بررسی انواع روان کننده پی وی سی + سازگاری با PVC

روان کننده پی وی سی چیست و کاربرد آن

روان کننده پی وی سی موادی هستند که به منظور کاهش اصطکاک بین پی وی سی و سطح فلز و یا کاهش اصطکاک بین ذرات پی وی سی استفاده می‌شوند. این مواد بخصوص در پی وی سی سخت سبب فرآیند پذیری راحت تر و قالبگیری بهتر می‌شوند. روان کننده‌ها در صنعت پی وی سی به دو دسته روان کننده داخلی و خارجی تقسیم بندی می‌شوند.روان کننده پلیمر و پلاستیک از تنوع قابل توجهی برخوردار هستند، بررسی بازار نشان می‌دهد بیش از 2600گرید تجاری روان کننده پلیمری در دسترس هستند که در حدود 1000گرید از آنها در صنعت پی وی سی کاربرد دارند.  اسید استئاریک، پلی اتیلن وکس، استئارات روی و کلسیم، وکس پلی اتیلن اکسید شده، روان کننده استری از مهم ترین روان کننده مورد استفاده در پی وی سی هستند که در این مقاله به آن پرداخته شده است.

 

در این مقاله درباره این افرودنی بیشتر خواهید خواند.

- انواع روان کننده

- مکانیسم عملکرد روان کننده

- سازگاری روان کننده با پی وی سی و ارزیابی آن

- نکات صنعتی و مشکلات رایج در روان کننده‌ها

 

انواع روان کننده متداول در صنعت پی وی سی

وکس پلی اتیلن

پلی اتیلن با وزن مولکولی پایین که با نام وکس پلی اتیلن شناخته می‌شود سازگاری خوبی با اکثر پلاستیک‌ها داشته و علاوه بر صنعت پی وی سی در صنعت کامپاندینگ پلاستیک نیز کاربرد دارد. این ماده از جمله ارزان ترین روان کننده‌های موجود در بازار بوده و عمدتا تولید داخل است.

اسید استئاریک

اسید استئاریک یک نوع اسید چرب 18 کربنی است. نوع تجاری آن مخلوطی از استئاریک و پالمتیک اسید بوده به شکل گسترده ای به عنوان روان کننده در صنایع پلاستیک از جمله پی وی سی کاربرد دارد. نقش اسید استئاریک عمدتا روان کنندگی خارجی است. این ماده عمدتا وارداتی و از شرق آسیا وارد ایران می‌شود. 

 

استئارات کلسیم

این ماده یکی از صابون‌های فلزی متداول در صنعت پلاستیک است. استئاریک کلسیم در تولید پلیمرها نیز نقش داشته و به عنوان ماده اولیه صنایع پتروشیمی نیز محسوب می‌شود. این ماده دارای خواص روان کنندگی داخلی برای پی وی سی می‌باشد. استئارات کلسیم دما ذوبی در حدود ۱۸۰ درجه سانتی گراد دارد. این ماده  سبب کاهش زمان فیوژن می‌شود در حالی که بر روی فشار و گشتاور اکستروژن تاثیر چشم گیری ندارد.

 

استئارات روی

استئارات روی دما ذوبی در حدود ۱۳۰ درجه سانتی گراد دارد. عملکرد استئارات روی بیشتر شبیه روان کننده خارجی است و سبب تاخیر زمان فیوژن و کاهش فشار و گشتاور اکستروژن می‌شود. این ماده نیز همانند استئارت کلسیم در ساخت استابلایزر حرارتی پی وی سی کاربرد دارد.

 

روان کننده استری

 

این نوع روان کننده‌ها تخصصی تر بوده و عمدتا قیمت بیشتری نسبت به روان کننده‌هایی چون استئاریک اسید، وکس پلی اتیلن و استئارات‌ها دارند. ترکیبات استری بسته به نوع ساختاری که دارند هم به عنوان روان کننده داخلی و هم به عنوان روان کننده خارجی کاربرد دارند.

 

روان کننده آمیدی

این نوع روان کننده‌ها نسبت به سایر موارد ذکر شده کاربرد خاص تری دارند.

 

در شکل زیر میزان روان کننده داخلی و خارجی در مواد مختلف نشان داده شده است.

میزان روان کنندگی وابستگی زیادی به ماهیت شیمیایی روان کننده دارد. در جدول زیر به شکل حدودی میزان روان کنندگی داخلی و خارجی برای ترکیبات متداول نشان داده شده است.

