بررسی فیلرهای پی وی سی + اثر بر خواص

پر کننده پی وی سی چیست و کاربرد آن

فیلرها به طور کلی با عنوان ذارت یا فیبر جامد تعریف می‌شوند که به از نظر شیمیایی اکثر خنثی بوده و با هدف کاهش قیمت و یا بهبود برخی خواص به پی وی سی اضافه می‌شوند.

فیلرها در درجه اول به منظور کاهش قیمت تمام شده در پی وی سی ( و به طور کلی پلیمر) شناخته می‌شوند و به همین خاطر به عنوان پرکننده و کاهش دهنده قیمت در نظر گرفته می‌شوند. با این وجود اکثر فیلرها در صورت استفاده مقدار قابل توجه در پی وی سی، بر روی خواص محصول و حتی ویژگی‌های فرآیند تاثیر می‌گذارند.

به طور مثال به فیلر الیاف شیشه برای خواص تقویت کننده در پی وی سی، فیلر آنتیموان تری اکسید و آلومینیوم‌ ‌تر هیدروکسید برای خواص تاخیر انداز شعله اشاره کرد.

در ادامه به موضوعات ذیل پرداخته شده است:

 

- اثر فیلرها بر خواص پی وی سی

- فیلر pvc  بر پایه سیلیس یا سیلیکات

- فیلر آزبست سفید در پی وی سی

- فیلر پی وی سی بر پایه تالک

- فیلر پی وی سی بر پایه باریم سولفات

- انواع مختلف فیلر کلسیم کربنات

 

اثر فیلرها بر خواص پی وی سی

به طور کلی یک پرکننده معدنی می‌تواند خواص زیر را در پی وی سی تغییر دهد.

• استحکام کششی
• مقاومت سایشی
• استحکام فشاری
• مقاومت شیمیایی
• مقاومت در برابر uv
• پایداری حرارتی
• مقاومت در برابر شعله

در حالت ایده‌آل یک فیلر پی وی سی باید در کنار کاهش هزینه سبب بهبود فرآیند پذیری و همچنین تاثیر مثبت در خواص محصول نهایی و حتی ظاهر محصول شود، اما در عمل یک فیلر قادر به اعمال تاثیر مثبت در برخی از موارد ذکر شده می‌باشد. 

در شکل زیر اثر فیلرهای مختلف بر استحکام کششی پی وی سی نشان داده شده است.میزان تاثیر فیلر بر استحکام کششی یا تنسایل پی وی سی بستگی به برهمکنش بین فیلر و ماتریس دارد. در اغلب موارد فیلرها سبب کاهش تنسایل می‌شوند و در مواردی نیز ممکن است سبب افزایش تنسایل شوند.

نکته قابل توجه این است که اگر تنها کاهش قیمت مورد نظر باشد در اثر استفاده بیش از حد یک فیلر(دوز مصرف بالا) فیلرها در بیشتر موارد ویژگی بهبود خواص خود را از دست می‌دهند. در نتیجه اگر هدف رسیدن به توازنی از کاهش قیمت و تاثیر مثبت بر خواص است باید در انتخاب میزان مصرف پرکننده دقت شود.

به طور مثال اگر چه استفاده از سنگ آهک آسیاب شده در پی وی سی سبب کاهش قیمت می‌شود اما استفاده بیش از حد آن سبب افت خواص محصول و کاهش فرآیند پذیری مطلوب می‌شود. در حالت تئوری فیلرهای مختلفی برای PVC قابل استفاده هستند ولی عملا در صنعت بیشتر از فیلر کربنات کلسیم، فیلر آزبست، فیلر خاک رس بیشتر استفاده می‌شود.

در شکل زیر اثر فیلر بر الانگیشن پی وی سی نشان داده شده است.

فیلر pvc  بر پایه سیلیس یا سیلیکات

دو فیلر مهم بر پایه سیلیکات که در پی وی سی به شکل گسترده استفاده می‌شوند خاک رس و آزبست هستند، از دیگر فیلرهای پایه سیلیکاتی که در پی وی سی کمتر متداول هستند می‌توان به میکا، ولاستونیت، تالک، خاک سنگ و... اشاره کرد.

نکته: خاک سنگ دارای مقداری منیزیم سیلکات می‌باشد که برخی تحقیقات نشان از خواص روان کنندگی این ماده دارند.

