مقالات

عوامل جفت کننده (Coupling Agents)

منتشر‌شده ۱۳۹۹/۰۸/۰۶ | توسط فرا پلیمر شریف

بسیاری از مواد پرکننده معدنی با محیط پلیمری سازگاری نداشته، نمی‌توانند با آن جفت شوند. لذا برای بهبود چسبندگی در سطح مشترک بین پرکننده و پلیمر، از موادی به نام مواد جفت کننده استفاده می‌شود. این مواد با تشکیل پیوندهای بین مولکولی در میان سطح پرکننده و شبکه پلیمری، باعث چسبندگی در سطح مشترک می‌شوند. به این ترتیب، تنش اعمالی به کامپوزیت از طریق شبکه به نحوی بهتر به ذرات پرکننده یا الیاف انتقال می‌یابد و در نتیجه، استحکام کامپوزیت بهبود بیش‌تری می‌یابد. یک مولکول جفت کننده، عموماً حاوی یک گروه عامل معدنی و یک گروه ماده آلی است. عوامل جفت‌کننده به سه گروه اصلی طبقه بندی‌می‌شوند: آلی، غیر آلی و آلی-غیر آلی.

عوامل آلی شامل ایزوسیانات‌ها، ایمیدها، آکریلات‌ها، کلروتریازین‌ها، اپوکسایدها، اسیدهای آلی، مونومرها، پلیمرها و کوپلیمرها.
تعداد محدودی از عوامل جفت‌کننده غیر آلی نظیر اسیدهای غیر آلی و سیلیکات‌ها در کامپوزیت‌ها استفاده می‌شوند.
عوامل آلی-غیر آلی شامل سیلان‌ها، کمپلکس‌های کروم، استرهای غیر آلی، زیرکونات‌ها، آمومینات‌ها و تیتانات‌ها هستند. مشهورترین عامل‌های اتصال در صنعت کامپوزیت محدود به ایزوسیانات‌ها، انیدریدها ، سیلان‌ها و پلیمرهای اصلاح شده با انیدرید است.

جفت کننده‌های سیلانی

سازگارکننده‌های سیلانی توانایی تشکیل پیوند بادوام بین مواد آلی و معدنی را دارند. رویایی مواد غیر مشابه اغلب دارای یک عضو سیلیسی است یا دارای شیمی سطح مشابهی با آن‌‌ها است؛ شیمی سطح فصل مشترک چنین موادی به یک ناحیه پویا تبدیل شده است که در آن سطوح به منظور ایجاد محیط‌های ناهمگون موردنظر یا ترکیب خواص توده (بالک) فازهای مختلف جهت ایجاد ساختار کامپوزیتی یکنواخت اصلاح شده‌اند.

فرمول کلی یک سازگارکننده سیلانی به طور معمول دو دسته عاملیت را نشان می‌دهد. X گروه با قابلیت هیدولیز است که اغلب شامل آلکوکسی، آسیلوکسی، هالوژن و آمین هستند. به دنبال هیدولیز یک گروه واکنش پذیر گروه سیلانولی تشکیل می‌شود که می‌تواند با سایر گروه‌های سیلانولی متراکم شود. محصولات تراکمی پایدار با اکسیدهایی نظیر آلومینیوم، زیرکونیوم، قلع، تیتانیوم و نیکل تشکیل می‌شوند. با اکسیدهای آهن، بور و کربن پیوندهای با پایداری کمتر ایجاد می‌شود. اکسیدهای فلزهای قلیایی و کربنات‌ها با Si_O پیوند پایدار ایجاد نمی‌کنند. گروه R یک رادیکال آلی غیر هیدرولیز پذیر است که ممکن است یک عاملیت را در ویژگی‌های مورد نظر ارائه دهد. نتیجه نهایی واکنش ارگانوسیلان با بستر، تغییر خصوصیات ترشوندگی و چسبندگی است. به کارگیری بستر جهت تسریع تحولات شیمیایی در فصل مشترک ناهمگون، سامان دهی ناحیه بین سطحی و اصلاح ویژگی‌های حد فاصلی است. به طور قابل توجهی توانایی ایجاد یک پیوند کوالانسی بین مواد آلی و معدنی را شامل می‌شود.

سیلان چگونه یک سطح را اصلاح می‌کند؟

اصلاح‌کننده‌های سیلانی با هدف بهبود چسبندگی بین سطحی در کامپوزیت‌ها و سایر مواد، برای بهبود استحکام مکانیکی، مقاومت شیمیایی، رطوبت‌پذیری و خواص الکتریکی به کار می‌روند. به طور کلی عامل سیلانی از دو روش برقراری جذب فیزیکی و اتصال شیمیایی موجب اصلاح سطح ذرات غیر آلی می‌شود.

اصلاح با روش جذب فیزیکی

در این روش، واکنش ذرات با مولکول‌های کوچک فقط از راه جذب سطحی انجام‌پذیر است، اما در جذب فیزیکی ممکن است عمل واجذب نیز رخ دهد. این روش به تشکیل ساختاری برگشت‌پذیر و ناپایدار منجر می‌شود. زیرا اتصال عامل اصلاح‌کننده سیلانی به سطح ذرات از نوع جاذبه‌های ضعیف فیزیکی است و پیوندهای شیمیایی تشکیل نمی‌شود. برهم کنش‌ها اغلب از نوع واندروالس یا پیوند هیدروژنی هستند. در نتیجه، این برهم‌کنش‌های ضعیف در برابر گرما و حلال ناپایدارند. ذرات اصلاح شده با عامل اصلاح‌کننده سیلانی از دو بخش ذرات غیر آلی آب‌دوست و عامل اصلاح‌کننده سیلانی آب‌گریز تشکیل شده اند.

اصلاح با روش اتصال شیمیایی

برای اصلاح سطح ذرات به روش شیمیایی ابتدا با توجه به نوع ذره، عامل اصلاح‌کننده سیلانی مناسب دارای گروه‌های عاملی متفاوت با نسبت‌‌های مولی مختلف انتخاب می‌شوند.

اکثر ارگانوسیلان‌های پرکاربرد دارای اتم یا گروه آلی تعویض پذیر و ۲ گروه قابل هیدولیز هستند. در اکثر قریب به اتفاق درخواست‌های اصلاح، گروه آلکوکسی، تری آلکوکسی سیلان‌ها هیدرولیز شده تا گونه‌های حاوی سیلانول را تشکیل دهند. آب لازم برای انجام هیدرولیز به طرق مختلف مانند اضافه کردن و محیط تامین می‌شود. تشکیل پیوند کوالانسی بر روی سطح دارای مقدار معینی قابلیت بازگشت است. با حذف آب، به طور کلی با گرم کردن به مدت ۳۰ تا ۹۰ دقیقه یا تخلیه به مدت ۲ تا ۶ ساعت، پیوند ممکن است تشکیل، شکسته یا به منظور حذف تنش‌ داخلی اصلاح شود. مکانیزم مشابه می‌تواند اجازه‌ی جابه‌جایی موقعیتی اجزای فصل مشترک را بدهد. واکنش این سیلان‌ها شامل ۴ مرحله است. در ابتدا هیدولیز سه گروه ناپایدار رخ می‌دهد که مرحله تراکم الیگومرهای را به دنبال دارد. این مرحله شامل پیوند هیدروژن با گروه‌های OH بستر است. سرانجام در مرحله خشک شدن یا پخت یک پیوند کوالانسی با بستر به همراه ازدست دادن آب تشکیل می‌شود. اگرچه این واکنش‌ها به ترتیب توضیح داده شده اند، اما این واکنش‌ها می‌توانند به طور همزمان پس از مرحله هیدولیز اولیه رخ دهند. در فصل مشترک معمولا تنها یک پیوند از هر سیلیس به سطح بستر ارگانوسیلان وجود دارد. دو گروه سیلانول باقی مانده به صورت متراکم یا آزاد وجود دارند. گروه R برای واکنش کوالانسی یا برهمکنش فیزیکی با فازهای دیگر در دسترس باقی می‌ماند. سیلان‌ها می‌توانند سطوح را تحت شرایط بی آب(خشک) و با استفاده از تک لایه و رسوب دهی بخار اصلاح کنند. زمان واکنش بین ۴ تا ۱۲ ساعت و دمای آن بین ۵۰ تا ۱۲۰ درجه سلسیوس است. از بین سیلان‌ها تنها متوکسی سیلان‌ها بدون تاثیر از رسوب دهی بخار به کمک کاتالیزور هستند. موثرترین سیلان‌ها برای رسوب دهی بخار آزاسیلان‌های حلقوی هستند.

