بررسی کمک فرآیند پی وی سی | گریدهای متداول
گسترش تولید محصولات پی وی سی و افزایش تنوع این ترموپلاستیک پر کاربرد سبب شده تا افزودنیهای تخصصی تری برای آن توسعه یابد. از جمله افزودنیهای مهمی که بخصوص در صنعت تولید پی وی سی سخت، صنعت تولید فیلم و و همچنین تولید فوم پی وی سی اهمیت دارد، کمک فرآیند میباشد. کمک فرآیند پی وی سی بر روی استحکام مذاب، جریان پذیری، افزایش پخت، افزایش ظاهر محصول و همچنین یکنواخت شدن فوم (در مورد محصولات فومیزه) موثر میباشد. عمده کمک فرآیندهای موجود در بازار از نوع آکریلیک و در مواردی از نوع پلیمر استایرن اکریلو نیتریل هستند. در این مقاله به بررسی انواع کمک فرآیند و تاثیر آن بر فرمولاسیون پی وی سی پرداخته شده و از تحقیقات انجام شده توسط شرکتهای بزرگی چون Arkema، DOW،LGChem،Kaneka،Indofil و Akdenizchemson استفاده شده و همچنین اطلاعات فنی برندهای چینی متداول در بازار از جمله برند shandong donglin و برند RIKE را مورد بررسی قرار میدهیم.
در این مقاله به بررسی موارد ذیل پرداخته میشود.
-کمک فرآیند پی وی سی چیست و انواع آن؟
-انوع کمک فرآیند اکریلیک
-کمک فرآیند عمومی با وزن مولکولی متوسط
-کمک فرآیند/روان کننده
-کمک فرآیند با وزن مولکولی بالا
-کمک فرآیند جهت تولید فوم
-اثر کمک فرآیند در فرآیندهای مختلف تولید پی وی سی
کمک فرآیند پی وی سی چیست و انواع آن
کمک فرآیندها در واقع پلیمرهایی هستند که سازگاری خوبی با پی وی سی داشته و سبب بهبود فرآیند پخت پی وی سی میشوند. این مواد تنش اعمال شده به پی وی سی را افزایش داده و در نتیجه زمان پخت یا فیوژن پی وی سی را کاهش داده و در واقع امکان تولید پی وی سی در دمای پایین تری را فراهم میکند. این مواد سبب بهبود خواص مکانیکی، براقیت سطح محصول شده و خروجی تولید را افزایش میدهد. بسته به نوع پایه پلیمری کمک فرآیند و وزن مولکولی آن خواص متفاوتی تحت تاثیر خواهد بود. مهم ترین کمک فرآیندهای پی وی سی از نوع آکریلیک هستند و در مواردی کمک فرآیند پایه استایرن اکریلونیتریل نیز استفاده میشوند. در جدول زیر مهم ترین کمک فرآیندهای پی وی سی معرفی شده است.
نوع کمک فرآیند |
کمک فرآیند اکریلات و متاکریلات |
کمک فرآیند استایرن/اکریلونیتریل یا SAN |
کمک فرآیند پلی الفا-متیل استایرن یا PAMS |
کمک فرآیند اکریلونتیریل/بوتادی ان/استایرن یا ABS |
کمک فرآیند کو پلیمر استایرن/متاکریلات |
کمک فرآیند آکریلیک
کمک فرآیندهای آکریلیک مهم ترین افزودنی کمک فرآیند تولید شده توسط برندهای مختلف بوده و در بازار نیز به شکل رایج تری مورد استفاده قرار میگیرند. این دسته از مواد از جمله افزودنیهای پی وی سی با تکنولوژی رو به رشد هستند. این کمک فرآیندها بر اساس نوع و ساختاری که دارند اثرات متفاوتی در فرمولاسیون دارند .این مواد بر اساس وزن مولکولی به چهار گروه اصلی تقسیم بندی میشوند.
1-کمک فرآیند با وزن مولکولی پایین که با نام کمک فرآیند روان کننده نیز شناخته میشود.
