افزودنی هایی که همزمان بتوانند چند خاصیت یک پلیمر را بهبود دهند، همواره مورد توجه بوده اند. یکی از این افزودنی ها این ماده است که همزمان به عنوان نرم کننده (Plasticizer) و پایدار کننده حرارتی در فرمولاسیون های پایه PVC به کار می رود. ESBO مخفف شده Epoxidized Soybean Oil است و گاها ESO نیز نوشته می شود.

ESBO در کامپاندهای PVC به عنوان استابلایزر ثانویه (در کنار استابلایزر اصلی) به کار می رود، نقش نرم کننده و همچنین لوبریکنت نیز دارد. در واقع به پایداری حرارتی کمک می کند و جریان پذیری کامپاند را بهبود می دهد. علاوه بر این دو مزیت، استفاده از ESBO باعث افزایش پایداری قطعات تولیدی در برابر نور خورشید و به خصوص اشعه فرابنفش آن می شود.

این ماده بر پایه روغن سویا تولید می شود و مخلوطی از اسیدهای چرب است که در یک مرحله اپوکسیده می شوند. با اپوکسیده شدن بخش های غیر اشباع ساختار به گروه های اپوکسی تبدیل می شوند. کیفیت گریدهای مختلف ESBO در گرو انتخاب صحیح اسیدهای چرب و فرایند اپوکسیده کردن می باشد. ESBO با شکل فیزیکی مایع و با رنگ زرد عرضه می شود و محدوده غلظت مصرفی این ماده برای کامپاندهای مختلف در بازه 3-5 phr پیشنهاد می شود.

در بخش بعدی با جزئیات بیشتری در خصوص انتخاب و استفاده از ESBO آشنا خواهیم شد.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.