ساز و کار ارتقاء‌دهنده‌های چسبندگی با سیلان در فاز میانی

عوامل جفت‌کننده سیلانی هنگامی که در منطقه فاز میانی حضور دارند، مساحت بین بستر غیر آلی (نظیر شیشه، فلز و مواد معدنی) و بستر آلی (نظیر پلیمر آلی، پوشش‌ها و چسب‌ها) به عنوان عامل پیوند یا پل جهت بهبود چسبندگی بین دو ماده نامتشابه عمل خواهد کرد. اصلاح منطقه فاز میانی می‌تواند تغییرات مطلوب زیر را ایجاد کند: بهبود تر‌شوندگی بستر غیر آلی توسط پلیمر، بهبود پراکندگی پرکننده در پلیرهای مایع، کاهش ویسکوزیته مخلوط پلیمرهای پخت نشده/پرکننده. محافظت از مواد معدنی در برابر تجزیه، بهبود نقایص موجود در سطح، استحکام بخشیدن به لایه‌های پلیمر در فصل مشترک از طریق نفوذ داخلی با عامل جفت‌کننده برای تشکیل شبکه‌های پلیمری درهم‌نفوذکننده (interpenetrating polymer networks (IPNs)). در منطقه فاز میانی میان پلیمر و ماده غیر آلی برهم کنش‌های پیچیده از عوامل شیمیایی و فیزیکی مربوط به چسبندگی، استحکام فیزیکی و حفظ خواص چسب‌ها، کامپوزیت‌ها و مخلوط‌های مواد آلی و غیر آلی نظیر کامپوزیت‌ها وجود دارد. پیوندهای چسبنده می‌توانند توسط مهاجرت آب به داخل این منطقه فاز میانی از بین می‌روند، که پیوندها را هیدرولیز می‌کنند و سبب جدا شدن فیزیکی می‌شود. عوامل جفت‌کننده سیلانی خواص فیزیکی و شیمیایی منصر به فردی دارند که نه تنهت استحکام پیوند را افزایش می‌دهد، بلکه از جدایش در فصل مشترک نیز ممانعت می‌کند. در کامپوزیت‌ها اغلب ۴۰% استحکام خمشی افزایش می‌یابد که از طریق استفاده از عامل جفت‌کننده حاصل می‌شود. در پوشش‌ها و چسب‌ها، عوامل جفت‌کننده سیلانی به طور چشم‌گیری استحکام پیوند و مقاومت در برابر رطوبت و سایر شرایط نامساعد محیطی را افزایش می‌دهد، به طوری که فقط شکست هم‌چسبی پیوند مشاهده می‌شود.

چشم انداز انتخاب سیلان برای اصلاح سطح بستر معدنی

عوامل موثر بر انتخاب اصلاح کننده‌ی سطح سیلانی:

غلظت گروه‌های هیدروکسیل سطح
نوع گروه‌های هیدروکسیل سطح
پایداری هیدرولیتیکی (آبکافتی) پیوند تشکیل شده
ابعاد فیزیکی بستر یا ویژگی‌های آن

هنگامی که سیلان‌ها با سطح بستر واکنش می‌دهند، اصلاح سطح به میزان حداکثر است و حداکثر سایت‌های در دسترس با سطح انرژی مناسب را ارائه می‌‍دهد. افزون بر آن خواص فیزیکی و شیمیایی فاز میانی مطرح است. فاز میانی می‌تواند ویژگی‌های کل سیستم مربوط به خواص فیزیکی مانند مدول و خواص شیمیایی مانند مقدار آب را ارتقا یا کاهش دهد. بسترهای حاوی هیدروکسیل از نظر غلظت و نوع گروه‌های هیدروکسیل متفاوت اند.

بسترهای تازه ذوب شده که تحت شرایط خنثی نگهداری می‌شوند دارای حداقل مقدار هیدروکسیل اند. آبکافت نشأت گرفته از اکسیدها در هوای مرطوب از نظر فیزیکی مقدار قابل توجهی آب جذب کرده که می‌تواند درجفت شدن اختلال ایجاد کند. پیوند هیدروژن سیلانول‌های مجاور با سازگار کننده‌های سیلانی واکنش بیشتری می‌دهد، در صورتی که هیدروکسیل‌های جدا یا آزاد با اکراه واکنش نشان می‌دهند. سیلان‌ها با سه گروه آلکوکسی نقطه شروع برای اطلاح بستر هستند. این مواد تمایل به رسوب به صورت فیلم‌های پلیمری دارند که تاثیر گذار بر پوشش کلی و به حداکثر رساندن عاملیت آلی است. آن‌ها مواد اولیه در کامپوزیت‌ها، چسب‌ها، درزگیرها و پوشش‌ها هستند. محدودیت‌های ذاتی در استفاده از رسوب دهی چند لایه برای مواد نانو و نانوکامپوزیت‌ها قابل توجه است که در آن ابعاد فاز میانی توسط رسوب دهی چند لایه ایجاد شده است که ممکن است به بستر نزدیک شود. گروه‌های هیدروکسیل باقی مانده (غیر متراکم) از آلکوکسی سیلان‌ها می‌توانند در فعالیت تداخل ایجاد کنند. مونو آلکوکسی سیلان غالبا یک جایگزین در بسترهای دارای نانو به دلیل محدودکردن رسوب دهی به یک لایه مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر ثبات هیدرولیتی پیوند اکسان بین سیلان و بستر ضعیف باشد یا زمانی که کاربرد آن در محیط‌های تهاجمی است، استفاده از سیلان‌های دوقطبی بهبود عملکرد قابل توجهی را از خود نشان می‌دهد. این مواد شبکه‌های محکم تری را تشکیل می‌دهند و ممکن است مقاومت بیشتر تا ۱۰^۵در برابر هیدرولیز نشان دهد و آن‌ها را مناسب برای کاربردهای آغازگر می‌سازد.

اهمیت کشش سطح بحرانی و چسبندگی

در حالی که زاویه تماس آب بر روی یک بستر شاخص خوبی از آبگریزی یا آبدوستی نسبی بستر است اما شاخص خوبی برای تر شوندگی بستر توسط مایعات دیگر نیست.

