وضعیت ورود
درحال حاضر شما وارد سایت نشده اید.
آمار بازدیدکنندگان
  • کاربران حاضر: 0
  • بازدید امروز: 577
  • بازدید ماه: 35,972
  • بازدید سال: 198,047
  • کل بازدیدکنند‌گان: 119,564
قیمت روز
avatar

فرا پلیمر شریف

بازدارنده های شعله

تأخیراندازهای شعله:

مواد معدنی:

هر نوع پرکننده غیرآلی، حتی خنثی، می‌تواند به چند دلیل در واکنش پلیمرها با آتش مؤثر باشد: ۱- میزان محصولات قابل احتراق را کاهش می‌دهد؛ ۲- شرایط برای قابلیت هدایت گرمایی ماده ایجاد می‌شود و خواص فیزیکی ماده را اصلاح می‌کند؛ ۳- میزان گران‌روی ماده را تغییر می‌دهد. تمامی اتفاقات ذکرشده می‌تواند در عمل‌کرد آتش گرفتن پلیمرها مداخله کند. با این حال، بعضی از مواد معدنی به عنوان تأخیرانداز شعله، به علت رفتاری که در دماهای بالا دارند، شناخته شده‌اند.

متداولترین تأخیراندازهای شعله هیدروکسیدهای فلزی، هیدروکسی کربنات‌ها و بورات‌های روی هستند. در کنار تأثیرات ذکرشده، این افزودنی‌های غیر آلی یک واکنش تأخیرانداز شعله فیزیکی مستقیم نیز دارند. زمانی که دما افزایش می‌یابد، این پرکننده‌ها به صورت گرماگیر تخریب می‌شوند؛ بنابراین انرژی فرایند را جذب می‌کنند. این نوع تأخیراندازها، مولکولهای غیر قابل اشتعال (H2O,CO2) منتشر می‌کنند که گازهای قابل احتراق را رقیق کرده و یک لایه محافظ سرامیکی یا شیشه‌ای ایجاد می‌کنند.

هیدروکسیدهای فلزی: هیدروکسیدهای فلزی به صورت گرماگیر تخریب می‌شوند و در دمایی بالاتر از محدوده دمایی فرآیند پلیمر و در حدود دمای تخریب پلیمر آب منتشر می‌کنند. دو نوع متداول از این تأخیراندازهای شعله منیزیم‌دی‌هیدروکساید (MDH) و آلومینیوم تری هیدروکساید (ATH) است. سازوکار عمل: جذب حرارت، تولید آب، خنک کردن آتش و پلیمر، رقیق کردن مخلوط گازهای قابل اشتعال.

az

 

هیدروکسی‌کربنات‌ها: اکثر کربنات‌ها در دمای بالا CO2 آزاد می‌کنند به جز کربنات‌های منیزیم و کلسیم که در دمای کم‌تر از ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد گاز CO2 آزاد می‌کنند. در هر صورت، هیدورکسی کربنات‌ها نسبت به سایر تأخیراندازهای متداول کم‌تر استفاده می‌شوند

بورات ها: بورات‌ها نوع دیگری از خانواده‌های افزودنی غیر آلی با خواص تأخیراندازی شعله اند که در بین آن‌ها بورات‌های روی مثل ۲ZnO.3B2O3.3H2O بیش‌تر استفاده می‌شوند. محصولات تخریب گرمایی آن‌ها اکسید بور و اسید بوریک است که منجر به تشکیل یک لایه محافظ شفاف می‌شود. در صورتی که پلیمر مورد نظر شامل اکسیژن باشد، حضور اسید بوریک باعث هیدروژن‌زدایی شده و در نتیجه یک لایه کربنی شکل می‌گیرد. پرمصرف‌ترین ترکیب اسید بوریک است. اسید بوریک و بورات سدیم (بوراکس Na2 B4 O7.10H2O) دو ماده تأخیرانداز شعله هستند که اصولاً برای مواد سلولزی مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

هالوژن‌ها: نظیر پارافین‌های کلردار، هالوفسفات‌ها، ترکیبات آروماتیک برم‌دار مانند تری‌برموتولوئن و پنتابرموفنیل‌آلیل‌اتر. برم و کلر به علت انرژی پیوند کمی که با اتم‌های کربن دارند، می‌توانند در فرآیند سوختن حضور داشته باشند. یک سازوکار برای بهبود تأخیراندازی شعله مواد ترموپلاستیک، کاهش نقطۀ ذوب آن‌ها است. نتیجه این امر در نحوه تشکیل بازدارنده‌های رادیکال‌های آزاد در آتش است و سبب دور شدن ماده از شعله بدون سوختن آن می‌شود. باز داشتن رادیکال‌های آزاد موجب کاهش گازهای سوختنى تولید شده در اثر سوختن ماده می‌شود. حرارت مواد سوختنى، موجب تشکیل رادیکال‌های هیدروژن، اکسیژن، هیدروکسید و پروکسید که متعاقباً توسط آتش اکسید شده، می‌شود. مواد تأخیرانداز شعله این رادیکال‌ها را به دام می‌اندازند و در نتیجه از اکسیدشدن‌شان جلوگیری می‌کنند. هالوژن‌های برم یا کلر می‌توانند به عنوان پوششی از گازهای محافظ و برای رقیق کردن گازهای سوختنی مورد توجه قرار بگیرد. علاوه بر این مواد مذکور می‌توانند موجب تسریع اکسایش فاز جامد شود و با توجه به این که محصولات اکسایش تمایل دارند به این که به صورت حلقوی باشند، یک لایه جامد محافظ ایجاد می‌شود. از طرف دیگر X نسبت به H• و OH• واکنش‌پذیری کم‌تری دارند. مونومرها و کوپلیمرهای هالوژنی (تاخیراندازهای شعله واکنشی)- از جمله مزایای مونومرها و کوپلیمرهای تأخیرانداز شعله واکنشی این است که به علت حضور در داخل زنجیره و ساختار پلیمر می‌توانند در غلظت‌های پایین مورد استفاده قرار گیرند؛ امتزاج‌پذیری را بین پلیمر و عامل تأخیرانداز شعله افزایش می‌دهند؛ آسیب‌هایی که در اثر افزودنی‌های ناهمگن بر خواص مکانیکی اعمال می‌شود را محدود می‌کنند و مهاجرت عامل‌های تأخیرانداز شعله به سمت سطح کاهش می‌یابد . با این حال، این دسته از تأخیراندازها نیاز به یک مرحله افزودن به ساختار دارند که برای استفاده در صنعت مناسب نخواهد بود. واکنش این محصولات بسیار شبیه تأخیراندازهای شعله افزودنی است .آن‌ها با ذرات بسیار فعال H• و  OH•واکنش می‌دهند و واکنش تخریب را متوقف می‌کنند.

Untitled

آنتیموآن: تنها در حضور هالوژن‌ها عمل می‌کند. همانند فسفرها برای جمع‌آوری رادیکال‌های آزاد هیدروژن و هیدروکسید که برای سوختن لازم هستند، عمل می‌کند. در آتش، هالیدهای آنتیموآن و هالید اکسیدها در حجم‌های کافی تولید می‌شوند که در نتیجه آن پرده‌ای مه‌مانند از گاز خنثی بر روی جسم ایجاد می‌شود که از رسیدن اکسیژن به سطح جسم و همچنین گسترش شعله جلوگیری می‌کند.

فسفرها: فسفرها با ایجاد خاکستر که به صورت تشکیل اسید فسفریک و کاهش رهایش بخارات قابل اشتعال است، عمل می‌کنند.

محدوده محصولات تأخیرانداز شعله بر پایه فسفرها بسیار گسترده است که این محدوده شامل فسفات‌ها، فسفنات‌ها، فسفینات‌ها، اکسیدهای فسفین و فسفر قرمزها می‌شود. این مواد می‌توانند به صورت افزودنی و یا با حضور در زنجیره پلیمر استفاده شوند و در فاز متراکم و بخار فعال باشند اساساً تأخیراندازهای شعله بر پایه فسفر در فاز متراکم، برای پلیمرهایی که شامل اکسیژن اند، (پلی‌استرها، پلی‌آمیدها، سلولز و …) به طور مؤثر عمل می‌کنند. تخریب گرمایی در حضور این مواد اسید فسفریک تولید می‌کند سپس این ماده متراکم شده و پیروفسفات همراه با آب تولید می‌کند که این آب باعث رقیق‌شدن فاز گاز اکسیدکننده می‌شود.

علاوه بر این، اسید فسفریک و اسید پیروفسفریک میتوانند واکنش آب‌زدایی الکل‌های انتهایی را سرعت بخشند و این واکنش پیوندهای دوگانه کربوکاتیونی و کربن-کربن ایجاد می‌کند. در دماهای بالا اتصال‌های عرضی و ساختارهای کربنی ایجاد می‌شود و اسید ارتو و پیروفسفریک به متافسفریک و پلیمرهای مشابه (PO3H)n تبدیل خواهند شد.

آنیون‌های فسفات (پیرو و پلیفسفات‌ها) در تشکیل زغال باقی‌مانده کربنی مشارکت می‌کنند. این لایه محافظ کربنی پلیمر را ایزوله کرده و تماس آن را با شعله‌ها متوقف می‌کند؛ فراریت سوخت را محدود کرده و از تشکیل رادیکال‌های آزاد جدید جلوگیری می‌کند؛ نفوذ اکسیژن را محدود می‌کند و در نتیجه سوختن کاهش می‌یابد و پلیمر زیرین را نسبت به حرارت عایق می‌کند.

تأخیراندازهای شعله بر پایه فسفر به شدت در پلیمرهای شامل نیتروژن و اکسیژن مؤثرند. در صورتی که در پلیمر مورد نظر اکسیژن و یا نتیروژن وجود نداشته باشد ، باید از ، کمک افزودنی هایی مانند پلی‌ال‌ها، از جمله پنتااریتویتول استفاده شود.

فسفرهای قرمز: فسفرهای قرمز بیش‌ترین مصرف را در بین تأخیراندازهای شعله بر پایه فسفر دارند و با غلظت کمی (کم‌تر از ۱۰%) در مواد پلیمری استفاده می‌شوند. این نوع تأخیراندازهای شعله در پلیمرهایی مانند پلی‌آمیدها و پلی‌یورتان‌ها بسیار مؤثرند. به هر حال، سازوکار عمل‌کرد آن‌ها هنوز به صورت واضح مشخص نشده است.

فسفات‌های غیر آلی: آمونیوم پلی‌فسفات (APP) یک نمک غیرآلی از اسید پلیفسفریک و آمونیاک است. طول زنجیره (n) برای این ترکیبات پلیمری و همچنین تعداد شاخه برای این پلیمرها متفاوت است.

تأخیراندازهای بر پایه فسفر آلی: این ترکیبات شامل ارگانوفسفرها، فسفات‌استرها، فسفات‌ها و فسفینات‌ها هستند. از جمله می‌توان از تری فنیل فسفات (TPP) نام برد که در پلاستیک‌های مهندسی استفاده می‌شود.

[نظیر تری‌کرزیل‌فسفات (TCP) و تری‌آریل‌فسفات (TAP)]،

un

سامانه‌های بازدارنده شعله فوم‌کننده: فوم به محض تشکیل یک لایه کربنی بر روی سطح پلیمر در طول تخریب گرمایی به وجود می‌آید. این لایه به عنوان یک سد نارسانا عمل می‌کند و انتقال گرما را بین منبع گرمایی و سطح پلیمر کاهش می‌دهد. همچنین، انتقال سوخت را از سمت پلیمر به سمت شعله و نفوذ اکسیژن را در ماده کاهش می‌دهد. بیش‌ترین منبع اسیدی استفاده شده در این ترکیبات آمونیوم پلی‌فسفات (APP) است که در پلی‌الفین‌ها به حضور یک عامل کربنی مانند پنتااریتریتول نیز نیاز است.

نیتروژن: نیتروژن به عنوان یک افزایش‌دهنده تأخیراندازی شعله به همراه فسفر و همچنین به تنهایی در پلی‌آمیدها و آمینوپلاست‌ها، شناخته می‌شود. اصولاً مواد تأخیرانداز شعله نیتروژنی در پلیمرهای نیتروژن‌دار نظیر پلی‌یورتان‌ها و پلی‌آمیدهاست. ملامین یک محصول بلورین است که دارای ۶۷% وزنی اتم‌های نیتروژن است. این ماده در دمای ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد تصعید و در دمای ۳۴۵ درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شود. به محض تصعیدشدن مقدار بالایی انرژی جذب کرده و دما را کاهش می‌دهد. ملامین در دمای بالا با حذف‌شدن آمونیاک تخریب می‌شود و اکسیژن و گازهای قابل احتراق را رقیق کرده یک لایه متراکم و پایدار در مقابل حرارت ایجاد می‌کند که درون آن ملام، ملیم و ملون وجود دارد. عمل‌کرد نمک‌های ملامین در فاز متراکم به طور قابل ملاحظه‌ای بالاتر است. علاوه بر این، ترکیباتی چون فسفات ملامین تخریب گرماگیری دارند که منجر به تشکیل ملامین پلی‌فسفات و رهاسازی ملامین و اسید فسفریک می‌شود. اسید فسفریک آزادشده خواصی مشابه تأخیراندازهای شعله بر پایه فسفر دارد. ملامین پیروفسفات، در طول تخریب گرمایی، ملامین رها می‌کند، اما عمل‌کرد گرمایی آن نسبت به ملامین و دیگر نمک‌ها متفاوت است.

 

سیلیکون‌ها: اساساً افزودن مقدار نسبتاً کمی از ترکیبات سیلیکونی (سیلیکاها، سیلیکون‌ها، سیلیکات‌ها، ارگانوسیلان‌ها، سیلسکویی اکسان‌ها و…) خاصیت تأخیراندازی شعله را در پلیمرها افزایش می‌دهد سیلیکون‌ها، به عنوان موادی با پایداری حرارتی و مقاومت حرارتی بالا، با رهایی مقدار بسیار کمی گازهای سمی در طول تخریب گرمایی شناخته شده‌اند. رفتار خوب مشتقات سیلیکونی به عنوان تأخیرانداز شعله به علت بخش آلی آن‌ها در پلی‌کربنات و مهاجرت به سوی سطح در طول سوختن ماده است که نتیجه آن ایجاد یک زغال مقاوم در برابر آتش است که از ترکیبات سیلوکسان و ترکیبات آروماتیک متراکم به دست می‌آید.

 

نانوذرات

ذرات نانومتری به عنوان موادی که خواصی نظیر مقاومت گرمایی، استحکام مکانیکی و مقاومت در برابر سوختن را در پلیمر افزایش می‌دهند، شناخته شده‌اند. اساساً بسته به ساختار شیمیایی و شکل هندسی ذرات نانو، قابلیت تأخیراندازی شعله آن‌ها در پلیمر متفاوت خواهد. بود. نانورس‌ها، نانولوله‌های کربن، نانوذرات اکسید فلزی، نانوذرات کروی سیلیکات، سیلسکوئی‌اکسان و ذرات متالیک اکساید خواص تأخیراندازی شعله خوبی را از خود نشان می‌دهند. به محض حرارت دادن و افزایش دما، گران‌روی مذاب نانوکامپوزیت پلیمر کاهش می‌یابد و نانوذرات به سمت سطح ماده مهاجرت می‌کند. جمع شدن نانوذرات بر سطح مواد به عنوان مانع محافظ عمل می‌کند و انتقال حرارت به ماده، فراریت محصولات تخریبی سوختن و نفوذ اکسیژن به درون ماده را محدود می‌کند.

متأسفانه استفاده از دیرسوزکننده‌ها در پلیمرها به علت این که تلفات حاصله از آتش‌سوزی اکثراً به خاطر محصولات سمی ناشی از دود می‌باشد، پیچیده می‌باشد و لذا راه حل‌های دیگری را الزامی نموده است. از این دسته می‌توان به استفاده از مواد پفکی شکل که در زمان گرم شدن متورم شده و ماده قابل احتراق را از آتش و اکسیژن دور نگه می‌دارد، اشاره نمود. روش دیگر سعی در توسعه پلیمرهایی نظیر رزین‌های فنولی است که با تبدیل شدن به زغالی سخت در حین سوختن، مواد قابل احتراق زیرین را محافظت نمایند.

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com 📧

بازدارنده های شعله و نحوه عملکرد آن ها (دیرسوزکننده ها)

در سال های اخیر، استفاده از پلیمرها و کامپوزیت‌های پلیمری در خودروها، هواپیماها، کشتی‌ها، ساخت‌وسازهای شهری، منسوجات، بسته‌بندی و بسیاری از زمینه‌های دیگر به طور نمایی افزایش داشته است. دلیل آن را می‌توان در وزن کم، خواص مکانیکی و شیمیایی مطلوب و نیز مقاومت در برابر خوردگی پلیمرها جست‌وجو کرد ولی از آنجا که بخش عمده ساختار پلیمرها را هیدروکربن‌ها تشکیل می‌دهند، اغلب پلیمرها زمانی که در معرض آتش قرار می‌گیرند، به سرعت می‌سوزند. حین انجام این فرآیند، گرما، شعله، دود و گازهای مختلف آزاد می‌شود که می‌توانند بسیار خطرآفرین باشند. 

جهت غلبه بر این مشکل، تلاش های بسیاری برای بهبود بازدارندگی شعله مواد پلیمری انجام گرفته است. برای کاهش اشتعال پذیری پلیمرها، می توان یا ساختار پلیمر را دست کاری کرده یا با پوشش دهی سطحی پلیمر و منسوجات، لایه سدگری روی آن ها ایجاد کرد. در این مقاله، فرایند احتراق مواد پلیمری، سازوکارهای عمل بازدارنده های شعله و جلوگیری از پیش روی شعله و نیز پیشرفت های اخیر در زمینه نانوساختارهای بازدارنده شعله به طور خلاصه بررسی می شوند.

