نرم کننده های PVC

نرم کننده های PVC جزء مهم ترین اجزای فرمولاسیون پی وی سی منعطف می باشند . شایان ذکر است که حدود ۸۰ درصد ازنرم کننده های مصرفی در صنایع پلیمری فقط در صنعت پی وی سی مصرف میشوند . علاوه بر این فرمولاسیون های منعطف پی وی سی حدود ۶۰_۴۰ درصد وزنی افزودنی دارند که سهم زیادی از این افزودنی ها ، مربوط به نرم کننده ها است .

به همین دلیل در این فصل به بررسی انواع مختلف  نرم کننده های پی وی سی پرداخته شده است . برای اینکه یک نرم کننده در فرمولاسیون های پی وی سی کارایی خوبی داشته باشند ، باید بتواند به طور یکنواخت در آمیزه پخش شود که این کار از طریق اختلاط همراه با حرارت انجام می شود .

مکانیسم عملکرد نرم کننده های PVC

تئوری های متفاوتی برای توضیح مکانیسم عملکرد نرم کننده ها در فرمولاسیون پی وی سی ارائه شده است . با قرار گرفتن مولکول های نرم کننده در بین زنجیره های پلیمری ، بر هم کنش های پلیمر – پلیمر و نیرو های واندروالسی بین آن ها کاهش یافته و مانع از تشکیل شبکه های سخت می شود .

این امر موجب تسهیل حرکت زنجیر های پلیمری و به دنبال آن کاهش دمای انتقال شیشه ای پی وی سی می شود .

تئوری دیگر تئوری دیگر است . بر مبنای این تئوری ، پلیمر و نرم کننده در اثر وجود نیرو های ضعیف بین مولکولی شبکه ای سه بعدی ایجاد می کنند که در مقابل تنش خارجی می تواند عکس العمل مناسب و منعطفی داشته باشد . بعضی از تئوری ها نیز به میزان حجم آزاد توجه میکنند ، زیرا با افزایش حجم آزاد ، فضای بیشتری برای حرکت و جابجایی زنجیر های پلیمری وجود خواهد داشت .

وقتی که پلیمر در دمایی بالاتر از دمای انتقال شیشه ای است ، با حرارت دادن بیشتر ، به کمک نوسانات مولکولی مقدار حجم آزاد آن افزایش می یابد و فرمولاسیون منعطف خواهد شد . البته مقدار حجم آزاد را می توان با تغییراتی در ساختار زنجیر اصلی ، مثل قرار دادن گروه های جانبی بیشتر ، افزایش داد . با افزودن نرم کننده نیز زنجیر های پی وی سی از یکدیگر جدا شده و در بین آن ها مولکول های نرم کننده قرار می گیرد ، حجم آزاد افزایش یافته و پی وی سی منعطف می شود .

در همه این تئوری ها در صورت کم بودن غلضت نرم کننده ، بر هم کنش های پی وی سی – نرم کننده در غلضت های بالاتر نرم کننده ، بر هم کنش های نرم کننده – نرم کننده تعیین کننده ی نحوه ی عکس العمل سیستم می باشند .

به کمک این نکته می توان پدیده ی ضد نرم شوندگی را که مقادیر کمتر از۱۵ phr نرم کننده رخ می دهد ، توضیح داد .

گرانول و پلیمر

حضور نرم کننده های PVC در فرمولاسیون پی وی سی تاثیربسیار زیادی بر فرآیند پذیری آن نیز دارد، به نحوی که فرمولاسیون پی وی سی دارای نرم کننده ، به دلیل ویسکوزیته کمتر ، جریان پذیری خوبی دارد و با داشتن زمان اقامت کمتر در فرآیند های شکل دهی ، کمتر دچار تخریب می شود . این نوع فرمولاسیون می تواند برای حدیده های طویل و با شکل پیچیده مثل حدیده افست ، کراس هد ، فیلم دمشی و حدیده فیلم و ورقه های خیلی پهن مورد استفاده قرار گیرد .

ویسکوزیته ی مذاب  فرمولاسیون پی وی سی بدون نرم کننده ، نسبتا بالا بوده و همین امر بار اضافه ای به تجهیزات تحمیل می کند و باعث افزایش گشتاور درسرعت های کمتر مارپیچ اکسترودر ، می شود . به همین علت باید برای این آمیزه ها توجه خاصی به استحکام محور مارپیچ اکسترودر شود .