2-کمک فرآیند با وزن مولکولی متوسط که با نام کمک فرآیند عمومی نیز شناخته میشود.
3-کمک فرآیند با وزن مولکولی بالا
4-کمک فرآیند با وزن مولکولی بسیار بالا
در جدول زیر گریدهای متداول موجود در بازار را بر اساس دسته بندی ذکر شده تقسیم بندی کرده ایم. در ادامه به بررسی هر کدام از کمک فرآیندهای ذکر شده، خواص و کاربردهای آن پرداخته میشود.
نام برند |
کمک فرآیند/روان کننده |
کمک فرآیند عمومی |
کمک فرآیند وزن مولکولی بالا |
کمک فرآیند وزن مولکولی بسیاربالا |
برند LGChem |
|
PA912 |
PA932 |
|
برند DOW |
K175 |
K120 |
K-400P |
K-435 |
برند Arkema |
|
P550 |
|
|
برند Akdenizchemson |
PRO30 PRO50 |
PRO40 |
PRO45 |
|
برند Mitsubishi Chemical |
P-700 |
P-551A |
P-530A P-533J |
|
برند Kaneka |
PA121و PA131 و PA151 و PA161 |
PA210 PA3FK PA211 |
PA310 PA10F |
PA30F PA610 PA630 PA650 |
برند Rike |
HL175 |
HL220N
|
HL123 HL82 |
HL932 HL901 HL200 |
برند Shandong donglin |
DL101 |
DL120N DL125 |
DL530 |
DL698 |
در شکل زیر تقسیم بندی انواع کمک فرآیند akdenizchemson بر اساس کاربرد آن نشان داده شده است.
تولید محصولات پلیمری فومیزه شده بخصوص در سالهای اخیر از اهمیت ویژه ای برخوردار شده است. تولید انواع زیره کفش، انواع کفپوش فومیزه، ورق کابینت فومیزه، انواع دیوارپوشهای فومیزه و ... از محصولات فوم پی وی سی میباشند. اگر چه تولید فوم به کمک افزودنی فوم زا ممکن میشود اما ایجاد یک فوم یکنواخت و با کیفیت مطلوب تنها با کمک افزودنی کمک فرآیند فوم یا Foaming Regulator ممکن خواهد بود. افزودنی فوم زا در سالهای اخیر تخصصی تر شده اند و امروزه شرکتهای تولید این کمک فرآیندها به دو دسته کمک فرآیند فوم برای محصولات نرم و کمک فرآیند فوم برای محصولات سخت تقسیم بندی میشوند. همچنین در یک دسته بندی دیگر این ترکیبات به دو نوع کمک فرآیند با وزن مولکولی بالا (High viscosity) و کمک فرآیند با وزن مولکولی بسیار بالا (ultra-high viscosity) تقسیم بندی میشوند.
کمک فرآیند HL123 از جمله کمک فرآیندهای فوم پی وی سی ویژه محصولات نرم میباشد. این کمک فرآیند ساخت شرکت RIKE میباشد. کمک فرآیند HL123 از نوع آکریلیک و با وزن مولکولی بالا میباشد. این ترکیب سبب افزایش استحکام مذاب پی وی سی شده، به ایجاد یک ساختار فوم یکنواخت کمک کرده، جریان مذاب را بهبود داده و به ایجاد سطح صاف محصول نهایی کمک میکند. کمک فرآیند HL123 برای تولید زیره کفش، چرم مصنوعی و...کاربرد دارد.
اثر کمک فرآیند HL123 در تولید فوم پی وی سی
از ادغام حبابها و ترکیدن حباب جلوگیری میکند.
