آشنایی با افزودنی‌های پرکاربرد در پی وی سی
پی وی سی یک از پر مصرف ترین انواع پلاستیک‌ها در جهان است. از این پلاستیک محصولات بسیار متنوعی از قطعات بسیار سخت و مقاوم در برابر شکستن مثل پروفیل در و پنجره و لوله UPVC، قطعات بسیار نرم مثل انواع کفپوش و چرم مصنوعی تا قطعات بسیار شفاف و بهداشتی مثل کیسه خون و ... از این پلاستیک ساخته می‌شود. در واقع سازگاری بالای پی وی سی با افزودنی‌های مختلف سبب شده تا انعطاف پذیری این پلاستیک برای ساخت قطعات مختلف بالا باشد. در نتیجه شناخت انواع افزودنی پی وی سی کلید اصلی در طراحی فرمولاسیون مورد نیاز می‌باشد.
انواع افزودنی پی وی سی
به‌طور عمده 10 افزودنی در فرمولاسیون پی وی سی متداول‌تر هستند که شامل موارد ذیل هستند.
پایدارکننده حرارتی
روان‌کننده
نرم کننده
اصلاح کننده ضربه
کمک فرآیند
جاذب uv
عامل فوم زا،
تیتانیوم دی‌اکسید
فیلر (به‌طور عمده کربنات کلسیم)
بازدارنده شعله
افزودنی‌های دیگری نیز در پی وی سی مورد استفاده قرارمی‌گیرند، آنتی‌اکسیدان ها- براق کننده، انواع حلال و... این افزودنی‌ها هر کدام انواع مختلفی دارند که برای هدف خاصی طراحی شده‌اند. از بین این ده مورد استابلایزر و روان‌کننده از تنوع بسیار بیشتری برخوردار است و صدها گرید از آن‌هادر بازار با مشخصات و کاربرد متفاوت موجود است در نتیجه برای هر فرمولاسیون باید نوع و ترکیب مناسب از استابلایزر و روان کننده انتخاب شود.
استابلایزر پی وی سی
به طور کلی استابلایزر حرارتی به منظور جلوگیری و یا متوقف کردن واکنش‌هایی که سبب تخریب پی وی سی می‌شوند به کار گرفته می‌شوند. در مجموع مهم‌ترین مکانسیم‌های ارائه شده را می‌توان به صورت زیر دسته‌بندی نمود.
- خنثی کردن ترکیباتی که سبب تخریب حرارتی PVC می‌شون
- غیر فعال کردن سایت‌های فعال در پی وی سی ( کلر آلیلی و...)
- مختل کردن تشکیل پلی انPVC
- خنثی کردن رادیکال‌های آزاد
- غیرفعال کردن گروه‌های حاوی اکسیژن
معرفی ویژگی‌های عمده و مشخصات مهم استابلایزر
- پراکنش راحت و مناسب در پی وی سی
- سازگاری با سایر اجزای فرمولاسیون پی وی سی
- عدم plate-out در فرآیند
- غیر سمی بودن (با توجه به نوع کاربرد)
- عدم تاثیر منفی در شفافیت
- اثر گذاری در دوز مصرف پایین
- نداشتن بو
- عدم Migration یا مهاجرت به سطح
به همین علت استابلایزرها باید دارای چندین هدف و ويژگی در فرمولاسیون پی وی سی باشند، این مواد معمولا از چندین جزء ساخته می‌شوند و توسعه استابلایزرهای وان پک نیز در همین راستا صورت گرفته است.
به طور کلی استابلایزر‌ی که همه مشخصات فوق را با هم داشته باشد وجود ندارد و لازم است در ساخت یک محصول با توجه به نوع فرآیند تولید قطعه، کاربرد و شرایط سرویس دهی از استابلایزر ویژه‌ای که به همان منظور ساخته شده است، استفاده شود.
تقسیم بندی انواع استابلایزرهای حرارتی
- پایه سرب
- پایه قلع
- پایه کلسیم/زینک
- پایه باریم/کادیم/زینک
- پایه ارگانیک
انواع روان کننده پی وی سی
روان کننده پی وی سی 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.
- پایداری حرارتی pvc به طور مستقیم یا در اثر برهم کنش با سایر اجزای فرمول پی وی سی
- استحکام ضربه در پی وی سی سخت
- اثیر بر روی سطح محصول نهایی پی وی سی
- چاپ پذیری ممکن است حضور روان‌کننده اثر منفی بر روی چاپ پذیری pvc داشته باشد.