مقدار و نوع نرم کننده بر روی خواص و فرآیندپذیری فرمولاسیون موثر است و به طور کلی با افزایش حجم مولکولی نرم کننده ، فراریت و سازگاری آن با پی وی سی کاهش میابد .

انواع نرم کننده های PVC

یک نوع تقسیم بندی نرم کننده ها به این صورت است که به دو نوع اول و دوم تقسیم می شوند . نرم کننده های نوع اول پایداری و ماندگاری بیشتری در فرمولاسیون و محصول دارند و تحت حرارت و با گذر زمان و یا مجاورت با مایعات و حلال های مختلف به راحتی از محصول خارج نمی شوند . اما نرم کننده های نوع دوم سازگاری محدودی با پی وی سی دارند و به همین علت همراه یک نرم کننده ی نوع اول مثل دی اکتیل فتالات بکار میروند . نرم کننده های نوع دوم پایداری نوری و حرارتی کمی دارند و بیشتر برای کاهش قیمت مورد استفاده قرار می گیرند . در ادامه توضیحات مربوط به مهم ترین و پر مصرف ترین نرم کننده های پی وی سی ارائه می شوند .

فتالات ها

این گروه جزء پر مصرف ترین نرم کننده های پی وی سی بوده و از واکنش فتالیک انیدرید با الکل ها تولید می شوند . فتالات ها در واقع استر های اسید فتالیک هستند که سازگاری خوب ، فرآیند پذیری مناسب ، فراریت کم ، پایداری در مقابل نور و دمای خوب و قیمت نسبتا ارزانی دارند و به همین دلیل پر مصرف می باشند .

پی وی سی گرانول

دی استر های آلیفاتیک

این گروه از نرم کننده ها برای ایجاد انعطاف پذیری مناسب در دما های پایین بکار میروند .

از رایج ترین  اعضای این گروه میتوان دی اکتیل آدیپات (DOA) و دی ایزونونیل آدیپات (DINA) را نام برد .

فسفات ها

برای فرمولاسیون هایی که باید مقاومت شعله وری خوبی داشته باشند از استر های اسید فسفریک به عنوان نرم کننده استفاده میشود . از پر مصرف ترین اعضای این گروه می توان به تری آریل ها اشاره نمود که ساختار های آروماتیکی مثل ایزوپروپیل فنول و ترسیوبوتیل فنول بدست می آیند .

اپوکسی ها

این گروه از نرم کننده ها پایداری نوری و حرارتی خوبی در پی وی سی دارند و در مقابل شستشونیز مقاوم هستند . نرم کننده های اپوکسی با اغلب پایدار کننده های فلزی مثل ترکیبات روی و کادمیوم اثر هم افزایی دارند . روغن سویای اپوکسیده (ESO) جزء پر مصرف ترین اعضای این گروه است که اغلب در فرمولاسیون های پی وی سی گرید غذایی و دارویی مصرف می شوند .

نرم کننده های پلیمری

این گروه از نرم کننده ها به دلیل وزن مولکولی نسبتا بالا دارای فراریت کم و ماندگاری خوبی در پی وی سی هستند . این ترکیب اغلب به صورت پلی استر هایی بوده که واکنش یک الکل دی هیدریک ( مثل گلایکول) با یک اسید دی کربوکسیلیک بدست می آیند .

تریم لتیات

تریم لتیات ها از استریفیکاسیون تری فتیلیک انیدرید با ۲- اتیل هگزیل یا ایزونونیل الکل بدست می آیند و به دلیل فراریت کم در عایق های الکتریکی بکار می روند . از مهم ترین اعضای این گروه تری اکتیل تریم لتیات (TOTM) و تری ایزونونیل تریم لتیات (TINTM) می باشند .

نرم کننده های ویژه

بعضی از اوقات برای تهیه ی فرمولاسیون های گرید غذایی از نرم کننده های ویژه که مقاومت شیمیایی و دوام بالایی دارند ، استفاده میشوند . استر های گلایکولات ، الاستومر های نیتریل ، پلی یورتان ها و کوپلیمر های اتیلن – وینیل استات از اعضای مهم این گروه می باشند .