مروری بر افزودنی های پی وی سی و کاربردهای آن
1.مقدمه
دو نوع پی وی سی وجود دارد که یکی سخت و دیگری قابل انعطاف است. پی وی سی سخت، روان کننده ندارد و در ساخت و ساز مورد استفاده قرار میگیرد. در حالیکه پی وی سی منعطف با افزودن روان کننده به پی وی سی سخت درست میشود و جایگزین لاستیک میشود. پی وی سی منعطف میتواند در لوله کشی، عایق بندی کابل الکتریکی، چرم مصنوعی، و کفپوش استفاده شود.
پی وی سی سخت مهم ترین نوع پی وی سی است چراکه در ساخت ساختمان، لوله کشی، تابلوها، مواد ورق روکش سقف و دیگر محصولات استفاده میشود. انواع پی وی سی هایی که منعطف هستند جایگزین لاستیک شده و به طور گسترده در تولید پوشاک، کفش، رومبلی، کامپاندهای کابل الکتریکی، و بسیاری از دیگر محصولات روزانه به کار میروند. پی وی سی، ترموپلاستیکی با پایداری حرارتی پایین است، از اینرو، استفاده از پلیمر پی وی سی به صنعت محدود میشود که نیاز به دمای بالا دارد.
(برای مطالعه مقاله جامع در مورد “تولید گرانول پی وی سی و کاربردها”بخوانید)
پلیمر پی وی سی خالص یک ماده شکننده و غیر قابل انعطاف با امکانات تجاری محدود است. به علاوه، فرآوری پی وی سی در فرم خام آن با فشار و دمای بالا منجر به تخریب شدید ساختار پی وی سی میشود. از اینرو، قبل از استفاده از پی وی سی باید با افزودنی های مناسب تصفیه شود. مهم ترین افزودنی ها پایدارکننده های حرارتی، لوبریکانت ها، فیلرها، کمک فرآیند ها، اصلاح كننده ضربه، رنگدانه ها، و نرم کننده ها هستند. نقش افزودنی ها بهبود خواص مکانیکی، الکتریکی، حرارتی، نور، رنگ، و وضوح پی وی سی میباشد. افزودنی ها از طریق فرآیند کامپاندینگ با پی وی سی مخلوط میشوند.
رزین پی وی سی با K-Value مشخص میشود که به مقدار پلیمریزاسیون و وزن مولکولی اشاره دارد. K-value با مقدار 57، وزن مولکولی پایینی برای پی وی سی محسوب میشود و در فیلم های بسته بندی، صفحات فشاری، بطری ها، و قالب های تزریقی استفاده میشود. در حالیکه، K-value با مقدار 70 تا 75 از نوع وزن مولکولی بالا است که خاصیت مکانیکی بالایی دارد اما به سختی فرآوری میشود. این نوع پی وی سی در کفپوش، قطعات سخت، کابل های با عملکرد بالا، لوله ها، و پروفیل ها کاربرد دارد. پی وی سی امولسیونی به شکل لاتکس استفاده میشود و در روکش ها، فیلم های چند لایه، سپراتور باتری کاربرد دارد.
پی وی سی نه تنها انعطاف لازم را برای کاربردهای پزشکی مانند کیسه های خون، و ظروف تزریق وریدی دارد، بلکه در دما و شرایط متفاوت نیز مستحکم و با دوام است. همچنین میتواند به آسانی فرآوری شود تا برای نصب لوله مورد استفاده قرار گیرد، برای بسته بندی بلیستر، شکل دهی حرارتی شده یا برای ساخت ظروف مقاومِ گود، قالب گیری دمشی شود. این قابلیت دلیل اصلی انتخاب پی وی سی برای محصولات دارویی و بسته بندی میباشد.
در این مقاله، ما به بررسی افزودنی های پی وی سی میپردازیم، که برای بهبود خواص پی وی سی مورد نیاز اند تا در موارد خاص به کار آیند. ما همچنین به کاربردهای پی وی سی و تکنیک های اختلاط اشاره کردیم.
2. مواد و روش ها
2.1. اختلاط خشک
اختلاط پی وی سی، اختلاط خشک است که از میکسر با سرعت بالا استفاده میکند تا برای تولید پودر تمام اجزاء را ترکیب کند.
2.2. اختلاط اکسترودر
اکسترودر با استفاده از میکسر سرعت پایین یا سرعت بالا اجزاء را مخلوط میکند. پس از آن، اجزای مخلوط شده از طریق گرمکن منتقل میشوند تا آنها را ذوب کند. سرانجام، اجزای مخلوط شده سرد میشوند و برای فرآوری به گرانول تبدیل میشوند.
