کلرو پلیمر چیست و دسته بندی آن چگونه صورت میگیرد؟
کلرو پلیمرها مولکول های بسیار بزرگی هستند که از سنتز آلکین به وجود می‌آیند و در این واکنش ها یک یا دو اتم هیدروژن جایگزین کلرین میشود. یکی از انواع بسیار رایج کلرو پلیمرها، پلیمری با نام پلی وینیل کلراید می باشد که با نام اختصاری PVC نشان داده می شود. پلی دی کلرو فسفازین با فرمول شیمیایی (PNCl2)n نیز در همین دسته قرار گرفته و از ماده‌ای با نام هگزا کلرو فسفازین گرفته میشود که خود یکی از کلرو پلیمرها را تشکیل می دهد.
کلرو پلیمرها از چه خواصی برخوردارند؟
همانطور که پیش از این نیز یاد شد مهمترین عضو خانواده کلرو پلیمرها را ماده‌ای با نام پلی وینیل کلراید تشکیل می دهد که به نام وینیل هم شناخته میشود و این ماده سومین پلاستیکی است که پس از پلی اتیلن و پلی پروپیلن به بیشترین میزان در دنیا فروخته میشود و سالانه بیش از ۴۰ میلیون تن در جهان تولید می شود. وینیل های تجاری مواد شفاف، نسبتاً سخت و تقریباً بدون شکلی هستند که مقاومت خوبی در برابر اشتعال دارند. از طرف دیگر وینیل هایی که از نظر شیمیایی خالص می باشند بسیار شکننده بوده و استحکام بسیار پایینی در مقابل ضربه دارند. ماده یاد شده با انواعی از نرم کننده ها سازگار بوده که در نهایت بکارگیری نرم کننده ها انعطاف پذیری و سختی پلی وینیل کلراید را افزایش می‌دهد. در گذشته فتالات ها به عنوان نرم کننده های منتخب در این حوزه به کار برده می شدند. خطرات این مواد برای سلامتی باعث شد تا فتالات هایی که از وزن مولکولی پایین برخوردار بودند به تدریج با فتالات های سنگین وزن در اروپا جایگزین شوند. یکی از بزرگترین معایب پلی وینیل کلراید مقاومت بسیار ضعیف آن در برابر حرارت و نور می باشد و در زمانی که در معرض حرارتی متوسط قرار بگیرد به راحتی تجزیه شده و رنگ آن به شدت تغییر کرده و در نهایت نیز خواص پلیمری ماده به صورت کامل از بین خواهد رفت. به همین دلیل نرم کننده ها به این مواد اضافه می شوند تا فرآیند یاد شده را به تاخیر انداخته و یا از بروز آن پیشگیری کنند. بیش از ۹۰ درصد از حجم تولیدی وینیل ها را جور بسپار ها تشکیل می دهند. درصد باقی مانده نیز معمولاً با سایر مونومرها هم بسپارش می‌شوند تا انعطاف پذیری و قابلیت فرآوری آنها را افزایش دهند مانند تولید فیلم های انعطاف پذیر. رایج ترین همبسپارهای آنها عبارتند از وینیل استات، وینیلیدین کلراید، دی اتیل فومارات و دی اتیل مالئات. افزودن وینیل استات فرآوری را بهبود داده و پایداری بیشتری به ماده می بخشد و باعث می شود تا ماده بتواند بهتر رنگ را حفظ کند ولی نقطه نرم شوندگی ماده را کاهش خواهد داد. همبسپارش این مواد با ۱۰ تا ۲۰ درصد از دی متیل فومارات و یا دی اتیل مالئات کارپذیری ماده را افزایش داده و سختی آن را بهبود می‌دهد. این در حالی است که نقطه نرم شوندگی ماده همچنان بالا می ماند.
