پی وی سی چیست؟ شناخت انواع و کاربردها

محصولات صنایع شیمیایی و پتروشیمی از مواد گوناگونی ساخته می‌شوند که هر کدام خواص و ویژگی‌های متفاوتی داشته تا نیازهای مصرف کننده را بر طرف کند؛ یکی از این مواد پی وی سی PVC است که در ساخت انواع مختلفی از محصولات بکار برده می‌شود.

در این مقاله با ساختار، کاربرد، انواع، نحوه تولید پی وی سی و... آشنا خواهید شد، با ما همراه باشید.

پی وی سی PVC چیست؟

پی وی سی  PVC مخفف پلی وینیل کلراید (poly vinyl chloride) است. ساختار شیمیایی و فیزیکی پلی ‌وینیل ‌کلراید  آن را به یک پلیمر منحصر به فرد در دنیای پلیمرها تبدیل کرده است. پی ‌وی ‌سی که یک ترموپلاستیک (گرما نرم) بوده که از پلیمریزاسیون رادیکال آزاد مونومر وینیل کلراید با وزن مولکولی‌های مختلف به دست می‌آید.

به طور کلی  PVC با وزن مولکولی و خواص مختلف وجود دارد که بسته به کاربرد نهایی توسط مصرف‌ کننده انتخاب می‌شوند.

ساختار PVC در شکل زیر نمایش داده شده است.

 

عبارت پی وی سی معمولا وقتی استفاده می‌شود که منظور همو پلیمر وینیل کلراید باشد، اما همو پلیمر وینیل کلراید خود عضو گروه بزرگتر از پلاستیک ها بر پایه پلی ونیل کلراید (پلیمر وینیلی) بوده که شامل هموپلیمرهای ونیلی کلراید، کوپلیمر وینیل کلراید و... می‌باشد.

زمانی که پلیمر بر پایه پلی وینیل کلراید باشد ولی همو پلیمر وینیل کلراید نباشد، به جای عبارت PVC  معمولا از vinyl (وینیل) استفاده می‌شود که از جمله کاربردهای آن می‌توان به کفپوش وینیلی اشاره کرد. 

در شکل زیر ساختار هموپلیمر PVC  به صورت شماتیک نشان داده شده است.(در عمل همه زنجیره ها در پلیمر یکسان نیستند و شاخه های جانبی وجود دارد.)

تاریخچه (PVC)

وینیل هالید برای اولین بار در سال ۱۸۳۵ در آزمایشگاه توسط V. Regnault سنتز و جامد سفید و آمورف از در معرض قرار گرفتن آن در مقابل نور خورشید مشاهده شد.

در سال ۱۸۷۳ E. Baumann مشاهده کرد که در اثر در معرض قرار گرفتن وینیل کلراید ( که از واکنش دی کلرواتان و پتاس الکی حاصل شده بود) در مقابل نور خورشید یک پودر سفید حاصل می‌شود. همچنین در سال ۱۹۱۲ اولین پتنت PVC توسط Chemische Fabrik ثبت شده که در آن وینیل کلراید از واکنش استیلن و هیدروژن کلراید تهیه شده بود و واکنش پلیمریزاسیون مربوطه توسط نور خورشید انجام شده بود.

اولین روش تقریبا صنعتی برای تولید وینیل کلراید توسط شرکت آلمانی  I.G. Farbenindustrie که امروزه با نام شرکت  BASF شناخته می‌شود در سال ۱۹۱۶  توسعه داده شد.

در بین سال‌های ۱۹۲۸ تا ۱۹۳۰ PVC توجه بیشتری به خود جلب کرد و پتنت های مختلفی برای توسعه این پلیمر ارائه شد.

از جمله می‌توان به پتنت ارائه شده برای تولید کوپلیمر وینیل کلراید/وینیل استات توسط شرکت Du Pont-  پتنت ارائه شده توسط شرکت آمریکایی Ostromislensky  برای تولید وینیل هالیدها- پتنت تولید PVC  امولوسیون توسط شرکت BASF اشاره کرد.

اولین پی وی سی نرم با ترکیب نرم کننده phthalate esters توسط B. F. Goodrich   در سال ۱۹۳۰ سنتز شد. در همین سال روش پلیمریزاسیون سوسپانسیون پی وی سی توسط شرکت انگلیسی ICI ارائه شد.

اگر چه تا سال ۱۹۳۰ روش‌های مختلفی برای تولید PVC ارائه شده بود، اما این پلاستیک به علت پایداری حراراتی پایین پی وی سی  کاربرد تجاری چندانی نداشت؛ زیرا دمای فیوژن PVC از دمای تخریب آن بالاتر است و قبل از رسیدن به فیوژن دچار تخریب می‌شود.

