بررسی انواع روان کننده پی وی سی + سازگاری با PVC

04 اسفند 1399 ساعت 03:15

از جمله موادی که به عنوان افرودنی در پی وی سی شناخته می‌شوند روان کننده است که کاربردهای مختلفی را برای محصولات با پایه پی وی سی به همراه دارد. استحکام در برابر ضربه، چاپ‌پذیری و... از جمله مواردی است که به کارگیری روان کننده در پی وی سی می‌تواند بر آن‌ها تأثیر بگذارد.

در این مقاله درباره این افرودنی بیشتر خواهید خواند.

تعریف روان کننده

روان کننده‌ها از مهم ترین افزودنی‌های پی وی سی هستند. نقش آنها در درجه اول تاثیر بر رفتار PVC تحت تاثیر حرارت و گرمای برشی در فرآیند تولید و در نتیجه تسهیل فرآیند می‌باشد. همچنین روان کننده‌ها امکان عملکرد به عنوان پایدار کننده حرارتی را نیز دارند.

به طور مثال در اکستروژن پی وی سی سخت استفاده از یک روان کننده موثر به جهت تاثیر در گرمای داده شده و انرژی مصرف افزایش می‌دهد، در واقع روان کننده حرارت و همچنین انرژی مکانیکی مورد نیاز فرآیند کردن پی وی سی را کاهش داده و در نتیجه سبب بالا رفتن بازده تولید می‌شود.

به عنوان بخشی از فرمولاسیون پی وی سی روان کننده‌ها بر روی سایر خواص پی وی سی نیز تاثیر می‌گذارند. از جمله عوامل موارد زیر شامل می‌شود.

  1. پایداری حرارتی pvc به طور مستقیم یا در اثر برهم کنش با سایر اجزای فرمول پی وی سی
  2. استحکام ضربه در پی وی سی سخت
  3. اثیر بر روی سطح محصول نهایی پی وی سی
  4. چاپ پذیری (ممکن است حضور روان‌کننده اثر منفی بر روی چاپ پذیری pvc  داشته باشد.)

خاصیت روان کنندگی و اثرات مربوط به آن را می‌توان به دو دسته داخلی و خارجی تقسیم کرد با این وجود مواد روان کننده را نمی‌توان در این دو دسته بندی تفکیک کرد؛ چرا که اکثر نرم کننده‌ها درجات مختلفی از خاصیت روان کنندگی داخلی و خارجی دارند و این بسته به عوامل مختلفی از جمله دوز مصرف، ماهیت شیمیایی ماده و شرایط فرآیند است.

همچنین سایر اجزای فرمولاسیون پی وی سی نیز می‌توانند اثر روان‌کنندگی داشته با‌شند و بر کارایی روان‌کننده و یا میزان مورد نیز برای روان‌کنندگی مناسب تاثیر بگذارد.

چه موادی در پی وی سی اثر روان کنندگی دارند؟

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.

سازگاری و دوز مصرف افزودنی‌های متداول در پی وی سی که خاصیت روان‌ کنندگی دارند به ترتیب زیر کاهش می‌یابد.

نرم کننده‌های اولیه > نرم کننده‌ها و گسترش دهنده‌های ثانویه > اصلاح کننده‌های ضربه و کمک‌های پردازش > تثبیت کننده‌ها و روان کننده‌ها

مقاله پیشنهادی: بررسی عوامل موثر در براقیت پی وی سی

بررسی 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
  • عدم تمایل ( affinity) به PVC و تمایل کم به فلز

روان کننده داخلی پی وی سی چیست؟

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.

عوامل تعیین سازگاری روان کننده با PVC

 از نظر تئوری، قطبیت و طول زنجیره آلیفاتیک تعیین کننده میزان سازگاری روان کننده هستند.

طول زنجیر کوتاه و قطبیت سبب افزایش سازگاری و افزایش خاصیت روان کنندگی داخلی می‌شوند. به طور مثال مونواسترهای گلیسرول در این گروه قرار می‌گیرند.

طول زنجیره بلند (حتی با وجود مقداری قطبیت) سبب کاهش سازگاری و افزایش خاصیت روان کنندگی خارجی می‌شود. از جمله می‌توان به واکس پلی اتیلن و پارافین واکس اشاره کرد.

نکته: دو ماده‌ای که به عنوان روان کننده شناخته نمیشوند، اما خاصیت روان کنندگی دارند کمک فرآیندهای اکریلیک و گریدهای خاصی از منیزیم سیلیکات میباشند.

مقاله پیشنهادی: پیش ‌نیازهای یک عیب‌یابی موثر در فرآیند تولید پی وی سی

برخی از کمک فرآیندهای اکریلیک علاوه داشتن ویژگی‌های یک کمک فرآیند می‌توانند به عنوان روان‌ کننده خارجی نیز عمل کنند. این ویژگی شامل موارد زیر می‌باشد.