سوختن پلیمر

به دلیل ساختار شیمیایی پلیمرها، که اساساً از کربن و هیدروژن ساخته شده اند، قابلیت سوختن آن‌ها بسیار بالاست. واکنش سوختن به دو عامل بستگی دارد؛ قابلیت سوختن (عامل کاهنده) و ماده احتراقی (عامل اکسنده) که معمولاً اکسیژن هواست. این فرآیند معمولاً با افزایش دمای ماده پلیمری ناشی از حضور یک منبع حرارتی شروع می‌شود، اجزای فرار پلیمری درون هوا نفوذ کرده و گازهای قابل احتراق را پدید میآورند (این حالت سوختن نامیده می‌شود). این گازها زمانی که دمای خودسوزی‌شان ایجاد شد آتش می‌گیرند (که به عنوان دمایی که در آن انرژی فعال‌سازی واکنش سوختن فراهم می‌گردد، شناخته می‌شود). در این حالت گرما آزاد می‌شود. علاوه بر این، سوخت می‌تواند در دمایی پایین‌تر آتش گیرد که نقطه اشتعال نامیده می‌شود. در این حالت، به محض مجاورت سوخت با منبع خارجی دارای انرژی زیاد، مثل جرقه زدن و برافروختگی، اشتعال اتفاق می‌افتد. عمر چرخه سوختن (شکل زیر) وابسته به میزان آزادشدن حرارت در طول فرایند سوختن سوخت است.

Untitled

تخریب گرمایی یک پلیمر (شکست پیوند کووالانسی) یک پدیده گرماگیر است که به واردکردن انرژی گرمایی احتیاج دارد. انرژی واردشده به سامانه باید از انرژی لازم برای شکست پیوندهای کووالانسی بین اتم‌های متصل به یکدیگر در ماده پلیمری بیش‌تر باشد (در مورد بیشتر پلیمرها انرژی پیوند در حدود ۲۰۰ تا ۴۰۰ KJ/mol است). سازوکار تخریب به شدت به پیوندهای ضعیف تر و همچنین به حضور یا عدم حضور اکسیژن در فازهای جامد و گاز وابسته است. تخریب گرمایی ناشی از سوختن بر اثر حرارت و اکسیژن است؛ بنابراین، ما می‌توان تجزیه گرمایی در غیاب اکسیژن و تخریب گرمایی اکسایشی را تشخیص داد. تجزیه گرمایی بدون اکسیدشدن معمولاً به وسیله شکست زنجیره تحت تأثیر دما (پیرولیز) شروع می‌شود. شروع واکنش به عوامل مختلفی بستگی دارد. حضور اتم‌های اکسیژن در زنجیره و بلور باقیمانده، بقایای واکنش‌های اکسایش قبلی، نقایص شیمیایی در زنجیره‌های پلیمر و وجود پیوندهای ضعیف در طول زنجیره (به ویژه وجود این پیوندها در انتهای زنجیره) می‌تواند واکنش‌های جداکننده را شروع کند. شکست زنجیره می‌تواند به دو صورت اتفاق بیافتد: در حالت اول شکست زنجیره به وسیله شکل گرفتن رادیکال‌های آزاد صورت می‌گیرد. در این حالت، واکنش به خاطر این که این رادیکال‌ها یک واکنش زنجیری اتصال عرضی را شروع می‌کنند، که هم تحت شرایط اکسایش و هم تحت شرایط غیراکسایشی اتفاق می‌افتد، متوقف نمی‌شود.

زمانی که ماده پلیمری در معرض منبع گرما قرار می‌گیرد، دمای سطح آن افزایش پیدا می‌کند تا اینکه به تدریج به دمای پیرولیز (Tp) می‌رسد. در این دما، پلیمر پیرولیز شده و گازهای اشتعال‌پذیر و اشتعال‌ناپذیر، محصولات مایع و مقداری جامد زغالی تشکیل می‌شود. در اثر اختلاط گازهای اشتعال پذیر با اکسیژن یا هوای محیط، مخلوط گازی اشتعال‌پذیر تشکیل می‌شود. این مخلوط گازی می‌تواند در اثر افزایش بیش‌تر دما و رسیدن به دمای احتراق و در نتیجه تأمین انرژی فعال‌سازی انجام واکنش احتراق، به طور انفجاری آتش بگیرد یا در مجاورت منبع خارجی (مانند جرقه یا شعله) در دمای کم (نقطه اشتعال) شعله‌ور شود.

اگر گرمای آزادشده از سوختن پلیمر به اندازه‌ای باشد که به طور پیوسته پیرولیز پلیمر ادامه یابد، غلظت لازم از گازهای اشتعال‌پذیر تأمین شده و شعله ادامه پیدا می‌کند. سه عامل سوخت (گازهای اشتعال‌پذیر آزادشده از پیرولیز)، گرما (در اثر گرمای ناشی از منبع خارجی یا گرمای آزادشده از اکسایش سوخت) و اکسیژن (موجود در هوا) برای احتراق پلیمر ضروری هستند. بازدارندگی شعله با جلوگیری از تکرار این چرخه یا ایجاد اختلال در آن قابل دست‌یابی است.

آتش‌سوزی‌های شخصی بیش‌تر در اماکن مسکونی روی می‌دهند. جایی که وسایل منزل، کف‌پوش‌ها و البسه به طور گسترده وجود دارند و سوختی مناسب برای آتش به شمار می‌روند. یکی از روش‌های ممکن برای کاهش میزان خسارت ناشی از آتش‌سوزی استفاده از مواد تأخیرانداز شعله است. این مواد به شکل فیزیکی یا با ایجاد پیوند بر روی پلیمر منسوجات مانع آتش می‌شوند. بیش‌تر ضد آتش‌های مصرفی تا سال ۱۹۷۰ دارای قابلیت کاهش آتش‌پذیری و نرخ انتشار سطحی آتش بودند اما در سال‌های اخیر توجه بیش‌تری بر نرخ گرمای آزاد شده و انتشار دود و گازهای سمی و کشنده معطوف شده است. بروز آتش‌سوزی‌ها در آسمان‌خراش‌ها و ساختمان‌های مرتفع سبب شده است که نقش ضد آتش‌های دارای قابلیت کاهش میزان دود و گازهای سمی که خفگی ساکنان را به همراه دارد، پررنگ‌تر شود.

Untitled

میزان آتش‌پذیری الیاف به عوامل مختلفی همچون ساختار شیمیایی لیف، سهولت در سوختن، وزن و بافت پارچه و… بستگی دارد. در عمل هرگز نمی‌توان پارچه را به صورتی درآورد که اصلاً آتش نگیرد مگر آن که پارچه از الیاف شیشه‌ای، آزبست، کربن و یا الیاف کولار تهیه شده باشد. نومکس با این که بسیار گران است در حال حاضر بیش‌ترین مصرف را در مواردی که تأخیر اندازی شعله مهم‌ترین فاکتور است نظیر لباس آتش‌نشانان، لباس رانندگان مسابقات، گارگردان ذوب آهن و… داراست. 

Untitled

از خصوصیات تکمیل تأخیراندازی شعله مناسب به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:

  • عدم تأثیر و یا حداقل تأثیر بر خواص فیزیکی و مکانیکی
  • سادگی فرآیند مقاوم سازی نسبت به شعله و افزایش نقطه اشتعال الیاف
  • کم‌کردن طول شعله حاصل از سوختن
  • ادامه نیافتن سوختن با حذف منبع آتش
  • کاهش سرعت حرکت آتش بر روی کالا
  • تولید نکردن مواد سمی حین سوختن
  • مقاومت نسبت به شستشوی خانگی در صورت استفاده در البسه و لوازم منزل
  • کم هزینه بودن عملیات

نحوه عمل‌کرد بازدارنده‌های شعله

دیرسوزکننده‌ها توسط یک یا تعدادی از ساز و کارهای زیر عمل می‌کنند:

  • به طور شیمیایی در سازوکار انتشار شعله دخالت می‌کنند.
  • ممکن است حجم بالایی از گازهای احتراق‌ناپذیر را تولید کنند که از مصرف اکسیژن بکاهند.
  • ممکن است با انجام واکنش و تجزیه شدن از طریق واکنش‌های گرماگیر سبب جذب گرما شوند.
  • با ایجاد پوشش نفوذناپذیر مقاوم در برابر آتش، از دسترسی اکسیژن به پلیمر ممانعت نمایند.

عمل‌کرد فیزیکی

تخریب برخی از افزودنی‌های تأخیرانداز شعله گرماگیر است؛ در نتیجه دمای محیط خود را کاهش داده و بدین صورت سوختن پلیمر را دچار مشکل می‌کنند. وقتی تأخیراندازهای شعله تجزیه می‌شوند، با تشکیل گازهایی H2O، CO2، NH3 و… مخلوط گازهای احتراق را رقیق کرده که غلظت مصرف و امکان آتش گرفتن را محدود می‌کنند. علاوه بر این، یک سری از تأخیراندازهای شعله منجر به تشکیل یک لایه محافظ جامد یا گازی، بین فاز گاز که در آن سوختن اتفاق می‌افتد و فاز جامد که در آن تخریب گرمایی صورت می‌گیرد، می‌شوند. لایه محافظ از انتقال موادی مثل گازهای فرار قابل احتراق و اکسیژن ممانعت به عمل می‌آورد. در نتیجه، غلظت گازهای تخریبی تولیدشده به شدت کاهش می‌یابد. به علاوه، این لایه می‌تواند گازهای سوختنی را به طور فیزیکی از هوا که در آن اکسیژن وجود دارد جدا کند.

عمل‌کرد شیمیایی

تاخیراندازی شعله به وسیله اصلاح شیمیایی فرایندهای آتش‌گیری می‌تواند هم در فاز گاز و هم در فاز متراکم اتفاق بیافتد. سازوکار تولید رادیکال آزاد فرایند سوختن می‌تواند با حضور افزودنی‌های تأخیرانداز شعله، که امکان انتشار رادیکال‌‌های ویژه (Cl• , Br•) را دارند، در فاز گاز متوقف شود. این رادیکال‌ها می‌توانند با اجزای واکنش‌پذیر مانندH•  و  OH• و یا هر مولکول حاضر در محیط واکنش ترکیب شده تا واکنش‌های سوختن کاهش یابد. این اصلاح سازوکار واکنش سوختن منجر به کاهش چشم‌گیر در واکنش‌های گرمازا و در نتیجه کاهش دما و در نهایت تأخیر در سوختن می‌شود. همچنین، تأخیراندازهای شعله می‌توانند باعث رخ‌دادن دو نوع واکنش شیمیایی زیر در فاز متراکم شونند:

  • تشدید تخریب زنجیره‌های پلیمر که در نتیجه پلیمر چکه کرده و از ناحیه اشتعال حرکت می‌کند و خارج می‌شود.
  • تشکیل یا گسترش یک لایه کربنی (زغال) یا لایه شبه شیشه در سطح پلیمر که در این حالت این لایه به عنوان عایق فیزیکی بین فاز گاز و متراکم عمل می‌کند.

همچنین تأخیراندازهای شعله بسته به نحوه استفاده می‌توانند به دو دسته تقسیم‌بندی ‌شوند: تأخیراندازهای شعله افزودنی، تأخیراندازهای شعله واکنشی.

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com 📧

بازیافت بهینه؛ موضوع جدید مورد توجه تولیدکنندگان مواد افزودنی (بخش دوم)

ادامه خبر بخش اول: شرکت Songwon یکی دیگر از شرکت­ های تولید کننده­ مواد افزودنی است که در راستای فعال کردن مواد برای دستیابی به اهداف اقتصاد چرخشی فعالیت زیادی دارد. Songwon می­ گوید: ” امروزه رزین ­ها تنها برای یک بار استفاده طراحی شده ­اند. اگر در هنگام بازیافت مجدداً پایدار نشوند، چنان خواص خود را از دست می ­دهند که فرآیند کردن آن­ ها اگر غیر ممکن نباشد، بسیار دشوار خواهد بود. یک بسته­ پایدارسازی افزایشی (top-up stabilization package) این امکان را برای ماده فراهم می­ آورد که برخی خواص آن پس از بازیافت حفظ شوند. با این حال، این روی کرد افزایش دهندگی، باعث تخریب بخشی از ساختار پلیمر شده و ماده به دست آمده تنها در کاربردهایى قابل استفاده خواهد بود که نیازمند خواص در سطوحى  متوسط تر باشند، از همین رو برای آن­ها اصطلاح (downcycling) (بازیافتی که در آن خواص ماده­ پس از بازیافت به کیفیت ماده­ی اولیه نباشد.) به کار می­ رود. برای اطمینان از حفظ خواص ماده در برابر تخریب لازم است خواص پلیمر بازیافتی تا حد بالایی افزایش یابد. یکی از راه­ های دستیابی به این امر، افزایش میزان پایدارکننده است. با این حال، این رویکرد نیز محدودیت ­هایی از جمله، خطر تغییر رنگ و افزایش پتانسیل زردشدگی در ماده، دارد.” ایده­ Songwon رویکردی به نام “طراحی در راستای چرخه­ پذیری” جهت پایدارسازی پلیمر است، به نحوی که کارایی رزین را به حداکثر برساند. در نمایشگاه K2019 شرکت Songwon یک افزودنی جدید را جهت پایدارسازی حرارتی پلی ­پروپیلن بازیافتی برای کاربرد در خودرو عرضه کرد. به گفته­ این شرکت، Songxtend 2721 یک پایدار کننده با عمل کرد بالاست که باعث بهبود پایداری حرارتی داخل خودرو و قطعات زیر کاپوت شده و عمر آن ­ها را افزایش می ­دهد. غلظت را می ­توان به نحوی تنظیم کرد که قادر به پایداری حرارتی طولانی مدت، که در بسیاری از کاربردها مثل پوشش موتور، محافظ کابل برق، و محفظه­ باتری مورد نیاز است، باشند. Songxtend 2721 علاوه بر افزایش دوام، در به حداقل رساندن اثرات منفی حاصل از باقی مانده­ اسید در بازیافت محفظه­ باتری تأثیر زیادی دارد.

Untitled

 Songwon شروع به بسته بندی محصولات خود در کیسه­ های ۲۰ کیلوگرمی پلی اتیلن ساخته شده با ۵۰٪ پلی اتیلن بازیافتی کرده است.

Baerlocher، یکی دیگر از مجموعه شرکت ­های تولید مواد افزودنی در دنیا، در K2019 تلاش زیادی در راستای به نمایش گذاردن مزایای تکنولوژی پایدارسازی رزین (RST) خود که در ترکیب با آنتی­ اکسیدانت­ های رایج خاصیت هم­ افزایی نشان می­ دهد،  به عمل آورد. به گفته­ این شرکت، RST می ­تواند در حل چالش­ های مربوط به کیفیت و سازگاری مواد بازیافتی یاری ­رسان باشد. به عنوان مثال، RST می ­تواند زمان القای اکسایش (OIT) که معیاری از میزان تخریب محسوب می­ شود، و هم­چنین ثبات رنگ را، بسیار کارآمدتر از پایدارکننده ­های رایج بهبود بخشد. Andreas Holzner رئیس واحد بازرگانی بخش افزودنی Baerlocher می­گوید: ” فن­آوری پایدارکنندگی رزین (RST) می­ تواند به افزایش میزان ماده­ی بازیافتی در فیلم و سایر محصولات، بدون به خطر انداختن کیفیت، عملکرد، یا زیبایی آن­ ها کمک کند.

در K2019، شرکت Baerlocher اعلام کردکه شرکت ExxonMobil Chemical (یکی از شرکت ­هایی که با Baerlocher همکاری دارد.) در حال تحقیق بر روی گرید جدیدی از پلی اتیلن با چگالی بالا برای قالب ­گیری اکستروژن دمشی و ترموفورمینگ است که امکان افزودن درصد بالایی از مواد PCR را فراهم می ­کند. این امر می ­تواند با استفاده از پایدارکننده ­های RST شرکت Baerlocher برای ایجاد رزینی با ویژگی های بالقوه­ برجسته­ تر حاصل شود که امکان اضافه کردن ۵۰٪ یا بیش تر از ماده­ بازیافتی را ایجاد می­ کند. به گفته­ Baerlocher، داده ها در مورد نتایج OIT امیدوار کننده به نظر می ­رسند.

شرکت Struktol نیز خط تولید محصولات VMO خود را برای اصلاح جریان مذاب پلی پروپیلن معرفی کرده است. این محصول به شکل گرانول بوده و می ­تواند به راحتی در پلیمر یا ترکیب قرار گیرد. از مزایای محصولات VMO، گنجاندن یک ماده خنثی کننده بو برای کاهش بو در ترکیب نهایی است. از دیگر ویژگی­ های منحصر به فرد این محصول، امکان استفاده از PP مخلوط با PE است به طوری که همچنان شاخص جریان مذاب (MFI) افزایش یابد.

شرکت Struktol مى گوید: ” سرى محصولات VMO مى توانند براى آن دسته از تولیدکنندگانى که مایل به کاهش استفاده از PP خام یا بازیافتى با MFI هاى مختلف هستند، مفید باشند. تنها یک نوع رزین از PP با MFI پایین امکان ایجاد MFI هاى بالاتر را فراهم مى آورد. در مورد مواد بازیافتى، ممکن است تولید کنندگان با PP مخلوط با PE سروکار داشته باشند که این امر مانع افزایش MFI مى شود. به گفته شرکت Struktol، سرى محصولات VMO به گونه اى طراحى شده اند که حضور PE در ماده ى بازیافتى، حتى در برخى موارد تا بیش از ٣۵٪‏، مشکلی ایجاد نخواهد کرد.
گریدهاى موجود در این مجموعه، شامل VMO408 ،VMO308 ،VMO208 ،VMO108 ،VMO058 هستند که بر حسب میزان فعالیتشان از کم به زیاد مرتب شده اند. در برخى موارد، نیاز به محصولى با فعالیت کم وجود دارد که امکان استفاده از دوزهاى بالاتر را فراهم کند. این موضوع، در مواردى که استفاده از دوز یا وزن کم از افزودنى مشکل ساز است، مفید واقع مى شود.

