PVC Stretch wrap

آشنایی با استابلایزر حرارتی ویژه KD Chem برای تولید فیلم های استرچ PVC، گرید LTX 630

فیلم های استرچ PVC کاربرد بسیار زیادی در بسته بندی مواد غذایی و صنعتی دارند. تقریبا در تمامی فروشگاه های بزرگ برای بسته بندی مواد غذایی که به صورت فله یا در ظرف های بدون درب به فروش می رسند، از این فیلم های استرچ استفاده می کنند. همچنین بسیاری از بخش های صنعتی، مانند تولید مبلمان، بسته بندی و ارسال کالاهای خود را به کمک این فیلم ها انجام می دهند. در این بخش محصول ویژه کمپانی KD Chem را که به صورت اختصاصی برای تولید فیلم های استرچ PVC توسعه داده شده است، معرفی خواهیم کرد.

علاوه بر PVC پایه، سه جزء اصلی فرمولاسیون یک استرچ رپ PVC شامل استابلایزر حرارتی مناسب، نرم کننده و روان کننده ها هستند. KD Chem گرید LTX 630 را به صورت وان پک و به همراه بخشی از روان کننده های لازم برای تولید به صورت اختصاصی برای فرمولاسیون محصول استرچ رپ PVC توسعه داده است.

PVC Stretch wrap

LTX 630 استابلایزر حرارتی پایه کلسیم – روی (Ca.Zn) است و در درام های 180 Kg به صورت مایع عرضه می شود. در این خانواده گریدهای ویژه تر LTX 630T و LTX 630Q وجود دارند که گرید T برای شفافیت بیشتر و گرید Q با روان کنندگی بیشتر تولید و عرضه می شود. دانسیته، شاخص انکسار و ویسکوزیته این گرید به منظور تولید راحت فیلم های استرچ رپ تنظیم شده است و هیچگونه اثر منفی بر رنگ و خواص ظاهری فیلم تولیدی ندارد.

پیشنهاد می شود LTX 630 را به همراه کواستابلایزر ESBO در فرمولاسیون فیلم های تولیدی، به منظور دستیابی به اثربخشی بالاتر در پایداری حرارتی مورد استفاده قرار دهید. لازم به ذکر است که این گرید عاری از Bis Phenol A و 2 THA است و ممانعتی به جهت در تماس قرار گرفتن با مواد غذایی نخواهد داشت.

Hydrotalcite

در استفاده از کمک پایدارکننده های حرارتی PVC چه نکاتی را مدنظر قرار دهیم؟

همانطور که در معرفی مقدماتی هیدروتالسیت ها به عنوان کمک پایدارکننده های حرارتی PVC وعده داده شد، در این بخش نکات فنی انتخاب و استفاده از هیدروتالسیت مناسب بیان خواهد شد. در ابتدا می توانید با رجوع به لینک زیر نکاتی را در خصوص معرفی هیدروتالسیت ها مطالعه کرده و سپس با این بخش همراه شوید.

هیدروتالسیت ها با جابجا کردن کلرهای آزاد شده در حین تخریب PVC با ترکیبات کربناتی خنثی، افزایش پایداری حرارتی کامپاند مورد نظر را در پی دارند. در کنار این عملکرد مهم، این کمک پایدارکننده ها، یا همان Co-Stabilizer، عاری از اتم های فلزی سنگین و حتی هالوژن ها هستند و در واقع دوست دار محیط زیست می باشند و خطری برای سلامتی انسان ها نیز ندارند. عناصری چون روی، منیزیم و آلومینیوم در ساختار بلورین هیدروتالسیت ها قرار می گیرند. بر اساس نوع و مقدار عنصر انتخاب شده، مورفولوژی و توزیع اندازه ذرات و بافت بلورین، عملکرد هیدروتالسیت ها تغییر پیدا می کند و گریدهای مختلفی برای کاربری هایی چون کامپاندهای پر شده با فیلر ( مانند پروفیل های درب و پنجره)، کامپاندهای شفاف ( مانند ورق و فیلم های کلندر) و … تجاری سازی شده اند. همچنین بر اساس نسبت مولی عناصری چون منیزیم، روی و آلومینیوم و ظرفیت جذب اتم های کلر، می توان بازدهی هیدروتالسیت ها را در افزایش پایداری حرارتی PVC تنظیم کرد و آن ها را برای انواع کاربری هایی که به مقادیر مختلف پایداری حرارتی نیاز دارند، آماده کرد.

