معرفی و بررسی انواع افزودنی پی وی سی
پی وی سی از پایداری حرارتی پایینی برخوردار بوده و همچنین پلیمری سخت است، برای فرآیند پذیر شدن آن و همچنین اصلاح خواص محصول نهایی نیاز به استفاده از افزودنی‌هایی در فرمولاسیون پی وی سی است. به ترکیب پی وی سی با افزودنی‌ها کامپاند (compound) و به فرآیند تهیه آن کامپاندینگ(compounding) گفته میشود.
نکته: کامپاندینگ پی وی سی به دو حالت کامپاندگ-مذاب و کامپاند جامد انجام میشود. در کامپاندیگ- جامد مواد با یکدیگر در میکسر مناسب مخلوط میشوند که به صورت ترکیب مایع ( در پی وی سی خمیر- حلال و لاتکس) و یا به صورت ترکیب جامد است که در آن صورت به آن dry blend نیز گفته میشود که به صورت ترکیب یکنواخت و اصطلاحا free-flowing درمی‌آید.(برای اطلاعات بیشتر در مورد کامپاندینگ پی وی سی کلیک کنید.)
در کامپاندیگ مذاب پی وی سی و افزودنی بعد از میکس توسط تجهیزات مختلف ( معمولا اکسترودر دو ماردون پی وی سی) به صورت گرانول درآمده و برای فرآیند شدن در مرحله بعد استفاده میشود. در واقع گرانول پی وی سی نیز مانند کامپاند پی وی سی یک محصول میانی است.
کامپاند تولید شده در مرحله بعد وارد فرآیند اصلی شده ( اکستروژن-تزریق- کلندرینگ- اکستروژن دمشی و...) و در نهایت محصول نهایی از آن ساخته میشود.( لوله – پروفیل- ورق- دیوارپوش-کابل- چرم پی وی سی و...) در مواردی ممکن است این محصول به عنوان یک محصول میانی باشد و توسط یک فرآیند دیگر به محصول نهایی تبدیل شود به طور مثال فیلم و ورق‌های تولید شده در فرآیند کلندرینگ ممکن است در مراحل بعد ( به طور مثال با فرآیند ترموفرمینگ) به محصول نهایی تبدیل شوند.
اجزای ترکیب پی وی سی:
به طور کلی افزودنی‌های پی وی سی را می‌توان به دو دسته افزودنی‌های اصلی و افزودنی‌های فرعی تقسیم بندی کرد. افزودنی‌های اصلی شامل استابلایزر حرارتی- روان کننده –نرم کننده – اصلاح کننده ضربه، کمک فرآیند- فیلر و پیگمنت هستند و افزودنی‌های فرعی شامل افزودنی فوم زا- آنتی uv – آنتی اکسیدان – بازدارنده شعله- مات کننده- آنتی باکتریال – آنتی بلاک و...هستند.
چرا تقیسیم افزودنی‌ها به دو گروه اصلی و فرعی!
تقسیم بندی افزودنی‌ها به دو گروه اصلی و فرعی تنها به خاطر راحتی انتقال مفهوم است. علت آن این است که تقریبا همه فرمولاسیون‌های پی وی سی برای جلوگیری از دگرشوی (تخریب) حرارتی به حضور استابلایزرها نیاز دارند. روان‌کننده‌ها در فرمولاسیون پی وی سی سخت برای جلوگیری از چسبیدن مذاب pvc به سطح داغ فلز ضروری هستند. نرم کننده‌ها جزء اصلی فرمولاسیون پی وی سی نرم هستند. اصلاح کننده ضربه و کمک فرآیند در بیشتر فرمولاسیون پی وی سی سخت حضور دارند. در نهایت از فیلرها برای کاهش قیمت و همچنین اضافه شدن برخی خواص و از رنگدانه‌ها (پیگمنت) برای ایجاد رنگ در محصول استفاده میشوند. این در حالی است که سایر افزودنی‌ها تنها در صورت نیاز به فرمولاسیون اضافه میشوند. در ادامه به برررسی بیشتر افزودنی‌های پی وی سی پرداخته میشود.
