انتخاب گرید مناسب پلی وینیل کلراید - بخش اول

 چگونه گرید مناسب پلی وینیل کلراید را انتخاب کنیم؟ - بخش اول

پلی وینیل کلراید (PVC) یک ترموپلاستیک سخت و همه‌کاره است که تقریبا در همه جا، از لوله‌ها و تجهیزات پزشکی گرفته تا عایق سیم و کابل یافت می‌شود. این سومین پلیمر پلاستیکی مصنوعی پرتولید در جهان است. اما PVC دقیقا چیست؟ از چه چیزی ساخته شده و چگونه فرآوری می‌شود؟ در اینجا خواهیم دانست PVC واقعا چیست، چگونه تولید می‌شود و اینکه چگونه بهترین گرید را برای هر کاربرد خاص انتخاب کنیم. بیایید علم، سازگاری و فرصت‌های بی‌حد و حصر این پلیمر را کشف کنیم.

پلی وینیل کلراید (PVC) چیست؟

پلی وینیل کلراید (PVC) یک پلیمر ترموپلاستیک اقتصادی و همه‌کاره است. این ماده به طور گسترده در صنعت ساختمان و ساخت و ساز برای تولید پروفیل‌های درب و پنجره استفاده می‌شود. همچنین در مواردی ازجمله لوله‌های آب آشامیدنی و فاضلاب، عایق سیم و کابل، تجهیزات پزشکی نیز کاربرد دارد. این ماده پس از پلی ‌اتیلن (PE) و پلی ‌پروپیلن (PP)، سومین ترموپلاستیک بزرگ جهان ازنظر حجم است. VC یک ماده جامد سفید و شکننده است که به صورت پودر یا گرانول موجود است که در چندین کاربرد جایگزین مصالح ساختمانی سنتی همچون چوب، فلز، بتن، لاستیک، سرامیک وغیره می‌شود. این جایگزینی را می‌توان به خواص متنوع آن مانند وزن سبک، بادوام، هزینه کم و فرآیندپذیری آسان نسبت داد.

آیا می‌دانستید؟

PVC اولین بار در سال ۱۸۷۲ توسط شیمیدان آلمانی، یوگن باومن، به طور "کاملا تصادفی" ساخته شد؛ به این صورت که او گاز وینیل کلرید را که در یک لوله انباشته شده بود، درمعرض نور خورشید قرار داد و جامد سفید رنگی به نام PVC تولید کرد. همچنین در سال ۱۹۱۳، شیمیدان آلمانی به نام فردریش کلات اولین حق ثبت اختراع را برای پلیمریزاسیون PVC با استفاده از نور خورشید دریافت کرد. تا جنگ جهانی اول، آلمان چندین محصول PVC انعطاف‌ پذیر و سخت تولید می‌کرد که آنها به عنوان جایگزینی برای فلزات مقاوم در برابر خوردگی استفاده می‌شدند.

اَشکال اساسی PVC کدامند؟

پلی وینیل کلراید (PVC) به طور گسترده در دو دسته کلی انعطاف‌ پذیر و سخت موجود است اما انواع بیشتری مانند CPVC، PVC-O و PVC-M نیز وجود دارد.

1. PVCانعطاف ‌پذیر یا نرم (با چگالی ۱.۱-۱.۳۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب): PVC انعطاف پذیر با افزودن نرم‌ کننده‌های سازگار به PVC که بلورینگی را کاهش می‌دهند، تشکیل می‌شود. این نرم‌ کننده‌ها مانند روان‌ کننده عمل کرده و منجر به تولید پلاستیکی بسیار شفاف‌تر و انعطاف ‌پذیرتر می‌شوند. این نوع PVC گاهی اوقات PVC=P نامیده می‌شود.

2. PVCسخت یا غیرسخت (با چگالی ۱.۳-۱.۴۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب): PVC سخت یک پلاستیک سفت و مقرون‌ به‌ صرفه است که مقاومت بالایی در برابر ضربه، آب، آب و هوا، مواد شیمیایی و محیط‌های خورنده از خود نشان می‌دهد. این نوع PVC با نام‌های UPVC، PVC-U یا uPVC نیز شناخته می‌شود.

3. PVCکلردار یا پرکلرو وینیل: پرکلرو وینیل با کلردار کردن رزین PVC تهیه می‌شود. در این فرمولاسیون مقدار بالای کلر باعث دوام بالا، پایداری شیمیایی و مقاومت در برابر شعله می‌شود. CPVC همچنین می‌تواند طیف وسیع‌تری از دما را تحمل کند.

4. PVCمولکولی یا PVC-O: PVC مولکولی از سازماندهی مجدد ساختار آمورف PVC-U به یک ساختار لایه‌ای تشکیل می‌شود. PVC دو محوری دارای ویژگی‌های فیزیکی بهبود یافته (سفتی، مقاومت در برابر خستگی و سبکی) است.

5. PVCاصلاح ‌شده یا PVC-M: PVC-M آلیاژی از PVC است که با افزودن عوامل اصلاح‌ کننده تشکیل شده و درنتیجه، چقرمگی و خواص ضربه‌ پذیری را افزایش می‌دهد.

PVCکلرینه شده (CPVC) چیست؟

CPVC با کلرزنی پلیمر PVC تولید می‌شود که میزان کلر از 56 درصد به حدود 66 درصد افزایش خواهد یافت. کلرزنی PVC همچنین نیروهای جاذبه بین زنجیره‌های مولکولی را کاهش می‌دهد. CPVC اساسا دارای ساختار آمورف است. با این حال، این دو عامل باعث می‌شوند که CPVC راحت‌تر و بیشتر از PVC در دمای انتقال شیشه (Tg) کشیده شود. لوله‌ها (436)، قالب‌ها (376) و ورق‌ها برای استفاده در دمای بالا براساس (CPVC) یا مخلوط‌های CPVC و PVC فرموله می‌شوند.