  • عدم مهاجرت در دمای اتاق با وجود سازگاری کم با پی وی سی در دمای فرآیند.
  • نداشتن plate-out  در پی وی سی
  • عدم تاثیر منفی در شفافیت پی وی سی
  • عدم تاثیر منفی در استحام پی وی سی

*از جمله کمک فرآیند Paraloid K175  در این دسته قرار می‌گیرد.

همچنین اثر روان کنندگی خارجی برای برخی از گریدهای منیزیم سیلیکات بخصوص در تولید لوله upvc  گزارش شده است. در فرآیند تولید pvc - منیزیم کلراید به صورت سیلیکا ژل در اثر واکنش با HCl  جدا شده و به عنوان روان کننده خارجی و تا حدی استابلایزر عمل می‌کند.

 چه پارامتر و پدیدههایی که تحت تاثیر روانکنندهها قرار میگیرند؟

  • مشارکت و هم افزایی در پایداری حرارتی – بخصوص صابون‌های فلزی و گلیسرول استرها
  • تاثیر در plate-out  پی وی سی- بخصوص صابون‌های فلزی
  • مهاجرت از pvc- بخصوص اسیدهای چرب و الکل‌های چرب

چگونگی استفاده روان کننده در پی وی سی سخت و پی وی سی نرم

در پی وی سی سخت (upvc) معمولا از هر دو نوع  داخلی و خارجی استفاده می‌شود، اما در پی وی سی نرم  به جهت حضور نرم کننده معمولا فقط از نوع خارجی استفاده می‌شود، در واقع نرم کننده‌ها به جهت سازگاری بالا با پی وی سی به عنوان نرم کننده داخلی نیز عمل می‌کنند.

روان کننده‌های خارجی در پی وی سی نرم حتی در پی وی سی خمیر (paste) نیز به جهت سهولت در قالب‌گیری‌های پیچیده کاربرد دارند.

با توجه به نوع کاربرد پی وی سی و میزان مورد نیاز روان کنندگی داخلی و خارجی معمولا بیش از یک نوع روان کننده در فرمولاسیون پی وی سی استفاده می‌شود. به طور مثال در برخی از فرمولاسیون‌های پی وی سی سخت از چهار نوع روان کننده استفاده می‌شود.

در پلینو بخوانید: رنگدانه های سفید و مشکی پی وی سی

تاثیر دوجانبه روان کننده و استابلایزر و برخی افزودنی‌های دیگر نیز به عنوان یک عامل تعیین کننده در انتخاب روان کننده به حساب می‌آید. با وجود اینکه آزمایشات مختلفی بر روی روان کننده‌ها صورت گرفته بسیاری از اثرات آن‌ها هنوز پیش بینی پذیر نیست و انتخاب سیستم روان کننده مناسب برای کاربردهای مختلف پی وی سی آمیزه ای از علم، تجربه و هنر است!

به عنوان مثال استئاریک اسید و کلسیم استئارت دو روان کننده خارجی مهم در فرمولاسیون پی وی سی سخت هستند، اثر بخش این دو روان کننده  به نوع استابلایزر مصرفی و اینکه با یکدیگر استفاده بشوند یا خیر بسیار وابسته است.

در شکل زیر کاربرد روان کننده در فرآیندهای مختلف پی وی سی نشان داده شده است.

 

کاربرد روان کننده در فرآیند پی وی سی

انواع روانکننده پی وی سی

  • هیدروکربنی پی وی سی

این نوع بیشتر از نوع روان کننده خارجی و بعضا از نوع داخلی هستند و در پی وی سی سخت ( بعضا پی وی سی نرم) کاربرد دارند. وکس پارافین- وکس پلی اتیلن و پارفین‌های  سنتزی در این گروه قرار می‌گیرند.

گریدهای متداول روان کننده‌ هیدروکربنی پی وی سی شامل موارد زیر می‌باشد.

  • sasolwax
  • E-14P
  • PE130
  • PP230
  • Irgawax 365

انواع روان کننده هیدروکربنی پی وی سی در شکل زیر نمایش داده شده است.

روان کننده هیدروکربنی

  • اسید چرب پی وی سی

این نوع روان کننده PVC عموما خارجی است و در پی وی سی‌های  عموما سخت (بعضا نرم) کاربرد دارند. استئاریک اسید از مهم‌ترین روان کننده‌های این گروه می‌باشد.

گریدهای متداول روان کننده‌ اسید چرب پی وی سی شامل موارد زیر می‌باشد.

  • Hostalub Fl
  • S-90
  • Hystrene9718

انواع روان کننده اسید چرب پی وی سی در شکل زیر نمایش داده شده است.

روان کننده اسید چرب

  • نمک اسید چرب در پی وی سی

این نوع خارجی (بعضا داخلی) است و در پی وی سی‌های  سخت یا نرم کاربرد دارند. کلسیم، روی، منیزیم، سرب استئارت از مهم ترین روان کننده‌هایی هستند که در این گروه قرار دارند.

