرمولاسیون‌های PVC

CPEهایی که درصد کلر بالاتری دارند، معمولاً از سازگاری بیشتری با PVC و قابلیت بالاتری برای کاهش اشتعال‌پذیری برخوردارند. در دوزهای بالا، برخی گریدهای CPE می‌توانند اثر نرم‌کنندگی نیز ایجاد کنند.

تأثیر درصد کلر بر عملکرد CPE

درصد کلر یکی از عوامل مهم در تعیین میزان سازگاری CPE با ماتریس PVC است. به‌طور کلی، محدوده‌ای در حدود 25 تا 48 درصد وزنی کلر می‌تواند شرایط مناسبی را برای ایجاد تعادل میان سازگاری CPE با PVC و حفظ جدایش فازی لازم برای جذب انرژی ضربه فراهم کند.

اگر میزان کلر بیش از حد افزایش یابد، سازگاری CPE با ماتریس PVC و سایر اجزای فرمولاسیون ممکن است بیش از اندازه افزایش پیدا کند. در این شرایط، جدایش فازی مناسب که برای ایجاد چقرمگی و جذب انرژی ضربه ضروری است، کاهش یافته و ممکن است عملکرد ضربه‌ای مطلوب حاصل نشود.

از سوی دیگر، در CPEهایی با درصد کلر بسیار پایین، سازگاری و پراکنش در ماتریس PVC می‌تواند کاهش یابد. در نتیجه، چسبندگی بین فازها ضعیف‌تر شده و احتمال تشکیل ذرات بزرگ‌تر فاز پراکنده افزایش پیدا می‌کند؛ موضوعی که می‌تواند بر خواص مکانیکی نهایی محصول اثر منفی بگذارد.

البته عملکرد نهایی CPE تنها به درصد کلر وابسته نیست و توزیع کلر، اندازه ذرات، وزن مولکولی، ساختار پلیمر و همچنین نوع و مقدار سایر اجزای فرمولاسیون PVC نیز نقش مهمی دارند.

اصلاح‌کننده ضربه آکریلیک

اصلاح‌کننده‌های ضربه آکریلیکی یکی دیگر از گروه‌های مهم اصلاح‌کننده‌های مورد استفاده در PVC سخت هستند. این مواد علاوه بر افزایش مقاومت ضربه‌ای، در برخی فرمولاسیون‌ها می‌توانند به‌عنوان کمک‌فرآیند (Processing Aid) نیز عمل کنند و به بهبود فرآیند ذوب و شکل‌دهی PVC کمک نمایند.

اصلاح‌کننده‌های آکریلیکی به‌ویژه در محصولاتی که علاوه بر مقاومت ضربه‌ای، مقاومت جوی، پایداری در برابر UV و حفظ ظاهر سطح اهمیت دارد، کاربرد گسترده‌ای دارند. از جمله کاربردهای رایج آن‌ها می‌توان به پروفیل‌های در و پنجره، ورق‌ها و محصولات نمای ساختمانی اشاره کرد.

ویژگی‌های اصلاح‌کننده ضربه آکریلیک

مهم‌ترین ویژگی‌های اصلاح‌کننده‌های ضربه آکریلیکی عبارت‌اند از:

• افزایش مقاومت ضربه‌ای PVC
• بهبود چقرمگی در دماهای پایین
• بهبود فرآیندپذیری و عملکرد مذاب در برخی گریدها
• کاهش تورم دای (Die Swell)
• مقاومت مناسب در برابر شرایط جوی
• مقاومت خوب در برابر تابش UV
• کمک به حفظ رنگ و ظاهر محصول در طول زمان
• امکان افزایش براقیت و کیفیت سطح محصول

یکی از مهم‌ترین مزیت‌های اصلاح‌کننده‌های آکریلیکی در مقایسه با CPE، عملکرد مناسب‌تر در کاربردهای فضای باز و شرایط جوی است. به همین دلیل، انتخاب بین CPE و اصلاح‌کننده آکریلیکی باید بر اساس نوع محصول، شرایط مصرف، الزامات مکانیکی، فرآیند تولید و هزینه نهایی فرمولاسیون انجام شود.

