فهرست مطالب
مروری بر افزودنیهای 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 افزودنیهای مناسب تصفیه شود. مهمترین افزودنیها پایدارکننده های حرارتی، لوبریکانتها، فیلرها، کمک فرآیندها، اصلاحكننده ضربه، رنگدانهها، و نرمکنندهها هستند. نقش افزودنیها بهبود خواص مکانیکی، الکتریکی، حرارتی، نور، رنگ و وضوح پی وی سی میباشد. افزودنیها 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، کابلهای با عملکرد بالا، لوله ها، و پروفیل ها کاربرد دارد. پی وی سی امولسیونی به شکل لاتکس استفاده میشود و در روکشها، فیلمهای 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 بستهبندی بلیستر، شکلدهی 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 افزودنیهای پی وی سی میپردازیم، که برای بهبود خواص پی وی سی مورد نیاز اند تا در موارد خاص به کار آیند، همچنین به کاربردهای پی وی سی و تکنیک های اختلاط اشاره کردیم.
2. مواد و روشها
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) 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. افزودنیهای پی وی سی
1) روانکنندهها
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 کنندهها به پی وی سی اضافه میشوند، مولکول های روانکننده مسیر خود را میان مولکولهای پی وی سی میسازند و مانع از نزدیک شدن مولکولهای پلیمر پی وی سی به یکدیگر میشوند. از اینرو، مولکولهای پلیمر حتی در دمای طبیعی دور نگه داشته میشوند و نرمی ایجاد میشود.
روانکنندههای اولیه:
روانکنندههای 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 روانکنندهها تقریبا مایع اند و باید در رزین سوسپانسیون در میکسرهای داغ جذب شوند. روانکنندهها با رزین پی وی سی در میکسر با سرعت برشی بالا یا پایین مخلوط میشوند.
روانکننده ثانوی:
روانکنندههای ثانوی پراکندگی محدودی در رزین پی وی سی دارند. کاربرد اصلی روانکننده ثانوی، کاهش قیمت پی وی سی است. پارافین کلره، رایجترین روانکننده ثانوی است که شامل وکس ویسکوز با 50 درصد کلرین میشود. دیگر روانکنندههای ثانوی روغنهای پارافین کلره هستند چرا که ویسکوزیته و تاثیر روانکنندگی آنها بهتر از پارافین کلره میباشد. جدول 1 عملکرد انواع روان کنندهها و خاصیت آنها است.
عملکرد روانسازی:
عملکرد روان کنندگی دی، (2-اتیل هگزیل) فتالات (DOP) یک است. کارایی هر نوع روانکننده دیگر برای قالبگیری با همان نرمی به صورت نسبت با DOP محاسبه میشود. جدول 2 کارایی روانکنندگی را برای بسیاری از روانکنندهها نشان میدهد. به عنوان مثال، اگر 100 PHR از DOP سختیِ 50 و 110 PHR از دیگر روانکننده همان سختی را بدهد، کارایی روانکنندگی آن برابر است با:
روانکنندهها در پزشکی:
دی اکتیل فتالات (DOP) رایجترین روان کننده است که به دلیل کارایی بالای آن، در دسترس بودن با خلوص بالا و هزینه پایین در صنعت پزشکی استفاده میشود. دیگر روانکنندهها 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.
2) پایدار کنندهها
مولکول پی وی سی در دمای بالا و نور ماورای بنفش ثابت نیست. پی وی سی حرارتی منجر به شکستن زنجیرههای 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، زنجیرههای پلیمر را میشکند اما اثر آن کمتر از تخریب گرمایی میباشد.
پایدارکنندههای حرارتی:
پی وی سی باید در طی فرآوری خود در دمای بالا تثبیت حرارتی شود. بیشتر پایدارکنندههای حرارتی حاوی عناصر فلزی اند که با هیدروکلریک اسید تعامل دارند و مانع از تخریب پی وی سی میشوند. رایجترین پایدارکنندههای حرارتی نمکهای فلزی و صابونها هستند. جدول 3 انواع پایدارکنندههای حرارتی را نشان میدهد.
پایدارکنندههای نوری:
بیشتر پایدارکنندههای 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. پایدارکنندههای نوری، مواد شیمیایی پیچیده، بسیار گران و کارآمد در مقدار کم هستند.
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. رایجترین نوع فیلر، کلسیم کربنات، تیتانیوم دی اکسید، تالک، شیشه و خاک رس تکلیس شده میباشند.
نانوفیلرها:
نانوفیلرها از 1 تا 10 درصد وزنی با پلیمر ترکیب میشوند. رایجترین نانوفیلرها، نانو الیافی مانند شیشه و کربن هستند. انواع دیگر نانو فیلرها، نانو رسها، نانو اکسیدها و نانو لولههای 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.
4) اصلاحکننده ضربه
اصلاحکننده 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 مولکولهای اصلاح کننده ضربه، جذب انرژی ضربه و عدم شکست محصول پی وی سی میباشد. اندازه ذرات IM در محدوده میکرو است.
5) رنگدانهها
رنگدانههای پی وی سی مادهای رنگی است که در آب قابل حل نیست و معمولا به دستههای زیر طبقهبندی 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
1) کاربردهای لولهکشی
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.
2) فعالیتهای ساخت و ساز
پی وی سی بیش از 50 سال به طور گسترده در محصولات ساختوساز استفاده شده است.
قدرت، سبک وزنی و دوام پی وی سی، آن را برای بسیاری از کاربردهایی که در ادامه آمده مطلوب میکند:
- آببندی پنجره
- نوار درزگیر و توری
- آببندی بتن
- چارچوب مقاوم به عوامل جوي برای برش خارجی
- تجهیزات جانبی دیوار کاذب
- کفسازی
- سقفسازی
- عایقهای الکتریکی
- نورگیر سقفی
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) شکلها، جدولها و طرحها
شکل 1. اجزای اکسترودر
جدول 1. انواع روانکنندهها
جدول 2. کارایی روانسازی برای بیشتر روانکنندهها
جدول 3. انواع پایدارکنندههای 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 کیسهها، بطریها، اسباببازیها، ساختوساز، لولههای نفتی و همچنین برای کاربردهای پزشکی نیاز به افزودنی دارد؛ که از دو روش با افزودنیها ترکیب میشود: اختلاط خشک و اکسترودر.
افزودنیهای پی وی سی متنوع اند از جمله روانکنندهها، پایدارکننده، فیلرها، اصلاحکننده ضربه و رنگدانهها. تحقیقات بیشتر مورد نیاز است تا صنعت پی وی سی را بررسی کرده و کاربردهای آن را گسترش دهد.
برای مشاهده منبع مقاله کلیک کنید