آشنایی با افزودنی های پی وی سی

مواد افزودنی پی وی سی چیست

پلی وینیل کلراید (PVC) یکی از پرکاربردترین پلیمرهای جهان است. PVC به دلیل ماهیت متنوع، در طیف وسیعی از حوزه صنعتی، فنی و روزمره، ساخت و ساز، حمل و نقل، بسته بندی، کاربردهای الکتریکی یا الکترونیکی، بهداشتی و... کاربرد گسترده ای دارد. PVC ماده ای با دوام و ماندگار است که می تواند در انواع مختلف کاربردها به صورت سفت، سخت و انعطاف پذیر، سفید یا سیاه و طیف گسترده ای از رنگ ها ارائه شود.

نخستین حق ثبت اختراع برای فرآیند پلیمریزاسیون برای تولید PVC در سال 1913 به مخترع آلمانی Friedrich Klatte اعطا شد و PVC از سال 1933 در تولید تجاری بوده است. این ماده در حال حاضر حدود 20٪ از کل پلاستیک های تولید شده در سطح جهان را تشکیل می دهد.

مواد اولیه ضروری PVC

مواد اولیه ضروری برای PVC از نمک و روغن حاصل می شود. الکترولیز آب نمک کلر تولید می کند، که با اتیلن (به دست آمده از روغن) ترکیب می شود تا مونومر وینیل کلرید (VCM) تشکیل شود. مولکول های VCM به صورت رزین PVC ساخته می شوند که مواد افزودنی مناسب برای ساخت یک ترکیب PVC سفارشی در آن گنجانده شده است.

فرآیند تولید PVC از 5 مرحله تشکیل شده است:

• استخراج منابع نمک و هیدروکربن
• تولید اتیلن و کلر از این منابع است
• ترکیبی از کلر و اتیلن برای ساخت مونومر وینیل کلرید (VCM)
• پلیمریزاسیون VCM برای ساخت پلی وینیل کلرید (PVC)

ترکیبی از پلیمر PVC با مواد دیگر برای تولید فرمولاسیون های مختلف، طیف گسترده ای از خواص فیزیکی را فراهم می کند.

مواد اولیه در ساخت PVC

PVC نسبت به سایر پلاستیک های کالایی دیگر سوخت فسیلی غیر قابل تجدید پذیری را تولید می کند زیرا برخلاف سایر ترموپلاستیک ها که کاملاً از روغن حاصل می شوند، PVC از دو ماده تشکیل و تولید می شود.

•  57٪ از وزن مولکولی ناشی از نمک معمولی است
•  43٪ از مواد اولیه خوراک هیدوکربن (به طور فزاینده اتیلن از محصولات شکر نیز برای تولید PVC به عنوان جایگزینی برای اتیلن از روغن یا گاز طبیعی استفاده می شود)

در حالی که PVC اغلب از نمک و روغن تهیه می شود، در بعضی از مناطق جهان PVC بدون استفاده از مواد اولیه روغن استفاده می شود (جایگزینی هیدروکربن حاصل از روغن با مواد اولیه هیدروکربن بیو مشتق شده). بنابراین PVC نسبت به سایر ترموپلاستیک ها وابسته به روغن است. همچنین بسیار با دوام و دارای انرژی در بین طیف وسیعی از کاربردها که باعث استفاده بسیار مؤثر از مواد اولیه می شود.

محصولات دوگانه در PVC

دو محصول تولید PVC شامل کلر و سودسوز آور، دو مورد از مهمترین "ترکیبات" ساخت نه تنها برای تولید پی وی سی بلکه بسیاری از کاربردهای دیگر است. کلر در ساخت داروهای نجات دهنده زندگی مورد استفاده قرار می گیرد، در حقیقت 85٪ از کل داروهای دارویی. سود سوزانی بیش از حد دارای کاربردهای مهم و کلیدی روزمره است، از جمله کاربردهای زیر است: تولید کاغذ و خمیر کاغذ، تولید صابون و سورفاکتانت، مواد شوینده و پاک کننده ها، استخراج آلومینیوم، منسوجات و صنایع غذایی و...

ویژگی های فیزیکی PVC

قبل از ساخت PVC و تبدیل به محصولات، باید با طیف وسیعی از مواد افزودنی ویژه ترکیب شود. این مواد افزودنی می توانند بر تعدادی از خاصیت محصولات تأثیر بگذارند یا تعیین کنند؛ خواص مکانیکی آن، آب و هوا، رنگ و وضوح آن و در واقع آیا قرار است در یک کاربرد انعطاف پذیر استفاده شود یا خیر؟ تکمیل این فرآیند را مرکب می نامند.