در شکل زیر نسبت استفاده اجزای مختلف فرمولاسیون پی وی سی نشان داده شده است:
۱-استابلایزر پی وی سی( پایدارکننده حرارتی):
برای جلوگیری از تخریب پی وی سی و محافظت آن از اثرات دمای بالا در جریان فرآیند، و همچنین مصونیت آن از اثرات منفی امواج نور در شرایط مصرف، سیستم پایدارکننده به آمیزه افزوده می‌گردد؛ تا پیشروی تجزیه را متوقف سازد. به این ترتیب، پلیمر، دمای بالا در جریان فرآیند را بدون از دست دادن ویژگی‌های مهم –به ویژه تغییر رنگ-تحمل می‌کند و آسان‌تر فرآیند میشود. صدها نوع پایدار کننده و ترکیبات آنها در آمیزه‌های پلیمر مورد استفاده قرار می‌گیرند. در گزینش پایدارکننده، مهم‌ترین عامل، تناسب و هماهنگی، میان قیمت و تأثیر ماده بر پایداری آمیزه است. ویژگی های عمده و مشخصات مهم فرآیند همچون، لعاب‌دهی، رفتار سیلان، روان‌کنندگی، امکان واکنش با سایر ترکیبات موجود در آمیزه و میزان پایداری فرآورده‌های نهایی، بایستی در بررسی و انتخاب مواد مورد توجه قرار گیرد.
۲-روان کننده پی وی سی( لوبریکنت):
انواع مختلفی از مواد شیمیایی می توانند به عنوان روان کننده عمل کنند از جمله می توان به اسید های چرب- روغن های معدنی-نمک فلزی اسید های چرب-الکل ها-کتن ها-آمید و...اشاره کرد.
از نظر کلی روان کننده پی وی سی را می توان به دو دسته ی روان کننده خارجی و روان کننده داخلی تقسیم کرد که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند البته روان کننده های داخلی نیز وجود دارد که خواص روان کنندگی خارجی نیز دارند و بلعکس
- روان کننده های داخلی فرآیند مذاب و فرآیند شدن را بهتر می کند.
- مهم ترین عامل در تعیین نوع عملکرد روان کننده،میزان سازگاری آن با پلیمر است.
- روان کننده خارجی باعث می شود که آمیزه داغ به دیواره ها نچسبد
یک روان کننده بیرونی مناسب و دلخواه، دارای سازگاری اندک و یک روان کننده دورنی مطلوب، دارای سازگاری زیاد با رزین پلیمر می باشد.
۳-نرم کننده پی وی سی (پلاستیسایزر):
طبق تعریف نرم‌کننده يا پلاستي‌سايزر عبارت است از ماده‌ای که در ترکیب با ماده دیگر (عموماً پلاستیک و یا الاستومر) منجر به افزایش انعطاف میشود. حضور نرم‌کننده می‌تواند باعث کاهش دمای انتقال شیشه‌اي، ویسکوزیته مذاب و مدول الاستیک شود.
بیشترین بازار مصرف نرم‌کننده در صنایع پلیمری (حدود80درصد) متعلق به صنعت پی‌وی‌سی است.
استفاده از مقادیر کم نرم‌کننده در فرمولاسیون پی‌وی‌سی موجب کاهش دمای فرایند و ممانعت از تخریب حرارتی آن می شود. از طرف ديگر این افزودنی به دليل ايجاد انعطاف پذيري يكي از اجزاي اصلی فرمولاسیون پی‌وی‌سی نرم به شمار مي‌رود.
به طور کلی به منظور بهبود مقاومت ضربه محصولات پلیمری از مواد اصلاح ضربه استفاده می شود. ساختار شیمیایی این مواد می تواند متفاوت باشد اما به طور کلی از موادی كه خواص لاستيك مانند دارند مثل ABS،MBS، رابر آكريليك، CPE يا EVA استفاده می شوند.