شکل زیر به صورت شماتیک عملکرد هیدروتالسیت ها را در پایدارسازی PVC نشان می دهد. همانطور که در مقاله PVC، پلاستیک کم طاقت در فرآیند شکل دهی نیز اشاره کردیم ، مکانیسم غالب در فرایند تخریب PVC آزاد شدن اتم های کلر است و هیدروتالسیت ها با جذب این ترکیبات مخرب به پایدارسازی قطعه نهایی کمک می کنند.

Hydrotalcite

با توجه به مکانیسم عملکرد هیدروتالسیت ها، این کمک پایدارکننده ها بهترین اثر بخشی را در ترکیب با استابلایزرهای پایه کلسیم، مانند روی/ کلسیم (Ca.Zn) و پایدارکننده های قلعی دارند. اما در مورد نوع PVC، اعم از انواع سوسپانسیونی و امولسیونی، محدودیتی وجود ندارد و هیدروتالسیت ها قابل استفاده هستند. به منظور بدست آوردن غلظت بهینه استفاده از هیدروتالسیت بایستی به کمک آزمون های ارزیابی پایداری حرارتی (مانند استاتیک تست که در بخش قبلی معرفی شد)، میزان بهینه استفاده را بدست آورد. اما برای شروع می توان با جایگزین کردن 1-2 phr از استابلایزر اصلی با هیدروتالسیت کار را آغاز کرد.

قبل از استفاده از هیدروتالسیت ها و در مراحل حمل و نقل این مواد اولیه با ارزش بایستی در نظر داشت که اندازه ذرات هیدروتالسیت ها در مقیاس نانو است و متوسط هر ذره در محدوده 100-500 nm است. بنابراین بایستی در حین انبارش و حمل و نقل حداکثر دقت را به خرج داد تا از کلوخه شدن آن ها جلوگیری شود. چرا که در صورت کلوخه شدن در مراحل کامپاندینگ پخش یکنواخت هیدروتالسیت ها در ماتریس PVC با مشکل مواجه می شود و در نهایت بازدهی آن ها به عنوان کمک پایدارکننده حرارتی کاهش می یابد. همچنین باید در نظر داشت که هیدروتالسیت ها به رطوبت نیز حساس هستند.

PVC Static Test

ارزیابی کمی پایداری حرارتی کامپاندهای PVC

موفق شدیم در آخرین بخش که لینک آن در ادامه قرار داده شده است، در ارتباط با خانواده های مختلف افزودنی های استابلایزر مورد استفاده در افزایش پایداری حرارتی PVC، صحبت کنیم. با توجه به مقالات قبلی، ما می توانیم نوع مناسب پایدارکننده حرارتی یا همان استابلایزر را انتخاب کنیم. باید در نظر داشته باشیم در هر خانواده چندین گرید تجاری توسط شرکت های مختلف عرضه می شوند و مهندسین طراح فرمولاسیون باید بتوانند در مرحله اول گرید مناسب را انتخاب و سپس غلظت بهینه ای از آن را جهت استفاده در کامپاند محصول مورد نظرشان قرار دهند. در این بخش و قسمت بعدی آن در خصوص روش های ارزیابی کارایی پایداری حرارتی استابلایزرها بحث خواهیم کرد.

پایدارکننده های حرارتی ( استابلایزر) PVC، خانواده ای وسیع و متنوع بخش دوم

تا کنون دو روش مهم جهت کمی سازی توان استابلایزرها در افزایش مقاومت حرارتی PVC توسعه داده شده است. روش اول به تست دینامیک و روش دوم استاتیک تست نام دارد. هر روش را با جزئیات بیشتری بررسی خواهیم کرد، اما در همین ابتدا لازم است بدانیم هیچکدام از این تست ها برتری نسبت به دیگری نداشته و تنها باید دقت کرد چنانچه تنها نمونه مورد نظر ما تحت دما قرار دارد، از تست استاتیک و چنانچه علاوه بر دما، نمونه در معرض تنش های مکانیکی – حرارتی نیز قرار دارد، از تست دینامیک استفاده شود. این بخش را با معرفی تست استاتیک همراه خواهیم بود.