نرم کننده پی وی سی
به ماده‌ای با فراریت کم و ناچیز گفته می‌شود که سازگاری مناسبی با پی وی سی دارد. هدف اصلی از استفاده آنها در واقع بهبود خواص نهایی محصول می‌باشد، اگر چه نرم کننده‌ها بر روی فرآیند پذیری پی وی سی نیز اثر میگذارند.
از جمله خواصی که تحت تاثیر نرم کننده قرار می‌گیرد می‌توان به افزایش مقاومت ضربه، کاهش دما انتقال شیشه ( یا به طور کلی نقطه نرم شدگی)، کاهش استحکام و افزایش مقاومت ضربه اشاره کرد. میزان تاثیر گذاری نرم کننده بر این خواص بستگی به دوز مصرف و همچنین ماهیت نرم کننده دارد.
تقسیم بندی انواع نرم کننده‌ها
می‌توان نرم کننده‌ها را به دو گروه نرم کننده خارجی و داخلی تقسیم بندی کرد. نرم کننده داخلی در واقع در اثر یک واکنش شیمیایی در پلیمر و سنتر کوپلیمر ایجاد می‌شود.
وجود واحدهای کوپلیمر از جمله وینیل استات و وینیلدین کلراید در کوپلیمر وینیل کلراید سبب کاهش یکپارچگی مورفولوژی شده و انسجام ساختاری شده و در نتیجه سبب بهبود انعطاف پذیری زنجیره پلیمر می‌شود.
مزایای نرم کننده داخلی کاهش دما فرآیند پذیری و همچنین کاهش ریسک از مهاجرت نرم کننده است از طرفی معایب آن را می‌توان عدم تاثیر مناسب بر روی استحکام و اثر گذاری در دمای پایین دانست.
نرم کننده خارجی پی وی سی را می‌توان به دو گروه اولیه و ثانویه تقسیم کرد. نرم کننده اولیه سازگاری بالایی با پی وی سی داشته و می‌تواند تا نسب‌های بالایی به طور مثال ۱۵۰ phr با پی وی سی تقسیم شوند.
از طرف دیگر نوع ثانویه سازگاری کمتری با پی وی سی داشته و بیشتر در کنار نوع اولیه و به منظور توازن برخی خواص و همچین کاهش قیمت تمام شده استفاده می‌شود.
اصلاح کننده ضربه پی وی سی
اصلاح کننده ضربه پی وی سی به منظور بالا بردن مقاومت ضربه پی وی سی استفاده می‌شوند. مکانیسم عملکرد اصلاح کننده‌های ضربه PVC هنوز دقیقا مشخص نیست، با این حال مشخص شده که این اثر با اصلاح مورفولوژی پی وی سی انجام می‌شود.
نوع مکانیسم اصلاح و تاثیر بر مورفولوژی پی وی سی با توجه به نوع اصلاح کننده ضربه تعیین می‌شود حتی با وجود استفاده از یک نوع اصلاح کننده تغییرات مورفولوژی با تغییر میزان دوز مصرف- پراکندگی در ماتریس پی وی سی و شرایط فرآیندی متفاوت خواهد بود.
همچنین حالت ماتریس پی وی سی از نظر میزان پاراکندگی ذرات و نیز نرخ فیوژن پی وی سی به عنوان یک عامل تاثیر گذار در مقاومت ضربه در نظر گرفته می‌شود.
در واقع رسیدن به یک درجه فیوژن مطلوب در کامپاند اصلاح شده با اصلاح کننده ضربه اهمیت زیادی دارد. از نظر مورفولوژی هر چقدر پراکندگی اصلاح کننده‌های ضربه بهتر اتفاق افتاده باشد و PVC از حالت پراکندگی اولیه خود خارج شده باشد، اثر بخشی اصلاح کننده ضربه بهتر خواهد بود.
انواع اصلاح کننده ضربه پلیمری در پی وی سی
- پلی اتیلن کلرینه شده یا CPE
- آکریلیک
- آکریلونیتریل/بوتادی ان /استایرن یا ABS
- متاکریلات/بوتادی ان / استایرن یا MBS
- اکریلو نیتریل/بوتادی ان رابر
- اتیلن/وینیل استات
- پلی یورتان ترموپلاستیک یا PUR
نکته: علاوه بر موارد ذکر شده برخی از گریدهای کربنات کلسیم و برخی پیگمنت‌ها همچون دی اکسید تیتانیم در صورت پراکندگی مناسب در پی وی سی می‌توانند مقاومت به ضربه را افزایش دهند.( دوز مصرف نباید از حد تعیین شده بیشتر باشد.)