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com 📧

بازیافت بهینه، موضوع جدید مورد توجه تولیدکنندگان مواد افزودنی (بخش اول)

– بهبود کیفیت و عمل کرد پلاستیک ­های بازیافتی، کلید پذیرش آن­ ها در کاربردهای مورد نیاز مصرف کنندگان است. تولیدکنندگان مواد افزودنی بر این باورند که افزودنی­ ها در این زمینه می ­توانند راه­گشا باشند.

 

در حال حاضر، رقابت شدیدی بین تولیدکنندگان مواد افزودنی در زمینه­ تولید محصولاتی جهت ارتقای کیفیت پلاستیک­ های بازیافتی برای استفاده در کاربردهای جدید وجود دارد. آن­ ها بر این باورند که موانع موجود بر سر راه استفاده­ مجدد از پلاستیک­ها، که عمدتاً به دلیل عدم اطمینان از کیفیت مواد پلاستیکی بازیافتی است، را می­ توان با استفاده از افزودنی ­های مناسب که قادر به بازگرداندن خواص اولیه­ به ماده­ی بازیافتی باشند، از میان برداشت. این تولیدکنندگان از گروه ­های بزرگ دارای تولیدات متنوع مواد افزودنی گرفته تا متخصصان حوزه­ پایدارکننده ­ها، اصلاح کننده­ های زنجیر، بهبود دهنده ­های جریان مذاب، اصلاح کننده­ های ضربه، و دیگر محصولات را شامل می­ شوند. 

نمایشگاه بین­ المللی K دوسلدورف در اکتبر ۲۰۱۹، فرصت بسیار خوبی را برای شرکت ­ها جهت گفت ­و­ گو با آمیزه ­سازان و فعالان حوزه­ بازیافت پیرامون مواد مورد نیاز این بخش و نیز تبلیغ محصولات در حوزه­ افزودنی ­ها و مستربچ ­ها فراهم آورد.

بخش مستربچ در غرفه­ شرکت Clariant در نمایشگاه K2019 نمونه­ بارزی از این تمرکز جهانی بر افزودنی­ ها در حوزه­ بازیافت بهینه­ پلاستیک ­هاست. در این غرفه، کاربردهایی که در آ ن­ها از مستربچ ­های افزودنی استفاده شده بود در بین دیگر مستربچ­های رنگی به صورتی برجسته ­تر نمایش داده شد (اخیراً بخش مستربچ Clariant با شرکت PolyOne ادغام و در حال حاضر با نام Avient فعالیت می­ کند.). شرکت­ های همکار نیز سخنرانی­ هایی پیرامون چرخه­ مواد و بازیافت آن ­ها برای بازدیدکنندگان نمایشگاه ارائه دادند.

Jan Sueltmeyer رئیس بخش نوآوری و پایداری مواد شرکت Clariant در مصاحبه با مجله­ دنیای پلاستیک ­های بازیافتی (Plastics Recycling World) در K2019 این­ گونه بیان کرد که همکاری در زنجیره­ عرضه­ مواد (افزودنی) برای رشد مواد بازیافتی در کاربردهای بیش تر ضروری است. وی افزود: ” همه باید نحوه­ کار با مواد بازیافتی را یاد بگیرند.”

شرکت Clariant در سال گذشته، روی‌کردی به نام EcoCircle را راه­ اندازی کرد که موفق به گردِ هم آوردن تخصص­ های بسیاری از جمله رنگدانه ­ها، مواد افزودنی، و مواد معدنی شد. این ایده به منظور ایجاد علم چرخه­ پلاستیک­ ها و سپس به اشتراک گذاردن آن با دیگر شرکت ­های همکار توسط Clariant شکل گرفت. به گفته­ Sueltemeyer، هدف Clariant این است که پس از فروش بخش مستربچ به PolyOne این ایده را به طور جدی دنبال کند.

مستربچ­ های افزودنی تولید شده در Clariant می ­توانند از آسیب دیدگی یا از بین رفتن خواص عمل‌کردی ماده در حین بازیافت جلوگیری کنند و هم­چنین محصولات دیگری نیز قادر به جبران آسیب ­های وارده به پلیمر در حین فرآورش پلیمرها، مدت زمان استفاده از آن­ ها به عنوان محصول و سپس بازیافت آن­ ها هستند. محصولات این شرکت شامل:

– آنتی­ اکسیدانت ­ها (آنتی ­اکسیدانت­ های سری CESA-nox) که در طول آمیزه ­سازی (PCR (Post-Consumer Resin یا تولید مواد بسته­ بندی از مواد بازیافتی اضافه می ­گردد و از مشکلات ایجاد شده به واسطه­ حرارت و اکسیژن، از جمله از بین رفتن خواص مکانیکی، تغییر رنگ، و تشکیل نقاط سیاه، جلوگیری می­ کنند.

– کمک فرآیندها (CESA)، مستربچ­ های افزودنی فرآیندی جهت رویارویی با رفتار متغیر مذاب در پلیمرهای PCR.

– بسط دهنده ­های زنجیر (CESA)، افزودنی­ های بسط دهنده­ برای موادی از جمله PET که رطوبت، حلال ­ها، و حرارت  باعث شکسته شدن زنجیرهای پلیمر می­ شوند و این موضوع می­ تواند منجر به از بین رفتن فرآیند پذیری، وزن مولکولی، و خواص ماده شود، کاربرد دارند.

– اصلاح کننده­ ها (مستربچ­ های افزودنی CESA-Mod)، که باعث کاهش شکنندگی و افزایش استحکام ضربه به اندازه­ کافی شده تا به بطری­ ها و ظروف شاخته شده از PCR اجازه دهند تست ­های استاندارد مقاومت عمودی بطری (Top-load) و سقوط از ارتفاع را با نتایج بهتری پشت سر بگذارند.

– اصلاح کننده­ رنگ، مستربچ­ های Clariant شامل خانواده­ بزرگی از رنگ­ های PCR است که برای پلیمرهای بازیافتی که رنگ نامطلوبی دارند قابل استفاده است.

استفاده مجدد از ضایعات پس از تولید هدف اصلی پایدار کننده­ AddWorks PKG 906 Circle است که در K2019 توسط شرکت Clariant عرضه شد. بازار هدف این پایدارکننده تولیدکنندگان فیلم ­های PP و PE به ویژه تولیدکنندگان PP دو جهته، فرآیندهای فیلم دمشی و فیلم ­های تولیدی به روش ریخته ­گری عنوان شده است. میزان استفاده از ضایعات بازیافتی در فیلم نهایی می­تواند تا ۳۰% نیز افزایش یابد. به گفته­ این شرکت، افزودنی فوق، به واسطه­ کاهش چشم‌گیر در تشکیل ژل و جلوگیری از زرد شدگی بیش‌تر در سرعت ­های بالا، از کیفیت رزین و فیلم تولیدی محافظت می­ کند.

Bruggemann، یکی دیگر از تولید کنندگان مواد افزودنی، در نمایشگاه K2019 محصولی را برای بازیافت بهینه­ مواد پلی­ آمیدی و تولید گریدهای با کیفیت قالب­گیری تزریقی از آن­ ها، به نمایش گذاشت. سری اصلاح‌کننده­ های زنجیر این شرکت با نام Bruggolen M می­تواند ویسکوزیته­ های نسبی پلی­ آمیدهای بازیافتی را با بلند کردن زنجیرهای بیش از حد کوتاه یا کوتاه کردن زنجیرهای خیلی طولانی تنظیم کند. Bruggemann می­ گوید:” تولیدکنندگان می­ توانند از مقادیر اندکی از این مواد اصلاح کننده برای تنظیم ویسکوزیته ­های نسبی متناسب با نیازهای خود طی یک مرحله ترکیب استفاده کنند. مواد بازیافتی حاصل خواص مکانیکی بسیار خوبی از خود نشان داده، می­ توانند مانند مواد خام اولیه غیر بازیافتی با همان ویسکوزیته­ ها، و برای کاربردهای مشابه آن­ها مورد استفاده قرار گیرند. این امر نیاز به ترکیب مواد بازیافتی با پلیمر خام اولیه را برطرف کرده و امکان بالایی را برای ایجاد بازاری سودآور برای مواد خام پلی­آمیدی ثانویه که به لحاظ کیفیت پاسخگوی نیازهای صنعت قالب­ گیری تزریقی باشند، فراهم می­ آورد.”

فرمولاسیون Bruggolen TP-M 1417 برای کوتاه کردن زنجیرهای مولکولی بیش از حد طولانی مواد ضایعاتی PA با ویسکوزیته­ بالا، مانند مواد اکسترود شده­ با ویسکوزیته­ بالا، نایلون­ های تولید شده به روش ریخته­ گری یا فیلم، طراحی شده است. کافی است در طول اکسترود کردن، از این ماده با نرخ پایینی اضافه شود تا ویسکوزیته­ به نحوی کاهش یابد که بتوان پلیمر را به صورت تزریقی قالب­ گیری کرد. به گفته­ Bruggemann، با تنظیم مقدار اضافه شده از این ماده می­ توان ویسکوزیته­ نهایی را به شکل بسیار دقیقی کنترل کرد. نکته­ قابل توجه این است که خواص مکانیکی قطعات قالب­گیری شده از پلیمر بازیافتی حاصل، بسیار مشابه خواصی است که از پلی­آمید اولیه بدست می ­آید.

یک اصلاح کننده­ دیگر زنجیر، Bruggolen M 1251، زنجیرهای مولکولی پلی ­آمید بازیافتی را که در طول فرآیند یا سرویس دهی قطعه تخریب و باعث کاهش وزن مولکولی شده­ اند را طولانی می­ کند. به گفته­  Bruggemann، خواص مکانیکی ماده­ بازیافتی می تواند تا رسیدن به خواص ماده­ اولیه بهبود یابد. هم­چنین، برای تنظیم راحت ­تر دوز استفاده در طول فرآیند ترکیب، Bruggolen M 1253 به شکل دانه ­هایی با اندازه­ کوچک‌تر هم تولید می­ شوند.

Bruggemann با همکاری تولیدات خود را از افزودنی­ های پلی­ آمید به پایدارکننده­ های جدیدی برای مواد بازیافتی با کیفیت پلی­ اولفینی که منجر به افزایش دوام ساختاری این پلیمرها می­ شوند، گسترش داده است. به ادعای این شرکت، این پایدارکننده­ ها می ­توانند اثرات آسیب ­های قبلی که به دلیل اکسیداسیون حرارتی و نوری به وجود آمده و از بالا رفتن کیفیت مواد بازیافتی برای استفاده در فرآیند قالب­گیری تزریقی جلوگیری می ­کنند را کاهش دهند. Fraunhofer LBF  بیان کرده که از دانش خود در زمینه­ اثرات افزودنی­ های پلیمر، از جمله آنتی ­اکسیدانت­ ها، پایدارکننده ­های نوری، تأخیر اندازنده­ های شعله و عوامل هسته ­زا در راستای رویارویی با چالش­ های ویژه­ ای که در رابطه با استفاده از مواد بازیافتی پیش روی تولیدکنندگان است، بهره گرفته است.

سیستم های پایدار کننده­ جدید به دلیل قابلیت واکنش ­پذیری خاصی که دارند، توانایی خنثی کردن تأثیرات آسیب ­های قبلی وارد شده به مواد بازیافتی را داشته و زمینه را برای تولید مواد بازیافتی با خواص فرآیندی بالا و پایداری حرارتی طولانی مدت، مشابه با مواد خام اولیه، را فراهم می­ آورند. این سیستم­ های جدید تا حدودی بر پایه­ مواد اولیه تجدیدپذیر هستند…

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com 📧

نرم‌کننده‌ها (Plasticizers)

نرم‌کننده‌ها مواد آلی با قابلیت فراریت کم هستند که به ترکیبات پلیمری جهت ارتقاء انعطاف‌پذیری، کشش‌پذیری و فرآیندپذیری افزوده می‌شوند. آن‌ها جریان و گرمانرم‌شدگی (Thermoplasticity) مواد پلاستیک را از طریق کاهش ویسکوزیته مذاب پلیمر، دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) دمای ذوب (Tm) و مدول الاستیک محصولات نهایی را بدون تغییر در ماهیت شیمیایی آن‌ها افزایش می‌دهند. نرم‌کننده‌ها به ویژه برای پلیمرهایی که در دمای اتاق به حالت شیشه‌ای هستند، استفاده می‌شوند. این پلیمرهای سخت به دلیل برهم‌کنش‌های قوی میان مولکول‌های نرم‌کننده و واحدهای زنجیر انعطاف‌پذیر می‌شوند که انتقال از حالت شکننده به چقرمه کم‌تر آن‌ها کاهش می‌دهد و محدوده دمایی برای رفتار حالت لاستیکی یا ویسکوالاستیک آن‌ها را بسط می‌دهند.

از ویژگی‌های نرم‌کننده‌ها این است که آن‌ها دمای ذوب، ویسکوزیته مذاب، دمای انتقال شیشه‌ای و مدول الاستیک پلیمر را  بدون تغییر در ماهیت شیمیایی آن‌ها کاهش می‌دهند. از لحاظ فنی، آن‌ها عمل‌کردهای متعدد انجام می‌دهند. آن‌ها به عنوان کمک‌‌فرآیند عمل می‌کنند، وارد برهم‌کنش فیزیکی با پلیمر می‌شوند و  این امکان را فراهم می‌کند تا مواد به صورت سفارشی یا تقریباً نزدیک به آن برای تأمین نیازهای ویژه‌ طراحی شوند. نرم‌کننده‌های تجاری معمولاً به شکل مایعات با ویسکوزیته کم تا زیاد و بسیار به ندرت به عنوان محصولات جامد تهیه می‌شوند. از آنجایی که ترموپلاستیک‌های کثیری به دمای فرآورش بالا نیاز دارند، نرم‌کننده‌هایی که برای برای چنین موادی استفاده می‌شوند، باید مقاومت گرمایی کافی جهت ممانعت در برابر تغییر رنگ، تخریب یا سرعت‌های تبخیر بیش‌ از حد در حین فرآورش داشته باشند. قابلیت کم تبخیر نیز برای کاربرد مورد نیاز است، جایی که مواد پلیمری در دماهای بالا برای مدت طولانی استفاده می‌شود. نرم‌کننده‌های معمولی که معرفی می‌شوند نیاز به فراریت کم است، برای مثال فتالات‌ها و آدیپات‌ها، در حالی که از الکل‌های آلیفاتیک C10-C13 و استرهای اسید تری‌ملتیک تهیه می‌شوند، استفاده می‌شود. برای کالاهایی که در معرض اثرات پیچیده هوازدگی قرار دارند، نه تنها قابلیت تبخیر، بلکه مقاومت در برابر نور، استخراج آب و حمله قارچی مورد نیاز هستند. یافتن نرم‌کننده یا ترکیب نرم‌کننده همیشه آسان نیست و اغلب باید توافقی صورت بگیرد.

مشکلات مهاجرت می‌تواند تحت شرایط نامساعد در محصولات چند لایه نظیر چرم‌های مصنوعی و فیلم‌هایی که باعث تخریب یا چسبناکی بیش از حد لایه‌ که در ابتدا حاوی نرم‌کننده نبودند، شوند. در چنین مواردی، یک نرم‌کننده پلیمری می‌تواند انتخاب صحیح باشد.

اشتعال‌پذیری می‌تواند مسأله دیگری در بسیاری از کاربردها باشد. در چنین مواردی، از استرهای فسفریک (به عنوان مثال فسفات تری کرزیل یا فسسفات تریکلرواتیل) و پارافین‌های کلردارشده با مقدار کلر بالا استفاده می‌شوند. هر دو این گروه از نرم‌کننده‌ها محرک هستند و می‌توانند سبب مشکلات سلامتی در هنگام بلع یا جذب از طریق پوست شوند. بنابراین محافظت کافی هنگام دست زدن به آن‌ها باید به کار رود.

برای محصولات ساخته شده از پلیمرهای قطبی (پلی‌وینیل‌کلراید، آکریلونیتریل و کوپلیمرهایش) که در معرض دماهای پایین قرار دارند (معمولاً زیر ۴۰  درجه سانتی گراد یا زیر ۴۰ درجه فارنهایت)، نرم‌کننده‌های خاص، نظیر دی‌بوتیل‌فتالات، دی‌اکتیل‌فتالات و دی‌اکتیل‌آدیپات مناسب هستند. شکنندگی در دمای پایین با افزایش مقدار نرم‌کننده کاهش می‌یابد. بسته به پلیمر پایه، مقدار نرم‌کننده می‌تواند تا ۴۵% باشد. انواع مختلفی از نرم‌کننده‌ها وجود دارد که هر کدام با نوع خاصی از پلیمر سازگاری دارند که به روش زیر گروه‌بندی می‌شوند:

استرهای فتالیک، استرهای فسفریک، آدیپیک، آزلایک و استرهای سباسیک، استرهای سیتریک، استرهای تری‌ملیتیک، هیدروکربن‌های هالوژنه شده، هیدروکربن‌های (آلیفاتیک، نفتنیک و آروماتیک)، استرهای بنزوئیک، استرهای اسید چرب (اولئات‌‌ها، استئارات‌ها، ریسینولیت‌ها، پنتاریسرول، استرهای چرب، اپوکسید‌‌شده‌ها، پلی‌استرها (نرم‌‌کننده‌های پلیمری، تراکمی)

تعاریف

تعاریف متعددی از نرم­کننده ­ها وجود دارد از جمله:- ماده ­ای با وزن مولکولی پایین که به مواد پلیمری از جمله رنگ ­ها، پلاستیک­ ها، یا چسب ­ها اضافه می ­شود تا انعطاف­ پذیری آن­ ها را افزایش دهد.