در آزمون ارزیابی پایداری حرارتی استاتیک نمونه تولید شده با استفاده از کامپاندی که کاملا منطبق بر فرمولاسیون نهایی قطعه مورد نظر است و حاوی غلظت کافی از استابلایزر است، در معرض دمای ثابت قرار می گیرد و تغییر یکی از دو شاخص زیر مورد ارزیابی قرار می گیرد:

  • تغییر رنگ نمونه ( تست آون)
  • اندازه گیری زمان آزاد شدن هیدروکلریک اسید

نمونه ای که مورد آزمون قرار می گیرد، می تواند به کمک هر یک از روش هایی که در مقاله بازدهی فرمول یک محصول پایه PVC را چگونه ارزیابی کنیم؟ معرفی شدند، تولید شود. اما باید در نظر داشت همه نمونه ها تحت شرایط ثابتی تهیه شوند.

PVC Static Test

در روش آون یا همان بررسی تغییر رنگ نمونه، باریکه هایی از فیلم های تهیه شده از نمونه مورد نظر در دمای ثابتی ( معمولا دمای 170-200 °C) درون آون قرار می گیرند و در زمان های مختلف (برای مثال هر ده دقیقه یک بار) نمونه برداری صورت می گیرد و تغییر رنگ نمونه ها نسبت به یکدیگر ارزیابی می شود. با توجه به اینکه امکان اندازه گیری تغییر رنگ به صورت کمی نیز مهیا ( برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید به روش های ارزیابی کیفیت و ثبات رنگ قطعات تولید شده با PVC) است، بنابراین این روش اطلاعات کاملا کمی را حاصل می کند. این روش بیشتر در کاربری های PVC نرم مورد استفاده قرار می گیرد.

اما در روش تعیین زمان آزاد شدن هیدروکلریک اسید، به تجهیزات پیشرفته تری نیاز داریم. در این روش نمونه حرارت داده می شود و جریان هوا، نیتروژن یا آرگون در محفظه ای که نمونه در آن قرار دارد، وجود دارد. گاز خروجی از محفظه نمونه وارد آب بدون یون می شود و PH این آب مرتبا اندازه گیری می شود. به محض شروع تولید گاز هیدروکلریک اسید PH آب کاهش می یابد. مدت زمانی که طول می کشد اولین کاهش در PH آب رویت شود، همان زمان پایداری استاتیک نمونه PVC مورد آزمون است. این روش بنام دی هیدروکلرینیشن (Dehydrochlorination) نیز شناخته می شود و معمولا برای فرمولاسیون های PVC سخت و کدر، مانند لوله و پروفیل درب و پنجره مورد استفاده قرار می گیرد.

Kd Chem

پایدارسازی حرارتی فیلم های نرم PVC به کمک استابلایزر LX 700

کمپانی KD-Chem، این خوشنام و آوازه کره ای، حدود سه دهه است که تمرکز خود را بر تولید افزودنی های PVC با کیفیت قرار داده است. KD-Chem بزرگترین تولید کننده استابلایزرهای PVC مایع آلی در کره است و به بیش از 30 نقطه دنیا نیز محصولات خود را صادر می کند. یکی از محصولات پر طرفدار KD-Chem خانواده استابلایزرهای مخلوط فلزات مایع این کمپانی است. LX 700 مشهورترین گرید KD-Chem است که مخلوط باریم، کادمیوم و روی (به اختصار Ba.Cd.Zn) و به شکل فیزیکی مایع شفاف زرد رنگ در درام های 200 لیتری عرضه می شود.

Kd Chem

KD-Chem تمامی ملاحظات فنی را در خصوص طراحی گرید LX 700 در نظر گرفته است و به صورت هنرمندانه ای مخلوطی One Pack تهیه کرده است که به صورت همزمان می تواند مقاومت حرارتی فرمول بر پایه PVC را افزایش دهد، رنگ محصول را ثابت نگهدارد، زمان ژل شدن را کاهش دهد و مانند وکس و روان کننده به جریان پذیری فرمول کمک می کند. LX 700 بهترین عملکرد را در ترکیب با ESBO (Epoxidized Soybean Oil) دارد. این گرید اجزای فراری ندارد و مهاجرت اجزای آن به سطح صفر است. مهمترین محصولاتی که LX 700 به خوبی می تواند مقاومت حرارتی آن ها را افزایش دهد، شامل انواع فیلم و ورق های سخت و نرم PVC است که به کمک روش های کلندرینگ و … تولید می شوند. میزان مصرف LX 700 بر اساس نوع محصول و میزان پایداری حرارتی مورد نیاز 1-3 phr است.

