نوشته‌ها

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.

روان کننده PVC

چگونه عملکرد روان کننده های مورد استفاده در تولید محصولات PVC را ارزیابی کنیم؟

در بخش ابتدایی این مقاله با ساختارهای شیمیایی روان کننده ها یا همان لوبریکنت های مورد استفاده در بخش های مختلف صنعت PVC آشنا شدیم. برای آشنایی با عملکرد و ساختار روان کننده ها به لینک زیر مراجعه کنید و جهت آشنایی با روش های ارزیابی عملکرد این افزودنی ها، این بخش را دنبال کنید.

بهبود خواص و شکل دهی راحت تر PVC به کمک روان کننده ها

آزمون های فیزیکی و شیمیایی مختلفی برای ارزیابی عملکرد و انتخاب گرید مناسب روان کننده ها می توان قرار داد. در این میان یک نکته بسیار مهم وجود دارد و این است که هرگز نباید دو گرید مختلف روان کننده را ( چه از نظر پایه شیمیایی و چه گریدهای با ساختار شیمیایی یکسان اما با خواص فیزیکی مختلف) در درصدهای مصرف یکسان ارزیابی کرد. در حقیقت مبنای اصلی درصد استفاده از هر گرید در آزمون ارزیابی، بایستی پیشنهاد و توصیه تولید کننده روان کننده باشد. برای مثال روان کننده های پایه استری در درصد های استفاده بالا می توانند تاثیرات منفی بر محصول و دستگاه تولید ( برای مثال تولید اسید) بگذارند.

مهمترین پارامترهای فیزیکی که می توان در حین انتخاب روان کننده ها بررسی کرد، عبارتند از:

  • دانسیته
  • شاخص پراکنش نور
  • نقطه ذوب
  • نقطه ریزش و جاری شدن
  • نقطه جامد شدن
  • اندازه و توزیع ذرات
  • ویسکوزیته مذاب
  • رنگ
  • فراریت
  • ناخالصی های مشهود
  • خالص بودن شیمیایی
  • وزن مولکولی و توزیع آن

در کنار خواص فیزیکی ذکر شده در بالا، مهمترین خواص شیمیایی که می توان در مورد روان کننده ها اندازه گیری کرد، عبارتند از:

  • میزان اسیدیته و اسید آزاد موجود در ساختار
  • مقدار گروه های استری
  • عدد یدین (Iodin number) که نشانگر تعداد پیوندهای دوگانه موجود در ساختار روان کننده است و تعیین کننده رنگ روان کننده است.
  • عدد هیدروکسیل

اندازه گیری مشخصه های معرفی شده در بالا شاید زمان بر، مشمول هزینه و نیازمند دانش تخصصی برای تفسیر نتایج آن ها باشد. روش های ساده تری که به کمک آن ها می توان کیفیت روان کننده های مورد استفاده در محصولات PVC را بررسی کرد عبارتند از:

  • اندازه گیری درجه ژل ساختار PVC، روان کننده مورد استفاده نه تنها نباید میزان و زمان ژل شدن محصول را تحت تاثیر قرار دهد، بلکه باید فرایند ژل شدن را تسریع کند و همچنین مقدار آن را افزایش دهد. روش های تعیین درجه ژل محصولات PVC را می توانید در لینک زیر مطالعه کنید.

میزان ژل شدن PVC ، تعیین کننده خواص قطعات پلیمری تولیدی

  • اندازه گیری گشتاور لازم برای ذوب و اختلاط کامپاند PVC در دستگاه شکل دهی یا در مخلوط کن داخلی، صرفنظر از نوع روان کننده که می تواند داخلی یا خارجی باشد، گریدهای کارای روان کننده بایستی بتوانند گشتاور لازم برای شکل دهی کامپاند PVC مورد نظر را کاهش دهند.
  • بهبود کیفیت سطح محصول و افزایش براقیت
  • بهبود پخش دیگر افزودنی ها مانند پایدارکننده حرارتی، کمک فرایند، تقویت کننده، رنگدانه، و …

باید دقت داشت روان کننده تنها بخش کوچکی از فرمولاسیون محصول تولیدی است و برای دستیابی به خواص مورد نظر و محصول با کیفیت، بایستی تمامی اجزا به درستی انتخاب شده باشند و شرایط تولید در بهینه ترین حالت ممکن باشد.