کمک فرآیند پی وی سی
کمک فرآیند pvc سبب بهبود فرآیند پذیری کامپاند پی وی سی می‌شود ولی اثر اساسی بر روی خواص محصول نهایی ندارد، درحالی هدف اصلی استفاده از اصلاح کننده ضربه pvc بهبود مقاومت ضربه در محصول نهایی می‌باشد. البته این تعریف بسیاری کلی می‌باشد چرا که برخی از اصلاح کننده‌های ضربه نیز بر روی فرآیند پذیری تاثیر میگذارند.(هر چند ممکن است اثر خود را در دمایی متفاوت اعمال کنند.)
انواع کمک فرآیندهای پی وی سی
کمک فرآیند اکریلات و متاکریلات
کمک فرآیند کو پلیمر استایرن/متاکریلات
کمک فرآیند اکریلونتیریل/بوتادی ان/استایرن یا ABS
کمک فرآیند استایرن/اکریلونیتریل یا SAN
کمک فرآیند پلی الفا-متیل استایرن یا PAMS
کمک فرآیندها به طور معمول در فرمولاسیون پی وی سی سخت استفاده می‌شوند، دوز مصرف این افزودنی ها در PVC حدود ۱ تا ۶ phr می‌باشد.
از جمله پارمترهای فرآیندی که تحت تاثیر حضور کمک فرآیند قرار می‌گیرند می توان به موارد ذیل اشاره کرد:
۱-رفتار ژل شدن وکمک به بهبود فیوژن و ایجاد آن در دمای پایین تر ( روان کننده‌ها سبب افزایش زمان فیوژن می‌شود ولی کاهش فشار ترک و فشار برگشتی می‌شوند.)
۲-ویکسوزیته مذاب (در بعضی موارد سبب افزایش ویسکوزیته مذاب می‌شود.( به جز کمک فرآیند PAMS که سبب کاهش ویسکوزیته می‌شود و کمک فرآیند اکریلیک که اثر چندانی ندارد.)
۳-یکنواختی مذاب (سبب پیوستگی و استحکام مذاب پی وی سی می‌شود.)
۴-جریان پذیر در اکسترودر و قالب
۵-استحکام مذاب (سبب کاهش مدول مذاب- تورم دای-و کاهش تمایل به شکست مذاب)
۶-الاستیسیته مذاب
۷-تورم دای
۸-دانسیته فوم در مورد استفاده کمک فرآیند در فوم پی وی سی
۹-شیرینکیج
۱۰-افزایش فشار ترک هنگام فیوژن در اکستروژن و کامپاندینگ-مذاب
عامل فوم زا پی وی سی
عامل فوم زا ترکیباتی هستند که در اثر حرارت در یک بازه دمایی تجزیه شده و مقدار مشخصی گاز آزاد می‌کنند. سرعت و مقدار گاز آزاد شده باید برای شرایط فرآیندی محصول پی وی سی مناسب باشد. عوامل فوم زا می‌توانند به شکل جامد یا مایع و از ترکیبات آلی و یا معدنی باشند. درجه حرارت تجزیه افزودنی فوم زا و یا آزاد شدن گاز، بایستی به اندازه‌ای باشد که موجب انبساط کامل و تشکیل سلول‌های یکنواخت شود.
امروزه ترکیبات آلی فوم زا که پرکاربرد ترین آنها آزو دی کربن آمید می باشد بیشترین کاربرد را در صنعت پی وی سی دارند اما گفتنی است که ترکیبات معدنی از جمله بر پایه بی کربنات نیز در صنعت پی وی سی در حال استفاده هستند.
آنتی یو وی پی وی سی
نورUV بخشی از نور خورشید با طول موجود حدود ۲۸۰ تا ۴۰۰ نانومتر را شامل می‌شود. قرار گرفتن محصول پی وی سی در مقابل این نور( به ویژه بخش پر انرژی آن که شامل طول موج‌های حدود ۳۲۰ نانومتر می‌شود) سبب تخریب نوری پی وی سی می‌گردد.
اگر چه بیشتر استابلایزرهای نوری را در بازار به نام آنتی یو وی می‌شناسند، اما استابلایزرهای نوری پی وی سی را به چهار گروه عمده می‌توان تقسیم کرد.
- جاذب UV آلی
- آنتی یو وی‌های معدنی (UV-screening)
- آنتی یو وی جاذب رادیکال آزاد
- آنتی یو وی کروموفور (chromophore quenchers)
این دسته بندی مطلق نیست و ممکن است یک UV را بتوان در چند گروه قرار داد.