استابلایزر PVC

پایدارکننده های حرارتی – استابلایزر PVC ، خانواده ای وسیع و متنوع

اگر هنوز با خانواده های مختلف پایدارکننده های حرارتی PVC و انواع آن ها کاملا بیگانه هستند، به دو مقاله قبلی این موضوع در لینک های زیر رجوع کنید. در این بخش ها سعی شد به صورت مقدماتی انواع پایدارکننده های حرارتی، نحوه انتخاب و تاثیر مقررات زیست محیطی بر توسعه آن ها شرح داده شود.

پایدارکننده حرارتی PVC و هر آنچه باید در حین انتخاب در نظر گرفت

پایدار کننده های حرارتی PVC – بخش دوم : انواع پایدار کننده ها

برای آنکه PVC بتواند در دمای فرایند شکل دهی طاقت بیاورد، حداقل باید با یک پایدارکننده حرارتی مناسب یا همان استابلایزر مخلوط شود. وجود استابلایزرها در فرمولاسیون کامپاند PVC محصولات مختلف از جدا شدن اتم کلر جلوگیری می کند، اسید هیدروکلریک تولیدی را خنثی می کند، مانع از تغییر رنگ محصول می شود و امکان شکل دهی محصول در دماهای بالا را فراهم می کند.

این روزها دو گروه مهم، پر مصرف و پر بازده پایدارکننده ها، شامل پایدارکننده های پایه سرب و کادمیوم، به دلایل محدود کننده زیست محیطی و مخاطرات سلامتی، کمتر مورد اقبال صنایع پیشرو هستند. گروه های جایگزین این استابلایزرها انواع کلسیم/ زینک، باریم/ زینک، منیزیم/ زینک، کلسیم/ منیزیم/ زینک، پتاسیم/ زینک، قلع، پایدار کننده های آلی و … هستند. انتخاب استابلایزر مناسب و جایگزین برای استابلایزرهای سربی و کادمیومی کار سختی است و به شرایط فرایند تولید، الزامات کاربردی محصول ( مانند شفافیت، قرار گرفتن در تماس با مواد غذایی، تابش نور خورشید، حضور دیگر افزودنی ها، نوع PVC پایه و …)، الزامات اقتصادی و محیط زیستی بستگی دارد.

اما این نوشتار و بخش بعدی آن سعی دارد گستردگی و تنوع انواع استابلایزرهای هر گروه را بررسی کند. باید دقت داشت، برای مثال خانواده پایدارکننده های حرارتی سربی خود شامل چند گرید و گونه مختلف هستند و برای کاربری مورد نظر بایستی گونه مناسب را انتخاب کرد.

پایدارکننده های پایه سرب

این پایدارکننده ها به صورت مخلوط ترکیبات پایه سرب با انواع وکس ها و روان کننده ها عرضه می شوند. بخش سربی مخلوط به صورت ترکیبات سرب استئارات، سرب سولفات، سرب فتالات، سرب فسفیت و سرب فومارات ( Lead fumarate) تولید می شوند. درصد سرب در مخلوط نهایی و نوع ترکیب سرب دو پارامتر مهم تعیین کننده کارایی استابلایزر است. برای مثال استابلایزر های سرب فومارات اثر پایدارکنندگی بسیار قوی دارند، یا انواع سرب فسفیت همراه با پایدارکنندگی حرارتی، افزایش دهنده مقاومت نوری محصول در برابر تابش اشعه خورشید نیز هستند. پایدارکننده های سربی در تمامی صنایع مصرف کننده PVC سابقه حضور دارند. گرچه پایدارکننده های سربی در بسیاری از کشورهای جهان با محدودیت هایی برای استفاده روبرو هستند، اما نسبت عملکرد به هزینه بالایی دارند و گزینه های جایگزین آن ها را باید با درصد های بیشتری به مصرف رساند.