بهبود فیوژن پی وی سی
افزایش شکل پذیری و استحکام مذاب پی وی سی
ایجاد محصولات با دانسیته کمتر
تولید فوم پی وی سی و افزودنیهای مورد نیاز آن
برای تولید یک فوم PVC به سه دسته افزودنی مهم نیاز است. اولین افزودنی که نقش اصلی را ایفا میکند عوامل فوم زا هستند. این ترکیبات عمدتا آزو دی کربن آمید و بی کربنات سدیم هستند. دومین ترکیب مهم مواد فعال کننده یا کیکرها هستند. ترکیبات کیکر سبب افزایش فعالیت عوامل فوم زا شده و امکان آزاد شدن گاز در دمای پایین تری را فراهم میکند. سومین افزودنی مورد ترکیبات کمک فرآیند هستند. افزودنی کمک فرآیند فوم به ایجاد فوم یکنواخت و اندازه حباب ریز تر کمک میکنند. استفاده این سه ترکیب در کنار کمک فرآیندهای عمومی دیگر برترین فرمولاسیون و بهینه تر را فراهم خواهد کرد.
تقسیم بندی کمک فرآیند فوم
کمک فرآیند با ویکسوزیته بسیار بالا |
کمک فرآیند با ویسکوزیته بالا |
PA-60 از برند Kaneka |
PA-40 PA-600 از برند Kaneka |
K-435 از برند Rohm&Haas |
K-400P از برند Rohm&Haas |
|
PA-930 از برند LG Chem |
تفاوت کمک فرآیند فوم با وزن مولکولی بالا و بسیار بالا در تاثیر بر افزایش استحکام مذاب میباشد. کمک فرآیند با وزن مولکولی بسیار بالا تاثیر بیشتری در افزایش استحکام مذاب دارد. این ترکیبات برای فرمولاسیونهای دارای میزان فیلر بالاتر مناسب تر هستند.
برندهای تولید کننده کمک فرآیند در جهان
کمک فرآیند مناسب برای محصولات فوم عمدتا توسط شرکتهای مطرح Rohm&Haas، LG Chem، AkdenizChemson، Arkema و... تولید شده اند و در سالهای اخیر شرکتهای چینی از جمله RIKE و shandong donglin تولید شده و گریدهای معروف به HL و DL از کمک فرآیندهای مطرح تولید شده در بازار میباشند.
افزودنی کمک فرآیند یکی از افزودنیهای مهم پی وی سی است که در سالهای اخیر با رشد قابل توجهی همراه بوده است. گسترش تولیدات پی وی سی سبب شده تا رفته رفته برای هر صنعت یک نوع کمک فرآیند ویژه توسعه یابد. کمک فرآیند آکریلیک از مهم ترین کمک فرآیندهای توسعه داده شده برای پی وی سی است که به سه دسته کمک فرآیند با وزن مولکولی پایین، کمک فرآیند با وزن مولکولی متوسط و کمک فرآیند با وزن مولکولی بالا تقسیم بندی میشود. کمک فرآیندها وزن مولکولی بالا عمدتا در پی وی سی فوم استفاده میشوند.
گرید HL932 یک کمک فرآیند آکریلیک با وزن مولکولی بالا است که به شکل تخصصی برای تولید محصولات فوم سخت پی وی سی توسعه داده شده است. کمک فرآیند HL932 از نوع آکریلیک با وزن مولکولی بسیار بالا (super-molecular weight) میباشد.
ویژگی مهم کمک فرآیند HL932
افزایش استحکام مذاب
ایجاد فوم یکنواخت و کمک به کاهش دانسیته
افزایش فیلر پذیری محصول
کاربرد اصلی کمک فرآیند HL932
تولید ورق
دیوارپوش فوم
پروفیل فوم
تابلو تبیفاتی فوم
در شکل زیر اثر کمک فرآیندهای مختلف از جمله HL932 در فرمولاسیون پی وی سی فوم نشان داده شده است.
فرمولاسیون تست شده به شرح ذیل است.
نوع ماده |
مقدار phr |
پی وی سی |
100 |
کربنات کلسیم |
100 |
استابلایزر کلسیم/زینک |
5 |
HG603 |
0.4 |
وکس پلی اتیلن |
05 |
HLD60 |
0.7 |
فوم زا AC |
0.6 |
فوم زا NC |
1.4 |
کمک فرآیند HL932 |
12 |
انتخاب سیستم فوم زا برای پی وی سی:
در انتخاب یک سیستم فوم زا برای پی وی سی باید به چند نکته فنی دقت کرد تا یک فوم با میزان یکنواختی بالا و اندازه حباب خوب به دست آورد.