3. افزودنی های پی وی سی
3.1. روان کننده ها
در دمای طبیعی، پی وی سی به طور طبیعی سخت است و این به خاطر فاصله کم میان مولکول هاست چراکه نیروهای بین مولکولی میان آنها قوی هستند. زمانیکه روان کننده ها به پی وی سی اضافه میشوند، مولکول های روان کننده مسیر خود را میان مولکول های پی وی سی میسازند، و مانع از نزدیک شدن مولکول های پلیمر پی وی سی به یکدیگر میشوند. از اینرو، مولکول های پلیمر حتی در دمای طبیعی دور نگه داشته میشوند و نرمی ایجاد میشود.
3.1.1. روان کننده های اولیه
روان کننده های اولیه پراکندگی خوبی در رزین پی وی سی دارند و در مقدار زیاد مثلا 140-150 قسمت به ازای صد قسمت رزین (PHR) استفاده میشوند و عمدتا برای محصولات بسیار نرم مورد استفاده قرار میگیرند. تمام روان کننده ها تقریبا مایع اند و باید در رزین سوسپانسیون در میکسرهای داغ جذب شوند. روان کننده ها با رزین پی وی سی در میکسر با سرعت برشی بالا یا پایین مخلوط میشوند.
3.1.2. روان کننده ثانوی
روان کننده های ثانوی پراکندگی محدودی در رزین پی وی سی دارند. کاربرد اصلی روان کننده ثانوی، کاهش قیمت پی وی سی است. پارافین کلره، رایج ترین روان کننده ثانوی است که شامل وکس ویسکوز با 50 درصد کلرین میشود. دیگر روان کننده های ثانوی روغن های پارافین کلره هستند چراکه ویسکوزیته و تاثیر روان کنندگی آنها بهتر از پارافین کلره میباشد. جدول 1 عملکرد انواع روان کننده ها و خاصیت آنها است.
3.1.3. عملکرد روانسازی
عملکرد روان کنندگی دی، (2-اتیل هگزیل) فتالات (DOP) یک است. کارایی هر نوع روان کننده دیگر برای قالبگیری با همان نرمی به صورت نسبت با DOP محاسبه میشود. جدول 2 کارایی روان کنندگی را برای بسیاری از روان کننده ها نشان میدهد. به عنوان مثال، اگر 100 PHR از DOP سختیِ 50 و 110 PHR از دیگر روان کننده همان سختی را بدهد، کارایی روان کنندگی آن برابر است با :
3.1.4. روان کننده ها در پزشکی
دی اکتیل فتالات (DOP) رایج ترین روان کننده است که به دلیل کارایی بالای آن، در دسترس بودن با خلوص بالا و هزینه پایین در صنعت پزشکی استفاده میشود. دیگر روان کننده ها مانند تری (2-اتیل هگزیل) ملیتیت (TEHM, also called TOTM)، ان-بوتیرول، تری ان-هگزیل سیترات (BTHC) و دی (ان-دسیل)، فتالات (DnDP) کاربردهای پزشکی دیگری مانند ذخیره پلاکت دارند.
3.2. پایدار کننده ها
مولکول پی وی سی در دمای بالا و نور ماورای بنفش ثابت نیست. پی وی سی حرارتی منجر به شکستن زنجیره های پلیمر و آزاد کردن گاز سمی هیدروکلریک اسید میشود. هیدروکلریک اسید آزاد شده باعث تخریب پی وی سی میشود. پی وی سی که در معرض پرتوهای UV قرار میگیرد، زنجیره های پلیمر را میشکند اما اثر آن کمتر از تخریب گرمایی میباشد.
3.2.1. پایدار کننده های حرارتی
پی وی سی باید در طی فرآوری خود در دمای بالا تثبیت حرارتی شود. بیشتر پایدار کننده های حرارتی حاوی عناصر فلزی اند که با هیدروکلریک اسید تعامل دارند و مانع از تخریب پی وی سی میشوند. رایج ترین پایدار کننده های حرارتی نمک های فلزی و صابون ها هستند. جدول 3 انواع پایدار کننده های حرارتی را نشان میدهد.
3.2.2. پایدار کننده های نوری
بیشتر پایدار کننده های فلزی مختلط، پی وی سی را از برخورد پرتو UV حفظ میکند. فسفات DBL یک پایدار کننده نوری است که بعضی از خواص مقاومت UV را دارد. پایدار کننده های نوری، مواد شیمیایی پیچیده، بسیار گران، و کارآمد در مقدار کم هستند.
