02633552753

با ما در تماس باشید

پی وی سی (pvc) چیست- نحوه ساخت و خواص ذاتی

03 آبان 1400 ساعت 23:27

هر چند پي‌وي‌سي يكي از پركاربردترين رزين هاست، اما هنوز هم برخي به دليل عدم آشنايي با اين ماده از كار كردن با آن واهمه دارند. ترس از تخريب و افزايش مقدار اسيد هيدروكلريدريك، ملاحظات زيست محيطي اين ماده و مسائل مربوط به نرم‌كننده‌هاي فتالاتي همگي باعث شده استفاده از PVC ساده نباشد. اميد است مطالب ذيل كمي از نگراني‌هاي موجود را كاسته و شناخت خوانندگان را نسبت به اين ماده افزايش دهد.

  • پي‌وي‌سي چيست؟

پي‌وي‌سي، پلي‌وينيل كلرايد يا وينيل از نظر ميزان توليد دومين رزين پلاستيك توليد شده در جهان است. مقدار پي‌وي‌سي توليد شده در جهان در سال 2000 چيزي در حدود 20 مليون تن تخمين زده شده كه تقريبا 32% از آن يعني حدود 6.35 مليون تن متعلق به توليدكنندگان آمريكايي مي‌باشد.

رزين پي‌وي‌سي از پليمريزاسيون مونومر وينيل‌كلرايد يا VCM (CH2=CHCl) با استفاده از راديكال آزاد و به شكل "سر به دم" به دست مي‌آيد. زنجيره ايده‌آل پي‌وي‌سي مانند پلي‌اتيلن يك زنجيره هيدروكربني است كه روي اتم‌هاي كربن به صورت يك در ميان اتم كلر نشسته است. (~CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2~) متاسفانه در حين پليمريزاسيون، زنجيرها شاخه شاخه مي‌شوند كه باعث ايجاد نقاط ضعيف و افزايش احتمال تخريب مي‌شود.

  • پي‌وي‌سي چگونه ساخته مي‌شود؟

روش‌هاي اصلي پليمريزاسيون VCM عبارتست از: سوسپانسيوني، امولسيوني و جرمي. پليمريزاسيون محلولي پي‌وي‌سي نيز در گذشته انجام مي‌شد اما ديگر مورد استفاده ندارد.

در پليمريزاسيون سوسپانسيوني، قطرات VCM كه حاوي كاتاليست راديكال‌هاي آزاد هستند، همراه با مواد معلق كننده براي مدت زماني خاص در آب مخلوط مي‌شوند تا پليمر به وزن مولكولي خاصي (كه با پارامتر K مي‌شناسيم) برسد. اين روش متداول‌ترين روش توليد پي‌وي‌سي به شمار مي‌رود و شكل ظاهري محصول نهايي شبيه به "پاپ كورن" است كه شكل نامنظمي دارد و همين عدم نظم شرايط بهتري براي جذب نرم‌كننده‌ها و افزودني‌ها و هم‌چنين تشكيل آميزه پودري بهتر را فراهم مي‌كند. در اكثر محصولات نرم و سخت پي‌وي‌سي كه با فرايندهاي غلطك راني (calendering)، تزريق (molding) و اكستروژن انجام مي‌شوند از پي‌وي‌سي سوسپانسيوني (S-PVC) استفاده مي‌شود. 

پليمريزاسيون امولسيوني يعني معلق سازي قطرات بسيار ريز مونومر وينيل كلرايد در آب با يك كاتاليست راديكال آزاد كه در آب محلول است. بسته به نوع صابون يا امولسيفاير مورد استفاده، شدت همزدن و دما، وزن مولكولي پليمر پي‌وي‌سي متفاوت خواهد بود. اندازه رزين‌ها در اين روش بسيار ريزتر از پي‌وي‌سي سوسپانسيوني است و سطحي صاف‌تر دارند كه باعث مي‌شود نرم كننده‌ها در دماي محيط جذب آن نشوند.

رزين‌هاي پي‌وي‌سي امولسيوني (E-PVC) گاهي "dispersion resin" يا "paste resin" رزين چسبي نيز خوانده مي‌شوند و براي ساخت پلاستي‌سول‌ها و اورگانوسول‌ها استفاده مي‌شوند.

پليمريزاسيون جرمي يا حجمي كه در يك راكتور دو مرحله‌اي انجام مي‌شود، تنها شامل مونومر وينيل‌كلرايد و كاتاليست است. راكتور مرحله اول كه داراي كندانسور برگشتي است، مونومر وينيل‌كلرايد را به هم مي‌زند تا به درصد تبديل 10 درصد برسد. سپس اين دوغاب كه شامل پليمر و مونومر است به يك راكتور افقي كه مجهز به مخلوط كن ريبوني با دور پايين است منتقل مي‌گردد. در اين مرحله پليمريزاسيون به اتمام رسيده و پودر خشك توليد مي‌شود. پي‌وي‌سي جرمي (M-PVC) از نظر اندازه ذرات، شكل و كاربرد (البته بيشتر پي‌وي‌سي سخت) مشابه با S-PVC است. تفاوت اصلي اين دو روش توليد در اختلاف دانسيته است كه در وزن مولكولي يا پارامتر K برابر، دانسيته توده‌اي پي‌وي‌سي جرمي بالاتر از پي‌وي‌سي سوسپانسيوني است.