فیلرهای بر پایه سیلیس از جمله شن، کوارتز و.. کمتر در پی وی سی به متداول هستند. تنها برخی از گریدهای سیلیس به عنوان افزودنی مات کننده ( matting agents) و یا آنتی بلاک در پی وی سی استفاده می‌شوند.

 

فیلر پی وی سی بر پایه رس یا Clay

انواع بسیار متنوعی از خاک رس وجود دارد که ترکیبی از آلومینو-سیلیکات هیدراته به همراه مقادیر متفاوتی از اکسید آهن،  پتاسیم و تیتانیوم هستند. از بین انواع مختلف خاک رس تنها کائولین که با نام خاک رس چینی نیز شناخته می‌شود، کاربرد گسترده‌تری در پی وی سی دارد که به صورت کائولین آسیاب شده یا کائولین کلسیته شده استفاده می‌شود.

در فرآیند کلیسته شدن ناخالصی خاک رس بویژه ترکیبات آهن دار حذف شده که سبب بهبود مقاوت الکتریکی و سفیدی بیشتر کائولین می‌شود.

 

کاربرد خاک رس چینی در پی وی سی

• پی وی سی نرم : از جمله شلنگ پی وی سی و چکمه پی وی سی
• پی وی سی سخت: از جمله لوله و اتصالات upvc
• پی وی سی خمیر یا paste

نکته: خاک رس بنتونیت (Bentonite) نیز از انواع متداول خاک رس در پی وی سی است که بخصوص در پی وی سی لاتکس کاربرد زیادی دارد.

با وجود کاربردهای خوب خاک رس چینی در اغلب کاربردهای پی وی سی از فیلر کربنات کلسیم استفاده می‌شوند به این دلیل که هم قیمت پایین تری دارد و هم خواص مورد نظر را به جزء مواردی همچون تاثیر در شفافیت محصول دارد. کائولین کلیسنه شده تنها در موارد خاصی از جمله کابل پی وی سی به کلسیم کربنات ترجیه داده شده است.

 

فیلر پی وی سی بر پایه آزبست

تنها فرم از آزبست که در پی وی سی کابرد دارد آزبست سفید یا chrysotile می‌باشد. ساختار شیمیایی آزبست سفید بر پایه منیزیم سیلیکات هیدارته (3MgO·2SiO·2H20) است. فیبرهای آزبست سفید طولی در حدود ۱ تا ۴۰ میلیمتر و قطری در حدود  ۰.۰۱ تا ۱ میکرون دارند.

 

فیلر آزبست سفید در پی وی سی

بیشتر کاربرد آزبست سفید در کفپوش‌های pvc می‌باشد. اگر از الیاف با طول کوتاه ‌تر استفاده شود سبب استحکام مذاب بهتر، سختی بیشتر و... می‌شود.

آزبست سفید با طول الیاف بلند‌تر بیشتر در ورق‌های پی وی سی

نکته: استفاده  آزبست از نظر مشکلاتی که برای سلامت انسان به دنبال دارد در بسیاری از کاربردها منع شده است، در نتیجه هنگام استفاده در صورتی که کاربرد آن در محصول مورد نظر مجاز باشد موارد احتیاطی باید رعایت شود.

نکته: پایداری حرارتی و رنگ پی وی سی ممکن است تحت تاثیر ناخالصی‌های حاوی آهن در آزبست قرار گیرد.

 

فیلر پی وی سی بر پایه تالک

در واقع تالک شامل منیزیم و سیلیسوم اکسید هیدراته به همراه برخی ناخالصی‌های معدنی می‌باشد. ترکیب شیمیایی و همچنین مشخصات ظاهری آن بر اساس منبعی که از آن برداشته می‌شود متفاوت است. ذرات تالک می‌تواند به صورت دانه‌ای- صفحه‌ای (platy) و یا وزنی شکل باشد. سایر ذرات تالک در حدود ۱ تا ۵۰ میکرومتر مربع می‌باشد.

 

 

 

کاربرد تالک در پی وی سی

تالک در محصولات کلندرینگ pvc  و به منظور افزایش استحکام مذاب، همچنین بهبود سختی و سفیدی محصول پی وی سی استفاده می‌شود.