کشش سطحی بحرانی با ترشوندگی یا آزاد شدن خواص یک جامد همراه است. این به عنوان یک پیش بینی بهتر رفتار یک جامد در طیفی از مایعات به کار می‌رود. مایعات با کشش سطحی زیر کشش بحرانی یک بستر سطح را مرطوب می‌کنند. به عنوان مثال زاویه صفر را نشان می‌دهند. کشش سطحی بحرانی برای هر ماده جامد منحصر به فرد بوده و با رسم کسینوس زاویه تماس مایعات در کشش‌های مختلف سطح و برون یابی به ۱ به دست می‌آید. رفتار آب دوست به طور کلی در سطوح با کشش سطحی بحرانی بالاتر از dynes/cm 45 مشاهده می‌شود. نتیجه افزایش کشش سطحی بحرانی، کاهش مورد انتظار در زاویه تماس همراه با رفتار جذب قوی‌تر و گرمازایی بیشتر است.

رفتار آب گریز به طورکلی در سطوح با کشش سطحی بحرانی کمتر از dynes/cm 35 مشاهده می‌شود. در ابتدا کاهش در کشش سطحی با رفتار اولئوفیلیک مرتبط است، به عنوان مثال ترشدن سطح توسط روغن‌های هیدروکربنی. زمانی که کشش سطحی بحرانی به زیر dynes/cm 20 کاهش می‌یابد، سطح در برابر خیش شدن توسط روغن‌های هیدروکربنی مقاومت می‌کند و به عنوان آبگریز در نظر گرفته می‌شود.

کاربرد عوامل جفت کننده در پلیمرها

ماده اصلاح‌کننده سیلانی به عنوان اتصال‌دهنده عمل می‌کند و می تواند موجب اتصال میان بستر غیر آلی (مانند الیاف شیشه، فلزات، اکسید فلزات، مواد غیر آلی و پرکننده‌ها) و ماده آلی مانند پلیمر (لاستیک، پلاستیک، چسب و پوشش) شود و دو ماده نامشابه را به یکدیگر اتصال دهد. همچنین مواد اصلاح‌کننده سیلانی برای شبکه‌ای کردن پلیمرهای غیر قطبی و پلیمرهای واکنش‌ناپذیر مانند پلی‌اتیلن و کوپلیمرهای اتیلن به کار می‌روند. برای نمونه کاربرد وینیل سیلان‌ها در شبکه‌ای کردن پلیمرهای غیر قطبی و پلیمرهای واکنش‌ناپذیری مانند پلی‌اتیلن و کوپلیمرهای اتیلن، از راه ساز و کار رادیکالی است. به طور کلی، برای انجام واکنش پیوندزنی، از وینیل سیلان‌ها همراه با پراکسیدهای آلی استفاده می‌شود. این نوع اصلاح‌کننده‌ها برای ترکیباتی به کار می‌روند که با پراکسید و گوگرد ولکانیزه شده اند. با این روش می‌توان پلیمرهایی مانند پلی‌پروپیلن، پلی‌اتیلن، اتیلن‌وینیل‌استات و لاستیک EPDM را اصلاح کرد.

آمینوسیلان‌ها نیز برای اصلاح بسیاری از پرکننده‌ها و الیاف شیشه به کار می‌روند. برای مثال آن‌ها قابلیت پیوند زنی به EVA را به وسیله واکنش آمین‌کافت درارند. با این اصلاح‌کننده می‌توان به اصلاح پلیمرهایی نظیر پلی‌پروپیلن، پلی‌اتیلن، پلی‌استایرن، پلی‌وینیل‌کلراید، پلی‌کربنات، ملامین فرمالدهید، پلی‌یورتان، EVA، اپوکسی، فنل‌فرمالدهید و لاستیک سیلیکونی پرداخت. مختصرا به توضیح بیشتر در پلیمرهای پرکاربرد می‌پردازیم.

ترموپلاستیک‌ها

ترموپلاستیک‌ها رقابت بیشتری برای استفاده از سازگارکننده‌های سیلانی در مقایسه با ترموست‌ها از خود نشان می‌دهند. سیلان‌ها می‌بایست با پلیمر واکنش دهند نه ماده‌ای اولیه (منومر) که نه تنها راه‌های اتصال را محدود می‌کند بلکه مشکلات اضافی در رئولوژی و خواص حرارتی را در طی مراحل فرمولاسیون کامپوزیت نشان می‌دهد. علاوه بر این در اینجا الزامات مکانیکی سختگیرانه در نظر گرفته شده است. از پلیمرهایی که دارای سایت‌های منظم در زنجیره اصلی یا به صورت آویزان جهت واکنش کوالانسی هستند می‌توان به پلی‌دی ان‌ها، پلی وینیل کلراید، پلی وینیل سولفون، هموپلیمرهای آکریلیک، مالئیک اندرید، آکریلیک، وینیل استات، کوپلیمرهای دی‌انی، هالوژن و کلروسولفون‌های اصلاح شده اشاره کرد. تعداد بالایی از مواد می‌توانند توسط آمینوآلکیل سیلان‌ها جفت شوند که شگفت آور است. پلیمرهای کلردار می‌توانند به آسانی ترکیبات نوع چهارم را تشکیل دهند در حالی که گروه‌های کربوکسیلات و سولفونات، آمیدها و سولفونامیدها را تحت شرایط فرآیند تشکیل می‌دهند. در دمای بالا آمین‌ها از طریق بسیاری از پیوندهای دوگانه اضافه می‌شوند؛ اگرچه که مرکاپتو آلکیل سیلان‌ها عوامل سازگار کننده‌ی ترجیحی هستند.

از بین پرکاربردترین عوامل سازگار کننده آمینو آلکیل سیلان‌ها اقتصادی ترین بوده، اما لزوما بهترین نیستند. به عنوان مثال اپوکسی سیلان‌ها برای کوپلیمرهای آکریلیک اسید و مالئیک اسید با موفقیت مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ترموپلاستیک‌های تراکمی

آن دسته از پلیمرها که به میزان بیش‌تری محدودیت‌هاى تئوری در رابطه با استحکام کامپوزیت را برطرف می‌کنند، فرصت‌های قاعده‌مند و منظمی برای برقراری یا تشکیل پیوند کووالانسی با زیرلایه (بستر) را ندارند. بسیاری از پلیمرهای تراکمی نظیر پلی آمید، پلی استر و پلی کربنات در این گروه هستند. چسبندگی با معرفی گروه‌‌ها با سطح انرژی بالا و پتانسیل پیوند هیدورژنی در فاز میانی ارتقا می‌یابد. همچنین می‌توان با استفاده از پلیمرها با جرم مولکولی کم، فرصت را برای واکنش گروه‌های انتهایی فراهم کرد. آمینو الکیل سیلان‌ها، کلروآلکیل سیلان‌ها و ایزوسیانات سیلان‌ها نامزدهای معمول سازگار کننده برای این نوع به شمار می‌روند. این گروه دارای بیشترین مقاومت مکانیکی در بین ترموپلاستیک‌ها هستند که اجازه‌ی استفاده را در کاربردهای اتصال دهنده، چرخ دنده و قرقره به جای فلزات می‌دهد.

پلی اولفین‌ها

پلی اولفین‌ها و پلی اترها فرصت مستقیمی برای اتصال کوالانسی ندارند. تا همین اواخر اصلاح سطح انرژی پرکننده‌ها برای تطبیق آن با پلیمرها انجام می‌شد. برای بهینه سازی تقویت پلیمر می‌بایست دارای وزن مولکولی بالا، خطی و ویسکوزیته مذاب کم باشند. بهبود استحکام کامپوزیت‌ها از طریق آلکیل سیلان‌های زنجیره بلند یا آمینوسیلان‌ها انجام شده است. بسازگار کننده با گروه‌های وینیل یا متاکریلوکسی بسیار اثر بخش‌تر است، به خصوص اگر سایت‌های اضافی سازگارکننده با افزودن پراکسیدها ایجاد شوند. ترکیباتی نظیر دی کیومیل پراکساید و بیس t-بیوتیل پراکسی در مقدار ۱۵/۰ تا ۲۵/۰ درصد به پلی اتیلن با الیاف شیشه (یا رس) اصلاح شده با وینیل سیلان اضافه می‌شوند. افزایش ۵۰ درصدی خواص کششی و خمشی در مقایسه با حالت بدون پراکسید مشاهده شده است. روش دیگر اصلاح پلی اتیلن و پلی پروپیلن استفاده از سیلان سولفونازیدها است.