روان کننده PVC

بهبود خواص و شکل دهی راحت تر PVC به کمک روان کننده ها

یکی از مهمترین افزودنی های مورد استفاده در فرمولاسیون محصولات مختلف PVC، خانواده روان کننده ها یا همان لوبریکنت ها هستند. نام دیگر این خانواده، البته به اشتباه، وکس نیز می باشد. می توان گفت هیچ کاربری برای PVC نمی توان متصور شد که به لوبریکنت نیازی نداشته باشد. در برخی اوقات لوبریکنت ها به صورت ترکیب شده با استابلایزر و به اصطلاح، One pack، به کار می روند و در دیگر موارد به صورت جداگانه به فرمولاسیون اضافه می شوند. با توجه اهمیت انتخاب لوبریکنت مناسب و همچنین متنوع بودن ساختار این گروه از افزودنی های PVC، در سلسله مقالاتی با لوبریکنت ها آشنا خواهیم شد.

مهمترین مزایای استفاده از لوبریکنت ها در کامپاندهای PVC عبارتند از:

  • افزایش محدوده دمایی فرایند شکل دهی
  • بهبود فرایند ذوب و ژل شدن PVC
  • بهبود خواص فیزیکی – مکانیکی محصولات تولیدی
  • بهبود رفتار چسبندگی به دیواره اکسترودر
  • بهبود جدا شدن از قالب
  • کاهش گشتاور و تنش برشی لازم برای اختلاط اجزا
  • کاهش فشار عملیاتی در فرایند شکل دهی
  • کاهش ویسکوزیته مذاب
  • بهبود یکنواختی و اختلاط اجزا
  • بهبود کیفیت سطح قطعات تولیدی، مانند براقیت
  • کاهش رسوب افزودنی ها و مشکلات رهایش آن ها (Plate out)
  • بهبود پایداری ابعادی قطعات و تورم دای
  • بهبود آب رفتگی و یکنواخت تر شدن آن

همانطور که از لیست بالا بر می آید مشخص است که لوبریکنت ها با اضافه شدن مقدار بسیار کمی به فرمولاسیون مورد نظر، اثرات بسیار مهمی می توانند ایجاد کنند و در حقیقت در مقایسه با دیگر افزودنی ها می توان گفت اثر پروانه ای دارند. به همین دلیل انتخاب مجموعه لوبریکنت ها بسیار مهم است.

همانطور در ابتدا گفته شد در برخی موارد به خانواده لوبریکنت ها به اشتباه وکس نیز اطلاق می شود. اما باید گفت وکس ها خانواده محدودی از لوبریکنت ها هستند و دارای ویژگی های زیر و متمایز با لوبریکنت ها می باشند:

  • در دمای پایین، برای مثال ۲۰°C قابلیت شکل دهی دارند.
  • شکننده و جامد هستند.
  • ساختار بلورین دارند.
  • کدر یا شفاف هستند، اما درخشنده نیستند.
  • ویسکوزیته بسیار کمی دارند.

روان کننده PVC

خانواده لوبریکنت ها بسیار بسیار متنوع است و تقریبا می توان گفت هیچ لوبریکنتی را نمی توان یافت که به صورت خالص و از یک پایه شیمیایی و مشابه با نوع دیگر باشد. برای مثال اکثر لوبریکنت ها از منابع طبیعی مانند چربی ها و روغن ها به دست می آیند. بنابراین ساختار آن ها به شدت به منبع استخراج بر می گردد. همچنین در مورد وکس های پلی اتیلن که گروهی از لوبریکنت ها هستند، وزن مولکولی و توزیع آن ها در گونه های مختلف متفاوت است و کمتر می توان دو وکس مشابه پیدا کرد.

مهمترین گروه های روان کننده ها به لحاظ ساختار شیمیایی عبارتند از:

  • الکل های چرب (Fatty alcohols)، مانند Stearyl alcohol
  • اسید استرها (Dicarboxylic acid ester)، مانند Distearyl phthalate
  • اسیدهای چرب (Fatty acid)، مانند اسید استئاریک و Montanic acid
  • اسید – آمیدها، مانند EBS (Ethylene Bis Stearamide)
  • صابون های فلزی، مانند کلسیم استئارات، زینک استئارات، منیزیم استئارات
  • استرها مانند Pentaerythritol adipate stearate
  • وکس های پلی اتیلن اکسیده شده (Oxidized PE wax)
  • وکس های پلی اتیلن (PE wax)
  • پارافین وکس ها (Paraffin wax)

در بخش های بعدی با هریک از گروه ها بیشتر آشنا خواهیم شد.