1-انتخاب صحیح عامل فوم زا: عامل فوم زا متداول در پی وی سی ترکیبات آزودی کربن آمید و بی کربنات سدیم هستند. انتخاب گرید مناسب و همچنین نسبت مناسب از این دو عامل فوم زا بیشترین بازدهی را در محصول نهایی خواهد داشت.
2-انتخاب فعال کننده فوم مناسب: استفاده از فعال کنندههای فوم نیز مهم است این ترکیبات که از نمکهای باریم، زینک، کلسیم و... تشکیل شده اند سبب فعال شدن عامل فوم زا شده و به آزاد شدن فوم در دمای کمتر کمک میکنند.
3-انتخاب کمک فرآیند فوم مناسب: کمک فرآیندهای فوم امروزه به دو گروه کمک فرآیند فوم با وزن مولکولی بالا و بسیار بالا تقسیم بندی شده که هرکدام برای کاربردهای بخصوصی مناسب میباشند. در نتیجه هنگام طراحی فرمولاسیون باید مناسب ترین کمک فرآیند برای محصول نهایی انتخاب شود.
یک مقایسه کاربردی از انواع کمک فرآیند گرید HL از نظر استحکام مذاب و جریان پذیری در شکل زیر نشان داده شده است. به طور مثال از نمودار زیر مشخص است که برای ورقهای ضخامت کم کمک فرآیند وزن مولکولی بالا با جریان پذیری بیشتری و برای ورقهای ضخامت بالا، کمک فرایند با وزن مولکولی بیشتر توصیه میشود.
کمک فرآیند آکریلیک با وزن مولکولی متوسط (general acrylic processing aids)
این نوع کمک فرآیندها از متداول ترین و پرکاربرد ترین نوع کمک فرآیند پی وی سی هستند. این افزودنی در اغلب محصولات پی وی سی سخت، نیمه سخت و... کاربرد دارد. ویسکوزیته ذاتی کمک فرآیند گرید عمومی در محدود 4 تا 5 قرار میگیرد. این ماده در محدوده 0.7 تا 2 phr در فرمولاسیون استفاده شده و از کاربردهای آن میتوان به تولید انواع لوله، پروفیل، اتصالات، پانل، ورق و...اشاره کرد.
اثر کمک فرآیند با وزن مولکولی متوسط در پی وی سی
فیوژن یا پخت سریع تر
خروجی سریع تر
افزایش براقیت
بهبود خواص مکانیکی محصول
کمک فرآیند آکریلیک با وزن مولکولی پایین (Lubricating processing aid)
کمک فرآیندهای اکریلیک با وزن مولکولی پایین به نام کمک فرآیند/روان کننده نیز معروف میباشند. این کمک فرآیند دارای ویسکوزیته ذاتی در محدوده 1 میباشد. این نوع مواد هم به عنوان یک کمک فرآیند عمل کرده و پخت پی وی سی را بهبود میدهند و هم به عنوان یک روان کننده خارجی عمل کرده و از چسبیدن پی وی سی به سطح داغ قالب جلوگیری میکنند. این نوع کمک فرآیند در محدوده 0.5 تا 2.5 phr در انواع ورق شفاف، فیلم شفاف، لوله و پروفیل، فوم پی وی سی، بطری و ... مورد استفاده قرار میگیرند.
اثر کمک فرآیند/روان کننده آکریلیک در پی وی سی
خواص خوب رهاکننده قالب بدون لعاب-دهی
افزایش شفافیت و براقیت محصول
کمک فرآیند با وزن مولکلی بالا (foaming regulators)
این کمک فرآیند دارای وزن مولکلولی بالایی بوده و ویسکوزیته ذاتی آنها در محدوده 11 تا 14 قرار دارد. این مواد بیشتر در فوم پی وی سی استفاده شده و به همین دلیل به کمک فرآیند فوم نیز معروف هستند. این افزودنیها عمدتا در دوز مصرف بالا و در محدود 7 تا 14 phr استفاده شده و عمده مصرف آنها در ورق فومیزه، زیره کفش، چرم مصنوعی و...میباشد.