پس از اتمام واكنش‌هاي فوق، مواد فرار از رزين پي‌وي‌سي خارج شده و به منظور خروج كامل مونومر وينيل‌كلرايد باقي مانده (مقدار مونومر باقي مانده بايد در حد PPM باشد.) خشك مي‌شود.

برای مشاهده فیلم آموزشی شاخص k در پی وی سی و تعیین خواص pvc کلیک کنید.

  • خواص ذاتي پي‌وي‌سي

با توجه به اينكه 56.5% پي‌وي‌سي از كلر و 43.5 درصد ديگر آن از مواد نفتي ساخته شده، پي‌وي‌سي نسبت به ساير رزين‌هاي گرمانرم ديگر وابستگي كمتري به تغييرات صنايع وابسته به نفت دارد و كلر آن تعيين كننده‌تر است.

كلر موجود در پي‌وي‌سي خاصيت تاخير انداختن شعله و آتش را فراهم مي‌كند. ساير افزودني‌ها مانند نرم كننده‌ها يا رزين‌هاي اصلاح‌كننده ممكن است بسوزند اما پي‌وي‌سي خود مانع از احتراق مي‌شود.

پي‌وي‌سي به دليل وسعت پذيرش افزودني‌هاي مختلف مانند نرم‌كننده‌ها، پايدار‌كننده‌ها، پركننده‌ها، كمك فرايند‌ها، اصلاح كننده‌هاي ضربه، روان كننده‌ها، عوامل فوم كننده، ضد حشرات، رنگ دانه‌ها و تقويت كننده‌ها يكي از مهم‌ترين گرمانرم‌هاي جهان محسوب مي‌شود.

در حقيقت امكان فرايند كردن پي‌وي‌سي به تنهايي وجود ندارد و حداقل بايد استابيلايزر، روان‌كننده و در صورتي كه محصول نهايي نرم باشد، نرم‌كننده نيز بايد وجود داشته باشد!

محصولات پي‌وي‌سي طيف وسيعي دارند و از طعمه مصنوعي ماهيگيري تا كابل‌هاي با ضربه پذيري زياد براي كامپيوتر، لوله و پروفيل‌هاي مختلف را در بر مي‌گيرد. كاربردهايي مانند كف پوش و سيم و كابل كه متعلق به دسته پي‌وي‌سي نرم هستند صرف نظر از شفافيت يا مات بودن كالا در دهه‌هاي 40 تا 60 ميلادي اكثر توليدات پي‌وي‌سي را به خود اختصاص داده بودند اما با پيشرفت دستگاه‌هاي تزريق و اكسترودرهاي دو مارپيچه در دهه‌ي 60، پي‌وي‌سي سخت جايگاه خود را در توليد لوله و اتصالات، پنل، داكت و... طوري تثبيت كرد كه در حال حاضر 70% مصنوعات پي‌وي‌سي به پي‌وي‌سي سخت تعلق دارد.

البته مسلم است كه خواص فيزيكي كاملاً به نوع و مقدار افزودني هاي انتخاب شده بستگي داشته و نسبت قيمت به كيفيت در صنعت پي‌وي‌سي محدوده گسترده‌اي دارد.

چرخه تخريب پي‌وي‌سي منحصر به فرد است. اكثر پليمرها در اثر تشكيل پراكسيدها دچار تخريب اكسيداسيوني شده و زنجيره‌ها پاره مي‌شوند كه با كمك آنتي اكسيدان‌ها از تخريب اين دسته پليمرها ممانعت مي‌كنند. اما پي‌وي‌سي به دليل وجود حرارت و برش در حين فرايند از خود گاز اسيد كلريدريك آزاد مي‌كند. اين اتفاق بسيار سريع رخ مي‌دهد و اگر فرايند مرتباً چك نشود مشكلات جدي را به بار مي‌آورد. هنر و دانش پايدارسازي پي‌وي‌سي در برابر حرارت اهميت ويژه‌اي در رشد پي‌وي‌سي داشته است. حذف HCl و جلوگيري از شروع تخريب زنجير اساس كار پايدار‌كننده‌هاي حرارتي مي‌باشند.