روش غوطه وری

میزان ژل شدن PVC تعیین کننده خواص قطعات تولیدی

همه می دانیم PVC سومین پلاستیک پر مصرف در سراسر جهان است. اگر قوانین محدوده کننده کاربردهای این پلاستیک به دلیل مسائل زیست محیطی و مخاطرات سلامتی وضع نمی شد، شاید الان PVC پر مصرف ترین پلاستیک دنیا بود. این پلاستیک محبوب نسل های گذشته و البته ارزان قیمت فعلی، فرایند تولید خاص و پیچیده ای دارد. در حقیقت PVC به دلیل مقاومت حرارتی کم و همچنین خاصیت چسبندگی به دیواره ماشین آلات تولید قطعات، فرایند تولید ویژه ای دارد و به افزودنی های خاص در ترکیب خود به منظور دست یابی به خواص فیزیکی – مکانیکی مناسب، نیاز دارد. یکی از مهمترین معیارهای ارزیابی مناسب بودن فرایند شکل دهی PVC، درجه ژل شدن آن است.

در تمامی کاربردهای PVC کیفیت قطعه تولید شده به شدت به نحوه ذوب شدن PVC و اختلاط آن با سایر افزودنی ها و اجزای موجود در فرمولاسیون بستگی دارد. کیفیت فرایند تولید PVC تعیین کننده درجه ژل یا ذوب آن است که این پارامتر به صورت مستقیم کیفیت قطعات تولیدی را تعیین می کند. علاوه بر نوع فرایند شکل دهی (مانند تزریق، اکستروژن لوله، اکستروژن فیلم و …)، دمای عملیات شکل دهی موثرترین پارامتر تعیین کننده درجه ژل شدن PVC است. برای مثال اگر دمای فرایند شکل دهی پایین باشد، میزان ژل شدن PVC کم خواهد بود و همچنین اگر این دما بالا باشد، می تواند منجر به تخریب ساختار PVC و کاهش خواص فیزیکی – مکانیکی آن شود.

به دلیل اهمیت بالای درجه ژل در تعیین خواص قطعات تولیدی بر پایه PVC، امروزه روش های کمی جهت محاسبه این پارامتر توسعه داده شده اند. در ادامه این نوشتار با این روش ها آشنا می شویم، چراکه تعیین درجه ژل PVC می تواند معیاری برای انتخاب افزودنی های مناسب نیز، برای مثال کمک فرایندها، باشد.

روش غوطه وری

این روش مطابق استاندارد ASTM D2152 انجام می شود. به این منظور تکه ای از قطعه تولیدی بدون وارد شدن شوک دمایی، جدا شده و در استون با کیفیت و بدون رطوبت، برای بیست دقیقه قرار داده می شود. پس از پایان آزمون قطعه بایستی عاری از هر گونه نفوذ حلال به بخش های مختلف قطعه و انحلال PVC باشد. در روشی دیگر و بر اساس استاندارد ISO 9852 از حلال دی کلرومتان به جای استون استفاده می شود. در حقیقت قطعه به مدت ۳۰ دقیقه در حلال قرار داده می شود و نبایستی آثاری از حمله دی کلرومتان بر سطوح مختلف قطعه مورد نظر وجود داشته باشد. تصویر زیر نمونه ای از تخریب های حاصل از حلال را نشان می دهد.

روش غوطه وری

استفاده از DSC

روش های ذکر شده در بالا به استفاده از حلال های سمی نیاز دارند، اما به کمک دستگاه پر کاربرد DSC، یا همان گرماسنجی روبشی تفاضلی که ترجمه شده عبارت Differential Scanning Calorimetry است، روشی مطمئن و با قابلیت کمی سازی به منظور محاسبه درجه ژل PVC پس از فرایند تولید توسعه داده شده است. در این روش مقدار بسیار کمی از قطعه مورد نظر در دستگاه DSC از دمای اتاق تا ۲۴۰ °C با نرخ حرارت دهی ۲۰ °C/min حرارت داده می شود. در حقیقت باید گفت دستگاه DSC می تواند میزان بلورچه یا همان کریستال های ناشی از فرایند ذوب و همچنین بخشی از ساختار که در فرایند تولید ذوب یا ژل نشده است را مشخص کند. به این ترتیب می توان درجه ژل PVC را تعیین کرد. همانطور که در نمودار حاصل از DSC در شکل زیر دیده می شود، بخش A مربوط به قسمت های ذوب شده در فرایند تولید و بخش B جزئی از ساختار است که به صورت ژل نشده باقی مانده است. درجه ژل نیز بر اساس فرمول ارائه شده در زیر محاسبه می شود.