اما روش نوآورانه برای اصلاح سطح پلی اولفین‌ها استفاده از اصلاح کننده‌های الیگومری چند حالته نظیر SSP-055 است. چنین الیگومرهایی چسبندگی بهتری را برای اتصال پیوند دو قطبی سیلان فراهم می‌کنند. در آخر اصلاح با استفاده از پلاسما سبب ایجاد رادیکال‌های هیدروکسیل در سطح پلی اولفین می‌شوند. این کار سایت‌های لازم برای اتصال سیلان به سطح پلی اولفین را فراهم کرده و برای طیف وسیعی از سیلان‌ها قابل اجرا است.

در حقیقت این ترکیبات که در مقادیر کم استفاده می‌شوند با پروتون‌های آزاد در فصل مشترک غیر آلی تشکیل‌دهنده یا چند لایه تک‌مولکولی روی سطح غیر آلی، واکنش می‌دهند. مولکول انتخاب شده برای این هدف باید در دو انتهایش گروه ای عاملی داشته باشد که قادر به واکنش با سطح ذرات غیر آلی و مواد ماتریس هستند. این افزایش چسبندگی که در نتیجه این واکنش رخ می‌دهد، باعث بهبود انتقال تنش بین اجزای کامپوزیت، چقرمگی شکست و استحکام سایشی می‌شود، بارگذاری بیش تر پرکننده را ممکن می‌سازد، پراکندگی ذرات را بهینه می‌کند، جریان‌یافتگی پلیمرهای پرشده و پرنشده در دماهای فرآیندی پایین‌تر را افزایش می‌دهد و شکنندگی کامپوزیت نهایی را کاهش می‌دهد. طیف وسیعی از عوامل جفت کننده‌ای که دارای دو گروه عاملی هستند برای این منظور کارامد می‌باشند-یک گروه که به چسب متصل می‌شود و گروه دیگر که به سطح بستر جذب می‌شود. به طور کلی ، اگر گروه عاملی عامل جفت‌کننده ماهیت غیر واکنشی داشته باشد، چسبندگی را افزایش نمی‌دهد، اما عوامل جفت‌کننده‌ای وجود دارند که چسبندگی را از طریق بهبود سازگاری فصل مشترک بین دو جزء ارتقا می‌دهند یا خواص سطح مواد را تغییر می‌دهند، یا آن‌ها را به پلیمرها کوپلیمره می‌کنند.

مثال‌هایی از انواع جفت کننده‌های سیلانی را مشاهده می‌کنید:

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 📧

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده Interface, interphase, polyolefin, Thermoplastic, آکریلات‌ها, آمیدها, اپوکسایدها, انیدرایدها, ایزوسیانات‌ها, ایمیدها, پلی الفین, ترموپلاستیک ها, جفت کننده‌های سیلانی, عوامل جفت کننده (Coupling Agents), فاز میانی, فصل مشترک, کلروتریازین‌ها | پاسخ دهید:

سازگارکننده‌های پلیمری

منتشر‌شده ۱۳۹۹/۰۷/۱۸ | توسط فرا پلیمر شریف

مخلوط‌های پلیمری تقریباً یک سوم کل پلیمرهای مصرفی جهان را تشکیل می‌دهند. آن‌ها تعادل خوبی از خصوصیات فنی را ارائه می‌دهند؛ یا ممکن است انگیزه اقتصادی باشد، مانند زمانی که یک پلیمر ارزان قیمت برای کاهش هزینه‌ها به یک پلیمر مهندسی گران‌تر اضافه می‌شود. برخی از جفت‌ پلیمرها به راحتی در اکسترودر امتزاج‌پذیر هستند، ولی برخی دیگر ناسازگارند و آن ها دو فاز تشکیل می‌دهند، یکی در دیگری پخش می‌شود. خواص مکانیکی مخلوط ناسازگار به دلیل فصل مشترک ضعیف میان دو فاز، ضعیف است.

سازگارسازی: فرآیند اصلاح خواص بین سطحی در پلیمرهای امتزاج‌ناپذیر که منجر به کاهش کشش بین سطحی و تثبیت ریزساختار مطلوب و در نتیجه محصول آلیاژ پلیمری مطلوب می‌گردد. سازگارسازی، از کاهش فعالیت بین سطحی و بهبود چسبندگی در آلیاژهای پلیمری است. سازگارسازی در آلیاژهای دو فازی مورد استفاده قرار می گیرد زیرا در آلیاژهای تک فازی، بر هم کنش میان اجزا مناسب بوده و نیازی به استفاده از روش های سازگارسازی نیست. این امر سبب خواهد شد که چسبندگی میان اجزاء بهبود یابد و در نتیجه خواص استحکامی ماده حاصله، بسیار مناسب شود. از سوی دیگر سازگارسازی باعث می شود تا اندازه ذرات پخش شده در آلیاژ پلیمری، کوچک تر شده و در نتیجه خواص مناسب تری حاصل شود. نقش مهم دیگری که یک سازگارکننده دارد ایفای تثبیت مورفولوژی است. استفاده از سازگارساز باعث می شود که مورفولوژی آلیاژ حاصله، در فرآیندهای بعدی تغییر نکرده و در نتیجه خواص مورد نظر از محصول به دست آید. (نکته مهم این است که آلیاژهای تولید شده، برای تبدیل به محصول نهایی باید وارد فرآیندهای شکل دهی شوند. اگر تثبیت مورفولوژی انجام نگیرد، در فرآیندهای بعدی مورفولوژی آلیاژ و ابعاد ذرات پخش شده تغییر خواهد کرد و این امر باعث تغییر خواص آلیاژ خواهد شد.)

سازگارکننده: پلیمر یا کوپلیمری که یا به یک مخلوط پلیمری اضافه می‌گردد یا در حین اختلاط واکنشی تولید شده، مشخصات فصل مشترک را بهبود می‌بخشد و باعث تثبیت ریزساختار می‌گردد. سازگارکننده‌ها گونه‌های ماکرومولکولی هستند که فعالیت‌های بین سطحی در مخلوط‌های پلیمری ناهمگن را به نمایش می‌گذارند.

پلیمرها با ساختارهای مختلف از لحاظ ترمودینامیکی امتزاج‌پذیر نیستند و بنابراین مخلوط‌های ناهمگن (آلیاژ) ایجاد کنند. پلیمر در غلظت بالاتر فاز پیوسته‌ای تشکیل خواهد داد و پلیمر با غلظت کم‌ در بستر پیوسته پراکنده خواهد شد. اما چسبندگی بین مولکولی میان فاز پراکنده و پیوسته خیلی ضعیف است، در حالی که منجر به عمل‌کردهای مکانیکی ضعیف مخلوط می‌شود.

عمل‌کرد آلیاژها بستگی به خواص اجزاء تشکیل‌دهنده آلیاژ، غلظت اولیه اجزاء در آلیاژ و ریزساختار آلیاژ حاصل دارد. فرآیند آلیاژ کردن بایستی منجر به مخلوط پلیمری با خواص پایدار و تکرار پذیر گردد. بنابراین ریزساختار یا باید پایدار و غیر قابل تغییر در حین مراحل تهیه باشد و یا این که تغییرات آن قابل پیش‌بینی باشند.