مقایسه اصلاح‌کننده ضربه CPE و آکریلیک

CPE و اصلاح‌کننده‌های آکریلیکی هر دو برای افزایش مقاومت ضربه‌ای PVC سخت استفاده می‌شوند، اما از نظر عملکرد، فرآیندپذیری و مقاومت در برابر عوامل محیطی تفاوت‌هایی دارند.

به‌طور کلی، CPE به دلیل قیمت مناسب، عملکرد قابل‌قبول در افزایش مقاومت ضربه‌ای و کاربرد گسترده در لوله و پروفیل، یکی از گزینه‌های اقتصادی و پرکاربرد در صنعت PVC محسوب می‌شود. در مقابل، اصلاح‌کننده‌های آکریلیکی معمولاً در کاربردهایی که مقاومت جوی، پایداری UV، حفظ رنگ و کیفیت ظاهری اهمیت بیشتری دارد، مزیت بیشتری نشان می‌دهند.

در شکل زیر می‌توان مقایسه‌ای کلی میان عملکرد اصلاح‌کننده‌های ضربه CPE و آکریلیک در PVC ارائه کرد.

دوز مصرف اصلاح کننده پی وی سی

دوز مصرف اصلاح کننده ضربه PVC  به طور کلی بین ۵ تا ۲۰ phr  می‌باشد، اگر چه ممکن است در برخی موارد به طور مثال اصلاح کننده ضربه  ABS برای کاربردهای خاص در دوز مصرف بسیار بالاتر با پی وی سی ترکیب شود.

دوز مصرف اصلاح کننده‌های ضربه پی وی سی  در فرمولاسیون‌های متداول  حدود ۴ الی ۸ phr  می‌باشد. اما باید توجه داشت که بسته به نوع محصول پی وی سی و کاربرد آن این میزان می‌تواند متفاوت باشد. همچنین نوع اصلاح کننده ضربه نیز تعیین کننده میزان مصرف می‌باشد. همچین خلوص آن بر میزان مصرف و خواص نهایی محصول اثر می‌گذارد و پیشنهاد می‌شود از اصلاح کننده‌های با خلوص بالا استفاده شود.

در شکل زیر اثر دوز مصرف انواع اصلاح کننده ضربه بر پی وی سی در دمای 20 درجه سانتی گراد نشان داده شده است.

 

 

 

اصلاح‌کننده ضربه PVC بر پایه ABS

اصلاح‌کننده‌های ضربه بر پایه ABS (آکریلونیتریل-بوتادین-استایرن) بیشتر برای محصولات PVC مات و کاربردهایی استفاده می‌شوند که نیاز بسیار بالایی به پایداری جوی و مقاومت در برابر UV ندارند. از جمله این کاربردها می‌توان به برخی لوله‌ها و اتصالات UPVC اشاره کرد.

این مواد علاوه بر استفاده به‌صورت افزودنی اصلاح‌کننده ضربه، می‌توانند به شکل کامپاندهای PVC/ABS نیز مورد استفاده قرار گیرند. از دیگر کاربردهای آلیاژهای PVC/ABS می‌توان به تولید برخی قطعات تجهیزات الکترونیکی و محصولات صنعتی اشاره کرد.

ویژگی‌های اصلاح‌کننده ضربه ABS

مهم‌ترین ویژگی‌های اصلاح‌کننده‌های ABS در PVC عبارت‌اند از:

• افزایش مقاومت ضربه‌ای در دمای محیط
• بهبود مقاومت ضربه‌ای در دماهای پایین
• تأثیر نسبتاً متوسط بر دمای تغییر شکل حرارتی (HDT)
• تأثیر بر نقطه نرم‌شدگی PVC، بسته به نوع گرید و نسبت مصرف

نکته: در برخی آلیاژها، از PVC نیز برای اصلاح خواص ABS استفاده می‌شود. برای مثال، کامپاندهایی با ترکیب تقریبی 65/35 ABS/PVC وجود دارند که در آن‌ها افزودن PVC می‌تواند به بهبود برخی خواص ABS، از جمله سختی، مقاومت سایشی، استحکام کششی و کاهش اشتعال‌پذیری کمک کند.