– نرم­کننده Tg کاهش داده و ماده را منعطف ­تر می­ کند.- نرم­کننده با زنجیرهای پلیمری در سطح مولکولی برهم­کنش می­ دهد تا سرعت پاسخ ویسکوالاستیک را بالا ببرد (یا تحرک زنجیر را افزایش دهد).- در بسته­ بندی، نرم­کننده ماده­ ای است که به منظور افزایش انعطاف­پذیری، کارایی و ازدیاد طول به مواد اضافه می­ شود.- خواص رئولوژیکی از طریق افزودن نرم­ کننده بهبود می­ یابند.- نرم­ کننده ­های خاص، ویژگی ­هایی از جمله تأخیراندازی در شعله، انعطاف­ پذیری در دمای پایین، و مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی را ارائه می­ دهند. – نرم­کننده­ خارجی، نرم­ کننده­ای است که به یک رزین یا ترکیب اضافه می ­شود و در مقابل، نرم ­کننده­ داخلی در طی فرآیند پلیمریزاسیون رزین به آن افزوده می ­گردد.- نرم­ کننده­ ثانویه، نرم­ کننده ­ایست که با یک رزین معین، سازگاری کم تری نسبت به نرم ­کننده­ اولیه دارد. و اگر بیش از حد استفاده شود باعث چسبندگی سطح شده و ممکن است از ماده تراوش کند. نرم­ کننده ­های ثانویه همراه با نرم ­کننده ­های اولیه برای کاهش هزینه یا بهبود در خواص الکتریکی در دمای پایین استفاده شده و نیز به عنوان یک نرم کننده­ توسعه دهنده شناخته می ­شوند.- نرم­ کننده­ پلیمری دارای وزن مولکولی بالا است (معمولاً وزن مولکولی متوسط عددی بیش از ۲۰۰۰ دارد.). افزایش در وزن مولکولی به دلیل کاهش فشار بخار و پایین آوردن نرخ نفوذ، به بقای نرم ­کننده کمک می­ کند.

– نرم­ کننده­ زیستی یک نرم ­کننده­ اولیه یا ثانویه است که از منابع تجدیدپذیر به دست می ­آید.

– نرم کننده­ زیست تخریب­ پذیر محصول سنتز و/یا فرآوری محصولات طبیعی است که می­ تواند به راحتی به صورت زیستی تجزیه شود. مواد زیست­ تخریب­پذیر به طور کلی به ماده­ای اطلاق می ­شود که در حضور آب، اکسیژن و دمای مناسب، قادر است توسط میکروب ­ها به دی­ اکسید کربن و آب تجزیه شود.- نرم کننده غیر فتالاتی (یا بدون فتالات) محصولی سنتزی است که حاوی بقایای ارتو-فتالیک نیست.- نرم کننده­ی غیر VOC محصولی است که دارای زمان ماندگاری طولانی است و معمولاً با زمان ماندگاری n-hexadecane که با آنالیز GC 10 دقیقه تعیین شده، قابل مقایسه است.هر محصولی که دارای زمان ماندگاری بزرگتر از n-hexadecane باشد، محصول آلی غیر VOC یا نیمه فرار (SVOC) محسوب می­ شود. محصولات آلی نیمه­ فرار دارای نقطه جوش بالاتر از ۲۶۰ درجه سانتی گراد هستند.(VOC یا محصولات آلی فرار دارای نقطه جوش در محدوده­ی ۶۰-۲۶۰ درجه سانتی گراد هستند، در حالی که محصولات آلی بسیار فرار، VVOC، دارای نقطه جوش زیر ۶۰ درجه سانتی گراد هستند.) 

– “نرم کننده­ های سبز”  مترادف محصولات مبتنی بر طبیعت (یا تجدید پذیر) هستند.

طبقه ­بندی

هدف از طبقه ­بندی یک ماده آن است که دانش ما را در آن رابطه  به گونه ­ای سازمان­ دهی کند که خواص هر دسته راحت­ تر به خاطر سپرده شود و روابط آن­ها برای کاربرد در یک هدف خاص بهتر درک شود. طبقه­ بندی به ما کمک می­ کند تا با پیچیدگی­ ها کنار بیاییم. مواد بسیار زیادی وجود دارند که به صورت جداگانه در نظر گرفته شوند. اگر بتوانیم برخی از خواص یا رفتارهای مشترک بین آنها را پیدا کنیم، می­توانیم گروه ­های معنی داری ترتیب دهیم تا به ما در ساده کردن روند تصمیم ­گیری کمک کنند.

نرم کننده ها معمولاً بر اساس ترکیب شیمیایی طبقه ­بندی می­ شوند، زیرا درک تأثیر عناصر ساختاری (به عنوان مثال، الکل­های مختلف در یک مجموعه همگن از فتالات، آدیپات­ها و غیره) بر خصوصیات نرم­کننده ­ها و نیز تأثیر آنها بر روی مواد حاوی نرم­کننده آسان­تر است. به همین دلیل ، ما همچنین نرم­کننده ­ها را بر اساس خانواده شیمیایی مانند استرها، فتالات­ها، ویا پارافین ­های کلردار دسته ­بندی می­کنیم. در نظر گرفتن این نکته حائز اهمیت است که، طبقه بندی باید به استخراج یک حقیقت عملی کمک کند تا اینکه فقط برای ساده سازی استفاده شود. به عنوان مثال ، دسته­ بندی پارافین­ ها بر اساس طول زنجیره­ کربن و غلظت کلر آنها به دسته بندی مناسب اطلاعات و مقالات در این زمینه کمک می ­کند. به طور مشابه، مطالعه میزان مهاجرت فتالات­ های دارای الکل­ های مختلف یا میزان محلول بودن آنها در حلال­ های مختلف به ایجاد فرمولاسیو ن­های بهتر کمک می­کند.

بخش قبل نشان می­ دهد که نرم کننده ­ها بر خواص مختلف فیزیکی و شیمیایی مواد تأثیر می­ گذارند. در بسیاری از کاربردها، این امکان وجود دارد که طراح محصول قصد داشته باشد خصوصیات مواد را در جهت خاصی تغییر دهد که انتخاب یک نرم کننده­خاص را الزامی می­ کند.

این بخش نشان می­ دهد که تعریف نرم ­کننده تحت تأثیر کاربرد ، دلیل استفاده از آن و نیز تأثیر آن بر انسان و محیط قرار دارد. فصل بعدی شامل مقایسه خواص نرم کننده ­ها است. به منظور کمک به مطالعه­ روابط موجود، نرم کننده ­ها بر اساس خانواده شیمیایی­شان طبقه بندی می­ شوند، چرا که این تنها راه آسان برای تعیین گروه نرم­کننده ­های منفرد است. مقایسه­ خواص برای برجسته کردن خواص فیزیکی، تأثیر بر خواص موادی که در آن­ها از نرم­ کننده استفاده شده است، و یافتن توجیهی در انتخاب آن­ها برای دستیابی به خواص مورد نظر، انجام شده است.

 

انتظارات از نرم ­کننده­ ها

تعداد زیادی از کاربردهای نرم ­کننده­ ها در حال حاضر، ناشی از انتظاراتی است که از بهبود خواص مواد اولیه­ پلیمری و یا محصول نهایی وجود داشته است. موارد زیر برخی از مهم­ ترین انتظاراتی که از نرم ­کننده ­ها وجود داشته و منجر به بهبود خواص می­ شود را بیان می­ کند:

– کاهش دمای انتقال شیشه ­ای پلیمر، رایج ­ترین دلیل استفاده از نرم ­کننده ­ها، که این مورد غالباً مربوط به سازوکار عمل‌کرد نرم­کننده بوده و از همین طریق نیز توضیح داده می­ شود.

– ایجاد انعطاف پذیری بیش‌تر در مواد- این تأثیر در ارتباط با تغییرات در ساختار پلیمر است- معمولاً به وسیله­ میزان کاهش در دمای انتقال شیشه­ ای اندازه­ گیری می­ شود.

– افزایش ازدیاد طول و کاهش استحکام کششی نتایج معمولی هستند که به واسطه­ کاهش دمای انتقال شیش ه­ای در اثر افزودن نرم کننده حاصل می شوند. با این وجود، در برخی از پلیمرها یا محصولات نتایج خاصی نیز مشاهده می­ شود. خصوصاً زمانی که غلظت نرم­ کننده در ماده تغییر کند.

– کاهش در چقرمگی مواد و بهبود در مقاومت آن ­ها به ضربه

– بهبود خواص دمای پایین در بسیاری از مواد از طریق افزودن انواع مختلف و غلظت­های متفاوت نرم­ کننده­ ها

– کنترل ویسکوزیته- نرم­کننده­ ها مایعاتی با ویسکوزیته­ پایین هستند که ویسکوزیته­ محلول­ های پلیمری را کاهش داده و کارایی فرمولاسیون­ های صنعتی پیچیده را بهبود می ­بخشند. موارد متعددی نیز گزارش شده است که در آن­ ها به دلیل انحلال پلیمر در نرم­ کننده (مانند پلاستیزول های PVC) و یا به دلیل برهم­ کنش با دیگر اجزای مایع موجود در فرمولاسیون (مثل آب در محصولات پایه­ آب که در آن­ها تشکیل امولسیون آب در روغن باعث افزایش ویسکوزیته می­ شود.) ویسکوزیته افزایش یافته است.

– اصلاح خواص رئولوژیکی- اکثر محصولات به خصوص محصولاتی با میزان بالای پلیمر، مایعاتی غیر نیوتونی ­اند که ویسکوزیته­ آن­ها تابعی از نرخ برش است. این موضوع، به نوبه­ خود، باعث بروز یک رفتار رئولوژیکی پیچیده می­ شود.

– تأثیر بر واکنش­ پذیری شیمیایی- ویسکوزیته­ پایین ­تر باعث حرکت مولکول و در نتیجه برهم­کنش و واکنش شیمیایی می­ شود. در این زمان، افزودن نرم­ کننده اجزای واکنش را رقیق کرده و تأثیر نرم ­کننده بر واکنش پذیری را به یک اثر ترکیبی بر حرکت و رقیق‌سازی تبدیل می ­کند.

– کاهش دمای انحلال- دمای ژل شدن و دمای انعقاد نیز از پارامترهای تأثیرپذیر هستند. اما بسیاری دیگر از تأثیرات در محصولات مختلفی دیده شده ­اند (مانند بهبود یکنواختی سطح پوشش­ ها، کاهش دمای کاربرد چسب، و …).

– تأثیر بر فرآیندپذیری- علاوه بر کاهش دمای ژل شدن و نرم­شدگی، نرم­کننده ­ها دمای ذوب را نیز کاهش م ی­دهند. افزودن نرم­کننده ­ها این امکان را فراهم می­ آورد که بتوان ماده­ مورد نظر را با روش ­های دیگر هم فرآیند کرد (کاهش نرخ تخریب، امکان فرآیند کردن ماده با دستگاه ­های مختلف، کاهش فشار اکسترودر، و … ). زمان اختلاط هم در حضور نرم­کننده­ ها افزایش می­یابد.

– اصلاح برهم‌کنش ­ها با آب به وسیله­ محصولات حاوی نرم­کننده­ ها. نرم­کننده­ های آب‌گریز حساسیت به آب را در برخی محصولات کاهش و نرم­کننده ­های آب­دوست جذب آب را افزایش می­ دهند. که این امر می ­تواند نرخ پخت در سامانه­ هایی که نسبت به آب واکنش­پذیر هستند را افزایش داده و نیز باعث ایجاد تورم گردد.

– کمک به پراکنش افزودنی­های جامد و مایع (افزودنی­های مایع خصوصاً اگر در یک نرم ­کننده­ حل شوند، پیش پراکنش فیلرها و رنگدانه­ ها، و نیز انحلال پذیری افزودنی­ ها، باعث ارتقای این اثر نرم­ کننده می ­شوند).

– تأثیر بر رسانایی الکتریکی وابسته به خواص الکتریکی نرم­کننده­ هاست که می­ توانند به رسانایی کمک یا به عنوان عایق عمل کنند.

– رفتار سوختن و آتش ­زایی- به طور کلی، اکثر نرم ­کننده ها حساسیت به سوختن و نیز چکه در زمان سوختن را در مواد افزایش می­ دهند. و تولید دود هم می ­کنند. اما برخی از نرم­ کننده ­ها (فتالات­ها و کلروپارافین­ها) باعث کاهش پتانسیل سوختن مواد و تولید دود کمتر می­ شوند.

– مقاومت به تخریب زیستی-  بیشتر نرم­کننده ­ها پتانسیل تهاجم زیستی را افزایش می­ دهند و محصولات حاوی نرم ­کننده ­ها باید به وسیله­ زیست­ کش­ ها محافظت شوند. در مواد زیست تخریب­پذیر، برخی نرم­کننده ­ها به صورت انتخابی اضافه می­ شوند تا نرخ زیست تخریب ­پذیری را افزایش دهند.

– بهبود خواص مربوط به اتلاف لرزش و مسدود کردن صوت

– بهبود شفافیت نوری به وسیله­ همگن ­سازی اجزای سامانه

– تأثیر بر فراریت اجزای محصول- نرم ­کننده ­ها به طور کلی میزان VOC را با کمک به جای‌گزینی برخی حلال­ها کاهش می­دهد، اما نفوذ و تبخیر آهسته باعث رهایش جز مایع شده و منجر به آلودگی داخلی و اصطلاحاً مه‌گرفتگی (fogging) می­شوند.

– تأثیر بر بلورینگی به طور کلی به سمت کاهش بلورینگی است اما در بسیاری از مواد توانایی بلور شدن می­ تواند به شکلی اساسی به واسطه­ افزایش تحرک زنجیرهای پلیمری در حال تبلور و یا سگمنت ­های آن­ها افزایش یابد.

-فزایش سازگاری بین افزودنی ها، پلیمر و افزودنی ها و پلیمرها در آمیزه های پلیمری

-بهبود خواص بازتاب نور در برخی ترکیبات

– مهاجرت مواد با وزن مولکولی کم درون محصول و به خارج از قطعه افزایش می ­یابد. این امر به ویژه در مورد محصولات دارویی که پوشش حاوی نرم­کننده­ آن ­ها میزان انتشار دارو را تنظیم می­کند، بسیار مهم است. هم­چنین در رنگرزی پارچه و برخی کاربردهای دیگر نیز اهمیت دارد.

– افزایش عبورپذیری گاز

علاوه بر انتظاراتی که بر اساس خواص فیزیکی و شیمیایی نرم ­کننده ­ها و تأثیر آن­ ها بر دیگر مواد خصوصاً پلیمرها مطرح شد، چندین فاکتور سیاسی- اجتماعی هم وجود دارند که شامل موارد زیر می­ شوند:

  • تجدیدپذیری منابع (منابع مواد اولیه­ی مورد استفاده در تولید نرم­ کننده ­ها)
  • زیست­ تخریب­ پذیری (تا حد معینی که به عمل‌کرد یا طول عمر محصولات نهایی آسیب نرسد.)
  • غیرفتالاتی بودن

روش‌های ادغام

ترکیبات پلی‌وینیل‌کلراید نرم‌شده، پلاستیسول‌ها، به مقدار نسبتاً زیادی نرم‌کننده نیاز دارند. آن‌ها در مخلوط‌کننده‌های سیاره‌ای، مخلوط‌کن داخلی و حلال‌ها تهیه می‌شوند. عملاً تمام ترمپلاستیک‌ها و الاستومرها را می‌توان با نرم‌کننده‌ها و سایر اجزاء ترکیب‌کننده در مخلوط‌کننده‌های پیوسته و ناپیوسته مخلوط کرد. ترکیبات ویژه یا حساس که در پیمانه‌های کوچک تهیه می‌شوند معمولاً روی آسیاب‌های غلتکی مخلوط می‌شوند. نرم‌کننده‌ها می‌توانند به شکل مایع یا مانند یک پراکندگی (مخلوط خشک) بر روی یک حامل افزوده ‌گردند.

نرم کننده‌ها معمولاً برای بهبود انعطاف پذیری ، دوام و کشش‌پذیری فیلم‌های پلیمری و به طور هم‌زمان کاهش جریان مذاب استفاده می‌شوند. نرم‌کننده‌ها برش را در مراحل اختلاط تولید پلیمر کاهش می‌دهند و مقاومت در برابر ضربه را در فیلم پلاستیکی نهایی بهبود می بخشند. آن‌ها مواد با خواص انعطاف‌پذیر و چسبناک نیز فراهم می‌کنند. برخی از نرم‌کننده‌های مهم عبارتند از: استرهای فتالیک‌ها (PAE) نظیر DEHP که در PVC استفاده می‌شود و در حدود ۸۰% از حجم نرم‌کننده برای محصول PVC را تشکیل می‌دهند، نرم‌کننده‌ها برای PET می‌تواند شامل DPP،DEHA ، DOA، DEP، دی‌ایزوبوتیل‌فتالات و DBP باشند. استیل‌ترایبوتیل‌سیترات (ATBC) یک نرم‌کننده برای فیلم‌های چسبنده مبتنی بر PVDC است. در نهایت سایر نرم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کننده‌های معمول گزارش شده DBP ، DEHP ، DHA ، DCHP ، BBP ، HAD و HOA هستند.

یکی از مهم‌ترین عواملی که باید مورد توجه قرار بگیرد امتزاج‌پذیری مشترک میان نرم‌کننده و پلیمرهاست. اگر پلیمری با یک نرم‌کننده در غلظت بالای پلیمر حل شود، نرم‌کننده اولیه نامیده می‌شود. نرم‌کننده‌های اولیه باید پلیمر را به سرعت در محدوده دمای فرآورش نرمال ژل کنند و نباید از مواد نرم‌شده تراوش کند. از طرف دیگر نرم‌کننده‌های ثانویه ظرفیت ژل‌شدگی پایین‌تر دارند و سازگاری با پلیمر محدود شده است. در این مورد دو مرحله بعد از مرحله نرم‌شدگی وجود دارد: یک مرحله که در آن پلیمر فقط تا حدی نرم می‌شود و مرحله دیگر که به طور کامل نرم می‌شود. به همین دلیل این پلیمرها هنگام تنش به طور یکنواخت تغییر شکل نمی‌دهند. تغییر شکل فقط در فاز غنی از نرم‌کننده ظاهر می‌شود و خواص مکانیکی سانه ضعیف است.