۵-کمک فرآیند پی وی سی:
کمک‌دهنده‌های فرآیند، به رزین‌های گرمانرم گفته میشود که موجب آسانی فرآیند می‌گردد و ویژگی‌هایی را که در پی خواهد آمد، بهبود می‌بخشند:
سرعت بخشیدن به فرآیند ذوب، افزایش استحکام و چسبندگی مذاب، تمایل کمتری به شکست مذاب، افزایش گرانروی مذاب
به طور کلی فیلر پی وی سی این مواد عمدتا برای کاهش قیمت در محصولات pvc استفاده می شوند. البته استفاده در مقادیر پایین از این مواد می تواند سبب بهبود برخی خواص پی وی سی نیز بشود.
۷-پیگمنت یا رنگدانه پی وی سی:
رنگدانه ها ذرات آلی یا معدنی نامحلول هستند که به پایه پلیمر اضافه می شوند تا رنگ خاصی به پلاستیک بدهند. رنگدانه هایی که از نظر طبیعت ارگانیک هستند ، پراکنده نیستند و تمایل به تشکیل آگلومره ها (توده های ذرات رنگدانه) دارند. این آگلومره ها می توانند باعث ایجاد لکه و لک در محصول نهایی شوند. از طرف دیگر رنگدانه های غیر آلی مانند: اکسیدهای فلزی و سولفیدها ، کربن سیاه و غیره به راحتی در رزین پراکنده می شوند. در بین رنگدانه های معدنی دی اکسید تیتانیوم بیشترین کاربرد رنگدانه در صنعت پلاستیک را داراست.
سایر افزودنی‌های پی وی سی:
۱-استابلایزر نوری یا آنتی یو وی پی وی سی:
تثبیت‌کننده‌های نور (Light Stabilizers) برای محافظت از پلاستیک‌ها و مواد دیگر در برابر تخریب دراز مدت در معرض تابش اشعه ماوراء بنفش استفاده میشود. قرار گرفتن پلیمرها در معرض نور خورشید و اشعه‌ی UV تخریب اکسیداسیونی را نیز به همراه می‌آورد.همچنین لامپ‌های فلورسنت مورد استفاده برا یروشنایی در محیط‌های داخلی اشعه‌ی UV را منتشر می‌کند، اما شدت انتشار آن در این نوع لامپ‌ها کمتر از نور خورشید می‌باشد.
این تخریب منجر به مشاهده اثرات نامطلوب شامل تغییر رنگ در ظاهر(تغییر رنگ و یا تغییر در براقیت قطعه)، تضعیف خواص مکانیکی و ایجاد نقص و ترک در پلیمر را میشود.
تثبیت‌کننده‌های نور با داشتن جذب UV بسیار بیشتری نسبت به پلیمرها به واسطه‌ی داشتن پیوندهای دوگانه مانع از تخریب زنجیرهای پلیمری میشود. به عبارتی دیگر این مواد از زنجیرهای پلیمری در مقابل اشعه‌ی UV محافظت می کند.
آنتی اکسیدانها (AO) به منظور جلوگیری از اکسایش پلیمرها (زمانی که پلیمر با اکسیژن اتمسفر واکنش میدهد) و افزایش عمر مفید آنها استفاده میشوند. برای برخی ترکیبات اکسیداسیون در دمای اتاق اتفاق میافتد اما در بیشتر مواقع پلیمرها با ریسک اکسیداسیون حرارتی، زمانی که در دمای بالا فرآیند میشوند، مواجهند.
۳-تاخیر انداز شعله یا ضد شعله پی وی سی:
عملکرد اصلی این دسته از مواد همانگونه که از نامشان پیداست ممانعت از ایجاد جرقه و گستردگی آتش در مواد پلاستیکی است. از آنجایی که پلاستیک‌ها استفاده زیادی در کاربردهای ساختمانی و الکتریکی دارند لازم است ماده‌ای جهت براورد الزامات مقاومت در برابر آتش به این مواد افزوده شود.