گرید متداول اصلاح‌کننده ABS

• Blendex 27967

 

اصلاح‌کننده ضربه PVC بر پایه MBS

اصلاح‌کننده‌های ضربه بر پایه MBS (Methacrylate-Butadiene-Styrene) از مهم‌ترین اصلاح‌کننده‌های مورد استفاده برای افزایش مقاومت ضربه‌ای PVC، به‌ویژه در محصولات شفاف، هستند.

یکی از دلایل کاربرد MBS در PVC شفاف، نزدیک بودن ضریب شکست فازهای تشکیل‌دهنده آن به یکدیگر است که امکان حفظ شفافیت محصول را فراهم می‌کند. البته گریدهای MBS برای کاربردهای مات نیز وجود دارند.

MBS در تولید محصولاتی مانند بطری‌ها، ورق‌ها و فیلم‌های PVC و سایر محصولات شفاف کاربرد دارد.

ویژگی‌های اصلاح‌کننده ضربه MBS

از مهم‌ترین ویژگی‌های MBS می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• افزایش مقاومت ضربه‌ای PVC
• حفظ شفافیت محصول
• حفظ ظاهر و رنگ مناسب
• عملکرد مناسب در دمای محیط
• پایداری حرارتی مناسب در گریدهای متناسب با کاربرد

گرید متداول اصلاح‌کننده MBS

• Paraloid™ KM-600

 

اصلاح‌کننده ضربه PVC بر پایه NBR

NBR (لاستیک آکریلونیتریل-بوتادین) یکی از الاستومرهای مورد استفاده برای اصلاح PVC است. میزان سازگاری NBR با PVC به عواملی مانند درصد آکریلونیتریل، ساختار NBR و نسبت PVC به NBR وابسته است.

NBR می‌تواند در اشکال مختلف از جمله تکه‌ای، پودری و مایع مورد استفاده قرار گیرد. گریدهای مایع آن به‌ویژه در PVC نرم و برخی فرآیندها مانند اکستروژن، کلندرینگ و پلاستیزول کاربرد دارند.

از کاربردهای سیستم‌های PVC/NBR می‌توان به تولید شلنگ‌ها و واشرهای مقاوم به روغن، نوارهای نقاله، زیره کفش و برخی عایق‌های الکتریکی اشاره کرد.

نکته: بسته به نسبت PVC/NBR، شرایط اختلاط و فرآیند و همچنین اینکه آیا ترکیب تحت ولکانیزاسیون قرار گرفته است یا خیر، می‌توان این سیستم‌ها را از دیدگاه کاربردی به‌عنوان لاستیک اصلاح‌شده با PVC یا PVC اصلاح‌شده با لاستیک در نظر گرفت.

ویژگی‌های اصلاح‌کننده NBR

خواص نهایی سیستم PVC/NBR به عوامل مختلفی از جمله نسبت دو پلیمر، میزان آکریلونیتریل و نوع گرید NBR وابسته است. با انتخاب مناسب این پارامترها می‌توان خواصی مانند موارد زیر را بهبود داد:

• مقاومت در برابر روغن و هیدروکربن‌ها
• استحکام کششی
• سفتی و سختی
• مقاومت سایشی
• انعطاف‌پذیری در دماهای پایین
• مقاومت در برابر ترک
• مقاومت ضربه‌ای
• برخی خواص الکتریکی

NBR به دلیل ماهیت پلیمری، در مقایسه با نرم‌کننده‌های مولکولی متداول، می‌تواند پایداری و مقاومت بیشتری در برابر مهاجرت از خود نشان دهد. بااین‌حال، اصطلاح «نرم‌کنندگی پلیمری» در مورد NBR نباید با عملکرد نرم‌کننده‌های معمول PVC یکسان در نظر گرفته شود؛ زیرا سازوکار اثر آن متفاوت است و الزاماً مانند نرم‌کننده‌های مولکولی موجب کاهش قابل‌توجه دمای انتقال شیشه‌ای PVC نمی‌شود.