 

استفاده از DSC

فرمول محاسبه درجه ژل:

فرمول محاسبه درجه ژل

تعیین دمای مناسب شکل دهی و دست یابی به میزان ژل بالا در قطعات PVC تعیین کننده کیفیت محصولات تولیدی و خواص فیزیکی – مکانیکی آن است.

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.

افزودنی های کمک فرایند PVC

افزودنی های کمک فرایند PVC

در بخش قبلی با عملکرد و انواع ایمپکت مودیفایرها آشنا شدیم.  یکی از افزودنی های مورد مصرف در تولید محصولات بر پایه PVC که از نظر ساختار شیمیایی شبیه به ایمپکت مودیفایرها هستند، خانواده افزودنی های کمک فرایند هستند و اکثر کمک فرایندها نیز بر پایه پلیمرهای اکریلیک هستند. بیشتر کمک فرایندها ساختارهای خطی پلیمرهای اکریلیک با جرم مولکولی متوسط و بالا هستند. کمک فرایندها با بهبود فرایند ذوب PVC به کیفیت قطعات تولیدی کمک می کنند. در حقیقت طبیعت شیمیایی PVC از نوع پلیمرهایی است که دچار سرخوردگی در دیواره و پیچ اکسترودر می شوند.

افزودنی های کمک فرایند PVC

در حقیقت کمک فرایندهای اکریلیک باعث ایجاد اصطکاک در PVC و انتقال تنش و حرارت در این پلاستیک می شوند و نتیجه حضور این افزودنی ایجاد مخلوط یکنواخت ذوب شده است. استفاده از کمک فرایندها در فرمولاسیون PVC مزایای زیر را به همراه دارد:

  • بهبود فرایند ذوب و ژلینگی PVC
  • افزایش ویسکوزیته و استحکام مذاب
  • بهبود یکنواختی فرمولاسیون
  • کاهش و ایجاد یکنواختی در دانسیته محصولات فومی
  • جلوگیری از ایجاد اعوجاج سطحی و بهبود براقیت سطح
  • جلوگیری از وقوع پدیده شکست مذاب
  • کاهش فیوژن تایم ( Fusion Time )

همچنین وجود کمک فرایندها می تواند میزان تورم دای (Die Swelling) را افزایش دهد و تغییراتی در آبرفتگی (Shrinkage) قطعات تولیدی ایجاد کند. حضور کمک فرایندها در دو گروه محصولات PVC بسیار مهم و اثر بخشی بسیار بالایی دارد. در حقیقت حضور افزودنی های کمک فرایند در تولید محصولات حاوی فوم، مانند فوم بردها و لوله های حاوی لایه فوم، منجر به دستیابی به ساختار فوم یکنواخت و کاهش دانسیته محصول می شود و در این محصولات از کمک فرایندهای با جرم مولکولی بالا استفاده می شود. چنانچه به اطلاعات بیشتری در مورد فوم بردها نیاز دارید به مقاله فوم برد PVC رجوع کنید. همچنین حضور کمک فرایندها در محصولات تزریقی PVC با بهبود ژلینگی به کاهش زمان تزریق و همچنین بهبود کیفیت سطح محصول تولیدی کمک می کنند. در محصولات تزریقی، فیلم و ورق های کلندر (Calendaring) و قطعات تولیدی به روش بادی از کمک فرایندهای با جرم مولکولی پایین استفاده می شود. از جمله مزایای استفاده از این افزودنی ها در فرایند Calendaring می توان به امکان افزایش سرعت تولید به دلیل افزایش استحکام مذاب و یکنواختی ضخامت ورق و فیلم اشاره کرد. حضور کمک فرایندها در فرمولاسیون محصولات بادی منجر به بهبود کیفیت سطح قطعه، رفع خطوط تولید در روده مذاب (Parison) و نهایتا یکنواخت تر شدن ضخامت قطعات تولیدی می شود.

افزودنی های کمک فرایند PVC

در انتخاب گرید مناسب کمک فرایندهای اکریلیکی برای کاربری های مختلف بایستی به جرم مولکولی دقت شود و همچنین مقدار کافی از افزودنی در فرمولاسیون محصول تولیدی قرار گیرد.