3.3. فیلرها
فیلرها مواد غیرآلی و غیرفعال اند و نقش اصلی آنها کاهش هزینه فرآوری پی وی سی و بهبود خواص مکانیکی پی وی سی مانند نقطه شکست است. فیلر میتواند به عنوان رنگدانه استفاده شود و مقاومت شیمیایی پی وی سی را بهبود ببخشد. رایج ترین نوع فیلر، کلسیم کربنات، تیتانیوم دی اکسید، تالک، شیشه، و خاک رس تکلیس شده میباشند.
3.3.1. نانوفیلرها
نانوفیلرها از 1 تا 10 درصد وزنی با پلیمر ترکیب میشوند. رایج ترین نانوفیلرها، نانو الیافی مانند شیشه و کربن هستند. انواع دیگر نانو فیلرها، نانو رس ها، نانو اکسیدها، و نانو لوله های کربنی اند. فیلرهای نانورس از سیلیکات فلزات گذار است و رس طبیعی یا سنتزی محسوب میشود. نانو اکسید فلزی مانند روتیل (TiO2) به عنوان رنگدانه سفید مورد استفاده قرار میگیرد.
3.4. اصلاح کننده ضربه
اصلاح کننده ضربه (IM) خواص لاستیکی دارد مثل لاستیک آکریلیکی، پلی اتیلن کلرینه، یا بوتادین استایرن. IM به اندازه 5-20 درصد وزنی با پی وی سی مخلوط میشود تا خاصیت سفتی به آن دهد.
هدف IM افزایش مقاومت به ضربه پی وی سی است و نقش مولکول های اصلاح کننده ضربه، جذب انرژی ضربه و عدم شکست محصول پی وی سی میباشد. اندازه ذرات IM در محدوده میکرو است.
3.5. رنگدانه ها
رنگدانه های پی وی سی ماده ای رنگی است که در آب قابل حل نیست و معمولا به دسته های زیر طبقه بندی میشود:
- غیرآلی
- آلی
این مواد باید از لحاظ حرارتی و نوری برای پی وی سی ثابت باشند، پراکندگی خوبی داشته، و با فرمولاسیون سازگار باشند. جدول 4 انواع متفاوت رنگدانه را نشان میدهد.
4. کاربردهای پی وی سی
4.1. کاربردهای لوله کشی
پی وی سی برای بسیاری از کاربردهای لوله کشی مانند برش بدنه خارجی و قالبگیری، برش مقاوم شیمیایی، دستگیره اهرم دنده، شیلنگ، لوله، و کاورهای کنسول استفاده میشود.
4.2. فعالیت های ساخت و ساز
پی وی سی بیش از 50 سال به طور گسترده در محصولات ساخت و ساز استفاده شده است.
قدرت، سبکوزنی، و دوام پی وی سی، آن را برای بسیاری از کاربردهایی که در ادامه آمده مطلوب میکند:
- آب بندی پنجره
- نوار درزگیر و توری
- آب بندی بتن
- چارچوب مقاوم به عوامل جوي برای برش خارجی
- تجهیزات جانبی دیوار کاذب
- کف سازی
- سقف سازی
- عایق های الکتریکی
- نورگیر سقفی
4.3. کاربردهای پزشکی
پی وی سی بیش از 50 سال به دلیل امنیت، پایداری شیمیایی، هزینه کم، دوام، و مقاومت آن در برابر ترکخوردگی تنشی شیمیایی و زیست سازگاری در پزشکی کاربرد دارد.
4.4. شکل ها، جدول ها، و طرح ها
شکل 1. اجزای اکسترودر
جدول 1. انواع روان کننده ها
جدول 2. کارایی روانسازی برای بیشتر روان کننده ها
جدول 3. انواع پایدار کننده های حرارتی
جدول 4. انواع رنگدانه
5. نتایج
پی وی سی به دو دسته تقسیم میشود: سخت و انعطاف پذیر. پی وی سی خالص برای استفاده در کیسه ها، بطری ها، اسباب بازی ها، ساخت و ساز، لوله های نفتی، و همچنین برای کاربردهای پزشکی نیاز به افزودنی دارد؛ که از دو روش با افزودنی ها ترکیب میشود: اختلاط خشک و اکسترودر. افزودنی های پی وی سی متنوع اند از جمله روان کننده ها، پایدار کننده، فیلرها، اصلاح کننده ضربه، و رنگدانه ها. تحقیقات بیشتر مورد نیاز است تا صنعت پی وی سی را بررسی کرده و کاربردهای آن را گسترش دهد.
مترجم: فائزه السادات احمدی
برای مشاهده منبع مقاله کلیک کنید