گرید متداول اصلاح‌کننده NBR

• Chemigum™ NX 775

 

اصلاح‌کننده ضربه PVC بر پایه EVA

EVA (اتیلن-وینیل استات) یا E/VAC یکی دیگر از پلیمرهایی است که می‌تواند برای اصلاح خواص PVC مورد استفاده قرار گیرد. عملکرد EVA تا حد زیادی به درصد وینیل استات (VA) موجود در ساختار آن وابسته است. گریدهای تجاری مختلف EVA با درصدهای متفاوت وینیل استات تولید می‌شوند و انتخاب گرید مناسب باید متناسب با کاربرد و فرمولاسیون انجام شود.

همچنین ترپلیمر E/VA/VC که از واحدهای اتیلن، وینیل استات و وینیل کلراید تشکیل شده است، به دلیل ساختار شیمیایی خود می‌تواند سازگاری مناسبی با PVC داشته باشد.

EVA و برخی کوپلیمرهای مرتبط، بسته به گرید و فرمولاسیون، می‌توانند بدون ایجاد افت قابل‌توجه در مقاومت جوی مورد استفاده قرار گیرند و برای برخی کاربردهای فضای باز، از جمله پروفیل‌های در و پنجره و ورق‌های نما، مناسب باشند.

 

اصلاح‌کننده ضربه PVC بر پایه PUR

پلی‌یورتان‌های الاستومری (PUR) نیز از جمله موادی هستند که می‌توانند برای اصلاح ضربه و بهبود برخی خواص مکانیکی PVC مورد استفاده قرار گیرند. عملکرد PUR به ساختار شیمیایی، سختی الاستومر، نوع گرید و میزان سازگاری آن با PVC وابسته است.

گریدهای مناسب PUR می‌توانند با ایجاد یک فاز الاستومری در ساختار PVC، به افزایش چقرمگی، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر ضربه کمک کنند. انتخاب نوع PUR باید با توجه به نوع PVC، روش فرآیند، دمای فرآوری و خواص مورد انتظار محصول انجام شود.

به همین دلیل، PUR در مقایسه با اصلاح‌کننده‌های متداولی مانند CPE، آکریلیک و MBS، کاربرد تخصصی‌تری دارد و انتخاب آن بیشتر به الزامات عملکردی محصول نهایی وابسته است.

 

جمع بندی اصلاح کننده ضربه پی وی سی

به عنوان جمع بندی باید گفت برای ایجاد مقاومت ضربه یا چقرمه کردن در صنعت پی وی سی عمدتا از پلی اتیلن کلرینه شده یا CPE استفاده می‌شود، چرا که از سایر اصلاح کننده‌ها ارزان تر بوده و خواص خوبی نیز دارد. CPE در محصولات شفاف قابل استفاده نیست چرا که باعث مات شدن محصول می‌شود و از طرفی در محصولاتی که نیاز به پایداری جوی و براقیت بالا دارند از جمله پروفیل‌های در و پنجره نیز ترجیح داده نمی‌شود.در این موارد برای محصولات شفاف از اصلاح کننده MBS و برای محصولاتی نیازمند به پایداری جوی و براقیت بالا از اصلاح کننده آکریلیک استفاده می‌شود. اصلاح کنند‌ه‌های دیگر نظیر NBR و EVA در موارد خاص تر و محدود تری برای استفاده می‌شوند. گریدهای مختلف اصلاح کننده بازار می‌توان به CPE135A تولید شرکت RIKE، اصلاح کننده IM812 شرکت LG، اصلاح کننده پایه MBS با گرید MB872 شرکت LG، اصلاح کننده آکریلیک DM650 شرکت AKDENIZ، اصلاح کننده KM1 شرکت DOW.