آلیاژسازی از روش‌های پراکندن فازها در یک‌دیگر و همچنین سازگارسازی آن‌ها با هم استفاده می‌نماید. روش سازگارسازی سه وظیفه اصلی را برعهده دارد:

کاهش کشش بی سطحی فازها که منجر به پراکندگی ریزتر و یکنواخت‌ فازها در هم می‌شود.
پایدارسازی ریزساختار در مقابل اثرات حرارتی و برشی در حین مراحل فرآیند.
چسبندگی بین سطحی در فصل مشترک در حالت جامد.

راه‌کارهای مختلفی برای عمل سازگارسازی به کار می‌رود که عبارتند از:

افزودن مقدار کمی از یک حلال مشترک و یا جزء سومی که با هر دو امتزاج‌پذیر باشد.

افزودن یک کوپلیمر بلوکی یا پیوندی که قسمتی از آن با یک فاز و قسمتی دیگر از آن با فاز دیگر امتزاج‌پذیر باشد. . این کوپلیمرها اغلب دارای دوجزء هستند به‌ طوری که هر یک از اجزاء می‌توانند با یکی از فازها برهم‌کنش برقرار کند و به این ترتیب با کاهش تنش بین سطحی دو پلیمر و ممانعت از به ‌هم‌ پیوستن قطرات، اندازه قطرات به وجود آمده در فرآیند اختلاط را کاهش دهند و سبب چسبندگی بهتر بین دو فاز و پایدارسازی مورفولوژی سامانه حین فرآیند شده و فصل مشترک دو فاز را بهبود بخشند.

افزودن مقدار زیادی از یک کوپلیمر به صورت هسته-پوسته که معمولاً به منظور بهبود خواص ضربه استفاده می‌گردد.
اختلاط واکنشی که منجر به اصلاح حداقل یکی از اجزاء ماکرومولکول و ایجاد نواحی امتزاج‌پذیر می‌گردد.
مخلوط کردن مکانیکی-شیمیایی

مرجع دیگری بیان می‌کند معمولاً زنجیرهای سازگارکننده ساختار قطعه‌ای (Block) دارند، با یک بلوک امتزاج‌پذیر سازنده با یک جزء مخلوط و بلوک امتزاج‌پذیر دوم با جزء دیگر مخلوط دارند.

روش‌های سازگارسازی می‌توانند به دو دسته تقسیم‌بندی شوند:

(i) افزودن مقدار کمی از یک جزء که با هر دو فاز امتزاج‌‌پذیر است (ii) افزودن مقدار کمی کوپلیمر که یک قسمت با فاز اول سازگار است و قسمت دیگر با فاز دیگر (iii) افزودن مقدار زیادی از یک هسته-پوسته، سازگارکننده-اصلاح کننده ضربه چند-منظوره.
سازگارسازی واکنشی که از راهبردهایی نظیر موارد ذکر شده استفاده می‌کند: (i) واکنش‌های ترانس (ii) تشکیل واکنش پیوندی (graft)، قطعه‌ای (block) یا کوپلیمر دارای اتصالات عرضی سبک، (iii) تشکیل ساختارهای پیوندی از لحاظ یونی (iv) اختلاط مکانیکی-شیمیایی که می‌تواند منجر به شکست زنجیره‌ها و بازترکیب شود، بنابراین در حالی که کوپلیمرها را تولید می‌کنند.

فشارهای شدید زیست محیطی صنایع را به بازیافت پلیمرهای زائد به ویژه آن‌هایی که در کاربردهای بسته‌بندی سر و کار دارند، سوق می‌دهند. پلی‌اتیلن در تمام اشکال تجاری موجود (HDPE)، (LDPE)، (LLDPE)، در حال حاضر بیش از ۵۰٪ از بازار بازیافت پلیمر را نشان می‌دهد. همراه با پلی‌پروپیلن (PP) ، پلی‌استایرن (PS) ، پلی وینیل کلراید (PVC) و پلی اتیلن ترفتالات (PET)، PE عمده مواد زائد پس از مصرف در مورد مواد پلیمری را تشکیل می‌دهند.

با توجه به ترکیب پلیمری مورد نظر، انواع مختلف سازگارکننده‌ها به صورت تجاری موجود است:

یکی از عوامل مهم در امتزاج‌پذیری، سرعت رسیدن به تعادل ترمودینامیکی است که این عامل، خود به ضریب اثرات متقابل ترمودینامیکی و نیروهای مقاوم ریولوژیکی مانند خود-نفوذی (Diffusion-Self) بستگی دارد. برای مثال در مخلوط‌های پلی‌الفینی ضریب اثرات متقابل نزدیک به صفر است از طرفی ضریب خودنفوذی ماکرومولکول‌ها هم بسیار کوچک است، لذا رسیدن به تعادل ترمودینامیکی به ندرت اتفاق می‌افتد. عامل دیگر روش تهیه مخلوط است. برای مثال مخلوط‌های پلی‌الفینی که به روش محلول تهیه می‌گردند به دلیل داشتن فرصت کافی برای رسیدن به تعادل ترمودینامیکی، امتزاج‌پذیرند. در حالی که چنانچه مخلوط به روش اختلاط مکانیکی تهیه گردد، امتزاج‌ناپذیر خواهد بود.

در پلیمرهای امتزاج‌ناپذیر به دلیل کوچک بودن برهم‌کنش ذاتی بین آن‌ها محصولی با مورفولوژی نایکنواخت و ناپایدار و دارای چسبندگی ضعیف بین فازی حاصل می‌گردد که این امر باعث افت خواص فیزیکی و مکانیکی محصول نهایی می‌شود. این مشکل از برهم‌کنش ضعیف بین فازها ناشی می‌شود که در پی آن میان فازها یک فصل مشترک شکل می‌گیرد و در این ناحیه به دلیل چگالی پایین گره‌خوردگی زنجیرهای پلیمری با یکدیگر، انتقال تنش بین دو فاز به خوبی صورت نمی‌پذیرد به طوری که از یک سو موجب بالا بودن تنش بین سطحی بین اجزاء در حالت مذاب می‌گردد و در نتیجه تغییر شکل و شکست (Break-Up) قطرات برای پراکندگی فاز متفرق در حین اختلاط و مقاومت در برابر پدیده ائتلاف (Coalescence) قطره را در فرآیندهای بعدی مشکل‌ می‌سازد و از سویی دیگر موجب چسبندگی ضعیف در حالت جامد شده که بر حسب نوع تنش اعمال شده و ساز و کار شکست منجر به شکست مکانیکی زود هنگام می‌شود. موفولوژی و چسبندگی بین سطحی با استفاده از فرآیند سازگارسازی بهبود می‌یابند.

این نوع سازگارسازی نتیجه اثر ممانعت فضایی‌ای (Hindrance Effect) است که به دلیل حضور سازگارکننده در فصل مشترک و به دنبال آن گرادیان غلظت سازگارکننده روی فصل مشترک و متعاقب آن به وجود آمدن نیروهای مارانگونی (Marangoni Forces) روی فصل مشترک دو پلیمر، ایجاد می‌گردد. (اثر مارانگونی پدیده‌ای است که در آن به علت وجود گرادیان تنش بین سطحی در طول فصل مشترک دو سیال، انتقال جرم انجام میشود. گرادیان تنش بین سطحی میتواند در اثر وجود گرادیان غلظت و یا گرادیان دما ایجاد شود زیرا تنش بین سطحی تابع دما است) همان طور که گفته شد، ابعاد نهایی قطرات از تعادل بین نیروهای ویسکوز و نیروهای تنش بین سطحی منشأ می‌شود. در تحقیقاتی که توسط محققین صورت گرفته اگر چسبندگی بین دو فاز مناسب باشد، قطره می‌تواند تغییر شکل بسیار زیادی را قبل از شکست تحمل کند و در نتیجه ریزساختار فازی با ذرات ریزتری حاصل می‌شود.

