اطلاعات فنی

افزودنی های مورد استفاده در کامپوند PVC


اگر چه PVC پلیمری است که برای کاربردهای مختلف قابل استفاده است ، اما برای بدست آوردن خواص محصول نهایی و فرایند خوب، نیاز به اضافه کردن مواد افزودنی دارد.
این مواد افزودنی به پلی وینیل کلراید، به ترکیبات نرم کننده ها(پلاستی سایزر)، پایدار کننده های حرارتی(استابیلایزر)، روان کننده ها (لوبریکنت)، پرکننده ها (فیلر) و رنگدانه ها (پیگمنت)تقسیم بندی می شوند.

استابیلایزر ( پایدار کننده ) :
PVC یک ماده حساس به نور و گرماست و طی فرآیندهای دی هیدروکلریناسیون و اکسیداسیون تخریب می شود،  که با تغییر رنگ PVC همراه است. از نظر شیمیایی تشکیل درهم آمیخته باندهای دو گانه باعث تغییر رنگ می شود . کامپوندهای PVC در سیکل های اختلاط ، اکستروژن ، قالبگیری ، ترموفرمینگ ، ورقه کردن ودر قطعات بازیابی شده ، دارای تاریخچه حرارتی می شوند . اکسیداسیون هم به علت قرارگرفتن در معرض هوا و فرسایش ناشی از آن ( هوا زدگی ) است .در شکل زیر مراحل تخریب گرمایی  PVC (دی هیدروکلریناسیون) نشان داده شده است:

 نقش استابیلایزر تاخیر انداختن در تخریب حرارتی یا جلوگیری از آن است به طوری که کامپوند بتواند در طی فرآیند به شکل محصول نهایی درآید ، قبل از اینکه در اثر گرمای فرآیند ( C º200 -160 ) تخریب گردد . استابیلایزر این کار را به واسطه جذب هیدروژن کلراید ( HCl )، جابجایی اتم های کلراید فعال ، اشغال کردن رادیکال آزاد ، اختلال در تشکیل باند دوگانه ، غیر فعال کردن محصولات جانبی تخریب ، تجزیه پراکسید و جذب انرژی UV انجام می دهد .
علت اصلی استفاده از استابیلایزرها در اکستروژن لوله این است که که بتوان PVC را در اکسترودر با تجهیزات داغ ، فرآیند کرد، به طوری که بدون استفاده از استابیلایزر، PVC کاملاً سوخته شده و به زغال تبدیل می گرد و باعث بروز خطراتی از جمله ترکین قالب می گردد . استابیلایزرها تاثیر چندانی بر مدت عمر یا مقاومت هوازدگی ایجاد نمی کنند مگر در مورد کامپوندهایی که با عنوان مقاوم در برابر هوازدگی ، نامیده میشوند که در این کامپوندها ، مقدار استابیلایزر میتواند تاثیر مثبتی در جهت مقاومت هوازدگی را ایجاد کند .
قبل از هر گونه تغییر کلی در میزان مصرف و یا تغییر در شرکت سازنده استابیلایزر، ابتدا تاثیر بر هوازدگی چک شود.

 

چندین نوع استابیلایزر برای رزین PVC وجود دارد که شامل :
1- نمک های سرب ( Pb ) : اغلب از ترکیبات معدنی سرب نظیر  سولفات سرب ، سیلیکات سرب ، فسفیت سرب ، استئارات سرب ، فتالات سرب هستند. این نوع استابیلایزرها با وحود قیمت مناسب ، پایداری حرارتی خوب ، خواص الکتریکی عالی و جذب آب اندکی را دارند .
در شکل زیر تاثیر افزودن استابیلایزر سرب در به تاخیر انداختن فرآیند تخریب PVC نشان داده شده است:

2- کلسیم – روی ( Zn / Ca) : که برای کاربردهای در تماس با غذا استفاده می شود . مانند فیلم و بطری های PVC . بنابراین PVC می تواند الزامات تائیدیه FDA را بدست آورد .  در حالت عادی قدرت پایدار کنندگی استابیلایزر کلسیم – روی ( کلسیم – زینک ) به تنهایی برای PVC ضعیف است و بنابراین ظرفیت بازیابی PVC  کم است اما شرکت شتاب شیمی افتخار دارد نوع ویژه ای از استابیلایزر کلسیم-زینک با قدرت پایدار کنندگی مناسب برای PVC را تولید کند . این نوع استابیلایزر می تواند ترکیباتی با ویژگی هایی نظیر بوی کم و با کریستال های منظم تولید کند .
3- باریم –کادمیم (Cd/ Ba ) : سمیت بالای کادمیم و ویسکوزیته مذاب نامطلوب جزء ویژگی های این نوع استابیلایزرهای PVC است وبه همین دلیل استفاده جهانی از آنها رو به افول است . با این حال این استابیلایزرها، رنگ اولیه خوب ، پایداری حرارتی و پایداری نوری را برای PVC بوجود می آورند .
4- قلع: از استابیلایزرهای رایج در ساخت لوله و تصالات PVC هستند که پایداری حرارتی، نوری، و رنگی خوبی را به همرا دارند. از بعضی از انواع آن در مصارفی که در تماس با غذا هستند اسیفاده می شود.
ترکیبات دیگری نیز بر پایه Ca/Pb ،  Ba/Cd/Zn ، Ba/Zn و   Pb/Ba/Cd میتوانند برای  PVC نقش استابیلایزر را ایفا کنند که البته استفاده از آنها ، نسبت به موارد فوق الذکر محدودتر است.
شکل زیر میزان کاربرد استابیلایزرها را طول سالهای مختلف در دنیا نشان میدهد:


 
در جدول زیر مقایسه انواع استابیلایزرها به لحاظ خواص آورده شده است:
                                     

                                       نوع استابیلایزر
کاربرد Pb Pb/Ba/Cd Ba/Cd Ca/Zn Ba/Zn Sn
PVC سخت (U-PVC)
لوله ++     ++    
اتصالات ++     +   +
پروفیل ++ ++   +    
فویل           ++
بطری       ++   ++
صفحه(شیت) +     +   ++
PVC نرم (P-PVC)
پوشش کابل +     ++    
فویل و شیت +     + ++  
کفپوش         ++ +
پوشش دیوار       + ++ +
مصارف پزشکی       ++    
تیوپ و کفش       + ++  
بسته بندی غذا       ++    
روکش       + ++  

++ به معنای استفاده گسترده                                 + به معنای استفاده محدود
جدول زیر مقایسه استابیلایزرهای مختلف را به لحاظ خواص کاربردیشان نشان میدهد:

  سرب(Pb) قلع(Sn) کلسیم-روی(Ca/Zn)
پایداری حرارتی عالی خوب متغیر از خوب تا عالی
رنگ اولیه خوب عالی متغیر از بد تا عالی
نگهداری رنگ عالی عالی عالی
سهولت فرآیند عالی خوب عالی
سازگاری محدود محدود بسیار خوب
سهولت اختلاط عالی خوب عالی
خواص مکانیکی عالی عالی عالی
پایداری نوری خوب خوب خوب
قیمت عالی خوب متغیر از بد تا خوب
سلامتی، ایمنی و مسائل محیطی خطرناک احتیاط مطمئن


 نرم کننده ها(پلاستی سایزر):
در بعضی از کاربردها، برای افزایش نیروی کشسانی و نرمی بیشنر PVC، به آن نرم کننه اضافه می کنند. افزودن نرم کننده باعث بروز اشکالاتی مانند کاهش استحکام کششی و آتشگیر شدن ان می شود.بنابراین هرچند قابلیت افزودن فیلر را بالا می برد، برای لوله  ها توصیه نمی شود.معمولاً از استرهای فتالات به عنوان نرم کننده PVC استفاده می  شود .  DOP رایج ترین نرم کننده مورد استفاده برای  PVC است.


فیلرها ( پرکننده ها ) :
مواد زیادی را میتوان برای PVC به عنوان فیلر به کار برد ، مانند کربنات ها و سیلیکات های فلزی ، سنگ گچ ، خاک رس ، باریت و خاک اره، که معمولترین آن ها کربنات های فلزی و بویژه کربنات کلسیم است که گاهی با اسید استئاریک پوشش داده شده است . کربنات کلسیم در اندازه ذرات مختلف وجود دارد که به طور کلی میتوان گفت هر چه اندازه ذرات ریزتر باشد ، استحکام ضربه بهتری را برای محصول ایجاد می کند .
کربنات کلسیم را به منظور کاهش قیمت محصول به PVC اضافه می کنند ، با اضافه کردن کربنات کلسیم ، اگر چه قیمت کاهش می یابد ، چگالی محصول افزایش، واستحکام و  ضربه پذیری آن کاهش می یابد .لازم به ذکر است که هرچه مش بندی کربنات کلسیم بالاتر رود، ذرات آن ریزتر شده و در فرمولاسیون آمیزه به روان کننده خارجی(واکس) بیشتری نیاز است.(معمولاً از مش 1200 تا 1500 برای PVC استفاده می شود)

پیگمنت ها :
سه دلیل عمده برای اضافه کردن پیگمنت به ترکیب وجود دارد : دستیابی به کدری در ترکیبات غیر مقاوم در برابر هوازدگی، حفاظت UV در ترکیبات مقاوم در برابر هوازدگی و نهایتاً دستیابی به رنگ مورد نظر. دی اکسید تیتان ( TiO2)  و کربن بلک(دوده) عمده ترین پیگمنت مورد استفاده هستند . پیگمنت های دیگر به همراه دی اکسید تیتان ، برای رسیده به رنگ دلخواه ، استفاده می شوند .