نکته: خواص انکساری تالک نزدیک به پلیمر پی وی سی بوده و برای کاربردهای نیمه شفاف مورد توجه قرار گرفته است.

 

سایر فیلرهای پی وی سی بر پایه سیلیکات

از دیگر فیلرهای pvc  که کمتر متداول هستند می‌توان به میکا با ساختار آلومینیوم/پتاسیوم سیلیکات که در عایق‌های الکتریکی پی وی سی استفاده می‌شود، ولاستونیت که در پلاستیسول پی وی سی استفاده می‌شود و ... اشاره کرد.

• فیلر پی وی سی بر پایه سولفات فلزات قلیایی

 

فیلر پی وی سی بر پایه باریم سولفات

دو گرید متداول از باریم سولفات در pvc کاربرد دارد. باریم سولفات معدنی که با نام باریت (barytes) و باریم سولفات رسوبی .

دانسیته بالای باریم سولفات از معایب آن به حساب می‌آید( به دلیل تاثیر در افزایش قیمت) اگر چه این موضوع در برخی کاربردها از جمله کفپوش‌های پی وی سی مفید است. مزایای فیلر باریم سولفات جذب پایین روغن و انعکاس بالای نور است.

 

فیلر پی وی سی بر پایه کلسیم سولفات بی آب

فیلر بر پایه کلسیم سولفات بی آب به دو شکل ذره ای و فیبری موجود می‌باشد نوع ذره ای کلسیم سولفات با اندازه ذرات حدود ۷ میکرون در پی وی سی نرم  و پی وی سی خمیر کاربرد دارد از جمله به گریدهای ذیل می‌توان اشاره کرد.

1. CS20
2. CA-5

نوع فیبری کلسیم سولفات طولی در حدود ۶۰ میکرون و قطری در حدود ۲ میکرون دارند و به عنوان جایگزین آزبست در پی وی سی پیشنهاد شده‌اند.

 

فیلر پی وی سی بر پایه کلسیم کربنات

به دلیل فراوانی بالا،  قیمت پایین و خواص مناسب کلسیم کربنات تا امروز پر کاربرد ترین فیلر در پی وی سی بوده است.

 

انواع مختلف فیلر کلسیم کربنات

1. کلسیم کربنات معدنی
2. کلسیم کربنات رسوبی
3. کلسیم کربنات دولومیت
4. کلسیم کربنات سنگ مرمر(marble)
5. کلسیم کربنات سفید(آهک)

 

فیلر پی وی سی بر پایه کلسیم کربنات معدنی ( mineral calcium carbonates)

منابع کلسیم کربنات بسیار متعدد بوده و انرژی لازم برای آسیاب آنها تقریبا پایین است در نتیجه این فیلر از قیمت پایینی برخوردار است، همچنین از ویژگی‌هایی مانند جذب روغن کم، نبود آب در ساختار کریستالی و پایداری در برابر تجریه حرارتی برخوردار است.

 

فیلر پی وی سی بر پایه کلسیم کربنات رسوبی (Precipitated Calcium Carbonates)

این نوع فیلر به دور صورت حاصل می‌شود:

1. روش محلولی ( رسوب گرفتن از محلول نمک کلسیم)
2. از محصول جانبی صاف کردن تصفیه آب حاصل می‌شود.

فیلر کربنات کلسیم حاصل شده توسط این روش اندازه ذرات پایینی ( در حدود ۱ میکرون ) دارد، این فیلر معمولا پوشش داده می‌شود تا از اگلومره شدن آن جلوگیری شده و به پراکندگی فیلر کمک کند. این پرکننده از رنگ سفید خوبی برخوردار است. فیلر کربنات کلسیم رسوبی معمولا قیمت بالاتری نسبت به سایر پرکننده‌های کربنات کسیم دارد.

 

فیلر پی وی سی بر پایه کربنات کلسیم سفید

کلسیم کربنات سفید در واقع از آسیب گچ حاصل شده است، اندازه ذرات این نوع فیلر پی وی سی ریز بوده و میزان سفیدی آن بالاتر است. این نوع فیلر از گچ حاصل از رسوب فسیل‌های دریایی به دست آمده است. بعد از فرآیند آسیاب فیلری با اندازه ذرات ۱ تا ۵ میکرون حاصل شده که برای بسیاری از کاربردهای پی وی سی مطلوب است.