استابلایزر PVC

مخلوط های فلزی

گروه مهمی از پایدارکننده های پر رونق امروزی و قابل جایگزین با انواع سربی، گروه مخلوط های فلزی مانند کلسیم/ زینک ها هستند. دیگر انواع مورد استفاده در این بخش، فلزاتی مانند منیزیم، باریم و … هستند. این گروه به صورت پودرهای جامد و مایع وجود دارند و به صورت مخلوط های نهایی همراه با روان کننده ها و وکس ها، اصطلاحا به صورت One pack عرضه می شوند. ترکیبات فلزی موجود در این پایدارکننده های حرارتی انواع استئارات، اولئات (Oleate)، اوکتات (Octotate) یا بنزوات هستند. مانند پایدارکننده های سربی دقت در انتخاب گرید مناسب الزامی است. این پایدارکننده ها اکثر کاربردهای PVC را مانند پروفیل و لوله، کفپوش، سیم و کابل، و … پوشش می دهند.

استابلایزر PVC

در بخش بعدی این نوشتار با جزئیات دیگر گروه های پایدارکننده حرارتی PVC آشنا خواهیم شد.

مقررات زیست محیطی، تعیین کننده اندازه بازار پایدارکننده های حرارتی PVC

در بخش قبلی این مقاله با انواع پایدارکننده حرارتی PVC ( یا استابلایزر حرارتی) و مکانیزم عملکرد آن ها آشنا شدیم.

مقررات زیست محیطی، تعیین کننده اندازه بازار پایدارکننده های حرارتی PVC

می توان گفت PVC تمام مزایای یک پلاستیک ارزان قیمت را، از جمله سفتی و سختی خوب در دمای اتاق ( برای انواع سخت) و همچنین نرمی و انعطافپذیری ( در مورد انواع نرم)، مقاومت شیمیایی خوب در برابر بسیار از حلال ها، پایداری ابعادی، جوش پذیری، مقاومت در برابر شرایط جوی و هوازدگی، امکان تولید قطعات شفاف، امکان استفاده در کاربری های در تماس با مواد غذایی، پایداری خوب در برابر شعله و آتش و … دارد. همچنین طیف گسترده ای از افزودنی های مختلف نیز برای این پلاستیک توسعه داده شده اند و به کمک آن ها می توان فرایند تولید PVC را بهینه کرد ( مانند افزودنی های کمک فرایند و پایدارکننده های حرارتی)، یا خواص ویژه ای را در قطعه نهایی ایجاد کرد.

یکی از مهمترین افزودنی های PVC خانواده پایدارکننده های حرارتی این پلاستیک هستند. این بخش وضعیت مصرف مهمترین گروه های پایدارکننده حرارتی را بررسی می کند. می توان گفت در حال حاضر چهار گروه مهم از پایدار کننده های حرارتی بیشترین سهم استفاده را در بین انواع مختلف دارند:

  • پایدارکننده های سربی
  • پایدارکننده های کلسیم/ روی (Ca.Zn)
  • پایدارکننده های باریم/ روی (Ba.Zn)
  • پایدارکننده های پایه قلع (Organotin)

می توان گفت گروه پنجم لیست بالا پایدارکننده های حرارتی پایه کادمیوم (Cd) مانند باریم/ کادمیم (Ba.Cd)، باریم/ کادمیم/ روی (Ba.Cd.Zn) و حتی باریم/ کادمیم/ سرب هستند که امروزه مصرف محدودی دارند. هر چند در کشورهای در حال توسعه و حتی ایران نیز پایدارکننده های حرارتی پایه کادمیم همچنان مورد توجه هستند. هم اکنون از نگاه جهانی اندازه بازار هر گروه از پایدارکننده ها و با صرفنظر از گروه کادمیوم به قرار نمودار زیر است:

مقررات زیست محیطی، تعیین کننده اندازه بازار پایدارکننده های حرارتی PVC الگوی مصرف پایدارکننده های حرارتی در کشورهای مختلف دنیا متفاوت نیز هست. برای مثال کشورهای عضو اتحادیه اروپا در سال ۲۰۰۰ میلادی تصمیم گرفتند نیمی از پایدارکننده های سربی را تا سال ۲۰۱۰ میلادی با انواع کلسیم/ روی جایگزین کنند و پایدارکننده های حاوی کادمیوم را کاملا حذف کنند. جدول زیر نتیجه تلاش های کشورهای اتحادیه اروپا را نشان می دهد. همانطور که در جدول دیده می شود، مصرف پایدارکننده های حرارتی کلسیم/ روی رشد قابل توجه پیدا کرده است.