به طور کلی مواد اسفنجی‌کننده شیمیایی، مواد آلی هستند که در اثر حرارت دهی تجزیه میشوند و به مقدار قابل توجه گاز تولید میکنند؛ بنابراین می‌توان با توجه به دمای ذوب رزین، متورم کننده شیمیایی مناسب برای آن را برگزید. درجه حرارت تجزیه متورم‌کننده و یا آزاد شدن گاز، بایستی به اندازه‌ای باشد که موجب انبساط کامل و تشکیل سلول‌های یکنواخت، شود.
براق کننده ها توسط جذب نور در ناحیه UV-A و بازنشر آن در ناحیه مرئی آبی عمل می کنند. محدوده طول موج به ترتیب 320-400 نانومتر و 400-480 نانومتر است. براق کننده های نوری به منظور بهبود رنگ انواع مختلفی از پلاستیک ها در طی سال ها استفاده شده اند. این مواد قادر به پوشاندن زردی در پلیمرهای بی رنگ و همچنین منحصر به فرد کردن و قوی ساختن رنگ محصولات پلاستیکی تخصصی هستند .زمانی که براق کننده ی نوری به پلاستیک اضافه می شود، افزایش قابل توجهی در نور منعکس شده مشاهده می شود.
۶-آنتی استاتیک پی وی سی:
درک این موضوع که بار الکتریکی بر روی پلاستیک تجمع می کند بسیار ساده است. این پدیده را به راحتی می توان بر روی وسایل مختلف دید مثلا در اثر مالیدن شانه به پارچه پشمی یا موی سر شانه پلاستیکی دارای الکتریسیتیه ساکن می شود و می تواند ذراتی را به خود جذب کند. الکتریسیته ساکن در محصولات پلاستیکی به دلایلی چون امکان جرقه زدن- جذب گرد و خاک- و... اهمیت دارد و از طرفی پلاستیک عایق الکتریسته است و امکان انتقال الکتریسته به زمین را ندارد. در نتیجه برای جلوگیری از ایجاد الکترون ها ساکن بر روی پلاستیک از مواد آنتی استاتیک استفاده می کنند. این مواد دارای یک سر قطبی و یک سر غیر قطبی هستند وقتی به پلیمر اضافه می شوند به دلیل ناسازگاری با ماتریس پلیمر به سطح مهاجرت می کنند، سر غیر قطبی با مولوکل پلیمر پیوند برقرار کرده و سر قطبی با مولکول آب موجود در اطراف قطعه در نتیجه از ایجاد الکترون های ساکن جلوگیری می شود.
۷-آنتی بلاک پی وی سی:
به منظور جلوگیری از چسبندگی بین لایه های مختلف محصول پلیمری که اغلب فیلم های پلیمری هستند از آنتی بلاک استفاده می شود.عملکرد آنتی بلاک به این صورت است که به سطح مهاجرت میکنند, وجود این لایه روی سطح سبب میشود اصطکاک کمتر شود.ذرات بزرگتر افزودنی اثر ضد چسبندگی بیشتری نشان میدهد اگرچه در خواص نوری اثر منفی خواهد داشت. مواد آنتی بلاک می توانند معدنی یا آلی باشند.
۸-مات کننده پی وی سی:
در برخی محصولات نیاز به ایجاد ظاهر مات برای رنگ محصول داریم. هر چه میزان بازتاپ نور از سطح قطعه بیشتر باشد محصول براق تر به نظر میرسد افزودنی های مات کننده با کاهش میزان بازتاپ نور باعث مات شدن رنگ محصول می شوند این مات شدن گاهی بسیار به زیبایی محصول نهایی کمک می کند. از جمله مواد مات کننده می توان به سیلیکا ها- وکس ها و فیلر ها اشاره کرد.
۹-آنتی میکروبیال پی وی سی:
به طور کلی پلاستیک و پلیمر موادی مقاوم در برابر میکروارگانیسم ها هستند. تجزیه پلاستیک توسط عوامل طبیعی قرن ها زمان میبرد. اما گاهی استفاده از برخی افزودنی ها مثل روان کننده ها و نرم کننده ها محیطی برای رشد میکروب فراهم می کند. در نتیجه برای برخی کاربرد ها استفاده از مواد آنتی میکروبیال ضروری است.
تهیه و تنظیم: سایت پلینو