مزایا و معایب PVCسخت و انعطاف‌ پذیر چیست؟

از نقاط قوت PVC سخت می‌توان هزینه کم، استحکام بالا، بازدارندگی شعله ذاتی، مطابق با استاندارد FDA، مناسب برای کاربردهای شفاف، مقاومت شیمیایی بهتر نسبت به PVC انعطاف پذیر، خواص عایق الکتریکی خوب، مانع بخار، پایداری ابعادی خوب در دمای اتاق، فرآیند ذوب دشوار، مقاومت محدود در برابر ترک خوردگی ناشی از حلال، شکنندگی در دمای ۵ درجه سانتیگراد (درصورت عدم اصلاح با اصلاح‌ کننده‌های ضربه و/یا کمک‌ فرآیندها) و همچنین دمای کارکرد مداوم تا ۵۰ درجه سانتیگراد اشاره کرد. ازطرفی، PVC انعطاف پذیر نیز دارای مزایایی هست ازجمله کم‌ هزینه بودن، انعطاف‌ پذیری، مقاومت ضربه بالا، مقاومت خوب (در برابر اشعه ماوراء بنفش، اسیدها، قلیاها، روغن‌ها و بسیاری از مواد شیمیایی معدنی خورنده)، خواص عایق الکتریکی خوب، مشخصات عملکردی غیرقابل اشتعال و همه کاره، پردازش آسان‌تر از PVC سخت.

اما نباید فراموش کرد که PVC همانند سایر مواد پلیمری، علاوه بر مزایایی که دارد، دارای محدودیت‌هایی نیز هست. خواص PVC می‌توانند با گذشت زمان، به دلیل مهاجرت نرم‌ کننده تغییر کنند. همچنین ممکن است مورد حمله کتون‌ها قرار گیرند؛ برخی از گریدها توسط هیدروکربن‌های کلردار و آروماتیک، استرها، برخی اترها و آمین‌های آروماتیک و ترکیبات نیترو متورم مورد حمله قرار می‌گیرند. یا در دماهای بالا تمایل به تخریب دارد و حتی برای تماس با مواد غذایی با برخی از نرم‌ کننده‌ها مناسب نیست.

PVCچگونه تولید می‌شود؟

مونومر وینیل کلرید (VCM) از کلردار کردن اتیلن و پیرولیز اتیلن دی کلرید (EDC) حاصل در واحد کراکینگ تولید می‌شود. PVC (با دمای انتقال شیشه ۷۰-۸۰ درجه سانتیگراد) ازطریق پلیمریزاسیون مونومر وینیل کلرید تولید می‌شود. از دو روش برای تولید PVC تجاری استفاده می‌شود: PVC سوسپانسیونی (S-PVC) و فله یا امولسیون (E-PVC)

1. فرایند تولید PVCسوسپانسیونی (S-PVC)

در راکتور تحت فشار، مونومر به همراه یک آغازگر پلیمریزاسیون و سایر افزودنی‌ها وارد می‌شود. محتویات ظرف واکنش به طور مداوم مخلوط می‌شود تا با حفظ سیستم تعلیق، از یکنواختی اندازه ذرات رزین PVC اطمینان حاصل شود. PVC پلیمریزه شده سوسپانسیونی معمولی دارای ذرات با اندازه متوسط ​​۱۰۰ تا ۱۵۰ میکرومتر با محدوده ۵۰ تا ۲۵۰ میکرومتر است. گریدهای S-PVC برای برآورده کردن طیف وسیعی از الزامات مانند جذب بالای نرم‌ کننده برای محصولات انعطاف ‌پذیر، چگالی حجمی بالا و جریان پودر خوب برای اکستروژن فرموله شده‌اند. پلیمریزاسیون تعلیقی ۸۰ درصد از تولید PVC در سراسر جهان را تشکیل می‌دهد.

2. فرآیند فله یا امولسیون (E-PVC)

در این فرآیند، از سورفکتانت‌ها (صابون‌ها) برای پراکنده کردن مونومر وینیل کلرید در آب استفاده می‌شود. مونومر درون میسل‌های صابون که توسط صابون محافظت می‌شوند، به دام می‌افتد. به طور کلی، پلیمریزاسیون با استفاده از آغازگرهای محلول در آب انجام می‌شود. ذرات اولیه، گلوله‌های جامد و با سطح صاف هستند که به صورت توده‌هایی با شکل نامنظم خوشه ‌بندی شده‌اند. این توده‌ها دارای اندازه ذرات متوسط ​​۴۰-۵۰ میکرومتر با محدوده ۰.۱-۱۰۰ میکرومتر هستند. رزین‌های E-PVC در طیف گسترده‌ای از کاربردهای تخصصی مانند پوشش، غوطه‌وری یا پخش استفاده می‌شوند.

در هر دو فرایند تولید، ذرات PVC به دست آمده با نرم‌ کننده‌ها مخلوط شده و می‌توانند به صورت گلوله‌هایی اکسترود شوند که برای پردازش بیشتر ازطریق اکستروژن، کلندرینگ و قالب‌ گیری تزریقی مورد استفاده قرار می‌گیرند. باتوجه به گران بودن تجهیزات پردازش، هزینه‌های تولید نیز افزایش خواهد یافت. پودر PVC به دست آمده با نرم‌ کننده‌ها مخلوط می‌شود تا خمیری تولید شود که بیشتر برای پوشش‌ها، غوطه‌وری و اسپری کردن استفاده می‌شود.