PVC بعد از پلی‌اتیلن دومین پلیمر خالص پرفروش در اروپا است. اما PVC  به عنوان یک رزین خالص خواص خیلی ضعیفی دارد و استفاده از افزودنی برای تولیدات محصول با کیفیت قابل قبول مورد نیاز است. این نیاز به استفاده از افزودنی‌های PVC می‌تواند از دو طریق استدلال شود: منفی: این چنین افزودنی‌ها یچیدگی های ناخواسته و قیمت اضافی را نشان می دهند، در حالی که استفاده از این افزودنی‌ها توانایی مضاعفی را برای تنظیم خواص محصول نهایی فراهم می‌کند. نرم‌کننده‌ها معمولاً مایعات آلی هستند که می‌توانند به PVC برای حصول محصول با انعطاف‌پذیری افزوده گردند. نرم‌کننده‌های PVC را می‌توان به دو گروه بر اساس بخش غیز قطبی‌شان تقسیم کرد: گروه اول (شکل زیر  A) شامل نرم‌کننده‌ها هسند، نظیر استرهای اسید فتالیک، در حالی که ۱۹ گروه متصل به حلقه‌های آروماتیک دارند. ویژگی مهم این مواد حضور حلقه آروماتیک قابل قطبش است. گفته شده است که آن‌ها مانند مولکول‌های دوقطبی رفتار می‌کنند یک اتصال میان اتم‌های کلر متعلق به دو زنجیر یا دو قطعه از همان زنجیر ایجاد می‌کنند.  گروه دوم (شکل B) شامل نرم کننده‌هایی که بخش‌های قطبی متصل شده به زنجیرهای آلیفاتیک دارند و گروه آلیفاتیک قطبی نامیده می‌شود. مثال‌ها اسید و الکل‌های آلیفاتیک یا استرهای آلکیل اسید فسفریک هستند. گروه‌های قطبی آن‌ها با سایت‌های قطبی مولکول‌های پلیمر واکنش می‌دهند، ولی از آنجا که بخش آلیفاتیک آن‌ها اکثراً بزرگ و انعطاف‌پذیر است سایر مکان‌های قطبی روی زنجیر پلیمر می‌تواند از طریق مولکلول‌های نرم کننده غربال شوند، در حای که میزان برهم‌کنش‌های بین مولکولی میان زنجیرهای پلیمری همسایه کاهش می‌یابد.

 

Untitled

 

نرم‌کننده ها را می‌توان با توجه به ساختار شیمیایی آن‌ها نیز تقسیم‌بندی کرد: در جدول زیر نرم‌کننده‌های از لحاظ تجاری دردسترس لیست شده‌اند و آن‌ها به دو طبقه اصلی تفسیم می‌شوند: فتالات‌ها و غیر فتالات‌ها. پرکاربردترین کلاس از نرم‌کننده‌ها در واقع فتالات‌ها و به ویژه استرهای اسید فتالیک هستد. گزارش شده است که قرار گرفتن در معرض فتالات‌ها می‌تواند نگرانی‌های سلامتی ایجاد کند. از آنجا که نرم‌کننده‌های فتالات به طور شیمیایی به PVC متصل نیستند، آن‌ها می‌توانند استخراج‌ شوند، مهاجرت کنند یا تبخیر شوند در داخل هوای محیط بسته و اتمسفر، مواد غذایی و سایر مواد و… . محصولات مصرفی شامل فتالات‌ها می‌توانند به طور مستقیم از طریق تماس یا استفاده و غیر مستقیم از طریق انتقال و نفوذ به محصولات دیگر، انسان را در معرض خطر قرار ‌دهد و نیز باعث آلودگی‌های زیست‌محیطی شوند. در دسته عمومی غیر فتالات‌ها، تمامی سایر ترکیبات شیمیایی نظیر استرهای اسید فسفریک، استرهای اسید چرب و غیره محصور می‌شوند. در جدول زیر لیستی از نرم‌کننده‌های فتالات‌های و غیر فتالات‌های در دسترس از لحاظ تجاری گزارش می‌شوند.

 

Un

Unn

Q

برخی از تولیدکنندگان و عرضه کنندگان مواد نرم کننده

مراحل نرم‌سازی

بخش اعظم کاربردهای مواد نرم‌شده، انتقال آن‌ها از یک جامد، خمیر یا مایع به یک ماده لاستیکی از طریق اثر دما را دربرمی‌گیرد. مورد نرم‌سازی PVC از طریق و بنابراین ترکیبات PVC نرم‌شده می‌توانند یا از یک پلاستیسول (سوسپانسیون مایع از امولسیون PVC در یک نرم‌کننده) یا از یک مخلوط خشک سوسپانسیون PVC با نرم‌کننده‌ها حاصل ‌شوند در حالی که توسط توسط اختلاط خشک به دست می‌آیند. در هر دو موارد رفتار این مواد بسیار مشابه است و تعداد مراحل تشریح می‌شوند. برهم‌کنش‌هایی که میان PVC و نرم‌کننده رخ می‌دهند نیز در این مواد به دلیل اثر دما تعییر می‌یابند که مسئول رفتارهای مشاده شده هستند. دو مرحله حین نرم‌شدگی PVC تشریح می‌شوند:

ژل‌شدگی، فرآیند مذکور که جذب سطحی نرم‌کننده توسط ذرات PVC به عنوان یک نتیجه از افزایش دما و/یا پیرشدگی شدید اتفاق می‌افتد. بعد از مرحله ژل‌شدگی، یک ژل ضعیف حاصل می‌شود، که در آن خواص مکانیکی همچنان رو به ارتقاست.

ذوب، مرحله مذکور که به عنوان یک نتیجه از گرمایش بیش‌تر (معمولاً در دمای بسیار بالاتر از ۱۵۰ )، ذرات PVC و نرم‌کننده‌ها با هم دیگر ذوب می‌شوند که ماده یکنواخت را تشکیل می‌دهند. بعد از خنک‌سازی ماده قادر است که خواص مکانیکی‌اش به حداکثر مقدارش افزایش یابد.

در طی مرحله اول، در ابتدای فرآیند ژل‌شدگی، مولکول‌های نرم‌کننده به ساختار متخلخل PVC به روشی بازگشت‌ناپذیر نفوذ می‌یابد. جذب سطحی نرم‌کننده انجام می‌شود. پس از آن یک دوره القایی وجود دارد که نرم‌کننده به آرامی سطح رزین را حل می‌کند. در مرحله سوم جذب سطحی نرم‌کننده انجام می‌شود. در طی این مراحل ذرات PVC متورم می‌شوند در حالی که حجم کلی مواد کاهش می‌یابد. یک فرآیند نفوذ با انرژی فعال‌سازی پایین رخ می‌دهد.

در مرحله چهارم تغییرات شدیدی رخ می‌دهد که با انرژی فعال‌سازی بالا تغییر شکل می‌دهد. نرم‌کننده‌ها خوشه‌های میان قطعات پلیمر تشکیل می‌دهند و در داخل قطعات مولکولی پلیمرها نفوذ می‌کنند در حالی که پیوندهای هیدروژنی و گروه‌های قطبی دردسترس را حل می‌کنند. در طی این مرحله ذرات PVC هویت خود را از دست می‌دهند و می‌توان مخلوط را به عنوان یک ماده همگن ذوب شده مشاهده کرد. در صورت پیش‌رفت گرمایش (مرحله ۵) مواد مانند ذوب سیال رفتار می‌کنند. خوشه‌های پلیمری یا مولکول‌های نرم‌کننده از بین می‌روند و ماده همگن تشکیل می‌شود. مرحله ششم در طی خنک‌سازی رخ می‌دهد. پلیمر به دلیل بلورینگی و ایجاد نیروهای ضعیف واندروالسی و پیوند هیدروژنی میان مولکول‌های نرم‌کننده و قطعات پلیمر سخت می‌شود.

مراحل ۱ و ۲ می‌توانند پس از اینکه نرم‌کننده و PVC در دمای محیط مخلوط می‌شوند (پیرشدگی) رخ دهد. مرحله سوم می‌تواند در دمای محیط رخ دهد ولی دمای واقعی به قدرت حلال نرم‌کننده بستگی دارد.  برای رخ دادن مرحله چهارم، که مرحله‌ای با انرژی فعال‌سازی بالاست لازم است که نمونه گرم شود. بلورینگی بلورهای کوچک PVC و تشکیل پیوندهای ضعیف در حین خنک‌سازی رخ می‌دهد. این مرحله ممکن است ساعت‌ها یا روزها طول بکشد.

نرم کننده ها بر روی خواص مکانیکی، نوری الکتریکی، رئولوؤبکی آمیزه ها و… موثرند.

از نرم کنننده ها در صنایع مختلفی نظیر چسب، خودرو، کشاورزی، فیلم، پوشش و… استفاده می شود.

 

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com 📧

انتخاب پایدارکننده­ های حرارتی PVC

پلی(وینیل کلراید) (PVC) یکی از مهم­ ترین پلاستیک­ های تجاری به شمار می ­رود اما، نسبت به حرارت ناپایدار است. بنابراین، از پایدارکننده­ های حرارتی به طور وسیعی در محصولات وینیلی استفاده می­ کنند تا با بهبود مقاومت PVC به دماهای بالا، در تمامی مراحل از آن­­­ در برابر حرارت محافظت کنند. از آنجا که تعداد پایدارکننده ­های صنعت PVC در بازار رو به افزایش است، انتخاب و ارزیابی یک پایدارکننده می­ تواند فرآیند دشواری باشد. در نتیجه، برای انتخاب پایدارکننده ­های حرارتی PVC لازم است درک درستی از موارد زیر داشته باشیم:

– نقش پایدارکننده ­های حرارتی در PVC

– انواع پایدارکننده ­های حرارتی برای ترکیبات وینیلی

– تأثیر اجزاء و محتویات PVC بر انتخاب پایدارکننده ­های حرارتی

– نقش پایدارکننده­ های حرارتی PVC

PVC یکی از پرکاربردترین پلاستیک­ های تجاری است که ترکیبات آن دارای کاربردها و روش ­های فرآیندی متنوعی هستند. اما، PVC در دماهای فرآیندی از نظر حرارتی ناپایدار است.

مقدار و نوع انرژی­ های ورودی در بین روش­ های تولید و کاربردهای وسیع PVC به طور قابل توجهی متفاوت است. در حقیقت، فرآیند تخریب رزین در رآکتور آغاز و می­ تواند در زمان انبارداری، از طریق اکسیداسیون، تشکیل کربونیل و …، حتی قبل از استفاده، ادامه یابد.

زمانی که PVC تا ۱۷۰ درجه سانتی­گراد حرارت می­ بیند، هیدروژن و کلر آن حذف می­ شود. فرآیند تجزیه شروع و منجر به رهایش HCl (جدایی هیدروکلراید خودکاتالیستی) می­ شود. مولکول­ های ناپایداری (ساختارهای کلر آلیلی) پدید می ­آیند که رهایی HCl را افزایش می ­دهند. و این واکنش زنجیروار به همین ترتیب ادامه می­ یابد.

A

عواملی که باعث گسترش فرآیند تخریب در PVC می ­شوند عبارتند از:

– چرخه­ های اختلاط (اختلاط خشک، بنبوری، مخلوط کننده های پلاستیزول با سرعت بالا)

– فرآیند کردن (کلندر، اکسترودر، قالب­گیری)

– ساخت (ترموفورمینگ، ساخت ورق)

– در معرض انرژی نوری یا حرارتی قرار گرفتن در فضای باز

– گرمای محیط استفاده از محصول (فضای داخلی خودرو، مجرای هوای گرم)

– استریلیزه کردن به وسیله­ اشعه­ گاما

بنابراین، پایدارکننده­ های حرارتی نقش کلیدی را در بهبود مقاومت ترکیبات PVC به حرارت یا دماهای بالا ایفا می­ کنند. هدف از پایدارسازی حرارتی محافظت از ترکیبات وینیلی در تمامی مراحل است. جهت جلوگیری از تخریب ترکیبات PVC، پایدارکننده­ های حرارتی از طریق روش ­های زیر عمل می­ کنند:

– خنثی سازی هیدروژن کلراید

– جایگزینی پیوندهای کربن-کلر ضعیف شده

– جلوگیری از اکسیداسیون

امروزه، انتظار صنعت آمیزه سازی از پایدارکننده­ های PVC پوشش بسیاری دیگر از نیازمندی­ های PVC در کنار پایدارسازی حرارتی این پلیمر است.

– انواع پایدارکننده­ های حرارتی برای ترکیبات وینیلی

در حال حاضر چندین گروه پایدارکننده­ حرارتی و نوری در صنعت مواد وینیلی به کار می ­رود:

B

– مخلوط فلزی:

نمک اسیدهای آلی (مایع و جامد)، از یکی از فلزات باریم، کلسیم، کادمیم، و زینک، و یا ترکیبی از آن ­ها تشکیل شده است. به طور معمول، زنجیر خطی با ۸ تا ۱۸ کربن یا زنجیر شاخ ه­ای آلیفاتیک اسیدهای کربوکسیلیک مورد استفاده قرار می­ گیرند. اسیدهای آروماتیک (آلکیل بنزوئیک) نیز قبلا مورد استفاده قرار می­گرفتند که به دلیل سمیتشان دیگر بکار برده نمی­

شوند.

-ترکیبات آلی قلع (ارگانوتین):

(مرکاپتیدهای آلی قلع ارائه دهنده­ی عملکرد گرمایی عالی)

خصوصیات فیزیکی و شیمیایی پایدار کننده­های حرارتی ارگانوتین صرفاً به ماهیت گروه های شیمیایی متصل به اتم قلع بستگی دارد. مرکاپتیدهای آلی قلع عملکرد حرارتی بسیار خوبی دارند و بنابراین به عنوان کارآمدترین پایدار کننده­های حرارتی شناخته می­شوند.

پایدار کننده­ های ارگانوتین با سایر مواد افزودنی مورد استفاده در PVC سازگاری خوبی دارند بنابراین چالش های فرآیند را به حداقل می­ رسانند. مرکاپتیدهای ارگانوتین همچنین در فرآیند کردن پی وی سی نرم و سخت، ماندگاری رنگ برجسته ای ارائه می ­دهند.

-نمک­ ها و صابون­ های سرب (مایع و جامد):

(مقرون به صرفه­ ترین پایدار کننده­ حرارتی PVC)

پایدارکننده­ های حرارتی بر پایه­ نمک ­ها و صابون­ های سرب یک پایداری گرمایی طولانی مدت را ارائه می­ دهند. این پایدار کننده های حرارتی به عنوان یکی از مقرون به صرفه­ ترین نوع پایدار کننده ­ها برای PVC در نظر گرفته می­ شوند. ترکیبات PVC هنگام پایدارسازی  با پایدارکننده­ های حرارتی سرب: – پایداری عالی در برابر گرما

                                                          – خصوصیات مکانیکی و الکتریکی استثنایی

                                                          – دامنه فرآیندی گسترده تر

را نشان می­ دهند.

در کنار این مزایا ، پایدار کنند ه­های حرارتی سرب دارای محدودیت هایی نیز هستند. این پایدار کننده ­ها هنگام استفاده در پنجره­ های PVC منجر به تغییر رنگ آن­ ها می­ شوند. سرب به دلیل عدم حل شدن کلریدهای سرب تشکیل شده در هنگام پایدارسازی، بهترین خواص الکتریکی را ارائه می­ دهد. در حال حاضر، سرب برای جای گزینی احتمالی توسط سیستم­ های مخلوط فلزی خاص، در عایق ثانویه و تزئینی سیم تحت فشار است. این در حالیست که، عایق اولیه هنوز به بهترین شکل توسط سرب پایدار می شود. 

-ترکیبات بر پایه­ کلسیم یا روی: (بیش ترین کاربرد سیستم­ های Ca/zn در بخش­ هایی است که به دلیل تماس مستقیم یا غیر مستقیم به مجوز USFDA نیاز باشد.)

پایدار کننده ­های بر پایه­ی کلسیم یا روی معمولاً حاوی استئارات کلسیم و مقدار کمی صابون روی مانند اکتوات روی هستند.

پایدار کننده ­های بر پایه­ی کلسیم / روی که برای کاربرد در پی وی سی سخت استفاده می­ شوند، به طور کلی به صورت مایع / پودر در دسترس هستند. چنین پایدار کننده ­های حرارتی ثبات رنگ را در هنگام فرآیند PVC بهبود می­ بخشند و آن را در طول عمر قطعه حفظ می­ کنند.

 -انواع آلی و متفرقه­ دیگر: پایدار کننده­ های حرارتی آلی شامل آلکیل/ آریل فسفیت­ ها، ترکیبات اپوکسی، بتادی­کتون­ ها، آمینو کروتونات ­ها ، ترکیبات هتروسیکل (ناجور حلقه) نیتروژن، ترکیبات گوگرد ارگانیک (به عنوان مثال تیول ­های استر) ، فنولیک­های استتار شده و پلی­ال­ ها (پنتا اریتریتول­ ها) هستند. این اقسام در حال حاضر به شدت مورد تحقیق قرار گرفته­ اند و انتظار می ­رود که استفاده از آ ن­ها رشد چشمگیری داشته باشد. 

ترکیبات وینیلی  اکسترود، کلندر یا قالب گیری شده و پلاستیزول­ های وینیلی، اغلب با پایدارکننده ­های حرارتی مخلوط فلزی   Ba / Zn، Ca/ Zn پایدار می­ شوند. سیستم های Ca / Zn بیشتر در کاربردهایی استفاده می­ شوند که نیاز به تأیید USFDA برای تماس مستقیم یا غیرمستقیم با غذا دارند.

در آمریکای شمالی و جنوبی و مناطقی از خاور دور، ترکیبات سخت وینیلی برای اکستروژن و قالب سازی، اغلب با مرکاپتیدهای ارگانوتین پایدار می­ شوند و در اروپا برای این منظور از سیستم های سرب یا مخلوط فلزی استفاده می­ شود.