به طورکلی پلی وینیل کلراید به شش دسته متفاوت تقسیم می شود:
PVC-U (سخت یا نرم نشده)
نوعی ترمو پلاستیک سخت و مستحکم می باشد که می تواند فشار کششی بین ۳۸ تا ۵۵ مگا پاسکال را در دمای بیست درجه سانتیگراد تحمل کند. این ماده در مقابل اکثر مواد شیمیایی مقاوم بوده و دمای کارکردی دائمی آن نیز ۵۵ تا ۶۰ درجه سانتیگراد می باشد و این درحالی است که حداکثر دمای کارکرد آن با توجه به شرایط محیطی و فشار وارده می‌تواند تغییر کند. علاوه بر آن جوش دادن این نوع از این پلاستیک ها توسط تجهیزات مربوطه به راحتی انجام گرفته و می توان آنها را با استفاده از حلال ها و مواد چسبنده به یکدیگر متصل کرد.
PVC-M (اصلاح شده)
نوعی ترمو پلاستیک سخت می باشد و استحکام آن در برابر ضربه افزایش پیدا کرده است. ضریب ارتجاعی و استحکام ارتجاعی و استحکام کششی نهایی نیز در این ماده در مقایسه با نوع قبلی کمتر می باشد و خواص نهایی آن بیشتر بر نوع و میزان اصلاح کننده های افزوده شده وابسته است.
PVC-P (منعطف و یا نرم شده)
این ماده بسیار انعطاف پذیر تر بوده و از استحکام بیشتری در برابر ضربه برخوردار می باشد و به کارگیری روش‌هایی مانند روزن رانی و یا قالب گیری برای آن نیز ساده تر صورت می گیرد. از معایب این ماده می توان به این موارد اشاره کرد: این ترموپلاستیک با توجه به نوع نرم کننده اضافه شده می‌توانند از مقاومت کمتری در برابر مواد شیمیایی و دما برخوردار باشند. استحکام کششی این مواد نیز کمتر می باشد که ناشی از به کارگیری مواد نرم کننده و اثرات آنها می باشد. این نوع از وینیل ها مصارف بسیار متعددی دارد.
PVC-C (کلرینه)
این ماده از کلورین سازی رزین های وینیل ساخته میشود و خواصی مشابه انواع وینیل های سخت و نرم نشده دارد اما دمای کارکردی آن در مقایسه با آن بالاتر بوده و حدود ۹۵ درجه سانتیگراد می‌باشد ولی می‌توان عنوان کرد که فشار ارتجاعی مشابهی را می‌تواند در دمای اتاق تحمل کند.
PVC-O(ونیل های جهت یافته)
با نام پلی وینیل کلراید های بسیار مستحکم نیز شناخته میشود و توسط فرایندهای ویژه روزن رانی تولید میشود که در نهایت باعث شده تا جهت گیری و آرایش ویژه ای در زنجیره های پلیمری این ماده به وجود آید. خواص شیمیایی آن مشابه با PVC-U بوده اما از آنجایی که دارای جهت گیری خاصی می باشد خواص مکانیکی بهتری دارد. به عنوان مثال استحکام کششی نهایی در این ماده برابر با دو لایه از PVC-U می باشد که این مورد خود منجر به کاهش مصرف مواد و یا ذخیره بیشتر آنها خواهد شد.
پلاستی سول یا نرماسل
به پراکنش های رزین های وینیل در مواد نرم کننده گفته می شود. از آنجایی که این مواد حالت مایع دارند می‌توان آنها را با اعمال فشار کمتر در دمای اتاق قالب گیری کرده و زمانی که در معرض دمای ۱۵۰ تا ۲۱۰ درجه سانتیگراد قرار بگیرند این ترموپلاستیک ها متورم شده و مواد نرم کننده را جذب می کنند. در نهایت نیز پلاستی سول با ترموپلاستیک همگن ترکیب می شود. در اغلب موارد پایدارکننده ها، فیلرها و سایر موارد به این پلاستیک افزوده می‌شوند تا پایداری آن را بهبود بخشیده و خواص نهایی آن را تغییر دهند. در مواردی عامل های بادی به پلاستی سول افزوده می شوند تا در طی فرآیندهای ژله سازی آن را به فوم تبدیل کنند.