مقررات زیست محیطی، تعیین کننده اندازه بازار پایدارکننده های حرارتی PVC

موتور محرک ایجاد تغییر در میزان مصرف پایدارکننده ها قوانین محدود کننده زیست محیطی بوده است. برای مثال در سال ۱۹۹۵ میلادی، آژانس حفاظت محیط زیست سوئد ترکیبات حاوی روی را نیز در فهرست مواد شیمیایی مضر برای اکوسیستم های شامل آب قرار داد. در مورد سایر پایدارکننده ها از جمله کلسیم و ترکیبات قلع محدودیت زیست محیطی خاصی وجود ندارد.

پس از اتحادیه اروپا، کشورهای منطقه آمریکای شمالی اقدامات موثری در حوزه محدود سازی مصرف پایدارکننده های حرارتی پایه سرب و کادمیوم انجام داده اند. می توان گفت تمرکز فعلی کشورهای دغدغه مند در حوزه محیط زیست جایگزینی پایدارکننده های سربی و حاوی کادمیوم با انواع کلسیمی و پایه قلع است.

Heat stabilizer 2

پایدارکننده های حرارتی PVC | بخش دوم – انواع پایدارکننده ها

در حال حاضر 4 گروه مهم پایدارکننده های حرارتی برای PVC تجاری سازی شده اند. در ادامه هریک از این گروه ها را بررسی خواهیم کرد.

ترکیبات فلزات

نمک های اسیدی آلی که حاوی فلزات باریم، کادمیوم، کلسیم و روی هستند در کنار زنجیره 8 تا 18 کربنی اسید کربوکسیلیک به عنوان پایدارکننده حرارتی در بسیاری از کاربرد ها استفاده می شوند. این ترکیبات در حالت جامد و مایع هستند. آلیفاتیک بودن زنجیره کربنی بسیار مهم است، چراکه انواع آروماتیک به دلیل تهدیدات سلامتی کمتر به کار می روند.

ترکیبات آلی بر پایه قلع

عملکرد این گروه که ساختارهای قلع – کربن دارند، به ساختار گروه آلی وابسته است. این گروه عملکرد پایدارسازی مناسبی دارند و همچنین حداقل تداخل را با سایر افزودنی های موجود در فرمولاسیون PVC نهایی دارند.

نمک و صابون های سرب

این گروه بهترین عملکرد پایدارسازی در برابر حرارت در طولانی مدت را دارد. از طرف دیگر این خانواده از پایدار کننده ها نسبت عملکرد به هزینه بسیار بالایی دارند. کامپاندهای PVC پایدار شده با سرب پایداری قابل قبولی در برابر نور و حرارت دارند. این گروه در کاربری پروفیل های درب و پنجره موجب تغییر رنگ محصول می شوند. هرچند در حال حاضر پایداکننده های بر پایه سرب در حال جایگزینی با ترکیبات فلزی هستند.

سیستم های کلسیم – روی

این سیستم ها شامل استئارات های کلسیم و مقادیر کمی از صابون های روی هستند. این گروه در حالت های مایع و پودر وجود دارند و در کامپاندهای PVC سخت به کار می روند. ویژگی مهم این خانواده این است که می توانند در تماس با مواد غذایی قرار بگیرند. برای نمونه، طبق استاندارد US-FDA استفاده از این پایدارکننده ها را برای کاربری هایی که محصول PVC در تماس با مواد غذایی قرار میگیرد، بلامانع اعلام کرده است.

Heat stabilizer application

علاوه بر پایدارکننده های حرارتی مختلف ذکر شده در بالا، پایدارکننده های دیگر نظیر فسفیتهای آلکیلی، کامپاندهای اپوکسی، کتون ها، استرها، فنولیک ها و پلی ال ها نیز تست و بررسی شده اند اما رویکرد تجاری فعلی به سمت استفاده از ترکیبات فلزاتی چون باریم/ روی، کلسیم /روی و … است.