 

دلایل عمده شکنندگی پی وی سی

پی وی سی ذاتا ترد و شکننده است و استفاده از فیلرهای معدنی همچون کربنات کلسیم، شکنندگی آن را بیشتر می‌کند. همچنین ناکافی بودن پخت پی وی سی نیز سبب شکنندگی پی وی سی می‌شود. از دلایل دیگر این موضوع می‌توان عدم میکس صحیح را نام برد.

1- مقدار بالای کربنات کلسیم در فرمولاسیون

نسبت زیاد کربنات کلسیم به پی وی سی در فرمولاسیون pvc تولید باعث کاهش میزان پی وی سی که خاصیت پلاستیک دارد، می شود. مواد در اثر حرارت شل شده و در صورتی که میزان پی وی سی در ترکیب کم باشد ذرات کربنات کلسیم از یکدیگر جدا شده و باعث ایجاد ترک در محصول نهایی می شوند. در صورتی که با افزایش میزان پی وی سی، زنجیره های بلند این پلیمر که در اثر فرایند پخت در اکسترودر در یکدیگر نفوذ پیدا کرده اند، در اثر حرارت وارده برای کوپله کردن کش آمده و مانع از ترک خوردن لوله پی وی سی می شوند.

 

2- پخت ناکافی مواد pvc در حین فرایند

گاهی دیده می شود علی رغم مناسب بودن میزان کربنات کلسیم فرمولاسیون، باز هم لوله در حین کوپله کردن ترک می خورد که دلیل آن پخت نشدن کافی مواد در حین تولید است. به عبارت دیگر در حین فرایند تولید باید برش (در اثر چرخش مارپیچ ها) و حرارت کافی به ذرات پی وی سی اعمال شود تا شکسته و در هم فرو روند. در این صورت شبکه از ذرات پی وی سی تشکیل می شود که سایر اجزا از قبیل کربنات کلسیم، استابلایزر و روان کننده را نیز در خود دارد. چنین شبکه ای در برابر حرارت وارده حین کوپله کردن کش آمده و از یکدیگر جدا نمی شود. برای افزایش پخت می توان از افزودنی هایی نظیر استئارات کلسیم وکمک فراینداستفاده نمود. هم چنین می توان با کاهش افزودنی هایی نظیر استابیلایزر و پلی اتیلن وکس نیز پخت بیشتری ایجاد کرد.

 

3- اعمال حرارت مستقیم به لوله

بهترین روش برای کوپله کردن اعمال حرارت غیر مستقیم به لوله پی وی سی است. در اثر حرارت مستقیم نه تنها لوله ممکن است ترک بردارد بلکه ممکن است دچار تغییر رنگ و سوختگی نیز شود. بنابراین در صورت امکان باید از اعمال حرارت مستقیم به لوله پرهیز نمود. 

پی‌وی‌سی سخت ذاتا شکننده است. برای اصلاح این موضوع از افزودنی‌هایی نظیر اصلاح کننده‌های ضربه‌ای چون اصلاح کننده cpe، اصلاح کننده MBS ، اصلاح‌کننده ACR استفاده می‌شود. اما در برخی موارد، شکنندگی محصول ممکن است به دلایل دیگری ازجمله انجام نشدن صحیح میکس یا پخت ناکافی مواد باشد. این موارد در پکیج تخصصی پلینو بررسی و روش‌هایی برای کاهش شکنندگی محصول ارائه شده است.

 

نکته: میزان شکنندگی پلاستیک وابسته به دما است. همانطور که در شکل زیر دیده می‌شود. شکنندگی پی وی سی با کاهش دما نیز افزایش می‌یابد.