 

C

 

تأثیر مواد تشکیل دهنده­ PVC در انتخاب پایدار کننده­ های حرارتی

در بیش تر موارد، بهترین روش بررسی پایداری گرما و حفظ رنگ فرمولاسیون، با و بدون این مواد افزودنی است. این روش امکان تعیین میزان هرگونه مشکل بالقوه را از قبل فراهم می ­کند.

محتویات ترکیبات وینیلی که می ­توانند تأثیر بالقوه­ای بر پایداری حرارت PVC داشته باشند از این قرار هستند:

– رزین­ های وینیلی

– رزین­ های اصلاح کننده

– نرم ­کننده ­ها

– فیلرها

– رنگ­ دانه­ ها

– روان­ کننده ­ها

– افزودنی­ های دیگر

-رزین­ های وینیلی:

طیف گسترده­ی رزین­ های وینیلی احتمالا تنها عامل مهمی است که می ­تواند تنوع پایدارکننده ­های پیش روی آمیزه­ سازان را توضیح دهد.

هموپلیمر PVC با روش های پلیمریزاسیون سوسپانسیونی ،توده و امولسیونی ساخته می شود. مقدار و نوع اجزای باقیمانده روی رزین رسیده به دست کاربران (باقیمانده های کاتالیزور، عوامل تعلیق، مواد امولسیون کننده و…) می­ توانند تفاوت زیادی داشته باشند. دو رزین وینیل ساخته شده از طریق یک روش واحد توسط دو تولید کننده مختلف، می ­توانند پاسخ متفاوتی به یک سامانه­ی پایدارکننده داشته باشند.

کوپلیمرهای پی وی سی و پی وی سی با سایر کومونومرها (پروپیلن، ستیل­وینیل­اتر، وینیلیدین کلراید) نیز پاسخ متفاوتی به یک سیستم پایدارکننده دارند. یکی از تفاوت های بارز در پاسخ پایدارکننده در مورد مخلوط­ های فلزی Ba / Zn و Ca / Zn رخ می­ دهد. این پدیده که “حساسیت روی” نامیده می­ شود، یک تغییر رنگ شدید (حتی سوختن) در ترکیبات پی وی سی­ای است که در معرض مداوم حرارت قرار می­ گیرند. تخریب ناشی از روی (سیاه شدن و سوختن ناگهانی) یک پدیده­ معمول است. در واقع، هنگامی که نمک کربوکسیلیک اسید روی کلر ناپایدار را روی زنجیره پلیمر جانشین می­ کند، کلرید روی تشکیل می­شود که یک اسید لوئیس قوی و یک کاتالیزور تخریب برای PVC است. جز فسفیتی به خودی خود معیاری از پایداری طولانی مدت را ارائه می­ دهد.

U

Untitled

 

در شکل بالا، سیستم ­های Ba / Cd و Ba / Cd / Zn از افزودن فسفیت سود می­ برند. چنین گمان می­ شود که فسفیت، روی و کلریدهای کادمیوم تشکیل شده در طی فرآیند پایدارسازی را حبس می­ کند. به همین دلیل، فسفیت ها به عنوان تأخیراندازنده در پدیده­ی “سوختن روی” که در بالا توضیح داده شد، شناخته می ­شوند. افزودن بیشتر جز اپوکسی به یک سیستم مخلوط فلزی منجر به بهبود چشمگیر پایداری حرارتی می ­شود. با در نظر گرفتن عم لکرد اپوکسی به تنهایی بهتر متوجه میزان این هم ­افزایی خواهید شد. هم­چنین یک مطالعه نشان داده است که مقاومت به روی را در یک رزین حساس به روی می­ توان با شستن آن از کاتالیزورهای باقیمانده، عوامل تعلیق یا عوامل امولسی فایر، افزایش داد. وینیل استات – کوپلیمرهای وینیل کلراید  کاملاً به روی حساس هستند (به میزان استات بستگی دارد). از استفاده از روی در سیستم پایدارکننده باید اجتناب شود. یک استثنا در این زمینه وجود دارد که در بخش “پرکننده ها” مورد بحث قرار خواهد گرفت. انواع دیگر کوپلیمرها معمولاً به پایدارکننده­ ها مانند هموپلیمرهای سوسپانسیونی PVC پاسخ می­ دهند. آن ها درجات مختلفی از حساسیت به روی را از خود نشان می­ دهند. اکثر این کوپلیمرها (پروپیلن، پی وی سی اصلاح شده با استیل وینیل اتر) دارای پایداری گرمایی ذاتی بیشتری نسبت به کوپلیمرهای استات هستند.  پی وی سی تولید شده به روش پلیمریزاسیون توده یا جرمی مانند رزین های پی وی سی سوسپانسیونی K-value دارای پایداری حرارتی هستند و هر دو به خوبی به طیف گسترده­ای از سیستم ­های پایدار کننده­ مخلوط فلزی، ارگانوتین و سرب پاسخ می­ دهند. رزین های PVC تولید شده به روش پلیمریزاسیون امولسیونی امروزه عمدتاً رزین های پراکندگی پلاستیزول هستند که دارای ذرات بسیار ریز و با سطوح صاف هستند. اکثر رزین­ های پراکندگی به خوبی به سیستم ­های پایدار کننده مخلوط فلزی و ارگانوتین پاسخ می­ دهند. 

-رزین­های اصلاح کننده: بسیاری از رزین­های ترموپلاستیک همراه PVC استفاده می­شوند تا موجب : – تقویت استحکام و/یا فرآیندپذیری و ذوب PVC سخت تغییر خواص PVC انعطاف پذیر مانند حفظ برجستگی در طی عملیات پسا-شکل­ دهی شوند.این رزین­ های اصلاح کننده شامل موارد زیر هستند: – پلی اتیلن های کلردار شده (CPE)- ترپلیمرهای اتیلن وینیل استات / مونوکسیدکربن (EVA اصلاح شده)

-اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)

– متاکریلات بوتادین استایرن (MBS)

– پلیمرهای اکریلیک

که در زمان ترکیب با PVC، برخی از این اصلاح کننده­ ها می­ توانند در درجات مختلفی از پایداری حرارتی و نوری بکاهند. به طور کلی، سیستم پایدارکننده می­ تواند یکسان باشد. اگرچه، بسته به شدت فرآیند، ممکن است به یک سطح پایدار کنندگی بالاتر نیاز باشد.

ترپلیمرهای EVA و پلی ­اتیلن­ های کلردار شده تأثیر کمتری بر پایداری حرارتی و نوری دارند. آن­ ها عمل کرد بسیار خوبی در کاربردهای سخت در فضای باز که نیاز به مقاومت به هوازدگی دارند، نشان می­ دهند.

پلیمرهای اکریلیکی نیز برای کاربردهایی که در فضای باز قرار دارند توصیه می­ شوند. برخی از اصلاح کننده ­های اکریلیک و ABS برای کاربردهای وینیل شفاف (کمترین میزان سفیدشدگی تنشی) مناسب هستند، اما بر پایداری حرارتی تأثیر می­ گذارند. به نظر می­ رسد که بخش نیتریل ABS باعث کاهش پایداری حرارتی نوری PVC شود.

اصلاح کننده­ های ضربه را می­ توان به صورت زیر تقسیم ­بندی کرد:

– نوع “ماتریسی” (درهم تنیدگی زنجیر با مولکول­ های PVC) مانند ترپلیمرهای EVA و پلی اتیلن کلر دار شده – نوع “ذرات پودری” (سطوح مشترک رزین-رابر ، یا کمک فنرها) مانند اکریلیک ، MBS و ABS. 

استفاده از برخی از پلیمرهای اکریلیک به عنوان کمک فرآیند بسیار گسترده است. آن­ ها به یک دستی جریان مذاب و صاف بودن سطح و همچنین ذوب سریع تر PVC در یک دمای مشخص کمک می­ کنند و حتی می ­توانند دمای ذوب (یا ژل شدن) ترکیب را کاهش دهند.

– نرم­ کننده­ ها:

نرم کننده ها به طور کلی ترکیبات آلی با فراریت پایین هستند که انعطاف پذیری، ازدیاد طول و الاستیسیتی را به ترکیب منتقل می ­کنند.

رایج ­ترین نرم­ کننده ­ها شامل:

– استرهای آروماتیک یا آلیفاتیک اسیدهای دوبازی (dibasic acid)

– گلیکول دی ­استرهای اسیدهای مونو بازی

– پلی­ استرهای خطی

– گلیسیرید اپوکسید شده و مونو استرها

– استرهای فسفاتی

– هیدروکربن ­های آروماتیک

– هیدروکربن­ های کلردار شده­ی آلیفاتیک

انتخاب پایدارکننده تحت تأثیر نوع یا مقدار نرم کننده­ موجود در فرمولاسیون نیست.

دو مورد استثنا نیز وجود دارد:

۱- با استفاده از فسفات ها و پارافین های کلردار شده، شما به کمک پایدارکننده­ اپوکسی بیش تر و فسفیت اضافی در سیستم مخلوط فلزی باریم/روی یا کلسیم/روی نیاز خواهید داشت. ۲- نرم کننده ­های اپوکسی (سویای اپوکسید شده، و روغن های بزرک (کتان)) اغلب در کامپاندهای PVC به عنوان یک پایدارکننده کمکی با سیستم های پایدارکننده مخلوط فلزی  استفاده می­ شوند. نرم کننده­ های اپوکسی در کنار عمل کرد اصلیشان به عنوان پذیرنده­ HCl، باعث ارتقای پایداری حرارتی و نوری در اکثر سامانه­ های پایدارشده توسط ترکیبات مخلوط فلزی/ فسفیت می­ شوند.  

– فیلرها: 

از ترکیبات معدنی جامد و بی اثر در فرمولاسیون وینیل به عنوان پرکننده استفاده می­ شود. اهداف استفاده از این مواد عبارتند از:

– کاهش هزینه

– ایجاد کدری

– دست­یابی به برخی از خواص نهایی مطلوب (مقاومت در برابر سایش ، مقاومت در برابر پارگی، سختی و حتی تأخیر در آتش سوزی در استفاده با آلومینای سه آبه). 

کربنات کلسیم متداولترین ماده پرکننده در فرمولاسیون PVC است. اگرچه کربنات کلسیم به خودی خود بر پایداری حرارتی تأثیر نمی ­گذارد، اما برای تغییر نسبت فلز در سیستم­ های پایدارکننده­ مخلوط فلزی باید میزان کربنات کلسیم را افزایش داد.

گروه پرکننده­ های سیلیکاتی به لحاظ پایداری مشکل زیادی ندارند. معمولاً افزایش مقدار اپوکسی به علاوه ۵/۰ قسمت اضافی فسفیت برای غلبه بر هرگونه مشکل پایداری که ممکن است رخ دهد کافی خواهد بود.

ATH (تری هیدرات آلومینا) از نظر پایدارکنندگی کاملاً شبیه کربنات کلسیم رفتار می­ کند.

-رنگ دانه­ ها:

رنگ ­ها و رنگ دانه­ های آلی و معدنی مورد استفاده در صنعت PVC به طور عمیق مورد مطالعه قرار گرفته ­اند و اطلاعات زیادی در مورد تأثیر آنها بر روی موارد زیر وجود دارد:

– پایداری حرارتی

– پایداری نوری

– مقاومت شیمیایی

– مقاومت به اکسیداسیون و …

اگر شما یک سیستم پایدارکننده PVC انتخاب کنید که برای رزین، نرم کننده، پرکننده، فرآیند و کاربرد نهایی مناسب باشد، برای  محافظت از رنگدانه نیز کافی است. با این وجود، باید به چند مورد خاص اشاره شود:

– رنگدانه­ های فلزی به طور کلی بهترین پایداری رنگ را در حضور پایدارکننده­ های قلیایی حفظ می­ کنند. میزان کم استفاده از اپوکسی و استفاده از روان کننده­ های بی اثر (روغن معدنی یا پلی­اتیلن با وزن مولکولی پایین) نیز توصیه می­ شود. 

رنگدانه ­های فلورسنتی بهتر است برای قرار گرفتن در معرض حرارت و نور با پایدارکننده­ های آلکیلین مرکاپتواستر پایدار شوند. همچنین سیستم های مخلوط فلزی با میزان روی بالا/ فسفیت نتایج خوبی را نشان داده­ اند.

-روان­ کننده­ ها:

یکی از جنبه­ های کم تر درک شده و در عین حال مهم ترین جنبه­ فناوری PVC ، پدیده روانکاری است. این بخش به خصوص در هنگام کار با PVC سخت بسیار اهمیت می­ یابد. در واقع، بحث روان کاری و پایداری را نمی توان در فرآیند سخت PVC از هم جدا کرد. 

روان­ کننده­ ها را می ­توان با مرتبط کردن شیمی و رفتار آن­ ها، تا حدودی طبقه بندی کرد. اصطلاحات “داخلی” و “خارجی” برای توصیف ماهیت روان­کننده­ ها با توجه به استفاده از آن ها در ترکیبات PVC به کار برده شده است. با این حال، طیفی از رفتارهای روان­ کنندگی به صورت زیر وجود دارند:

– روان­ کنندگی “درونی” مولکول­ های قطبی (اسید استئاریک، استئارات­ های فلزی، استرهای اسیدهای چرب و گلیسیریدها).­ – مواد حاوی هر دو گروه قطبی و زنجیره­ های طولانی کربن (خصوصیات داخلی و خارجی در تعادل). – روان کاری “خارجی” هیدروکربن­های با زنجیره بلند به دست آمده از روغن­ های پارافین، مو­م­ های پارافین و پلی­ اتیلن­ های با وزن مولکولی کم (PE اکسید شده و غیر اکسید شده). ۱- روان کننده داخلی دارای اثر نرم ­کنندگی است. 

– آن ها گرانروی مذاب و اصطکاک داخلی بین مولکول های پلیمر را کاهش می دهند.

– ذوب سریع تر نیز با استفاده از روا­­ن­ کنندگی داخلی دیده می شود.

۲- روان کننده­ های خارجی اساساً به واسطه  عدم انحلال در PVC کار می­ کنند. 

– آن ها به سطح مهاجرت کرده و می ­توانند اصطکاک بین مذاب PVC و سطوح فلزی داغ در اکسترودر، کلندر و … را کاهش دهند.

– این رفتار روان کننده بسیار وابسته به وزن مولکولی و نقطه ذوب آن است. در حال حاضر، فناوری روانکاری کنونی، روان کننده­هایی با طراحی ویژه تحت عنوان  (one-pack) ارائه می دهد. که از خصوصیات روان­کننده­ های داخلی و خارجی توامان استفاده می­ کند. این بسته ها برای فرآیندها و کاربردهای ویژه­ی محصول طراحی شده ­اند. 

انتخاب پایدارکننده با توجه به نیاز به روانکاری به ویژه در فرآیند PVC سخت بسیار مهم است. اکثر روان­ کننده ­ها، داخلی یا خارجی، هیچ تأثیر سوئی بر پایداری حرارتی PVC ندارند و در صورت استفاده از سطح مناسبی از پایدارکننده، به خوبی پاسخ می ­دهند.

یک استثنا: هنگام استفاده از وکس N,N’ ethylene bis-stearamide، به پایدارکننده بالاتری نیاز است که به دلیل اثرات مخرب آمیدها بر روی رزین PVC می­ باشد.

پایدارکننده­ های قلع مرکاپتواستر نسبت به پایدار کننده ­های کربوکسیلات­ های قلع، باریم/روی، کلسیم/روی و سرب در کاهش ویسکوزیته مذاب نقش بیش ­تری دارند. اکثر پایدارکننده ­های مرکاپتید قلع اساساً فاقد روان کندگی  هستند. با این حال، بر اساس میزان سازگاری و تاثیر بر روی ویسکوزیته، ممکن است تا حدی رفتار روان کاری داخلی نشان دهند. بنابراین، مرکاپتیدهای قلع معمولاً در مقایسه با سرب یا مخلوط فلزی، به روان­ کننده­ خارجی بیش تری در فرآیند PVC سخت نیاز دارند. تا کنون،اسید استئاریک و استئاریل الکل رایج ­ترین روان کننده ­های صنعت هستند. آن ها با طیف گسترده­ای از پایدارکننده ­ها از جمله بیش تر سیستم های مخلوط فلزی (Ca/Zn ،Ba/Zn) به خوبی کار می­ کنند. 

-دیگر افزودنی ­ها:

دیگر افزودنی­ های مورد استفاده در بسیاری از فرمولاسیون­ های وینیلی عبارتند از:

– عوامل فوم­ زا

– عوامل خیس کننده جهت کنترل ویسکوزیته­ پلاستیزول

– زیست­کش ­ها

– عوامل آنتی­استاتیک 

– جاذب­ های UV

هنگام انتخاب یک پایدارکننده­ برای ترکیبات PVC که حاوی هر یک از این مواد افزودنی است، باید مراقب بود. آنها ممکن است با پایدارکننده­ های خاصی واکنش نشان دهند. این امر باعث کاهش پایداری حرارتی و یا ایجاد محصولات رنگی حاصل از واکنش می­ شود.

به عنوان مثال، برخی از عوامل آنتی استاتیک (ترکیبات آمونیوم چهار ظرفیتی) می­ توانند پایداری حرارتی را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.

برخی از جاذب­ های UV ممکن است یک محصول زرد از واکنش با پایدارکننده ­های قلیایی تشکیل دهند. در چنین مواردی، برای مقابله با این مشکل به سطح بالاتری از اسید استئاریک نیاز است. برخی از جاذب های UV (تریازول­ها) ممکن است با پایدارکننده ­های قلع مرکاپتید تمایل به ایجاد رنگ صورتی نشان دهند.