 

PVC Impact Modifier

افزودنی های بهبود دهنده ضربه PVC ، ایمپکت مادیفایرها

PVC سومین پلاستیک پرمصرف دنیا است. همچنین همانند رابرها، دنیای افزودنی های مورد استفاده در تولیدات قطعات مبتنی بر PVC بسیار متنوع، پیچیده و جذاب است. فرمولاسیون یک محصول تولیدی از PVC گاها می تواند تا ۱۲ جزء را در بر بگیرد. این مقاله یکی از مهمترین افزودنی ها، ایمپکت مادیفایر (Impact Modifier) را معرفی خواهد کرد.

ساختار شیمیایی سه گروه از افزودنی ها در فرمولاسیون PVC قدری گمراه کننده است و گاها با یکدیگر اشتباه گرفته می شوند. گروه اول روان ساز ها (Lubricant)، گروه دوم کمک فرایندها و بهبود دهنده جریان (Processing aid or Flow modifier) و نهایتا گروه سوم ایمپکت مادیفایرها هستند. در این بخش خانواده ایمپکت مادیفایرها، یا اصلاح و بهبوده دهنده ضربه، معرفی خواهند شد. نهایتا در بخش های بعدی این نوشتار با معرفی روان سازها و کمک فرایندها تفاوت این سه گروه بررسی خواهد شد.

PVC Impact Modifier

در مجموعه PVC ساختار شکننده ای دارد و هدف اصلی استفاده از ایمپکت مادیفایرها بهبود مقاومت ضربه قطعات تولید شده از این پلاستیک، بخصوص در تولید پروفیل های درب و پنجره و برخی از لوله و اتصالات است. میزان افزایش مقاومت ضربه قطعه تولید شده از PVC به نوع PVC و K value آن، نوع و مقدار افزودنی ایمپکت مادیفایر، حضور پرکننده یا فیلرها در فرمولاسیون، فرایند و کیفیت قطعه تولید شده بستگی دارد.

ایمپکت مادیفایرها را می توان در سه گروه اصلی زیر قرار داد:

  • خانواده اکریلیک ها: مانند انواع MBS (Methacrylate Butadiene Styrene), AIM (Acrylic Impact Modifier), ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)
  • ایمپکت مادیفایرهای متفرق: مانند CPE (Chlorinated Polyethylene), EVA (Ethylene Vinyl Acetate), NBR (Acrylonitrile Butadiene Rubber)
  • پرکننده ها: مانند کربنات کلسیم رسوبی و سیلیکات ها (هر چند اثر پر کننده ها در افزایش مقاومت ضربه مانند دو گروه بالا نیست و اثربخشی کمی دارند.)

با افزودن ایمپکت مادیفایرهای اکریلیکی، ساختار هسته – پوسته در PVC ایجاد می شود. میزان بهبود مقاومت ضربه مستقیما به نوع اکریلیک استفاده شده و مقدار مصرف آن بستگی دارد. ضخامت هسته و پوسته، نوع اجزای اکریلیک و مقدار استفاده تعیین کننده میزان افزایش ضربه پذیری هستند. درصد بهینه استفاده از ایمپکت مادیفایرهای اکریلیکی ۳-۵ PHR است.

CPE قدیمیترین ایمپکت مادیفایر استفاده شده در PVC است. درصد بهینه کلر موجود در CPE حدود ۳۵% است و در مقادیر بیشتر مقدار بهبود مقاومت ضربه کاهش می یابد. برای دستیابی به مقاومت ضربه یکسان به مقدار بیشتری CPE در مقایسه با انواع اکریلیکی نیاز است (برای مثال مقاومت ضربه فرمول حاوی ۵ PHR ایمپکت مادیفایر اکریلیکی برابر با مقدار مربوط به فرمول حاوی ۱۳ PHR از CPE است.). CPE می تواند در کاربری هایی که نیاز به شفافیت دارند نیز استفاده شود و مقاومت خوبی در برابر شرایط جوی دارد.

EVA بهترین انتخاب برای کاربری هایی است که نیاز به شفافیت دارند، اما عملکرد بهبود دهندگی این گروه نیز به خوبی خانواده اکریلیک ها نیست.

از نظر مقاومت حرارتی نیز اکریلیک ها برتری نسبی در مقایسه با CPE و EVA دارند و چنانچه از CPE و EVA استفاده شود، بایستی مقادیر بیشتری از پایدار کننده حرارتی و جاذب اسید استفاده شود. تصویر زیر به صورت شماتیک تفاوت ساختار شیمیایی CPE و EVA را نشان می دهد.