 

 

مکانیسم عملکرد روان کننده

به طور کلی افزودنی روان کننده به ماده‌ای (در بیشتر مواقع با وزن مولکولی پایین) گفته می‌شود که در پی وی سی در سطح مولکولی پخش می‌گردد. (در واقع تا اندازه‌ای که در پی وی سی محلول هستند)اگر در دوز مصرف مناسب روان کننده سازگاری خوبی داشته باشد به آن روان کننده داخلی گفته می‌شود و سبب کاهش دمای فرآیند تولید و کاهش ویسکوزیته می‌گردد.اگر سازگاری روان کننده با پی وی سی مناسب نباشد این ماده با ایجاد یک لایه مرزی بین پی وی سی و سطح فلزی دستگاه به عنوان روان‌ کننده خارجی عمل می‌کند.

 

مکانیسم عملکرد و ويژگی روان کننده خارجی پی وی سی

اثر عمده روان‌کننده خارجی کاهش اصطکاک و همچنین چسبندگی بین پی وی سی مذاب و سطح فلزی ماشین‌آلات فرآیند تولید با قرار گرفتن بین سطح فلز و PVC می‌باشد. در نتیجه روان کننده سبب راحت‌تر شدن فرآیند تولید به دلیل تسهیل حرکت مواد در داخل دستگاه می‌شود.

در نتیجه جلوگیری از اقامت بیش از حد مواد، موجب چسبیندن مواد داغ به فلز و تخریب پی وی سی می‌شوند.

نکته: جلوگیری از اقامت بیش از حد مواد و در نتیجه تخریب pvc  مهم است؛ زیرا در اثر تخریب موادی که به دیواره دستگاه چسبیده‌اند سایر قسمت‌های مذاب هم تحت تاثیر قرار گرفته و احتمال تخریب آن‌ها بیشتر می‌شود.

روان کننده خارجی پی وی سی چه ویژگی‌هایی دارد؟

• کاهش اصطکاک خارجی (بین پی وی سی و فلز)
• سازگاری پایین با پی وی سی

 

مکانیسم عملکرد و ويژگی روان کننده داخلی پی وی سی

عملکرد اصلی روان کننده داخلی در واقع کاهش اصطکاک بین مولکولی در PVC در حین اعمال حرارت برشی به پی وی سی و تبدیل به مذاب PVC می‌باشد.

روان‌کننده‌ها سبب کاهش اصطکاک بین ذره در قبل و هم در طول تشکیل مذاب پلیمری می‌شوند. دو تاثیر مهم روان کننده داخلی در پی وی سی به شرح زیر می‌باشد.

1. کاهش اصطکاک در اثر افزایش حرارت تحت گرمای برشی
2. کاهش ویسکوزیته مذاب

در نتیجه، این دو عامل اصلی روان کننده‌های داخلی سبب تاثیر در فاکتورهای مهمی در فرآیند تولید می‎‌‌شوند. این تأثیرات به شرح زیر است.

• کاهش اقامت مواد در دستگاه و کاهش ریسک تخریب حرارتی پی وی سی
• جریان مذاب روان‌تر در دستگاه (شامل کانال‌ها و گیت در قالبگیری)
• قالب‌گیری راحت‌تر ( از جمله کاهش تمایل به Sink-mark  - کنترل ابعادی بهتر و...)
• کاهش تمایل به تورم دای اکستروژن پی وی سی (die swell)
• کاهش عیوب ایجاد شده در محصول که در اثر تنش ایجاد می‌شوند و...

 

سازگاری روان کننده با پی وی سی و ارزیابی آن

نوع عملکرد روان کننده و همچنین میزان اثرگذاری آن در PVC ارتباط مستقیمی با میزان سازگاری پی وی سی با روان کننده دارد. مطالعات مختلفی جهت ارتباط سازگاری روان کننده با ساختار شیمیایی آن صورت گرفته و امروزه روش‌های مختلفی برای ارزیابی میزان سازگاری روان کننده وجود دارد که در ادامه به بررسی چند مورد از آن‌ها می‌پردازیم.

1. توانایی روان کننده در کاهش دمای انتقال شیشه ای Tg – سازگاری بیشتر = کاهش بیشتر Tg
2. مقایسه پارامتر حلالیت در پی وی سی
3. تشکیل نقطه مه در پی وی سی شفاف با افزایش مقدار روان کننده (در این روش ارزیابی تشکیل اولین نقطه غبار(مه) نشان دهنده محدودیت سازگاری روان کننده با پی وی سی است و در واقع افزایش میزان روان‌کننده از یک مقدار مشخص سبب تشکیل توده در یک فاز جداگانه می‌شود که سبب پراکنش نور و ایجاد مه در پی وی سی شفاف شده و نشان دهنده عدم سازگاری روان کننده است.