گفته شد اصطلاح سازگارکننده به ماده افزودنی گفته می‌شود که جهت بهبود امتزاج‌پذیری و خواص مخلوط پلیمری استفاده می‌شود. گاهی اوقات به طور خاص‌تر به معنای افزودنی است که برای تقویت چسبندگی بین یک پلیمر و یک سطح غیر آلی مانند یک ماده معدنی یا الیاف شیشه استفاده می شود. در این گزارش عوامل جفت‌کنندهایی که جهت ارتقاء چسبندگی میان پلیمرها و افزودنی‌های معدنی استفاده می‌شوند، تحت عنوان پرکننده‌ها مورد بحث قرار می گیرند، و این بخش تقریباً به طور کامل در مورد سازگارکننده‌هایی که برای ارتقاء قابلیت سازگاری دو پلیمر آلی استفاده می‌شوند، متمرکز است.

سازگارکننده‌ها به طور معمول کوپلیمرهای (قطعه‌ای یا پیوندی هستند، نه تصادفی). کوپلیمرهای بلوکی مولکول‌های طویلی دارند که در آن‌ها دنباله‌ای متشکل از چندین واحد ساختاری یکسان، ppppp، در ادامه دنباله دیگری با واحدهای ساختاریی یکسان اما مجزا از دنباله اول، QQQQQ، در یک زنجیر قرار می ‌گیرد. در مورد کوپلیمرهای گرافت شده، یک بخش منشعب به زنجیر اصلی متصل می‌شود و ساختاری T شکل را ایجاد می‌کند، و بخشی از زنجیر اصلی نیست.

سازگارکننده‌ معمولاً از وزن مولکولی بالاتر نسبت به پلیمرهای مخلوط شده برخوردارند. خواه کوپلیمر یک بلوک باشد یا یک گرافت، یک توالی، P برای سازگاری با پلیمر A و دیگری Q، با پلیمر B انتخاب می‌شود. توالی P حتی ممکن است با واحد تکراری پلیمر A یکسان باشد ، یا نه. اگر پلیمر A و پلیمر B ناسازگار باشند و در حال مخلوط شدن باشند، ساده ترین چیدمان استفاده از کوپلیمر بلوک A و B به عنوان سازگارکننده است، اما این تنها احتمال نیست. از پلیمرهای تری‌بلاک مانند PPPPPP – QQQQQ – TT RRRRRR نیز گاهی استفاده می‌شود، اما لزوماً از انواع دی‌بلاک موثرتر نیستند.

از کوپلیمرهای هسته-پوسته نظیر گلیسیدیل متاکریلات-اتیلن-وینیل استات، در حالی که حاوی هر دو بخش قطبی و غیر قطبی هستند، جهت سازگارسازی و چقرمه‌سازی مخلوط‌های دو پلیمر شکننده استفاده شده است.

عوامل مؤثر در روش افزودن کوپلیمر بلاک یا گرافت به آلیاژ پلیمری عبارتست از نوع کوپلیمر و میزان آن. باید توجه داشت که اگر سطح مشترک بین دو فاز از کوپلیمر سازگارساز اشباع شود، با افزایش این جزء، بهبود بیشتری در چسبندگی حاصل نمی شود و بهبود خواص به دست نمی آید (در برخی موارد، با افزایش بیش از حد سازگارساز حتی افت خواص نیز حاصل خواهد شد.)

سازگارکننده‌ها معمولاً از گره‌خوردگی‌های مولکولی جهت اتصال به دو پلیمر غیر مشابه استفاده می‌کنند. مخلوط‌های سازگارشده از مخلوط‌های طبیعی پلیمرهای امتزاج‌پذیر متفاوتند، به این دلیل که هر کدام از پلیمرهای اصلی به حضورشان در نواحی بسیار کوچک و متمرکز از خود یا پلیمر دیگر، معمولاً در حد نواحی میکرونی، ادامه می‌دهند.

سازگارکننده‌ها می‌توانند مانند سورفکتانت‌های جامد عمل کنند، در حالی که ضریب تنش بین سطحی را کاهش می‌دهند، اندازه ذرات یک پلیمر پراکنده را در دیگری کاهش می‌دهند و اغلب باعث بهبود پراکندگی آن‌ها می‌شوند. عمل‌کردهای دیگر سازگارکننده‌ها ایجاد ثبات در مورفولوژی و بهبود چسبندگی بین مواد تشکیل دهنده است. برای دستیابی به موفقیت در همه این موارد ممکن است بیش از یک سازگارکننده لازم باشد. هر دو ساز و کار شیمیایی فیزیکی و واکنشی ممکن است در این امر دخیل باشند. همیشه به حداکثر رساندن سازگاری یک ترکیب مطلوب نیست، زیرا درجه خاصی از ناسازگاری، ناهمگنی و ضعف سطحی باعث افزایش مقاومت در برابر ضربه می‌شود.

info@fara-ps.com 📧

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده Block Copolymer, Compatibiliser, Compatibilizer, Core-Shell, Graft Copolymer, Interface, Interfacial Tension, Polymer Alloy, Polymer Blends, آلیاژهای پلیمری, چسبندگی بین سطحی, سازگارکننده‌ها, سورفکتانت, کشش بین سطحی, کوپلیمر پیوندی, کوپلیمر قطعه ای, مخلوط های پلیمری, هسته-پوسته, وزن مولکولی | پاسخ دهید:

کاربرد پلیمرها در تجهیزات آتش‌نشانی به مناسبت گرامی‌داشت روز آتش‌نشان

منتشر‌شده ۱۳۹۹/۰۷/۰۷ | توسط فرا پلیمر شریف

آتش‌نشانی شغلی است که کار اصلی او پاسخ‌گویی به شرایط اضطراری در بسیاری از مکان‌های مختلف است. هدف آنان نجاتِ جان افراد و به حداقل رساندن خسارت به اموال است. آمادگی برای پاسخ‌گویی و پیش‌گیری نیز از جنبه‌های مهم این شغل است.

به جرأت می‌توان گفت که پلاستیک‌ها سبب تحول وسایل ایمنی آتش‌نشانان شدند. در گذشته از کلاه‌های ایمنی فلزی، کت‌‌های چرمی سنگین، سیستم تنفسی عمدتاً فلزی استفاده می‌شد؛ اما با رخداد حوادث ناگوار مانند آتش گرفتن در اثر تخلیه الکتریکی و برق گرفتگی ناشی از سیم‌های فلزی، پلیمرهای جدید با خصوصیات امیدوارکننده مورد بررسی قرار گرفتند. امروزه این پیشرفت به قدری است که دیگر کلاه‌های ایمنی فلزی نیاز آتش نشانان را برآورده نکرده و ناخوشایند به نظر می‌رسند؛ از پوشش گردن، صورت و همچنین محافظت از جمجمه برخوردار نبوده و استفاده از آن در دمای بالا به قدری دشوار است که از نزدیک شدن آتش نشانان به آتش جلوگیری می‌کند. با وجود این که تنها ۱۵% خطرات مربوط به سر است اما اغلب این خطرات کشنده هستند. به طور کلی پلاستیک‌ها با داشتن خواصی نظیر مقاومت در برابر شعله و حرارت، عدم رسانایی، سبکی و در مواردی دارای سرویس دهی آسان تر و بهداشتی تر به طور گسترده در تجهیزات آتش نشانی استفاده می‌شوند و به نوعی مترادف ایمنی برای آتش نشانان هستند.