ایمپکت مادیفایر PVC

فوم بردهای PVC محصولاتی با کاربردهای متنوع

فوم برد های PVC محصولاتی با کاربردهای متنوع

به صورت میانگین در هر ثانیه در اثر پدیده جنگل زدایی یک هکتار از سطح جنگل های دنیا کاهش می یابد. فارغ از عوامل دیگر، یکی از مهمترین دلایل این پدیده، قطع درختان به منظور تامین چوب مورد نیاز برای صنایع مختلف است. ورود فوم برد PVC پتانسیل بالقوه بالایی را برای جایگزینی چوب در بسیاری از کاربردها ایجاد کرده است. این فوم بردها می توانند با استفاده از ترکیبات سازگار با محیط زیست تولید شوند (برای مثال عاری از فرمالدهید، گوگرد، سرب و …) و قابل بازیافت نیز باشند. علاوه بر این نکته، فوم برد های PVC به دلیل ذات آب گریزشان در برابر رطوبت و رشد حشرات مقاومت بسیار بالایی دارند و شاید مهمترین مزیت آن ها نسبت به بردهای بر پایه چوب، همین نکته است. همچنین سطح نهایی این محصولات می تواند براق، رنگی، چاپ پذیر، پوشش پذیر و … باشد و برای انواع کاربرد های دکوراتیو گزینه مناسبی هستند. سبکی، انعطافپذیری و مقاومت در برابر مواد شیمیایی از دیگر ویژگی های این محصول است.

فوم بردهای PVC محصولاتی با کاربردهای متنوع

فوم بردهای PVC کاربرد فراوانی در ساختمان سازی، صنایع چوب و مبلمان، دکور، طراحی و تبلیغات دارند. فرایند تولید این فوم ها اکستروژن است. فرمولاسیون مناسب برای تولید شامل رزین PVC، پایدار کننده حرارتی، کمک فرایند، عامل فوم زا، تنظیم کننده فوم (Foaming Regulator)، اصلاح کننده ضربه و رنگدانه (معمولا اکسید تیتانیوم و براق کننده) است. اکسترودر مناسب برای تولید این محصول معمولا از نوع اکسترودر دو پیچه موازی است و در انتهای آن قالب Coat-hanger قرار دارد. پس از خروج ورق تولیدی از قالب، برای تنظیم ضخامت، ورق وارد قسمت کالیبراتور شده و سپس در صورت لزوم توسط واحد های برش، کناره های ورق برش می خورد.

تولید یک فوم برد با کیفیت به انتخاب صحیح دستگاه تولید، مقدار و نوع اجزای فرمولاسیون بستگی دارد. می توان گفت مهمترین بخش فرمولاسیون این محصول، مجموعه افزودنی های فوم زا و تنظیم کننده فوم است. این مجموعه افزودنی، تنظیم کننده استحکام و الاستیسیته مذاب است و این دو عامل به صورت مستقیم تعیین کننده کیفیت ساختار فوم هستند. علاوه بر افزودنی های فوم زا و تنظیم کننده فوم، مانند هر محصول بر پایه PVC دیگری انتخاب صحیح پایدار کننده حرارتی و کمک فرایند بسیار مهم است.

به عنوان نمونه یک فرمولاسیون مناسب برای تولید فوم برد با کیفیت خوب شامل اجزای زیر است:

  • PVC resin (K value=58), 100 phr
  • Heat stabilizer (Normally Tin based), 2 phr
  • Calcium Stearate, 0.5 phr
  • OPE wax, 0.2 phr
  • Other waxes, 0.5 phr
  • Foaming agent (AC/ NC), 0.6 phr
  • Calcium Carbonate, 10 phr
  • Titanium Dioxide (Rutile), 4 phr
  • Lubricant (Processing aid), 2 phr
  • Foaming regulator, 5 phr
  • Impact modifier (CPE), 3 phr
  • Optical brightener (OB-1), 0.05 phr

دماهای فرایند تولید بایستی در کمترین مقدار ممکن تنظیم شوند. (در محدوده ۱۶۰ تا ۱۸۰ درجه سانتیگراد) همچنین ممکن است مقدار اجزای فرمولاسیون نهایی محصول برای دستیابی به مطلوب ترین خواص در فوم برد نهایی، باتوجه به ضخامت ورق تولیدی تغییر کنند. در بخش های بعدی این مقاله در مورد انتخاب افزودنی های مناسب برای تولید فوم برد های PVC بیشتر صحبت خواهیم کرد.