 

فیلر پی وی سی بر پایه دولمیت (Dolomite)

دولومیت در واقع سنگ آهک حاوی ۴۵ درصد منیزیم کربنات است. این نوع فیلر از رنگ خوب ولی میزان جذب روغن بالاتری نسبت به سایر فیلرهای برپایه سنگ آهک برخوردار است.

 

فیلر پی وی سی بر پایه کربنات کلسیم سنگ آهک

فیلر بر پایه سنگ آهک و سنگ مرمر(Marble) از دیگر انواع فیلرهای کربنات کلسیم هستند، منابع کمی از این نوع سنگ آهک وجود دارد که خلوص کافی را برای استفاده به عنوان فیلر پی وی سی داشته باشند.

این نوع فیلر به علت اندازه ذرات درشت‌تر از جذب روغن پایینی‌‌تر برخوردار است. به دو روش خشک و ‌تر تولید می‌شوند که فیلر تولید شده با روش ‌تر از اندازه ذرات ریز‌تر و توزیع ذارت بهتری برخوردار است.

 

 

 

 

 

کلام آخر

پیش از این گفته شد فیلرها دارای انواع و ترکیبات مختلفی هستند که متناسب با نوع ویژگی‌های محصول به کار گرفته می‌شوند. تولیدکنندگان باید همواره به این نکته توجه داشته باشند که به کارگیری هر کدام از انواع فیلرها باید به نحوی باشد که موجب کاهش قیمت و افزایش کیفیت محصولات با پایه پلیمری داشته باشد.

در نتیجه آشنایی و شناخت بر انواع فیلرها و خواص هر کدام شرط لازم برای استفاده از آن‌ها در فرآیند تولید است که کارخانه‌ها و شرکت‌های تولید کننده باید به آن توجه ویژه داشته باشند.

 

 

 

 

 

پر کننده یا فیلر یکی از مهم ترین مواد اولیه مورد استفاده در صنایع پلیمر است. از جمله مهم ترین پرکننده ها برای یک پر کننده مشخصاتی مهم در دیتاشیت‌ها آورده می‌شود. در این ویدیو به بررسی این مشخصات پرداخته می‌شود.

 

انواع پر کننده در پلیمر

پر کننده بر اساس نوع عملکرد و استفاده آن را می‌توان به سه دسته پر کننده کاهش دهنده قیمت یا etender - پر کننده نیمه تقویت کننده و پر کننده تقویت کننده تقسیم می شود.

 

مشخصات انواع پر کننده

اندازه ذرات یا مش پر کننده: این اندازه گیری بر اساس استانداردهای مشخصی انجام می‌شود. به طور مثال اندازه ذرات مش 2000 در محدوده 5 میکرون و مش 800 در محدوده 20 میکرون قرار می‌گیرد.

بالک دانسیته: چگالی بالک عاملی مهم در حرکت ذرات است. در واقع در چگالی ذرات حجم خالی بین ذرات نیز در نظر گرفته می‌شود. به طور مثال کربنات کلسیم با دانسیته 2.7 دانسیته بالک بسیار کمتر و در محدوده 0.6 دارد.

نکته: در این ویدیو کاربرد دستگاه کندور در تولید پلاستیک‌های بازیافتی بررسی شده است.

سختی فیلر: سختی فیلرها در محدوده مختلفی قرار می‌گیرد. تالک دارای کمترین سختی و پر کننده الیاف شیشه از بیشترین میزان سختی در فیلرها بر خورد دارد است.

 

محدوه قیمتی جهانی انواع فیلر و مقایسه آن با پلاستیک‌ها

 

نوع پرکننده یا فیلر	هزینه وزن نسبی
کلسیم کربنات آسیاب شده	0.3-0.6
خاک رس آسیاب شده	0.4-0.7
پی‌وی سی	0.7
دوده سیاه	0.7-1.2
پلی پروپیلن	1
تالک	1.1-1.4
پلی اتیلن	1.1
خاک رس کلسینه	1.5-1.7
(wollastonite (not treated	1.6
لاستیک طبیعی	1.6
اتیلن-لاستیک پروپیلن	1.6-1.9
خاک رس کلسینه treated calcined clays	1.7-1.9
لاستیک استایرن بوتادین	1.7
silica سیلیس	1.7-1.9
precipitated ca co3	1.9
پلی آمیدها	3.0-6.0