بیش‌ترین کاربرد لوله‌های پلیمری در سامانه آتش‌نشانی

HDPE – لوله پلی‌اتیلن (لوله پلی‌اتیلن با چگالی بالا) High Density Polyethylene Pipe
PPR – سامانه‌های لوله‌های پلی‌پروپیلن رندوم (polyethylene pipe random)
PVC-C – سامانه لوله‌های پلی وینیل کلراید کلر
PEX – سامانه‌های پلی‌اتیلن متقاطع (polyethylene pipe cross-X)

HDPE- لوله پلی‌اتیلن (لوله پلی‌اتیلن با چگالی بالا) High Density Polyethylene Pipe

لوله‌های پلی‌اتیلن در شبکه آتش‌نشانی به صورت زیر زمینی و جهت شبکه اصلی انتقال سیالات اطفاء حریق به کار برده می‌شوند و لوله‌های پلی‌اتیلن آتش‌نشانی باید از Safety Factor بالاتری برخوردار باشد.

PPR – سامانه‌های لوله‌های پلی پروپیلن رندوم

این نوع لوله در داخل یک لایه فایبرگلاس قرار دارد که مطابق با استاندارد۱۳۵۰۱ UNE-EN، از الزامات کاهش اشتعال پذیری است.

PVC-C – سامانه لوله‌های پلی‌وینیل‌کلرایدکلر

این نوع لوله‌ها مناسب و مقاوم در برابر درجه حرارت بالا، شعله‌های آتش و سیگار است.

PEX – سامانه‌های پلی‌اتیلن متقاطع

این نوع لوله‌ها، در واقع همان سامانه خاموش‌کننده آتش در مکان‌های اقامتی هستند. این نوع لوله‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که مانند سم‌پاش برای خاموش کردن آتش در سقف نصب می‌شوند. در این سامانه اگر گرمای محیط بالا برود، سامانه فعال نمی‌شود؛ اما زمانی که دود را حس کند، به طور خودکار سامانه به کار می افتد. از لوله‌های نوع PP-R و PE-X برای نصب در مناطق مسکونی استفاده می شود.

کاربرد لوله و اتصالات پلی‌اتیلن در سامانه آتش نشانی

سامانه‌های لوله‌های داخلی و لوله‌های HDPE قابل استفاده در محیط‌های ویژه آتش‌‌نشانی عمدتاً برای بیشینه فشار کاری که مورد استفاده قرار می‌گیرند، نباید کم‌تر از psi /10 bar 150 باشند.

مزیت‌های لوله‌های پلی‌اتیلن در سامانه آتش‌نشانی

مقاومت در برابر خوردگی گالوانیک، مقاومت در برابر پوسیدگی، سایش و ضربه، خاصیت انعطاف‌پذیری مناسب، خاصیت جمع‌شوندگی، سازگار با آب‌های اسیدی، طول عمر بالا (استفاده بیش‌تر با هزینه های کم‌تر)، سبکی وزن، مقاومت عالی در برابر زمین لرزه و رانش زمین، قابلیت اتصال بسیار محکم، بدون نشتی و در عین حال انعطاف‌پذیر، مقاومت بالا در برابر اشعه فرا بنفش خورشید، دارا بودن خصوصیات هیدرولیکی بسیار مناسب، هزینه پایین تعمیر و نگهداری، جوش‌پذیری

لوله‌های پلی‌اتیلن آتش‌نشانی مسائل و مشکلات عمده‌‌ای از قبیل خوردگی میکروبی، نداشتن استحکام در برابر زمین‌لرزه، سختی اجرا و… که در تمام سامانه‌های قدیمی آتش‌نشانی که به نحوی با آب سر و کار دارند را برطرف نموده است و لوله‌‌های پلی‌اتیلن به انتخاب اول برای اجرای سامانه‌های آتش‌نشانی بدل شده است. مزایای استفاده از لوله‌های پلیمری (لوله پلی‌اتیلن) برای نصب در خطوط سامانه‌های آتش‌نشانی بسیار زیاد است. نصب این لوله‌ها از لحاظ هزینه و زمان مقرون به صرفه است. از طرفی، به تعداد کمی نیروی انسانی برای نصب و راه‌اندازی آن نیاز است. اما مهم‌ترین ویژگی لوله‌های پلی اتیلن در سامانه آتش‌نشانی مقاومت در برابر خوردگی می‌باشد که این خاصیت عامل اصلی افزایش قابل توجه عمر مفید این نوع لوله‌ها می‌باشد. با توجه به میزان ضریب کشش بالا در مواد پلی اتیلن و استحکام کافی در برابر فشار ضربه‌ای، لوله‌های پلی‌اتیلن بهترین مقاومت را در برابر ارتعاشات زمین لرزه و جابه‌جایی لایه‌های خاک نشان می‌دهند. آن‌ها نیازی به رنگ آمیزی ندارند زیرا لوله‌ها هم‌زمان با فرآیند تولید، رنگ‌آمیزی می‌شوند. جوش لوله‌ها و اتصالات، امن و سریع انجام می‌شود و در طولانی مدت با دوام است. به علت سطح داخلی کاملاً صاف و صیقلی، این لوله‌ها در مقایسه با لوله‌های دیگر از افت اصطحکاکی بسیار کم‌تری برخوردار بوده، در نتیجه در بسیاری اوقات برای عبوردادن دبی مشخصی از سیال، در مقایسه با سایر انواع لوله‌ها خصوصاً وقتی طول خط لوله زیاد است. معمولاً این لوله‌ها در یک بازه زمانی طولانی نیاز به تعمیر ندارند و در صورت نیاز به تعمیر، این کار با هزینه پایین امکان‌پذیر خواهد بود. فرآیند نصب هم بسیار ساده است؛ لوله‌ها و اتصالات به روش جوش دستی، سریع و آسان، به هم متصل می‌شوند. در لوله‌های پلی‌اتیلن، خوردگی اتفاق نمی‌افتد؛ در نتیجه نیاز به تعمیر و نگهداری این تأسیسات نیست و این خود باعث صرفه‌جویی در هزینه‌ها می‌شود. لوله پلی‌اتیلن و اتصالات پلی‌اتیلن از بهترین مواد اولیه پلی‌اتیلن با گرید تجاری PE100 و به رنگ مشکی تولید می‌شوند. (Reference: parsethylene-kish.com)

انواع مخازن ذخیره آب آتش نشانی

مخزن گالوانیزه گرم
مخزن پلی‌‌اتیلن تک لایه تا سه لایه به صورت عمودی، افقی و یا ته قیفی
محزن کامپوزیتی فایبرگلاس پنلی

مخزن پلی اتیلن از نظر اقتصادی مناسب می‌باشد. به دلیل انعطاف پذیری بهتر آنها نسبت به گالوانیزه خاصیت برتری به آن بخشیده است.

