PVC (Polyvinyl Chloride) بعد از پلی اتیلن و پلی پروپیلن، پرمصرفترین پلیمر پلاستیک در جهان است. PVC یک پلیمر با هزینه نسبتاً کم و دارای مقاومت شیمیایی و بیولوژیکی مناسب و قابلیت کارایی عالی است. اما همیشه باید، پلیمر اصلاح نشده با مخلوط کردن با مواد افزودنی مانند استابلایزرها (stabilizer)، پلاستی سایزرها، رنگدانه ها و سایر مواد افزودنی ترکیب شود تا عملکرد نهایی خوبی داشته باشد. پلی وینیل کلرید یک ماده حساس به نور و گرماست و به دلیل نقص های موجود در ساختار زنجیره های پلیمری خود، به طور ذاتی از لحاظ گرمایی ناپایدار است و مقاومت حرارتی بسیار ناچیزی دارد و طی فرآیندهای هیدروکلریناسیون تخریب میشود، که با تغییر رنگ PVC همراه است که از نظر شیمیایی تشکیل پیوندهای دوگانه مزدوج باعث تغییر رنگ می شود.
کامپاندهای PVC در سیکل های اختلاط، اکستروژن، قالب گیری، ترموفرمینگ، ورقه کردن و در قطعات بازیابی شده، دارای تاریخچه حرارتی می شوند. در حقیقت در حین فرایند اکستروژن و کامپاندینگ، تزریق و کلندر PVC که همراه با تنش و گرما است، فرایند تخریب PVC با آزاد شدن اتم های کلر فعال آغاز می شود. برای آنکه PVC بتواند در دمای فرایند شکل دهی طاقت بیاورد، حداقل باید با یک پایدارکننده حرارتی مناسب یا همان استابلایزر مخلوط شود. استفاده از افزودنی های پایدارکننده حرارتی یا همان استابلایزر حرارتی در فرمولاسیون کامپاند PVC، هیدروکلرزدایی و خوداکسایشی را کند کرده و مانع از تغییر رنگ محصول میشود، همچنین امکان شکل دهی محصول در دماهای بالا را فراهم میکند و از تخریب PVC در حین فرایند شکل دهی جلوگیری میکند.
استابیلایزر این کار را به واسطه جذب هیدروژن کلراید ( HCl )، جابجایی اتم های کلراید فعال، جذب و غیر فعال کردن رادیکال های آزاد، اختلال در تشکیل باند دوگانه، غیر فعال کردن محصولات جانبی تخریب، تجزیه پراکسید و جذب انرژی UV انجام میدهد. همچنین استفاده از افزودنی های پایدارکننده حرارتی به حفظ پایداری نوری در زمان کاربری نیز کمک می کند. در حقیقت استابلایزرها دسته بزرگي از مواد هستند كه مانع از آزاد شدن گاز HCl مي‌شوند كه در حين فرايند سوختن PVC آزاد مي‌شود. اهميت اين ماده زماني مشخص مي‌شود كه بدانيم PVC به راحتي در دماي °۱۰۰ بدون حضور استابيلايزر شروع به سوختن مي‌كند درحاليكه دماي فرايند توليد براي محصولات سخت حدود 180 درجه ی سلسیوس می باشد.
پایدارکننده حرارتی پی وی سی یکی از انواع مواد پایدارکننده هایی است که پی وی سی باید در طول فرآیند اکستروژن با آن ترکیب شود. به بیان دیگر می توان گفت که پایدار کننده های دیگری نیز وجود دارند که پی وی سی لازم است با آن ها ترکیب شود. لازم به ذکر است که پایدارکننده پی وی سی در فرم های مختلفی قابل فروش و استفاده است که از جمله آن میتوان به فرم مایع و پودری اشاره کرد. البته در بیشتر مواقع از فرم پودری این محصول استفاده می شود.
انواع پایدارکننده های پی وی سی
به طور کلی استابلایزرهای پی وی سی شامل دو نوع :
الف) پایدارکننده های حرارتی (Thermal stabilizer) برای محفاظت پلیمر در حین فرآیند
ب) پایدارکننده های امواج ماوراءبنفش (UV) برای محفاظت پلیمرها در برابر تشعشعات بیش از اندازه خورشیدی است، که معمولا باعث تغییر رنگ و تخریب زود هنگام پیویسی تقسیم میگردند.
پایدار کننده حرارتی اغلب در پلی وینیل کلراید (PVC) استفاده می شوند. PVC به حرارت و تنش بسیار حساس است و تحت این شرایط در اثر تجزیه، کلریدریک اسید (HCl) آزاد میکند. از آنجا که HCl خاصیت خورندگی دارد و با توجه به تمایل پلیمرها به تجزیه سریع، PVC باید در طول اکستروژن پایدار شود. از آنجایی که PVC های سخت در دمای بالاتری فرآوری میشوند در مقایسه با PVC های انعطاف پذیر اهمیت پایدارکننده ها بیشتر است. چنانچه یک مولکول HCl از تجزیه PVC آزاد شود، آزاد شدن مولکول های HCl نزدیک به آن تسهیل و منجر به تجزیه سریع پلیمر می شود.