گریدهای متداول روان کننده نمک اسید چرب پی وی سی شامل موارد زیر می‌باشد.

  • Hostalub CaFl
  • Ca-18-1

 انواع روان کننده پی وی سی بر پایه نمک اسید چرب در شکل زیر نمایش داده شده است.

روان کننده نمک اسید چرب

 

  • استر در پی وی سی

این نوع بیشتر از نوع داخلی (عموما داخلی) و عموما خارجی هستند که در پی وی سی‌های  سخت و بعضا سخت و بعضا نرم کاربرد دارند. اسید چرب استری، ترکیبات استری، گلیسرول استر با استر، گلیسرول استر و واکس استر در این گروه قرار دارند.

گریدهای متداول روان کننده‌های استر در پی وی سی شامل موارد زیر می‌باشد.

  • G30
  • Hostalub ARE-1
  • G71
  • G10
  • G13
  • Hostalub SAW-1

انواع روان کننده پی وی سی بر پایه استر اسید چرب در شکل زیر نمایش داده شده است.

روان کننده استری

 

  • آمید در پی وی سی

این نوع از نوع خارجی و داخلی هستند و در پی وی سی‌های  عموما سخت کاربرد دارند. واکس آمیدی از مهم‌ترین روان کننده‌های ی هستند که در این گروه قرار دارند.

گریدهای متداول روان کننده آمید در پی وی سی شامل موارد زیر است.

  • Hostalub FA-1

انواع روان کننده پی وی سی بر پایه آمید در شکل زیر نمایش داده شده است.

روان کننده آمیدی

  • روان کننده الکل چرب در پی وی سی

این نوع از نوع داخلی است و در پی وی سی‌های  سخت کاربرد ویژه‌ای دارند. الکل با 16 تا 18 کربن در این گروه قرار دارد.

گریدهای متداول روان کننده الکل چرب در پی وی سی شامل موارد زیر است.

  • XL-200
  • C60
  • ML2516

در شکل زیر انواع روان کننده بر پایه الکل چرب نمایش داده شده است.

روان کننده الکل چرب

 

 

 

در جدول زیر انواع روان کننده‌های پی وی سی و گریدهای متداول بررسی شده است.

انواع گرید روان کننده pvc

 در پلینو ببینید: ‌اثر روان‌کننده بر پایدارکننده‌ها برای مشاهده فیلم آموزشی کلیک کنید.


در جدول زیر انواع روان کننده‌ها و میزان نقش آن در فرمول ( داخلی یا خارجی ) بررسی شده است.

روان کننده pvc

 خاصیت آنتی بلاک!

برخی روان کننده‌ها از جمله آمید واکس‌ها دارای هر دو خاصیت روان کنندگی داخلی و خارجی هستند و می‌توانند یک آنتی بلاک مناسب برای محصول ما باشند آنتی بلاک خاصیتی است که در محصولات مختلف به خصوص فیلم و ورق مهم می‌باشد.

استابلایزر یا روان کننده مسئله این است!

باید توجه کرد برخی روان کننده‌ها مانند استئارات کلسیم می‌توانند خاصیتی پایداری حرارتی در کنار روان‌کنندگی شوند. دانستن این نکات می‌تواند در طراحی یک فرمول بهینه و رقابتی به ما کمک کند.

انتخاب نوع و مقدار روان کننده در فرمولاسیون به عوامل زیر بستگی دارد.

  • اجزای تشکیل دهنده آمیزه
  • نوع فرایند، که در این مورد، گزینش روان‌کننده مناسب در آمیزه‌های کلندری، اهمیت بسیار دارد.
  • عملیات تکمیلی که پس از فرایند بر روی فراورده انجام می‌گیرد. (به عنوان مثال در امیزه ویژه تولید فیلم‌هایی که بر روی آن‌ها کار چاپی انجام می‌گیرد باید از روان کننده‌هایی استفاده شود که به سطح رخنه نمی‌کنند.)
  • متفاوت بودن و یا یکسانی با عملکرد روان‌کننده و یا یکسانی عملکرد روان کننده، با سایر مواد تشکیل دهنده آمیزه،  به ویژه با پایدارکننده‌ها.

کلام آخر

به طور کلی می‌‌توان گفت استفاده از روان کننده‌ها می‌تواند در استفاده بهتر از محصولات پی وی سی مؤثر بوده و کیفیت بهتری برای مصرف کننده به دنبال داشته باشد. انتخاب نوع روان کننده، مناسب با حوزه کارایی آن برای به کارگیری در تولید انتخاب می‌شود.

باید در انتخاب نوع روان کننده‌هایی که قرار است در تولید مورد استفاده قرار بگیرند، توسط کارشناسان مربوطه بررسی و تأیید گردند.

تهیه و تنظیم: سایت پلینو

منابع: www.elsevier.com، مشاوران پلینو

 

 

 

ثبت نظر


( نظر خود را درباره این مقاله ثبت نمایید )