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com 📧

پایدارکننده های حرارتی

از تثبیت‌کننده‌های گرما برای جلوگیری از تخریب پلاستیک‌ها توسط گرما به ویژه در هنگام فرآورش، در عین حال در کاربردها نیز استفاده می‌شود.  دمای مورد نیاز برای ذوب شدن ذرات پلیمر در یک محصول پلاستیکی اغلب به دمای تجزیه حرارتی نزدیک است. مطلوب است که این دما با افزایش دمای تجزیه و نه با کاهش دمای نرم کنندگی ، از هم جدا شود. در حالی که بسیاری از ترموپلاستیک‌ها از گرمای اعمال شده در هنگام فرآورش رنج می‌برند، اما حساس‌ترین آن پلی (وینیل کلراید) (PVC) است. تخریب حرارتی آن از طریق از بین رفتن اتوکاتالیستی کلرید هیدروژن، همراه با اکسیداسیون، گسیختگی و ایجاد پیوند عرضی رخ می‌دهد. واکنش های مولکولی یونی و رادیکال‌های آزاد امکان‌پذیر است. پایدارکننده‌های گرما با متوقف کردن اکسیداسیون حرارتی یا با حمله به محصولات تجزیه شده از اکسیداسیون عمل می‌کنند. به دلیل ساختارش، PVC به ویژه به گرما حساس است. بیش‌ترین کاربرد پایدارکننده‌های حرارتی در واقع در صنعت PVC است و PVC با این وجود از مورد لزوم‌ترین پایدارکننده‌های حرارتی است. حوزه مهم دیگر کاربرد پایدارکننده‌های حرارتی شامل مواد بازیافت شده است که آن‌ها نقش دوگانه مهار تخریب و تثبیت مجدد زباله‌های پلاستیکی پس از استفاده را ایفا می‌کنند.

استابلایزرهای حرارتی‌اغلب در پلی وینیل کلراید (PVC) استفاده می‌شوند. PVC به حرارت و تنش بسیار حساس است و تحت این شرایط در اثر تجزیه،کلریدریک اسید (HCl) آزاد می کنند. 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 می شوند در مقایسه با PVC های انعطاف پذیر اهمیت پایدارکننده‌ها بیش‌تر است. چنانچه یک مولکول HCl از تجزیه PVC آزاد شود، آزاد شدن مولکول‌های HCl نزدیک به آن تسهیل و منجر به تجزیه سریع پلیمر می‌شود. پایدارکننده‌ها با اولین مولکول HCl آزاد شده واکنش می‌دهند و بدین ترتیب مانع تسهیل فرآیند آزاد شدن مولکول‌های دیگر می‌شوند. تاکنون بیش‌تر پایدارکننده‌های PVC بر پایه کلسیم و سرب بوده‌اند.

تثبیت‌کننده‌های گرمایی (یا حرارتی) بیش‌تر برای PVC استفاده می‌شوند، زیرا مواد ناپایدار به ویژه مستعد تخریب حرارتی هستند. این عوامل از دست رفتن HCl را کاهش می‌دهند، یک نوع فرآیند تخریب که بالای  ۷۰ شروع می‌شود. به محض این که هیدروکلرزدایی شروع می‌گردد، آن اتوکاتالیسیتی (خودکاتالیستی) است. بسیاری از عوامل مختلف از جمله به لحاظ سنتی، مشتقات فلزات سنگین (سرب، کادمیوم) استفاده شده است. به طور فزاینده‌ای صابون‌های فلزی (نمک‌های فلزی اسیدهای چرب)، گونه‌هایی مانند استئارات کلسیم، ارجح هستند.  مقادیر افزودنی معمولاٌ از ۲% تا ۴% متغیر است. انتخاب بهترین پایدارکننده گرمایی به سودمندی هزینه آن در کاربرد استفاده نهایی، الزامات مشخص عمل‌کرد، فناوری فرآورش و مصوبات نظارتی بستگی دارد.

گروه‌های مواد را می‌توان برای استفاده به عنوان تثبیت‌کننده گرما از هم جدا کرد و بسیاری از تثبیت‌کننده‌های گرمای تجاری موجود در جدول ذیل طبقه‌بندی می‌شوند.

نمک های فلزی: معمولاً مبتنی بر باریم، کادمیوم، سرب یا روی است که اغلب برای حصول اثر هم افزایی با هم استفاده می‌شوند. صابون و نمک‌های فلزی مخلوط شده به طور کلی از طریق واکنش اکسیدهای فلزی در دسترس از لحاظ تجاری یا هیدروکسیدها با اسیدهای کربوکسیلیک C8-C18 مورد نظر تهیه می‌شوند. نمک‌های روی (و کادمیوم) با محل های نقص در PVC واکنش می‌دهند تا اتم‌های کلرید ناپایدار را جابه‌جا کنند. این ترکیبات در حالت جامد و مایع هستند. آلیفاتیک بودن زنجیره کربنی بسیار مهم است، چراکه انواع آروماتیک به دلیل تهدیدات سلامتی کمتر به کار می روند.

نمک‌های سرب بهترین عمل‌کرد پایدارسازی در برابر حرارت در طولانی مدت را دارد. از طرف دیگر این خانواده از پایدارکننده‌ها نسبت عمل‌کرد به هزینه بسیار بالایی دارند. کامپاندهای PVC پایدار شده با سرب پایداری قابل قبولی در برابر نور و حرارت دارند. این گروه در کاربری پروفیل‌های درب و پنجره موجب تغییر رنگ محصول می‌شوند. هرچند در حال حاضر پایدارکننده‌های بر پایه سرب در حال جای‌گزینی با ترکیبات فلزی هستند.

Tribasic Lead Sulfate

Tetrabasic lead Sulfate

Dibasic Lead Phosphite

نقاط ضعف پایدارکننده ها بر پایه سرب:کدری در محصول نهایی، سمی بودن

ثبیت‌کننده‌های ترکیبات آلی-فلزی به طور عمده بر یایه قلع: این ترکیبات همگی مشتقات قلع چهار ظرفیتی، Sn (IV)، هستند  و همه یا یک یا دو گروه آلکیل به صورت کووالانسی به طور مستقیم به اتم قلع پیوند خورده‌اند. بسیاری از تثبیت‌کننده‌های آلکیتین، تقریباً در هر استفاده نهایی امکان پذیر برای PVC، ایمن به حساب می‌آیند. عمل‌کرد این گروه که ساختارهای قلع-کربن دارند، به ساختار گروه آلی وابسته است. این گروه عمل‌کرد پایدارسازی مناسبی دارند و همچنین حداقل تداخل را با سایر افزودنی‌های موجود در فرمولاسیون PVC نهایی دارند.

دو دسته کلی از این نوع پایدارکننده وجود دارد:

  • شامل مرکاپتان
  • ترکیبات کربوکسیلیک قلع

نقاط قوت مرکاپتان‌ها: کارایی بالا، شفافیت خوب

نقاط ضعف مرکاپتان‌ها: حضور گروه های گوگرد (ثبات نوری پایین، بوی بد، به وجود آمدن لکه‌های گوگرد)

نقاط قوت ترکیبات کربوکسیلیک قلع: ثبات نوری بالا، ثبات حرارتی طولانی مدت در دمای پایین و شفافیت خوب

نقاط ضعف ترکیبات کربوکسیلیک قلع: قیمت بسیار بالا، ثبات حرارتی پایین تر از سرب و مرکاپتان‌ها

 

ثبیت‌کننده‌های ترکیبات آلی-غیرفلزی: از اوایل دهه ۱۹۹۰ تلاش قابل توجهی برای کاهش یا از بین بردن بیش‌تر فلزات به ویژه سرب از تثبیت‌کننده‌های حرارتی PVC صورت گرفته است. این جنگ صلیبی به نام بهبود هم سلامت انسان و هم اثرات زیست محیطی فلزاتی که از محصولات PVC تولید می‌شوند، راه اندازی شد. آن‌ها معمولاً مبتنی بر فسفیت‌ها هستند و ویژگی‌های نوری مانند شفافیت، رنگ اولیه و سرعت نور را بهبود می‌بخشند. توسعه در سال‌های اخیر روی ارتقاء فنی، افزایش در فرآیندپذیری، جابه‌جایی و پراکنش (توسعه سامانه‌های دانه‌ای و مایع) و مطالعات در مورد خصوصیات سم‌شناسی برای تماس با مواد غذایی و کاربردهای پزشکی متمرکز شده است. برای کاربردهای در تماس با مواد غذایی، مقررات FDA آنتی‌اکسیدان‌های مایع را بر اساس ترکیبات طبیعی مانند ویتامین E توصیه می‌کنند.

Untitled

 

منبع دیگری تثبیت‌کننده‌های تجاری را به گروه‌های زیر تقسیم‌بندی می‌کند: (۱) نمک‌های فلزی اسیدهای معدنی و آلی (۲) ترکیبات آلی فلزی (۳) اپوکسیدها (۴) مهار کننده‌های واکنش‌های زنجیره رادیکال آزاد.

نمک‌های فلزی اسیدهای غیر آلی و آلی (به عنوان مثال، صابون‌های کربنات سرب، کلسیم، باریم و روی) به عنوان پذیرنده کلرید هیدروژن عمل می‌کنند. تعدادی از آن‌ها نیز دی‌هیدروکلرزدایی را از طریق متوقف کردن تولید کلرید هیدروژن به شکل زیپ مانند کاهش می‌دهند. فلزاتی مانند سرب، کادمیوم یا روی که در آن‌ها لایه d پوسته الکترون نزدیک پوسته خارجی پر شده است، گیرنده‌های بهتر و سریع‌تری نسبت به فلزاتی مانند کلسیم یا باریم هستند که حاوی هیچ الکترون d در این پوسته نیستند. فلزاتی که فقط پذیرنده هستند، غالباً فرآیندهای اکسیداتیو را آغاز می‌کنند که منجر به ایجاد پیوند عرضی می‌شوند و به بازدارنده‌ها نیاز دارند. Fuchsman به تمایز میان پایدارکننده‌های حرارتی می‌پردازد که ایجاد پیوند عرضی و آن‌هایی که آن را به تأخیر می‌اندازند را ارتقاء می‌دهند. نمک های سرب دی‌هیدروکلرزدایی کُند و ایجاد پیوند عرضی را آهسته می‌کنند. مشتقات فنل، کتون‌هیدروکسی‌آروماتیک و ترکیبات مشابه روی سرعت دی‌هیدروکلرزدایی تأثیر ندارند اما زمان ویسکوزیته مذاب اولیه را طولانی می‌کنند. سولفات سرب و فسفات سرب ارزان‌قیمت هستند که خواص دی‌الکتریک عالی را فراهم می‌کنند و در عایق‌های کابل وینیل به کار می‌روند. استئارات سرب در ثبت‌کننده‌های فونوگراف استفاده می‌شود. ترکیبی از فسفیت سرب و فتالات سرب برای تبدیل پلاستیسول‌ها به فوم‌های انعطاف‌پذیر استفاده می‌شوند. تثبیت‌کننده‌های سرب به طور کلی در غلظت‌هایp.p.h  ۳-۱۰ ترکیب می‌گردند. ترکیبات باریم و کادمیوم با هم استفاده می‌شوند. هم افزایی آن‌ها ناشی از تبادل سریع کلر از باریم به کادمیوم است. در میان پایدارکننده آلی-فلزی، ترکیبات قلع ۴ ظرفیتی مؤثرترین هستند.

آن‌ها شامل پیوند C-Sn هستند که حین تجزیه پلیمر شکسته می‌شوند، در حالی که رادیکال‌های آزاد تشکیل می‌دهند. آن‌ها در وینیل‌های سخت به غلظت p.p.h 1-3 استفاده می‌شوند. با این حال قیمت نسبتاً بالای آن‌ها، استفاده آن‌ها را در سایر فرمولاسیون‌های وینیل محدود کرده است.

Dibutyltin lauryl mercaptide و dibutyltin diisooctyl thioglycolate پایدارکننده‌های حرارتی بسیار کارآمد هستند. dibutyltin lauryl mercaptide  به دلیل این که کم‌ترین ویسکوزیته مذاب و بنابراین بهترین فرآیندپذیری دمایی را فراهم می‌کند، ترجیح داده می‌شود. Dibutyltin laurate/maleate خواص روان‌کنندگی بیش‌تری را نشان می‌دهند. Dioctyltins سمیت کم‌تری نسبت به dibutyltins دارند و در اروپا به عنوان پایدارکننده‌ها برای بسته‌بندی مواد غذایی، دارو و آرایشی پذیرفته شده است. تخریب PVC می‌تواند از طرق مقدار کلرید هیدروژن تولید شده، تغییر رنگ، یا از طریق تغییر مقاومت الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود. اپوکسیدها می توانند پلیمرها را یا با واکنش با کلرید هیدروژن تشکیل کلروهیدرین یا با مهار تجزیه رادیکال هیدروپراکسیدها تثبیت کنند. تثبیت‌کننده‌های اپوکسی محصولات چگالشی استرهای گلیسیدی اپی‌کلروهیدرین با فنل‌ها و الکل‌های آلیفاتیک، استرهای اپوکسید شده از اسیدهای آلیفاتیک بالاتر و اپوکسی‌استرهای‌آلیسیکلیک، اسیدهای آلیفاتیک و آروماتیک و الکل‌ها هستند. آن‌ها در ترکیب با استئارات کادمیوم و سایر نمک‌های فلزی به دلیل اثر هم‌افزایی‌شان به کار می‌روند. نمک‌های کادمیوم به خود خود بالاترین ثبات اولیه را دارند اما به سرعت حین فرآیندپذیری دمایی طولانی‌تر با شکست مواجه می‌شوند. این ترکیب عمل پایدارسازی را گسترش می‌دهد.  

در اینجا به آماده‌سازی و پایدارسازی اثر اپوکسیدهایی که غیر سمی هستند بحث می‌شود و نیز به عنوان نرم‌کننده ثانویه به کار می‌روند. آن‌ها در مقادیر p.p.h 3-10 افزوده می‌شود. گروه بزرگی از مهارکننده‌های واکنش‌های رادیکال آزاد اغلب در ترکیب با نمک‌های فلزی یا پایدارکننده‌های آلی-فلزی استفاده می‌شوند. آن‌ها آمین‌ها، ترکیبات حاوی گوگرد یا فسفر، فنل، الکل یا کی‌لیت‌ها هستند. فسفیت‌های آروماتیک در حدود p.p.h 1 کی‌لیت دارای ناخالصی‌های فلزی نامطلوب بوده و واکنش‌های رادیکال آزاد اکسیداتیو را مهار می‌کند. برخی از محبوب‌ترین آن‌ها پنتایریتریتول (pentaerythritol)، سوربیتول (sorbitol)، ملامین (melamine)، دیسیاندیامید (dicyandiamide) و بنزوگوانامین (benzoguanamine) است. اثر هم‌افزایی آن‌ها در کف‌پوش‌های وینیلی که در آن هزینه کم ضروری است، استفاده می‌شود. پایدارسازی داخلی روشی جدید از افزایش پایداری حرارتی پلیمرهای وینیل است. گزارش شده است که نمک‌های فلزی اسیدهای کربنی اشباع نشده کونومرهای مناسبی هستند که به عنوان پایدارکننده های داخلی عمل می‌کنند. برای مثال کوپلیمر کلرید وینیل با ۳/۰% مول از سرب آن‌دی‌سیلِنات پایدارکنندگی حرارتی بهتر و طولانی تر قابل توجه‌ای نسبت به PVC پایدارشده با سرب به لحاظ خارجی دارد. پلیمرهای گوناگون دیگر اغلب به پایدارسازی در برابر تخریب اکسیداتیوحرارتی یا حرارت نیاز دارند. PVC توسط اپوکسیدها و سدیم‌پیروفسفات پایدار می‌شود.  

رزین‌های استال دوبار پایدار می‌شوند. آن‌ها از پلی‌فرمالدئید که در آن گروه هیدروکسی انهایی توسط استری شدن در برابر تخریب حرارتی زیپ‌مانند مسدود می‌گردند، ساخته می‌شوند. حضور اکسیژن واکنش تخریب را تسریع می‌کند و سبب اکسیداسیون فرمالدئید به اسید فرمیک می‌شود. علاوه بر این از p.p.h 5/9-1/0 پلی‌آمید به عنوان پذیرنده فرمالئید و از p.p.h 6-1/0 آنتی‌اکسیدان جهت ممانعت از تخریب اکسیداتیوحرارتی استفاده می‌شود. تخریب حرارتی پلی‌آمیدها منجر به گسست پلیمری (depolymerization) ناشی از برهم‌کنش گروه‌های کربوکسیل و آمینو انتهایی آزاد با آخرین پیوند آمیدی همان مولکول می‌شود. با افزایش میزان آب در پلیمر این امر سرعت می‌یابد. پلی آمیدها در برابر اکسیداسیون حرارتی با افزودن یا یک آنتی‌اکسیدان مشترک یا یک نمک مس (به عنوان مثال نفتنات مس)، یا یک ترکیب هالوژن یا فسفر یا یک مخلوط دو یا سه جزئی پایدار می‌شوند. همچنین در مورد سامانه‌های آلی-فلزی با پایداری حرارتی بالا بحث می‌شود.پلیمرهای کوردینانسیونی bis(8-hydroxyquinoline) با منگنز، کبالت، نیکل، مس، و روی، پایداری حرارتی برجسته‌ای را نشان می‌دهند. علاوه بر پلیمرهای آلی، پلیمرهای معدنی نیز جهت تخریب اکسیداسیون حرارتی مستعد هستند. پایدارسازی سیالات سیلیکونی با سامنه‌های ردوکس آهن و سریم توسط ساز و کار رادیکال آزاد تشریح می‌شود. موقعی که پایدار می‌شوند، این سیالات پایداری حرارتی تا  ۷۰۰ را نشان می دهند.