اثر کمک فرآیند وزن مولکولی بالا در پی وی سی
-افزایش استحکام مذاب و الاستیسته مذاب
بهبود فیوژن پی وی سی
ایجاد حباب یکنواخت و جلوگیری از ترکیدن حباب
ایجاد سطح صاف و یکنواخت تر در محصول نهایی
اثر کمک فرآیند در فرآیندهای مختلف تولید پی وی سی
کمک فرآیند پی وی سی در فرآیند اکستروژن
در این شیوه فرآیندی از مواد اصلاحکننده فرآیندپذیری که دارای وزن مولکولی اندک تا متوسط میباشند، استفاده می شود. در این مورد، میزان مصرف بین ۱-۵ درصد متغیر است. در ساخت انواع لوله، اصلاحکننده PMMA برای دستیابی به براقی بسیار و جلوگیری از شکست مذاب به کار میرود.
به طور کلی در فرآیند اکستروژن، آمیزه اصلاح شده پی وی سی نسبت به آمیزه اصلاحنشده، از برتری هایی به شرح زیر برخوردار است:
- جریان بهتر مواد در قیف
- سیلان سریعتر مذاب
- افزایش یکنواختی مذاب
- استفاده دلخواه از دیگر افزودنیها
- درجه حرارت کمتر فرآیند
- افزایش بازدهی
- دست یافتن به سطح اکسترودر شده صافتر و براقتر
- افزایش استحکام مکانیکی فرآورده نهایی- به دلیل فزونی همگنی مذاب
در شکل زیر اثر کمک فرآیند در تولید لوله و پروفیل پی وی سی نشان داده شده است.
کمک فرآیند پی وی سی در فرآيند قالبگيرى تزريقي
ميزان مصرف مواد كمك دهنده فرآيند در قالبگيري تزريقي، به طور معمول بين ١-٣ درصد نوسان است. اين مواد، ويژگي هاي برشمرده آتي را در آميزه بهبود مى بخشند:
- امكان استفاده از پي وي سي با عدد k بالاتر كه خواص مكانيكي را افزايش مي دهد.
- جریان راحت تر مواد در قیف خوراک دهی
- در برخي فرآورده ها، گرانروي مذاب كاهش مي دهد.
- همگني بيشتر در جريان مذاب را تأمين مي سازد.
- سبب افزايش بيشتر سرعت تزريق مي گردد.
- سطح را هموار و براق مي كند.
- به استحكام مكانيكي مي افزايد.
در شکل زیر اثر کمک فرآیند در تزریق پلاستیک پی وی سی نشان داده شده است.
کمک فرآیند پی وی سی در فرآيند كلندرينگ
كمك دهنده هاي PMMA در اين روش فرآيندي، بر همگني مذاب مي افزايند و با بهيود رفتار و ويژگي هاي ماده مذاب، ضمن افزايش سرعت حركت غلتك ها، موجب براقي بيشتر محصول مي گردند.
به طور معمول در كلندرينگ، از كمك دهنده ها PMMA كه داراي وزن مولكولي متوسط مي باشند، استفاده مي شود؛ اما در صورتي كه شفافيت در محصول مورد نظر نباشد، كوپليمرها استايرن/متاكريلات به كار مي روند. در صورت استفاده از مواد ياد شده، ويژگي هايي كه در پي مي آيد، بهبود خواهند يافت:
- سرعت بيشتر كلندرينگ
- افزايش همگني در مذاب
- جدا شدن آسان از غلتك ها
- افزایش براقیت سطح
- بهبود رفتار ماده در فرآيند شكل دهي حرارتي
- بهبود شکل پذیری قطعه در ترموفرمینگ
در شکل زیر اثر کمک فرآیند در تولید ورق با روش کلندرینگ نمایش داده شده است.