از وینیل ها ( به عنوان رایج ترین کلروپلیمر)به منظور تولید چه محصولاتی استفاده می شود؟
پلی وینیل کلراید از مصارف متعددی در حوزه ساخت و ساز و صنعت ساختمانی برخوردار است. ۷۵ درصد از مصرف وینیل ها در آمریکا و ۶۰ درصد در اتحادیه اروپا به صنعت ساخت و ساز و ساختمانی اختصاص داده میشود. از مصارف آن می‌توان به لوله های آب و فاضلاب، قاب پنجره، کف سازی و عایق سازی سیم و کابل اشاره کرد. سایر کاربردهای آن نیز شامل این موارد می شوند: کفش، لوازم ورزشی، وسایل بازی، بخش‌های خودرو و سیم های به کار برده شده در خودرو و فیلم های پلاستیکی.
آیا استفاده از محصولات حاوی وینیل برای سلامتی انسان خطرناک است؟
تعداد زیادی از محصولات حاوی وینیل به گونه ای ساخته شده اند تا بتوانند با قوانین و نیازمندی های تعیین شده و یا استاندارد ها مطابقت داشته باشند. لوله های ساخته شده از این ماده که برای انتقال آب آشامیدنی به کار برده می شوند باید توسط NFS بین المللی تصدیق شوند تا با قوانین آژانس حفاظت از محیط زیست آمریکا مطابقت داشته باشند. محصولات پزشکی و یا انواعی از کالاها که در معرض مواد غذایی نیز قرار می گیرند، باید مطابق با قوانین مدیریتی سازمان غذا و داروی آمریکا باشند. تعدادی از محصولاتی که به تازگی از وینیل ها ساخته شده اند دارای بوی ویژه ای می باشند و مقدار بسیار کمی از ترکیبات ارگانیک فرار از آنها منتشر میشود ولی امکان رفع آنها با تهویه ساده نیز وجود دارد. در واقع آزمایشات انجام گرفته نشان می‌دهند که بوی اولیه حاصل از پوشش‌های وینیلی برای دیوارها بسیار سریعتر از بوی رنگ از بین میرود. وینیل از بسپارش و یا اتصال یک ماده شیمیایی با نام وینیل کلراید به وجود می‌آید و قوانین بسیاری وجود دارند که سطح وینیل کلراید موجود در محیط کار و یا میزان انتشار آنها از کارخانه‌های تولیدی را محدود می سازند. تولیدکنندگان میزانی از وینیل کلراید را به پلی وینیل کلراید تبدیل می کنند که برابر با بیشترین استفاده از مواد خام باشد و سپس توسط بخار، باقیمانده آن را از بین می‌برند تا سطح وینیل موجود در ماده نهایی قابل چشم پوشی باشد. بخش اعظمی از وینیل ها از نمک به عنوان یک منبع ارزان و بسیار فراوان و اتیلن گرفته می‌شوند که از گاز طبیعی ساخته می شود. محصولات وینیلی انرژی بسیار کمتری مصرف می‌کنند، مواد کمتری را در هوا منتشر کرده و می‌توانند به مقدار بسیار بیشتری انرژی را ذخیره کنند. همانطور که پیش از این نیز اشاره شد پلی وینیل کلراید در تولید بسیاری از محصولات روزمره کاربرد دارد و البته در بسیاری از محصولاتی نیز دیده میشود که بصورت کمتری مورد استفاده عموم قرار می گیرد از جمله مواردی که در حوزه ساخت و ساز، الکترونیک، سلامتی و سایر موارد از اهمیت بالایی برخوردارند. کاربری بالای پلی وینیل کلراید ناشی از هزینه پایین و خواص مطلوب مکانیکی و فیزیکی آن است و علاوه بر آن می توان آن را به انواعی از محصولات انعطاف پذیر و یا سخت و مستحکم تبدیل کرد. امکان جایگزینی پلی وینیل کلراید با سایر مواد نیز وجود دارد اما معمولاً گزینه های جایگزین و روندهای فراوری آنها بازدهی لازم را نداشته و یا پرهزینه هستند.