سامانه‌ها کلسیم روی شامل استئارات‌های کلسیم و مقادیر کمی از صابون‌های روی هستند. این گروه در حالت‌های مایع و پودر وجود دارند و در کامپاندهای PVC سخت به کار می‌روند. ویژگی مهم این خانواده این است که می‌توانند در تماس با مواد غذایی قرار بگیرند. برای نمونه، طبق استاندارد US-FDA استفاده از این پایدارکننده‌ها را برای کاربری‌هایی که محصول PVC در تماس با مواد غذایی قرار می‌گیرد، بلامانع اعلام کرده است

اعتقاد بر این است که نمک‌های فلزی اسیدهای معدنی و آلی که پذیرنده کلریدهیدروژن هستند، عامل تسریع‌کننده واکنش‌های یونی هستند در حالی که آنتی‌اکسیدان‌ها و ترکیبات آلی ناهمگن، مانند مشتقات دیالکیلتین، واکنش زنجیره رادیکال آزاد را مهار می‌کنند.

ناپایداری پلیمر عامل اصلی تجزیه است و یا به اجزای آغازگر یا به زنجیره‌های شاخه‌ای یا پیوندهای دوتایی انتهایی نسبت داده می‌شود. پیدایش شاخه در نتیجه واکنش‌های انتقال زنجیره از طریق پلیمر است در حالی که آن از گروه‌های انتهایی اشباع نشده ناشی از واکنش عدم تناسب و انتقال زنجیره از طریق مونومر است. در طی دی‌هیدروکلرزایی حرارتی و دی‌هیدروکلرزایی حرارتی-اکسیداتیو PVC، فعال شدن آلیل اتم‌های کلر در کنار پیوندهای دوتایی رخ می‌دهد. مشاهده شده است که تثبیت‌کننده‌های حرارتی آلیلیک کلرینه به نسبت سریع‌تر نسبت به سرعت تجزیه آلیلیک کلراید جای‌گزین می‌شوند.

یک معیار خیلی خوب برای ارزیابی کارایی پایدارکننده حرارتی و یا بررسی برهم‌کنش سایر اجزای فرمولاسیون کامپاند PVC با پایدارکننده حرارتی، بررسی تغییر رنگ کامپاند در اثر قرار گرفتن در فرآیند تولید است. عوامل نامبرده در زیر بایستی در انتخاب نوع پایدارکننده در نظر گرفته شوند:

نوع رزین پایه گرید  PVC

فرآیند تولید رزین PVC (برای مثال سوسپانوسیون، امولسیون یا پلیمریزاسیون بالک) و همچنین بقایای کاتالیست و افزودنی‌های لازم برای فرآیند تولید در پایدارسازی کامپاند نهایی مؤثر است. همچنین استفاده از کومنومرها در تولید نیز می‌تواند بر انتخاب پایدارکننده مناسب اثر گذار باشد.

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com 📧

شارژر قابل حمل تهیه شده از پلاستیک های بازیافتی

مؤسسه Gomi که یک موسسه تحقیقاتی در برایتون انگلستان است که به تازگی شارژر قابل حملی را با استفاده از پلاستیک‌های بازیافتی تولید کرده است. این دستگاه از حدود ۱۰۰ گرم پلاستیک ساخته می‌شود و هر شارژر محصولی منحصر به فرد است و متناسب با پلاستیک‌هایی که در اختیار است، رنگ و طرح متنوعی خواهد داشت.
کلمه Gomi در زمان ژاپنی به معنای زائد و ضایعات (waste) است. هدف این موسسه جلوگیری کردن از تولید پلاستیک‌هایی است که قابل بازیافت نیستند. به همین دلیل قبل از اینکه آن‌ها پس از اتمام کارایی در طبیعت رها شوند تلاش می‌کند آن‌ها را به شکل قابل استفاده ای دربیاورد. معمولاً این پلاستیک‌ها به گونه‌ای تغییر پیدا می‌کنند که برای افراد دیگر جذاب باشد. این هدف در حال حاضر، هدف بسیار کمیابی به شمار می‌آید. با وجود اینکه پلاستیک‌های بدون استفاده معمولاً در صنعت مبل‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرند ولی استفاده از آن‌ها در محصولات پیشرفته بسیار محدود است.
این موسسه که به تازگی شکل گرفته است با مسئولیت محدودی در حال فعالیت بوده و در حال حاضر تنها از مواد منعطفی استفاده می‌کند که برای بسته بندی به کار می‌روند.

فرایند تولید این شارژر به این صورت است که مواد ضایعاتی در یک آون قرار می گیرند و ذوب شده و سپس با یکدیگر مخلوط می شوند. از این مخلوط یک توپ بزرگ رنگی ایجاد می شود. سپس تکه های این توپ پلاستیکی برای تولید محصول از آن جدا می شوند. این تکه ها به شکل سنگ مرمر رنگی هستند که برای افراد مختلف طرح زیبایی به حساب می آید. سپس قالب های فشاری شارژر گرم شده و مخلوط پلاستیک ها در آن ریخته می شود. این قالب ها تحت یک ماشین پرس قرار داده می شوند. پلاستیک اضافه که در اثر فشار بیرون می ریزد، بریده شده و دوباره مورد استفاده قرار می گیرد و قالب پس از انجام فرایند پرس در آب سر فروبرده می شود. زمانی که پلاستیک مذاب جامد شد، قالب ها باز شده و شارژر بیرون آورده می شود. سپس نیاز است که سایر اجزای شارژر روی آن نصب شوند.

 

منبع خبر:

www.gomi.design

www.polymervapooshesh.ir

 

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com 📧

معرفی پایدار کننده های نوری BASF برای الیاف صنعتی

امروزه بیش از نیمی از ۸۰میلیون تن الیاف مصرفی سالیانه در جهان، الیاف سنتزی هستند. الیاف مصنوعی ساخته­ دست بشر ابتدا در کشورهای غربی تهیه و تولید شدند. اما اکنون با افزایش جمعیت قشر متوسط در دنیا، در همه کشورها مورد استفاده قرار گرفته اند. این الیاف به دلیل دوام بالاتر نسبت به الیاف طبیعی، هم­چنین قابلیت دستکاری و تنظیم خواصشان با توجه به نوع کاربرد از طریق تغییر در ترکیب شیمیایی و یا شرایط فرآیندی، و نیز امکان افزایش زیبایی ظاهریشان، به طور گسترده­ای در منسوجات با کاربردهای تخصصی تر به کار می روند. به عنوان مثال، الیاف مصنوعی می ­توانند انعطاف ­پذیر یا سخت باشند. هم­چنین می توان میزان جذب آبشان را نیز تغییر داد.

الیاف صنعتی به رشد سریعشان در بسیاری از کاربرهای نهایی مانند مواد ساختمانی، منسوجات در صنعت خودروسازی، تک رشته­ های مورد استفاده در چمن مصنوعی برای زمین ­های ورزشی یا ایجاد مناظر، و بی­ بافت ­ها نیز ادامه می­ دهند.

پلی ­پروپیلن پلیمری بسیار پر کاربرد در تولید الیاف مصنوعی از جمله تولید الیاف بلند و ریسندگی الیاف بی­ بافت یا نوارهای بافته شده از آن ­ها به شمار می­ رود. از جمله ویژگی­ های الیاف مصنوعی پلی پروپیلن می­ توان به مقاومت بالا به اسیدها، مقاومت به فرسایش، و مقاومت به آسیب­ های حشرات اشاره کرد. پلی­ آمید و پلی اتیلن و هم­چنین پلی ­­استر، پلیمرهای مهم دیگری هستند که در تولید الیاف مصنوعی مورد استفاده قرار می­ گیرند.

پایدارکننده­ های UV و نوری BASF برای محافظت از الیاف مصنوعی در برابر تخریب

الیاف مصنوعی در طول فرآیند کردن پلیمر، ریسندگی و نیز عمر سرویس دهی خود در معرض تخریب گرمایی و اکسیداسیون نوری (فوتواکسیداسیون) قرار می­ گیرند. الیافی که در چمن مصنوعی، غشاهای محاقظتی یا فرش و کف­پوش ها مورد استفاده قرار می­ گیرند، باید قادر به تحمل شرایط جوی سختی از جمله تابش طولانی مدت اشعه­ UV، و آلودگی­ های محیطی باشند. در برخی از کاربردها نیز، مانند کاربردهای ساختمانی و اتومبیل، دوام طولانی مدت الیاف مصنوعی امری ضروری است.

به طور کلی، آنتی اکسیدانت­ های ایرگانوکس، و پایدارکننده ­های نوری chimassorb و  Tinuvin از الیاف در برابر مضرات پیرشدگی گرمایی و نور UV، از جمله تغییر رنگ و تخریب، محافظت می­ کنند. در ادامه به بررسی بیش تر این پایدار کننده ­ها خواهیم پرداخت.

پیشنهادات و راه حل ­های BASFجهت پاسخگویی به نیازمندی­ های صنعت تولید الیاف مصنوعی

محصولات پیشنهادی BASF برای الیاف مورد استفاده در صنعت ساختمان

الیافی که در معماری به عنوان غشاهای محافظتی به کار می ­روند شامل ژئوتکستایل­ ها، نمدهای مورد استفاده در قیرگونی بام، و محافظ نمای ساختمان می­ شوند. در جدول زیر محصولات ارائه شده توسط BASF که مناسب استفاده در الیاف ساختمانی هستند، آورده شده است.


U

BASF هم­چنین با تمرکز بر جنبه ­های ایمنی مواد ساختمانی، تاخیراندازهای شعله را نیز عرضه کرده است که مانند پایدارکننده­های نوری مورد استفاده در غشاهای مورد استفاده برای عایق­ کاری، می­ توانند در گرفتن مجوزهای ایمنی مربوط به مصالح ساختمانی کمک کننده باشند.

پایدارکننده­ های نوری BASF برای بخش بی ­بافت ­ها

بی­ بافت­ ها طیف وسیعی از کاربردها از جمله در حوزه­ بهداشت و مواد بهداشتی، فیلتراسیون هوا، و کاربردهای ساختمانی و ژئوتکستایل­ ها را در بر­می­ گیرند. پلی ­پروپیلن از پلیمرهای پرمصرف در این بخش به شمار می­ رود. در جدول زیر افزودنی ­های ارائه شده توسط شرکت BASF در بخش بی­ بافت­ ها ارائه شده است:

Uu

 

افزودنی­ های BASF برای چمن ­های مصنوعی

BASF با بیش از ۲۵ سال تجربه در زمینه­ تولید افزودنی­ های اجزای به کار رفته در تولید چمن­ های مصنوعی، یکی از تولیدکنندگان و عرضه کنندگان پیشتاز در این حوزه به شمار می رود. طیف گسترده ای از محصولات این شرکت شامل پایدارکننده­ های نوری آمین ­های استتار شده (HALS) و جاذب­ های UV برای فیلم ­ها، نوارها، و تک رشته ­های پلی ­اتیلنی، پلی ­پروپیلنی و پلی­ آمیدی می­ شود. به علاوه، این شرکت، Flamestab® را نیز در این بخش پیشنهاد می­ کند که یک تاخیر انداز شعله با مقاومت برجسته نسبت به پیرشدگی در اثر UV برای بخش­ های نازک پلی ­اولفینی به حساب می ­آید. در جدول زیر، جاذب­ های UV و پایدارکننده­ های نوری BASF در حوزه­ چمن مصنوعی ارائه شده است:

Uuu

محصولات BASF در حوزه فرش و لوازم منزل (مانند پرده، مبل، و …)

مقاومت در برابر تخریب نوری که منجر به آسیب به زیبایی و استحکام مکانیکی لوازم می ­شوند، در این بخش مورد نیاز است. از آنجا که قوانین مربوط به ایمنی در این حوزه بسیار سخت­گیرانه و شدید است، تأثیراتی مانند تأخیراندازی در شعله در بسیاری از کاربردها بیش از پیش در مکان­ های عمومی یا آپارتمان­ ها مانند خانه­ های شخصی اهمیت می­ یابد.

در جدول زیر محصولات BASF برای کاربرد در لوازم و اثاثیه­ی منزل ارائه شده است:

uf

جهت تکمیل این بحث، در جدول زیر به مرور افزودنی­ های ارائه شده توسط BASF در تعدادی از مهم­ ترین کاربردهای الیاف مصنوعی خواهیم پرداخت:

Ufi

 

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com 📧

معرفی پایدار کننده های نوری BASF در صنعت ساختمان‌سازی

BASF به منظور کمک به متخصصان جهت غلبه بر چالش ­های موجود در صنعت ساختمان‌سازی، مجموعه ­ای جامع از پایدارکننده ­های نوری و جاذب­ های UV را در این حوزه­ ارائه کرده است که به پلاستیک­ ها اجازه­ رقابت با مواد متداول مورد استفاده در صنعت ساخت و ساز از جمله چوب، سرامیک، سنگ، شیشه، و آجر را می­ دهد. 

محرک ­های گرایش صنعت ساختمان به مواد پلیمری

-دوام بالا و نیاز کم به تعمیر و نگهداری

دوام مواد پلیمری قابل مقایسه با مصالح سنتی و در بسیاری موارد حتی بیش‌تر از آن‌هاست. نیاز کم و یا عدم نیاز به تعمیر و نگه‌داری از عوامل گرایش گسترده به استفاده از مواد پلیمری در ساختمان‌سازی است.

-تسهیل فرآیند ساخت و ساز و سرعت بخشیدن به آن

پلاستیک­ ها دارای قابلیت مونتاژ کامل قبل از رسیدن به محل اجرای ساختمان هستند و از طرفی به دلیل وزن کم‌تر، نصب آسان‌تری نسبت به مواد و مصالح سنتی مانند چوب، سرامیک، سنگ، شیشه، و آجر، دارند.

-موارد مربوط به طراحی و زیبایی شناسی ساختمان

تکنولوژی­ های قالب گیری و اکستروژن امکان انعطاف پذیری در طراحی قطعات پلاستیکی را فراهم می­ کنند در حالی که مصالح سنتی فاقد چنین قابلیتی هستند. ایجاد طرح­ های برجسته روی پلاستیک­ ها می­ تواند جلوه­ های زیبا و جذابی برای طراحی سطوح و بافت (texture) ارائه دهد.

-افزایش ایمنی

ایمنی سخت­ گیرانه و روبه افزایش مورد نیاز برای مصالح ساختمانی به وسیله­ مواد پلیمری نیز، بدون نیاز به افزایش وزن یا قیمت آن ­ها، قابل حصول است.

-کاهش هزینه

مواد پلیمری به دلیل قیمت پایین­شان در حال پیشرفت چشم­ گیری در بازار صنعت ساختمان‌سازی هستند.

مجموعه­ پایدار کننده­ های نوری و جاذب ­های UV ارائه شده توسط BASF جهت کاربردهای ساختمانی

-پایدارکننده­ های نوری BASF جهت کاربرد در پوشش ­دهی بام ساختمان

غشاهای (membrane) تولید شده از ورق­ های پلیمری یا منسوجات دارای پوشش پلاستیکی، به منظور جلوگیری از نفوذ آب به طور گسترده­ای در بسیاری از کاربردهای ساختمانی از پوشش بام ساختمان تا ساخت محل­ های دفن زباله مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مناطقی که در معرض شدید  نور خورشید هستند، افزایش طول عمر غشا به یک چالش تبدیل شده است. مثال­هایی از محصولات پیشنهادی BASF جهت پایدارسازی غشاهای تک لایه مورد استفاده در پوشش ­دهی بام ساختمان در جدول زیر ارائه شده است:

Ax

-پایدارکننده­ نوری  BASF جهت کاربرد در کف‌پوش فضاهای بیرونی ساختمان

کامپوزیت­ های چوب-پلاستیک ساخته شده از پلی(وینیل کلراید) (PVC)، پلی‌اتیلن (PE)، و پلی پروپیلن (PP)، بیش‌ترین رواج را به عنوان مواد انتخابی برای کف پوش­ فضاهای بیرونی ساختمان­ ها دارند. BASF در همین راستا افزودنی­ هایی ارائه داده است که عمر این کف پوش­ ها را به شکل قابل توجهی افزایش می­ دهد. مثال­ هایی از محصولات پیشنهادی BASF جهت پایدارسازی مواد مورد استفاده به عنوان کف‌پوش فضاهای بیرونی ساختمان در جدول زیر ارائه شده است:

Axx

-پایدارکننده­ های نوری BASF جهت کاربرد در لوله ­کشی ساختمان

لوله­ها در طول عمر خود ممکن است در معرض عوامل محیطی مختلفی از جمله نور و حرارت زیاد، فشار بالا در حین استفاده، و اسیدیته­ بالای خاک قرار بگیرند که می ­توانند بر دوام آن­ ها تأثیر گذاشته و باعث شکست آن­ ها شوند. BASF طیف وسیعی از پایدارکننده ­ها را جهت استفاده در انواع لوله­ ها با کاربردهای خاص طراحی کرده است که نمونه ­هایی از این محصولات در جدول زیر ارائه شده است:

Axxx

-پایدارکننده­ های نوری BASF برای کاربردهای مربوط به 

قرار گرفتن دائمی در معرض نور  منجر به تخریب پلاستیک­ ها از جمله پلی‌کربنات شده و زرد شدن و از بین رفتن شفافیت آن­ ها را در پی دارد. به منظور افزایش طول عمر پلاستیک­ های استفاده شده به عنوان ورق­ های شیش ه­ای، لازم است از یک پایدارکننده­ نوری مناسب استفاده شود. پایدار کننده­ های نوری BASF از تخریب پلیمر جلوگیری کرده و باعث ابقای شفافیت و ظاهر شیشه مانند ورق­ های پلیمری می­ شود که نمونه­ هایی از این پایدار کننده ­ها در جدول زیر ارائه شده است:

Untitl

-پایدارکننده ­های نوری BASF جهت کاربرد در کف پوش داخل ساختمان

پلی(وینیل کلراید) (PVC) به طور عمده به عنوان کف‌پوش داخل ساختمان استفاده می­ شود. PVC نه تنها از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است، بلکه دارای تنوع و دوام بالا و نیز قابلیت نصب و نگه داری آسان می ­باشد. BASF در مورد کفپوش­ های PVC و نیز کف‌پوش­ های PP و یا رابرهای سنتزی پایدارکننده­ هایی را ارائه کرده است که چند نمونه از آن­ ها در جدول زیر آورده شده است:

Untitledhjkd

 

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com 📧