این موضوع سبب شد تا کوپلیمر ونیلیل کلراید توسعه پیدا کند ( کوپلیمرها با وجود پایداری حرارتی کمتر امکان فرآیند شدن در دمای پایین تر را داشتند)،‌ اما با معرفی نرم کننده‌ پی وی سی و تهیه پی وی سی نرم امکان فرآیند PVC  در دمای قابل قبول فراهم گردید که این نقطه آغازی برای گسترش کاربردهای  PVCبود.

اولیه روش‌های تولید و فرآیند PVC بر اساس ماشین آلات تولید لاستیک بود از جمله می‌توان به روش کلندرینگ-اکستروژن- قالبگیری فشاری و روش‌های کامپاندیگ اشاره کرد.

 پی وی سی چه ساختاری دارد؟

PVC تجاری به عنوان یک پلیمر نیمه بلوری (آمورف) با درصد بلور ۸ تا ۱۰ درصد در نظرگرفته می‌شود. میزان بلورینگی پی وی سی با آنالیز X-ray  تعیین شده است که سایر آنالیزهای حرارتی از جمله DSC  نیز آنرا تایید کرده اند.

بلورینگی با نظم ساختاری پلیمر در ارتباط هست در واقع زنجیره‌های PVC ( یا به طور کلی هر پلیمری) اگر به صورت منظم کنار یکدیگر قرار بگیرند به آن ساختار بلوری و اگر به صورت نامنظم قرار بگیرند به آن ساختار آمورف گفته می‌شود.

بهتر است بدانید که دمای انتقال شیشه ای برای PVC در حدود ۸۰ تا ۸۴ درجه سانتی گراد می‌باشد. دانسیته پی وی سی  برای فاز کریستال ۱.۵۳۰ و برای فاز آمورف ۱.۳۳۷ گرم بر سانتی متر مکعب می‌باشد.

در جدول زیر برخی از خواص مهم PVC از جمله استحکام کششی، مقاومت ضربه، مقاومت فشاری، مدول خمشی، شیرینکیج (جمع شدگی) و دمای نرمی ویکات در پی وی سی نرم و سخت بررسی شده است.

 

نحوه تولید پی وی سی

 PVC ذاتا پلاستیکی سخت بوده و از پایداری حرارتی پایینی برخوردار است و عملا بدون استفاده از افزودنی‌ها قابل تولید نیست.

افزودنی ها به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند.

• افزودنی اصلی: شامل استابلایزر، روان کننده، نرم کننده، اصلاح کننده ضربه، کمک فرآیند، پیگمنت، فیلر
• افزودنی فرعی: شامل آنتی یو وی، براق کننده، آنتی اکسیدان، عامل فوم زا و...

این افزودنی‌ها ابتدا با پی وی سی در میکسرهای مخصوصی با هم ترکیب می‌شوند؛ به ترکیب حاصل کامپاند گفته می‌شود.

کامپاند می‌تواند مایع یا جامد باشد که در نهایت توسط فرآیندهای شکل دهی مختلفی از جمله اکستروژن، تزریق پلاستیک- کلندرینگ، اکستروژن دمشی و... به شکل محصول نهایی در می‌آید.

در شکل زیر فرآیند تولید به صورت کلی نشان داده شده است.

پلیمر پی وی سی چگونه تولید می‌شود؟

۸۰ درصد از کل حجم تولید به وسیله روش پلیمریزاسیون سوسپانسیونی، حدود ۱۰ درصد به روش امولوسیون و در حدود ۱۰ درصد نیز به روش پلیمریزاسیون بالک  تولید می‌شود.

روش دیگری به نام پلیمریزاسیون محلولی وجود دارد که از اهمیت کمتری برخوردار بوده و در موارد محدودی مثل تولید پوشش‌های پی وی سی استفاده می‌شود.

به طور کلی در پلیمریزاسیون PVC  ابتدا مونومر وینیل کلراید در اثر واکنش اتیلن و هیدروکلریک اسید تولید می‌شود؛ این مونومرها طی یک واکنش رادیکالی در حضور آغاز گر به یکدیگر متصل شده و پلیمر PVC را ایجاد می‌کنند.

در شکل زیر پلیمریزاسیون PVC به شکل شماتیک نشان داده شده است.

 

توصیه می شود جهت تکمیل اطلاعات و دانش فنی خود در ارتباط با پی وی سی و انواع پایدارکننده pvc، راهنما جامع پایدارکننده حرارتی را مطالعه نمایید.

 

نویسنده: سید شایان خاموشی