کمک فرآیند ها :
معمولاً از پلیمرهای اکریلیک و استایرن برای کمک فرآیند استفاده می شود . کمک فرآیند ها می توانند باعث افزایش و یا کاهش ویسکوزیته مذاب گردیده ، در نتیجه باعث افزایش گرمای اصطکاکی و یاکاهش جریان دمای غیر یکنواخت شوند .

اصلاح کننده های ضربه :
 در بعضی از کاربردها ، استحکامی بالاتر از استحکام ضربه ذاتی PVC مورد نیاز است،  بنابراین از اصلاح کننده های ضربه استفاده می شود . معمولاً از CPE ، MBS ، ACR، ABS ، EVA و .. به عنوان اصلاح کننده های ضربه استفاده می شود. باید توجه داشت که گرچه تمامی اصلاح کننده های ضربه  باعث کاهش هوازدگی می  شوند  در عین حال  مقاومت شیمیایی و استحکام کششی کامپوند PVC را کاهش می دهند . بنابراین باید از آنها در کمترین حد ممکن استفاده کرد .

روان کننده ها :
روان کننده ها موادی هستند که نقطه سیالیت ( ذوب ) را در اکسترودر و یا قالب کنترل می کنند تا بتوان به بهترین خواص فیزیکی و شرایط فرآیندی دست یافت .

سه نوع روان کننده وجود دارد که شامل انواع خارجی ، داخلی و داخلی/خارجی است که این نوع بر اساس تاثیر هر یک بر مذاب آمیزه حین فرآیند مشخص می شود:
روان کننده های خارجی : باعث جدا شدن مذاب از سطح فلز شده و سطح بین ذرات PVC و سطح فلز را روانکاری می کند . روان کننده های خارجی عموماً مولکول های غیر قطبی یا آلکان هستند . معمولاً این روان کننده ها ، واکس های پارافین ، روغن های معدنی یا پلی اتیلن واکس هستند . روان کننده های خارجی به طور معمول با PVC سازگار نیستند این دسته از روان کننده ها باعث میشوند که سطوح مذاب داغ PVC بر روی قالب ، بدنه و پیچ اکسترودر بدون اینکه بچسبند سر بخورند .علاوه بر این به براقیت سطح محصول نهایی نیز کمک می کنند .


شدت جریان برق ( آمپر) موتور اکسترودر به شدت تحت تاثیر تغییرات میزان روان کننده خارجی است


روان کننده داخلی : روانکاری را در ابعاد مولکولی یعنی ما بین ذرات رزین انجام می دهد و باعث کاهش ویسکوزیته مذاب می شود . روان کننده های داخلی معمولاً مولکولهای قطبی هستند که اغلب اسیدهای چرب ، استرهای اسید چرب و یا نمک¬های فلزی اسیدهای چرب هستند و با PVC بسیار سازگارند . ویسکوزیته مذاب کمتر آن ها ، باعث کاهش اصطکاک داخلی و ذوب بهتر می شود .


روان کننده های داخلی / خارجی : این دسته از روان کننده می توانند همزمان نقش روان کننده های داخلی و خارجی را ایفا کنند که بستگی به گروههای شیمیایی که در ترکیباتشان است دارد . این دسته از روان کننده ها ، گروه های شیمیایی مختلفی ( قطبی و غیر قطبی ) دارند . عموماً زنجیره های هیدروکربنی طویل شامل گروههای آمیدی ، الکلی ، اسیدی و استری هستند . روان کنند ه های داخلی / خارجی که معمولاً برای PVC استفاد می شوند ، آمین های اسید چرب و پلی اتیلن های اکسید شده هستند. بعضی از این مواد می توانند قبل از ذوب به عنوان روان کننده خارجی عمل کنند و بعد از آن نقش روان کننده داخلی را ایفا کنند .

هدف از روان کاری ، رسیدن به خواص کامل PVC و داشتن مذابی است که بدون هیچ مشکلی، با هزینه های اقتصادی مناسب ، اکسترود و قالبگیری شود .