 

کمک فرآیندهای اکریلیکی

پایدارکننده حرارتی PVC و هر آنچه باید در حین انتخاب در نظر گرفت

PVC یک پلاستیک پر مصرف و همچنین دارای فرمولاسیون های متنوع و بعضاً پیچیده است. اجزای ضروری یک کامپاند PVC، پایدارکننده حرارتی ، کمک فرآیند و اصلاح کننده ضربه است. در سایر موارد بخش های دیگر مانند عوامل فوم زا، نرم کننده ها و … باتوجه به نوع کاربری به فرمولاسیون پایه اضافه می شوند. معمولاً مهندسان طراح کامپاندهای PVC از phr به عنوان واحدی برای بیان غلظت اجزای مختلف فرمول استفاده می کنند. در ادامه نکات حائز اهمیت در انتخاب نوع پایدارکننده حرارتی بیان خواهد شد.

یک معیار خیلی خوب برای ارزیابی کارایی پایدارکننده حرارتی و یا بررسی برهمکنش سایر اجزای فرمولاسیون کامپاند PVC با پایدارکننده حرارتی، بررسی تغییر رنگ کامپاند در اثر قرار گرفتن در فرآیند تولید است. عوامل نامبرده در زیر بایستی در انتخاب نوع پایدارکننده در نظر گرفته شوند:

  • نوع رزین پایه (گرید PVC):

فرآیند تولید رزین PVC (برای مثال سوسپانوسیون، امولسیون یا پلیمریزاسیون بالک) و همچنین بقایای کاتالیست و افزودنی های لازم برای فرآیند تولید در پایدارسازی کامپاند نهایی موثر است. همچنین استفاده از کومنومرها در تولید نیز می تواند بر انتخاب پایدارکننده مناسب اثر گذار باشد.

رزین PVC

رزین PVC

  • اصلاح کننده ضربه و کمک فرایندها

CPE و پلیمرهای اکریلیکی مهمترین اصلاح کننده های ضربه PVC هستند. خوشبختانه این گروه ها اثر منفی بر افزودنی های پایدارکننده مقاومت حرارتی ندارند. اما برای مثال در مورد ABS، وجود گروه های نیتریل پایداری حرارتی را کاهش می دهد.

همچنین کمک فرآیندهای اکریلیکی نیز تاثیر منفی بر عملکرد پایدارسازی حرارتی افزودنی ها ندارند.

کمک فرآیندهای اکریلیکی

کمک فرآیندهای اکریلیکی

  • نرم کننده

انواع مختلف نرم کننده های مورد استفاده در کامپاندهای PVC نرم مانند فتالات ها، استرها و انواع زیست سازگار تاثیری بر انتخاب سیستم پایدار کننده حرارتی ندارد. اما در این میان دو استثنا وجود دارد:

  • در استفاده از پارافین های کلرینه شده بایستی مقدار بیشتری از پایدارکننده های کلسیم/روی و باریم/روی استفاده شود.
  • نرم کننده های پایه اپوکسی، مانند Epoxidized Soybean، اثر پایدارسازی حرارتی دارند.

 

  • فیلر و تقویت کننده

برای دست یابی به خواص مورد نظر یا کاهش قیمت تمام شده از فیلر های مختلف استفاده می شود. در این میان کلسیم کربنات، سیلیکا و هیدرات های آلومینیوم (ATH) از مهمترین پر کننده های PVC هستند. با افزایش غلظت کلسیم کربنات یا ATH در یک کامپاند PVC بایستی مقدار پایدارکننده های پایه فلزات افزایش پیدا کنند.

  • پیگمنت ها

در مورد پیگمنت ها و دای ها، به دلیل تنوع بیشمار آن ها قانون کلی در انتخاب سیستم پایدار کننده حرارتی وجود ندارد. در هنگام استفاده از این افزودنی ها بایستی عملکرد سیستم پایدارکننده را بررسی نمود. برای مثال در مورد پیگمنت های فلوئورسنت استفاده از سیستم های پایه روی مناسب تر است.

  • سایر افزودنی ها

بر اساس نوع کاربری انواع افزودنی های فوم زا، تنظیم کننده ویسکوزیته پلاستیسول ها، آنتی میکروبیال، آنتی استاتیک، ضد مه و پایدارکننده های نوری و … استفاده می شود. در هر مورد بایستی ابتدا عملکرد سیستم پایدارکننده در حضور این افزودنی ها چک شود. برای مثال در کامپاندهای حاوی افزودنی های آنتی استاتیک، بایستی مقدار پایدارکننده را افزایش داد. یا جاذب های اشعه UV در واکنش با پایدارکننده ها دانه های رنگی ایجاد می کنند.