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

 

خواص pvc

بررسی بیشتر خواص فیزیکی و مکانیکی pvc  و مقایسه آن با سایر پلیمرها (کلیک کنید)

  • تاريخچه پي‌وي‌سي:

مونومر وينيل‌كلرايد اولين بار در ابتداي قرن 19 ام و در آزمايشگاه يك دانشمند فرانسوي توليد شد، سپس در سال 1870 به پليمر تبديل شد. به دليل سختي و تخريب سريع اين ماده پي‌وي‌سي تا سال 1933 شانس تجاري شدن را پيدا نكرد. در اين سال دانشمند جواني به نام بي. اف. گودريچ در شهر آكرون آمريكا اين رزين را در دي‌بوتيل‌فتالات و تري‌كريسيل‌فسفات گرم حل كرد كه ماحصل آن پس از خنك شدن، يك فيلم لاستيكي با خواص خوب بود كه قابليت ذوب و خنك شدن مجدد را داشت.

با كشف اين نرم‌كننده پي‌وي‌سي به خصوص در طول جنگ جهاني دوم و به دليل كمبود لاستيك ارزش تجاري پيدا كرد.

پس از گذشت 45 تا 50 سال توليد سالانه پي‌وي‌سي چندين برابر شد و تبديل به يكي از بازارهاي اصلي گرديد. 

  • گرايش‌هاي فعلي در صنعت پي‌وي‌سي

يكي از مسيرهاي تحقيقاتي و توسعه‌ي فعلي در صنعت پي‌وي‌سي سخت (مشابه با HDPE) افزايش مقادير قابل توجه خرده چوب به عنوان پركننده به رزين در حين فرايند بصورتي است كه قابليت اره كردن، ميخ زدن و پيچ كردن كاملاً مشابه با چوب ولي بدون شكنندگي و خرابي را داشته باشد.

يكي ديگر از مسيرهاي تحقيقاتي موجود ساخت پروفيل‌هاي پي‌وي‌سي تو خالي است كه قابليت قفل شدن دارند. داخل اين پروفيل‌ها با بتن پر شده و علي‌رغم قيمت مناسب، عمر مفيد بالا، فاسد نشدني، ضد زلزله و طوفان است كه براي كشورهاي جهان سوم ساخته مي‌شود.

  • بازارهاي اصلي صنعت پي‌وي‌سي:

الف) صنعت ساختمان:

          -لوله و اتصالات (آب آشاميدني، فاضلابي، زهكشي، داكت تلفن، كابل فيبر نوري، مجاري نهرهاي سرپوشيده، لوله‌كشي فرايندهاي غذايي و شيميايي، لوله‌كشي سيستم‌هاي خاموش كننده آتش)

          - پنل‌ها، سايه‌بان‌ها، لوله‌هاي ناوداني

          - پروفيل‌هاي در و پنجره

          - پرچين‌ها

          - كف‌پوش‌ها

          - ديوارپوش‌ها

          - سيم و كابل

ب) صنعت برق

  • كيبوردها
  • روكش فيبرهاي نوري
  • روكش سيم‌هاي الكتريكي
  • روكش فلاپي ديسك‌ها
  • قطعات مختلف خانگي
  • قطعات مختلف سيستم‌هاي تلفن، برق، يخچال‌ها، دستگاه‌هاي تهويه هوا، كامپيوترها

ج) پزشكي

  • شلنگ و كيسه خون
  • ميل‌هاي جراحي
  • دستكش و ملافه‌هاي جراحي
  • اعضاي مصنوعي
  • بسته‌بندي داروها

د) بسته بندي

  • فيلم براي بسته بندي گوشت
  • پلاستي‌سول‌هاي فوم شده
  • فيلم و ظروف بسته‌بندي

ه) خانگي، تفريحي:

  • شلنگ
  • اسباب بازي‌ها، عروسك‌ها، اسباب بازي‌هاي بادي
  • زيره كفش
  • طعمه ماهي‌گيري
  • چادر ماشين
  • كارت‌هاي اعتباري
  • سفره
  • پرده حمام

 

آينده صنعت پي‌وي‌سي:

خواص، قيمت و جايگاه فعلي پي‌وي‌سي باعث شده اين پليمر براي بسياري از محصولات موجود استفاده شود. پيش‌بيني‌ها نشان مي‌دهند اين روند در آينده نيز در زمينه‌هاي زير وجود خواهد داشت:

- تقاضا براي ساخت و نوآوري در تجهيزات مربوط به زهكشي و آبرساني

-مقابله با جنگل زدايي و جايگزيني پي‌وي‌سي با چوب در صنعت ساختمان

-تقاضا براي كاهش قيمت محصولات خانگي، توزيع آب، زيرساخت و بهسازي سيستم فاضلاب

-افزايش تقاضا در سيستم بهداشت و پزشكي بالاخص ساخت اندام مصنوعي

-صنعت ارتباطات و نياز به سيم و كابل‌هاي پيشرفته

ثبت نظر


( نظر خود را درباره این مقاله ثبت نمایید )