 

 

نکات صنعتی و مشکلات رایج در روان کننده‌ها

 

جذب روان کننده توسط پیگمنت و فیلرها

پیگمنت‌ها و پرکننده‌هایی چون کربنات کلسیم، می‌توانند سبب جذب روان‌کننده شوند و میزان مصرف آنرا در فرمولاسیون افزایش دهند. دراین مورد توصیه می‌شود جهت جلوگیری از افزایش مصرف روان‌کننده در فرمولاسیون، از روش میکس اصولی ونکات کاربردی آن استفاده شود. در این مورد می‌توانید از پکیج‌های تخصصی پلینو ویا مشاوره‌های تخصصی استفاده نمایید.

 

اثر بر روی شفافیت

۱۲-هیدروکسی استئاریک اسید در واقع مشتق هیدورکسیل دار اسید استئاریک می باشد. که  از هیدروژن دار شدن روغن کرچک حاصل می‌شود. این ماده دمای ذوبی در حدود ۷۵ تا ۸۰ درجه سانتی گراد دارد و اثر آن بر فرآیند پی وی سی مشابه با استئاریک اسید می باشد با این تفاوت که سبب بهبود براقیت و شفافیت سطح محصول در سیستم های شامل استابلایزر سرب می‌شود و از این نظر که اسید استئاریک سبب کاهش شفافیت می‌شود اهمیت دارد.

 

اثر بر روی پلیت- اوت

واکنش این ماده با برخی ترکیبات موجود در پی وی سی از جمله کلسیم هیدورکسید سبب آزاد شدن آب می‌شود که سبب ایجاد مشکلاتی در فرآیند تولید از جمله plate-out  می‌شود. جهت اطلاعات بیشتر کتاب تخصصی پلینو را بخوانید. 

 

 کاهش نقطه نرمی v-cut

وکس های معدنی دارای نقطه ذوب نسبتا بالایی هستند؛ درنتیجه بامقدار کمی از این مواد نسبت به استرهای اسیدچرب میتوان نقطه نرم شدگی ویکات(V.CUT) را کاهش داد.

 

افزایش براقیت 

ببه طورکلی وکس، به منظور بهبود جریان مذاب ، براقیت و همچنین بهبود پراکنش پیگمنت ها و سایر افزودنیها در پلیمر استفاده می شوند.

 

افزایش میزان پایدارکنندگی

استئارات کلسیم گرچه بیشتر به عنوان یک روان کننده شناخته می شود اما به علت ساختارشیمیایی که دارد می تواند به عنوان پایدارکننده نیز به خصوص در صنایع پی وی سی مورد استفاده قرار گیرد. قابل ذکر است استفاده از این ماده می تواند مصرف پایدار کننده اصلی را در فرمول پی وی سی کاهش دهد.

 

کاهش فشار اکستروژن

برخی وکس‌ها اثر بیشتری بر روی ویسکوزیته مذاب نسبت به گلیسرول مونو استئارات و استرهای کمپلکس دارند؛ درنتیجه فشار اکستروژن را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند. در شکل زیر اثر انواع وکس‌ها بر ویسکوزیته مذاب پی وی سی نشان داده شده است.

 

 

اثر روان کننده بر روی فیوژن پی وی سی و تولید

نوع و دوز مصرف روان کننده بر روی فرآیند تولید پی وی سی اثر زیادی دارد. استفاده بیش از حد از روان کننده سبب کاهش فیوژن پی وی سی شده و از طرفی برای اکسترودرهایی با طول مارپیچ بالاتر میزان روان کننده باید یا دستگاه تنظیم شود. همچنین روان کننده باید با استابلایزر نیز سازگار باشد.

 

 

جمع بندی و نتیجه گیری در مورد روان کننده پی وی سی

روان کننده به طور کلی موادی هستند که سبب کاهش اصطکاک بین ذرات پلیمر و یا پلیمر و فلز می‌شوند. این مواد بر اساس میزان قطبیت و در واقع سازگاری با پی وی سی به دو دست روان کننده داخلی و خارجی تقسیم بندی می‌شوند. روان کننده بر اساس نوع و ماهیت شیمیایی بر روی پخت پی وی سی، قالبگیری راحت تر و ویسکوزیته پلیمر اثر دارد. در صنعت عمدتا از وکس پلی اتیلن، اسید استئاریک، استئارات روی و کلسیم، وکس استری و ... به عنوان روان کننده پی وی سی استفاده می‌شوند. از جمله گریدهای مطرح بازار می‌توان به اسید استئاریک 1842 و روان کننده g60 - روان کننده p1141  و... اشاره کرد. بازه قیمتی روان کننده‌ها از محدود 60 هزار تومن در حدود 200 هزار تومن یا به عبارتی از محدوده 1 دلار تا 4 دلار متفاوت است. ارزان ترین روان کننده وکس پلی اتیلن و گران ترین آنها وکس‌های تخصصی آمیدی هستند.