کمک فرآیند پی وی سی در فرآيند قالبگيري دمشي
در توليد قطعات توخالي مانند بطري، همگني كامل سيلان مذاب ضرورت دارد. كنترل ميزان تورم داي پس از عبور از كلگي دستگاه در اين نوع فرآورده ها، با استفاده از مواد كمك دهنده فرآيندي كه داراي وزن مولكولي متوسط و زياد هستند، انجام مي گيرد. ميزان مصرف كمك دهنده هاي فرآيند در قالب گيري دمشي بين ٠.٥ تا ٣ درصد متغير است.
كمك دهنده هاي فرآيند PMMA سبب بهبود ويژگي ها در قالب گيري دمشي به شرح زير مي باشد:
- جريان بهتر مواد در قيف
- بهبود فرآیند میکس
- يكنواختي بيشتر در مذاب
- افزايش براقي در سطح
- نوسان ضخامت کمتر
- بهينه شدن ميزان تورم پس از عبور مواد از داي
- بهبود چاپ پذیری قطعه
کمک فرآیند پی وی سی در ترموفرمینگ
با افزایش 1-3 دزصد مواد کمک فرایند، خواص شکل گیزی حرارتی به میزان قابل توجه تقویت می شود. در کاربردهای ویژه، بیش از 5 درصد از این مواد مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال با مصرف 5 درصد کمک دهنده P.M.M.A در آمیزه های کلندری خواص مکانیکی بهبود می یابد( درصورتی که بهبود استحکام کششی موردنظر باشد و یا هدف بهبود ویژگی ازدیاد طول باشد،این ویژگی ها به ترتیب تا 30 درصد و 50 درصد بهبود خواهند یافت).
در فرایند شکل دهی حرارتی، ویژگی های فیلم های تولید شده به کمک آمیزه های حاوی مواد کمک فرایند به شکل زیر بهبود می یابد:
- ازدیاد براقی سطح
- پخش نور کمتر،شفافیت بیشتر
- محدوده فرآیند گسترده تر
- افزایش عمق مکش زمان وکیوم
- افزایش یکنواختی ضخامت دیواره ها
- کاهش میزان پارگی
کمک فرآیند پی وی سی در تولید فوم
کمک دهنده های PMMA به طور معمول به مقدار5-12 در آمیزه اسفنج پی وی سی کاربرد دارند و بهبود خواص را به شرح آتی تامین می کنند
- پخش بهتر حباب های هوا
- یکنواختی بیشتر ساختار سلول ها
- کمک به کاهش دانسیته و سبک شدن فوم تا 30 درصد
- بهبود براقیت محصول
- بهبود خواص مکانیکی
در شکل زیر اثر کمک فرآیند در تولید فوم پی وی سی نشان داده شده است.
خلاصه و نتیجه گیری در مورد کمک فرآیند پی وی سی
کمک فرآیند سبب بهبود پخت پی وی سی شده و سبب راحت تر شدن فرآیند و بهبود برخی خواص در محصول نهایی میشود. مواد مختلفی به عنوان کمک فرآیند پی وی سی معرفی شده اند در میان آنها کمک فرآیندهای آکریلیک تجاری تر هستند. کمک فرآیندهای آکریلیک به سه دسته عمده وزن مولکولی پایین- وزن مولکولی متوسط و وزن مولکولی بالا تقسیم بندی میشوند. کمک فرآیند در انواع محصولات پی وی سی سخت- پی وی سی نرم- و فومهای پی وی وسی کاربرد دارد.گریدهای مهم در بازر جهانی گرید K120ND و K1750 از برند DOW میباشند. از جمله گریدهای مطرح در بازار ایران PA912 کمک فرآیند PA932- کمک فرآیند PA950 ، کمک فرآیندهایی از شرکت ارکما با گرید P550،آکدنیز با گرید PRO40، گرید DL101،DL530 و DL698 از برند shandong donglin و گرید HL220 از برند RIKE هستند. علاوه بر وزن مولکلوی توزیع وزن مولکولی نیز در خواص کمک فرآیند متفاوت است در نتیجه دو گرید متفاوت با وزن مولکلولی متوسط ممکن است خواصی متفاوت داشته باشند.