 

پایدار سازی حرارتی PVC

مروری بر پایدارسازی حرارتی PVC – بخش اول

PVC، پلاستیک کم طاقت در فرآیند شکل دهی

پلی وینیل کلراید یا به اختصار PVC، یکی از قدیمی ترین پلیمرهای تولیدی دنیا و همچنین ایران است. پتروشیمی آبادان با همکاری شرکت های آمریکایی، و پتروشیمی بندر امام یا ایران-ژاپن سابق، که ماحصل همکاری شرکت ملی پتروشیمی ایران و شرکت میتسویی کمیکال ژاپن است، قدیمی ترین تولید کننده های PVC در ایران هستند. امروزه PVC پس از پلی اتیلن و پلی پروپیلن، بیشترین سهم تولید و مصرف را در بین پلیمر های دنیا در صنایع گوناگونی مانند ساختمان، آبرسانی، لوازم خانه و … دارد.

پایدار سازی حرارتی PVC

تخریب و تغییر رنگ PVC با افزایش دفعات اکستروژن در صورت اضافه نشدن پایدارکننده حرارتی

قیمت کم مهمترین مزیت PVC است و در کنار این مزیت مهم، ناپایداری در دماهای بالا مهمترین ایراد وارد بر این پلاستیک است. در حقیقت PVC در دماهای بالا تخریب می شود و نتیجه این تخریب، تولید گاز اسیدی، سمی و مخرب HCl است. جدا شدن اتم کلر از زنجیره PVC و تشکیل گاز HCl یک واکنش خودکاتالیستی است که منجر به تشکیل پیوندهای دوگانه غیر اشباع در زنجیره این پلیمر می شود. این واکنش از اتم های کلر موجود در نواقص ساختاری زنجیره PVC شروع می شود. مهمترین نواقص ساختاری زنجیره PVC، اتم های کلر متصل به کربن های نوع سوم و اتم های کلر انتهایی زنجیر و متصل به گروه های آلیلیک هستند.

نواقص ساختاری زنجیره PVC

نواقص ساختاری زنجیره PVC

نتیجه این واکنش تغییر رنگ محصول تولیدی به رنگ زرد و حتی در صورت تخریب زیاد، قهوه ای و سیاه است. با پیشرفت این واکنش در کنار تغییر رنگ، خواص فیزیکی – مکانیکی پلیمر نیز تضعیف می شود.

 

واکنش تخریب PVC

تا زمان پیدایش پایدارکننده های حرارتی، PVC کاربرد زیادی پیدا نکرد. اما امروزه گروه های مختلفی از پایدارکننده های حرارتی جهت توسعه کاربردهای PVC تجاری شده اند. مهمترین پایدارکننده های مورد استفاده نمک های سرب، صابون های فلزی و ترکیبات قلع هستند. نمک های سرب علیرغم کارایی بالا، به دلیل آثار مخرب زیست محیطی محدودیت هایی در استفاده دارند. این پایدارکننده ها توسط مکانیسم های مختلفی مانند جلوگیری از جدا شدن اتم کلر، جذب و تبدیل کلر جدا شده به ترکیبات غیر فعال پایداری PVC در دماهای بالا را تضمین می کنند.
مهمترین معیارهای انتخاب یک پایدارکننده مناسب سازگاری با PVC، بدون رنگ، سمی نبودن و سازگاری با محیط زیست، بدون بو، عدم برهمکنش با محتوی در تماس با PVC و همچنین تضعیف نکردن خواص فیزیکی – مکانیکی PVC است.
پایدارکننده های حرارتی PVC بر اساس عملکرد به پایدارکننده های اولیه و ثانویه، و بر اساس ساختار به دو خانواده آلی و معدنی تقسیم می شوند.
در بخش بعدی انواع مختلف پایدارکننده های مورد استفاده در تولید قطعات PVC معرفی خواهند شد.

سرمایه گذاری مشترک شرکت های Indofil و Reagens برای تولید افزودنی های پایدارکننده سبز