انتخاب پایدار‌کننده حرارتی برای PVC / قسمت اول

 این عمل با بهبود مقاومت حرارتی محصولات PVC در شرایط دمایی بالا محقق می‌گردد. به دلیل وجود حجم زیادی از پایدارکننده‌هایی که در صنعت PVC موجود است انتخاب و ارزیابی یک پایدارکننده می‌تواند فرآیندی پر زحمت باشد. فاکتورهایی که در هنگام انتخاب پایدارکننده گرمایی PVC باید مد نظر داشته باشید، عبارتند از:

- نقش پایدارکننده‌های حرارتی در PVC
- نوع پایدارکننده‌های حرارتی برای ترکیبات وینیلی
- تاثیر سایر مواد تشکیل دهنده PVC بر انتخاب پایدارکننده حرارتی

نقش پایدارکننده‌های حرارتی در PVC:

پلی‌وینیل‌کلرید یکی از مهم‌ترین پلیمرهای تجاری است و ترکیبات مختلف آن کاربرد و فرآیند تولید متنوعی دارند. مقدار و نوع انرژی ورودی به محصولات به طور قابل توجهی در میان روش‌های مختلف تولید و کاربرد نهایی PVC متفاوت است.

در حقیقت تخریب رزین از راکتور پلیمریزاسیون شروع می‌شود و می‌تواند حتی قبل از استفاده در انبار از طریق اکسیداسیون، تولید کربونیل و غیره ادامه یابد.

با حرارت‌دادن PVC تا دمای 170 درجه سانتی گراد هیدروژن و کلر از ساختار حذف شده؛ تخریب شروع شده و گاز HCl آزاد می‌شود (دهیدروکلراسیون اتوکاتالیستی).

بدین ترتیب مولکول‌های غیر پایدار ظاهر می‌شوند (ساختارهای آلیلیک کلر) که به نوبه خود باعث جدا شدن مولکول HCl بعدی شده و واکنش زنجیره‌ای بدین صورت پیش می‌رود:

عواملی که باعث تخریب PVC می‌شوند:

- چرخه‌های اختلاط ( مخلوط خشک، banbury، دیسپرسورهای نرم‌کننده با سرعت بالا).
- فرآیند شکل دهی (اکسترودر، کلندرینگ، قالب‌گیری).
- ساخت  (embossing, thermoforming, laminating)
- بازیابی ضایعات (Scrap re-work)
- انرژی حرارتی و نورانی به واسطه قرارگرفتن در معرض فضای بیرونی.
- گرمای محیط استفاده از محصولات (فضای داخلی خودرو˛ مجرای هوای داغ).
- استرلیزیشن (sterilization) اشعه گاما.

به منظور جلوگیری از تخریب PVC، پایدارکننده‌های حرارتی به صورت مکانیسم‌های زیر عمل می‌کنند:

- خنثی‌سازی هیدروژن کلرید.
- جایگزینی پیوندهای کربن-کلر ضعیف.
- جلوگیری از اکسیداسیون.

امروزه صنعت کامپاندینگ از پایدارکننده‌های حرارتی توقع دارد که بسیاری از نیازهای ویژه پایداری حرارتی را برآورده کند.

بیاید انواع تثبیت‌کننده‌های حرارتی و معیار انتخاب پایدار‌کننده حرارتی مناسب برای کاربردهای PVC را بررسی کنیم.

انواع پایدارکننده های ترکیبات وینیلی

چندین گروه اساسی پایدارکننده‌های حرارتی و نوری برای صنعت وینیل مطرح شده است که شامل موارد زیر هستند:

اکنون به بررسی بعضی از این گروه‌ها می‌پردازیم.

مخلوط فلزات: 
     
نمک‌های اسیدهای آلی (مایع یا جامد)، شامل یک یا ترکیبی از عناصری چون باریم، کلسیم، کادمیم (disappearing) و روی هستند. به طور معمول زنجیره‌های مستقیم C8-C18 یا شاخه‌ای اسیدهای کربوکسیلیک استفاده می‌شوند.

اسیدهای آروماتیک (آلکیل بنزوئیک) که قبلا استفاده شده‌اند به دلیل نگرانی که در ارتباط با سمیت آن ها وجود دارد دیگر محبوب نیستند.

نمک‌ها و صابون‌های پایه سرب (مایع و جامد):

پایدار‌کننده‌های حرارتی بر پایه نمک‌ها و صابون‌های سرب به شکلی استثنایی، پایداری حرارتی طولانی مدتی ایجاد می‌کنند.

این پایدارکننده‌های حرارتی به عنوان یکی از مقرون به صرفه‌ترین پایدارکننده‌های حرارتی PVC در نظر گرفته می‌شود. ترکیبات PVC وقتی که با پایدارکننده های حرارتی سربی پایدار می‌شوند خصوصیات زیر را نشان می‌دهند:

- پایداری حرارتی و نوری بسیار عالی.
- خواص مکانیکی و الکتریکی استثنایی.
- گستره عملکردی وسیع تر.

جدا از این مزایا پایدارکننده های حرارتی سرب محدودیت‌هایی نیز دارند که با آن‌ها همراه است. به عنوان مثال پایدارکننده‌های حرارتی سرب وقتی که در پنجره های PVC استفاده می شوند سبب تغییر رنگ آن‌ها می‌شوند.

با این حال سرب بهترین خواص الکتریکی را نشان می‌دهد و آن هم عمدتا به دلیل نامحلول بودن ترکیبات سرب‌کلرید در آب است که در طی فرآیند پایدارسازی حرارتی ایجاد می‌شود.

در حال حاضر تلاش بر این است که سرب را با پایدار‌کننده‌های حرارتی مخلوط فلزات در کاربرد پوشش‌های ثانویه و تزیینی عایق سیم‌ها جایگزین کنند. با این حال عایق اولیه هنوز هم به خوبی با استابیلایزرهای پایه سرب پایدار می‌شود.

ترکیبات بر پایه کلسیم / روی:

پایدار‌کننده های حرارتی بر پایه کلسیم/روی به طور معمول شامل استئارات کلسیم و مقادیر کمی از صابون‌های روی مثل اکتوات روی هستند.

پایدارکننده‌های برپایه کلسیم/روی که در PVC های سخت استفاده می‌شوند به صورت کلی در فرم مایع/پودر در دسترس هستند. چنین پایدارکننده‌های حرارتی پایداری رنگ را در طی فرآینددهی PVC بهبود می‌بخشند و آن را در طول عمر قطعه PVC حفظ می‌کنند.

ترکیبات وینیلی انعطاف‌پذیرِ کلندرینگ، اکسترودر یا قالب‌گیری و پلاستی سول اغلب با مخلوط فلزات پایدارکننده حرارتی چون ,Ba/Zn  Ca/Znپایدار می‌شوند.

سیستم Ca/Zn عمدتا در کاربردهایی که نیاز به تایید سازمان غذا و داروی آمریکا (USFDA) برای تماس مستقیم یا غیر مستقیم با غذا دارند استفاده می‌شوند. در سالهای اخیر شاهد جایگزینی کامل این محصول بجای پایدارکننده های سرب در اروپا بودیم.

همچنین، در آمریکای شمالی و جنوبی و مناطقی از خاور دور پلی‌وینیل‌کلرید سخت در اکسترودر و قالب‌گیری غالبا با مرکاپتیدهای ترکیبات آلی قلع پایدار می شوند.

منبع: کیمیاران
 

ویکی پلاست | مرجع بازار صنعت پلاستیک