پایدارکننده ها با اولین مولکول HCl آزاد شده واکنش میدهند و بدین ترتیب مانع تسهیل فرآیند آزاد شدن مولکول های دیگر می شوند. در واقع 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 میگرد و باعث بروز خطراتی از جمله ترکیدن قالب میگردد. استابیلایزرها تاثیر چندانی بر مدت عمر یا مقاومت هوازدگی ایجاد نمیکنند مگر در مورد کامپاندهایی که با عنوان مقاوم در برابر هوازدگی، نامیده می شوند که در این کامپاندها، مقدار استابیلایزر میتواند تاثیر مثبتی در جهت مقاومت هوازدگی را ایجاد کند .لازمه دوام PVC در حین فرآیند شکل دهی ترکیب با یک پایدار کننده حرارتی مناسب است تا فرم آن تغییری پیدا نکند و تخریب نشود. این پایدار کننده با خنثی کردن هیدروکلریک اسید تولید شده و جلوگیری از جدایی اتم کلر به حفظ هر چه بهتر PVC کمک می کند.
پایدارکننده های UV، برای پلیمرهایی استفاده می شود که توسط انرژی امواج ماوراءبنفش قابل تجزیه هستند. انرژی UV باعث شکست زنجیره پلیمرهای بدون محافظ میشود. نتایج این تخریب، کاهش خواص مکانیکی، تغییر رنگ و ترک خوردگی است. این پایدارکننده ها جاذب قوی امواج UV هستند و مانع تخریب پلیمرها میشوند. همچنین این مواد به عنوان یک تله برای رادیکال های آزاد شده در حین تجزیه، عمل میکنند.
تاکنون، بیشتر پایدارکننده های PVC بر پایه کلسیم و سرب بوده اند. اما ملاحظات زیست محیطی انواع جدیدی از این مواد را پدید آورده است که به عنوان نمونه میتوان به پایدارکننده های بر پایه باریم ـ روی و کلسیم ـ روی اشاره کرد. همچنین این روزها دو گروه مهم، پر مصرف و پر بازده پایدارکننده ها، شامل پایدارکننده های پایه سرب و کادمیوم، به دلایل محدودکننده زیست محیطی و مخاطرات سلامتی، کمتر مورد استقبال صنایع پیشرو هستند. گروه های جایگزین این استابلایزرها انواع کلسیم/ زینک، باریم/ زینک، منیزیم/ زینک، کلسیم/ منیزیم/ زینک، پتاسیم/ زینک، قلع، پایدارکننده های آلی و … هستند. انتخاب استابلایزر مناسب و جایگزین برای استابلایزرهای سربی و کادمیومی کار سختی است و بسته به شرایط فرایند تولید، الزامات کاربردی محصول ( مانند شفافیت، قرار گرفتن در تماس با مواد غذایی، تابش نور خورشید، حضور دیگر افزودنیها، نوع PVC پایه و …)، الزامات اقتصادی و محیط زیستی بستگی دارد.
ویژگی های پایدار کننده های PVC
از مزیت های این محصول می توان به پایداری عالی حرارتی طولانی مدت، حلالیت کم در آب، بدون نشت در محیط، بدون بو در هنگام پردازش و در محصول نهایی، ظاهری کاملا سفید و بسته به سلیقه مشتری پودر یا پرک شده و مناسب برای تولید محصول با کربنات بالا اشاره کرد. از دیگر مزایای پایدار کننده های پی وی سی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- افزایش مقاومت حرارتی
- کاهش زردی ناشی از فرایند شدن PVC در محصول نهایی
- مقاومت نوری بالا
- فرایند پذیری خوب
- بهبود کیفیت سطح قطعات تولیدی
- افزایش راندمان تولیدی
- افزایش خواص مکانیکی محصول تولیدی
- بهبود روان کنندگی در فرایند
- بازدارندگی اشتعال و فرونشاننده دود
- از وارد شدن ضرر و زیان به محیط زیست جلوگیری به عمل می آورد.
- جلوگیری از تضعیف خاصیت مکانیکی پی وی سی
- جلوگیری از فرآیند فرسایش و تخریب پلی وینیل کلراید
- حفظ ویژگی های ظاهری و خواص پلیمر
- حفظ خاصیت و ویژگیهای پی وی سی مانند جلوگیری از شگستگی، تغییر رنگ و تغییر ساختار
کاربردهای پایدارکننده حرارتی پی وی سی (استابلایزر PVC )
- پروفیل های در و پنجره
- ورق کلندر
- لوله و اتصالات
- قطعات تولیدی با قالبگیری تزریقی و دمشی
- لوله برق (داکت)
- ورق فومیزه
- چرم مصنوعی
- ژئومبران
- فیلم شرینک
- فیلم استرچ و کلینگ
- کاغذ دیواری
- کف پوش سخت و نرم
- شلنگ
- سیم و کابل
- قطعات اکستروژن و تزریق پزشکی