سازگاری PVC با انواع مختلفی از مواد افزودنی

PVC یکی از مواد بسیار قدرتمند است و همان چیزی است که باعث می شود این پلیمر کاملاً متنوع باشد. PVC را می توان به صورت پلاستیکی ساخت تا انعطاف پذیری آن برای استفاده در کفپوش ها و محصولات پزشکی باشد. PVC سفت و سخت، همچنین با عنوان PVC-U (U به معنای "بدون پلاستیک") شناخته شده است و در ساخت برنامه های کاربردی مانند قاب های پنجره بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. مواد افزودنی کاربردی مورد استفاده در کلیه مواد پی وی سی شامل تثبیت کننده گرما، روان کننده ها و در مورد PVC انعطاف پذیر، پلاستیک ها هستند.

مواد افزودنی اختیاری، طیف وسیعی از مواد را از کمک های پردازش، اصلاح کننده های ضربه، اصلاح کننده های حرارتی، تثبیت کننده های UV، مهارکننده های شعله، پرکننده های معدنی، رنگدانه ها، تا بیوکسیدها و دمیدن مواد برای کاربردهای خاص شامل می شود. مقدار واقعی پلیمر PVC در برخی از کاربردهای کفپوش می تواند به میزان حداقل 25٪ جرم باشد، بقیه آن را مواد افزودنی به حساب می آورند. سازگاری آن با مواد افزودنی امکان افزودن احتراق شعله را فراهم می کند اگرچه PVC به دلیل وجود کلر در ماتریس پلیمری ذاتاً مهار کننده آتش است.

افزودنی های کاربردی در PVC

باهم مهم ترین افزودنی ها در PVC و کاربرد آن ها را بررسی می کنیم.

تثبیت کننده گرما

تثبیت کننده گرما در کلیه فرمولاسیون های PVC لازم است تا از تجمع پی وی سی در اثر گرما و برشی در طی پردازش جلوگیری شود. آن ها همچنین می توانند مقاومت PVC را در برابر نور آفتاب و در برابر هوازدگی را تقویت کنند. علاوه بر این، تثبیت کننده های گرما تأثیر مهمی در خصوصیات فیزیکی PVC و هزینه فرمولاسیون دارند. انتخاب تثبیت کننده گرما به عوامل مختلفی بستگی دارد که شامل نیازهای فنی محصول PVC، الزامات تصویب نظارتی و هزینه آن است.

روان کننده ها

این ها برای کاهش اصطکاک هنگام پردازش استفاده می شوند. روان کننده های خارجی می توانند اصطکاک بین PVC و تجهیزات پردازش را کاهش دهند، در حالی که روان کننده های داخلی روی گرانول های PVC کار می کنند.

پلاستیک ساز

پلاستیک ساز ماده ای است که با افزودن مواد به آن، معمولاً پلاستیک، آن را انعطاف پذیر، مقاوم و آسان تر می کند. نمونه های اولیه پلاستیک سازها شامل آب برای نرم کردن خاک رس و روغن ها به سمت پلاستیک سازی برای ضد آب بودن قایق ها است. انتخاب پلاستیک سازها به خواص نهایی مورد نیاز محصول نهایی بستگی دارد و در واقع آیا این محصول برای کاربرد کفپوش یا کاربرد پزشکی است.

بیش از 300 نوع مختلف پلاستیک ساز وجود دارد که حدود 50 تا 100 مورد آن در استفاده تجاری است. متداول ترین پلاستیک سازها فتالات هستند که با کاربردها و طبقه بندی های بسیار متفاوتی می توانند به گروه های مجزا تقسیم می شوند.

بهبود دهنده مقاومت ضربه

این افزودنی در پی وی سی برای مقاوت محصولات پی وی سی در برابر ضربه اضافه می شود که در دو نوع می باشد:

• اکریلیک
• پلی اتیلن کلرینه شده

اکریلیک و پایه پلی اتیلن کلرینه شده، باعث می شوند محصولات در برابر هوازدگی، ضربه پذیری و همچنین محصولاتی که زیر نور UV یا باران هستند نیز مقاوم شوند.

نقش کمک فرآیندها

کمک فرآیند ها در بهبود مشخصات رئولوژیکی مثل الاستیسیتی، استحکام مذاب، شکست مذاب، نفوذ ذرات و روان کنندگی تاثیر گذار می باشد. مهم ترین کمک فرآینده ها اکریلیک اشاره کرد.

پرکننده ها

پرکننده تاثیر مستقیم بر قیمت نهایی محصولات تولیدی، پایداری محصولات، تغییر خواص فیزیکی و مکانیکی می باشد. مهم ترین پر کننده، کربنات کلسیم می باشد که باعث مقاومت محصولات در برابر ضربات می گردد.

افزودنی های اختیاری