مخزن فایبرگلاس پنلی GRP یک سیستم مدولار می باشد که به دلیل نیاز به زیرسازی نسبت به مخزن پلی اتیلنی هزینه بیش‌تری دارد. اما چون پنل ها را می توان بازکرد، حمل و نقل آن راحت تر است و در حجم بالای ۳۰۰۰۰ لیتر توصیه می‌شود. مخزن GRP پلاستیک های تقویت شده با الیاف می باشد که می‌تواند به عنوان عایق عمل کند. این مخازن را می توان در سطح زمین، سقف و یا داخل ساختمان نیز نصب کرد. از ویژگی های بارز آن دوام بالا، مقاومت در برابر UV و عمل‌کرد عالی آن، مقاوم در برابر یخ زدگی، رشد جلبک می باشد. همچنین عناصر فلزی در مجاورت آب نیست، این مخازن را می توان برای افزایش ذخیره‌سازی گسترش داد. مخزن‌های فایبر گلاس می‌تواند از رزین‌هایی نظیر پلی استر، وینیل استر، اپوکسی‌ها ساخته می‌شود. یک نوع رایج آن‌ها پلی استر غیر اشباع می‌باشد. برای کاربرد مخازن در محیط‌هایی که مقاومت حرارتی و اسیدی نیاز باشد از این نوع مخازن استفاده می‌شود. این مخازن تحت آزمایش‌های فیزیکی و شیمیایی متعدد قرار می‌گیرد. کنترل کارایی طولانی مدت، بررسی خواص مکانیکی و شیمیایی در واحد کنترل کیفی صورت می‌گیرد. آزمون‌های این نوع مخزن ذخیره آب آتش‌نشانی بر اساس استانداردهای بین‌المللی نظیر ASTM، ISO و… صورت می‌گیرد. نوعی از مخزن تخلیه یا مخزن ذخیره آب آتش نشانی نوین از جنس PVA/TPU برای ذخیره‌سازی راحت آب در موقعیت‌های اضطراری مورد استفاده قرار می‌گیرد. حمل و نقل آسان آن‌ها در موارد اضطرار مورد توجه می‌باشد. در نهایت باید مد نظر داشت که در محیط‌هایی که احتمال بروز حریق وجود دارد از نصب مخازن پلاستیکی خودداری شود. استفاده از مخازن استیل یا گالوانیزه به عنوان مخزن ذخیره آب آتش نشانی علی رغم قیمت بیش‌تر آن‌ها در برخی محیط‌ها بهتر از انواع پلاستیکی می باشد.

شلنگ‌های آتش نشانی

که از لاستیک صنعتی با یک یا دو لایه منجید تهیه می‌شوند.

شلنگ نخ پرلونی آتش‌نشانی

بافته شده از الیاف پلی‌استر که داخل آن لاستیکی از جنس EPDM ساخته شده است و در برابر حرارت بالا و رطوبت و برخی از مواد شیمیایی مقاوم است.

شلنگ‌های روکش‌دار آتش‌نشانی

از الیاف مصنوعی بافته شده با ترکیبی از مواد نیتریل و PVC روکش شده‌اند. شلنگ‌های مذکور در مقابل اسیدها، محلول‌های قلیایی، روغن‌ها و سوخت‌های فسیلی و اغلب مواد شیمیایی مقاومت دارند.

کاهنده ضریب اصطکاک در مخزن آب

پلیمرهای محلول در آب با وزن مولکولی بالا شناخته شده‌اند که باعث کاهش کشش اصطکاکی جریان آشفته در غلظت‌های ده‌ها یا صدها ppm می‌شوند. پلیمرهای مصنوعی و طبیعی مانند پلی‌(اکسیداتیلن)، پلی‌(اسیداکریلیک) متمرکز است، پلی‌آکریل‌آمید، پلی(n-وینیل‌فرماید)، کوپلیمرهای محلول در آب، صمغ گیاهی، صمغ زانتان، سلولز کربوکسی‌متیل. برای جریان آشفته در خطوط لوله، و همچنین در جریان باز و خارجی ، می توان اصطکاک را با وارد کردن مقدار کمی از یک پلیمر انعطاف پذیر، خطی با وزن مولکولی بالا نسبت به جریان کاهش داد. این روش برای کاهش ضریب اصطکاک در صنایع مختلف از جمله شلنگ‌های آتش‌نشانی به کار می‌رود. به طور کلی ، انواع مختلفی از مواد افزودنی، از جمله ذرات جامد ، سورفاکتانت ها و پلیمرها برای القای پدیده آشفته DR استفاده شده است. بنابراین، پلیمرهای با وزن مولکولی بالا هنگامی که در سیستم حلال مناسبی از محیط‌های آبی یا غیر آبی حل شوند ، به عنوان عوامل کاهنده کارآمدتر در نظر گرفته می‌شوند. با توجه به خواص ویسکوالاستیک ویژه، مواد افزودنی پلیمری به شدت بر خصوصیات جریان آشفته تأثیر می‌گذارند، حتی اگر در مقادیر کم استفاده شوند. با افزودن پلیمرها به جریان آشفته می توان سطح بالای DR را بدست آورد. اتلاف انرژی ناشی از جریان آشفته باعث افزایش هزینه های عملیاتی می شود. هنگامی که یک پلیمر در یک حلال مناسب حل می شود ، می توان اثر DR آن را در شرایط مناسب به حداکثر رساند. اگرچه چندین پلیمر محلول در آب با موفقیت باعث کاهش ضریب اصطکاک در جریان آشفته سیستم‌های آبی می‌شوند ، شناخته شده است که پلیمرهای محلول در روغن مانند پلی‌ایزوبوتیلن و پلی‌استایرن هنگام حل شدن در حلال‌های آلی یا روغن ها، کارایی بالای DR را نشان می‌دهند.

لباس آتش‌نشانی

نقش لباس محافظ و سایر لوازم حفاظت شخصی اصل اساسی برای ایمنی آتش‌نشانان است. علاوه بر نیاز به حفاظت از سطوح مختلف آتش، ممکن است در معرض سموم شیمیایی و بیولوژیکی قرار گیرند؛ این بدان معنی است که الزامات بیش‌تر و پیچیده‌تری برای لباس‌های محافظ می‌بایست در نظر گرفته شود. از ویژگی‌های لباس آتش‌نشان می‌توان به حفاظت از شخص در برابر تماس احتمالی با شعله، دمای هوای بالا، گرمای تابشی، تماس تصادفی با مواد شیمیایی، مقاومت در برابر آب و حفظت مکانیکی اشاره کرد. همچنین باید به کاربر اجازه دهد وظایف خود را به بهترین شکل (بدون تنش زیاد) انجام دهد.

مواد مورد استفاده در لباس آتش‌نشانان

با توجه به منعکس شدن گرمای تابشی به لباس‌های آتش‌نشانان، لایه بیرونی با آلومینیوم پوشیده می‌شود. لباس‌های محافظ برای آتش‌نشانان از لایه‌ خارجی مقاوم در برابر شعله و آستر داخلی متشکل از یک مانع رطوبت، عایق حرارتی و سایر مواد آستری می‌باشد. سیستم پیچیده‌ای برای ارائه‌ تعادل بین حفاظت، راحتی و قیمت تعیین شده است. در نتیجه مواد در لایه‌های مختلف انتخاب و طراحی شده‌اند تا یک سامانه مدولار را ایجاد کنند. فاصله‌ها‌ی هوا بین لایه‌های مختلف لباس، نقش مهمی در ارائه‌ عایق حرارتی دارند. لباس آتش‌نشانان در مناطق صحرایی و بیابانی دارای یک یا دو لایه همراه با تقویت کننده است.

پارچه لباس بیرونی

لایه خارجی اولین خط دفاعی در برابر خطرات پیش روی آتش‌نشان است. این لایه باید محافظت اساسی در برابر شعله و گرما، مقاومت مکانیکی کافی در برابر بریدگی، پارگی، سایش و سایر محافظت‌های محیطی را ایجاد کند. این نیازهای سطح بالا معمولاً با الیاف بسیار مقاوم در برابر شعله مانند پلی‌آمیدهای آروماتیک، پلی‌بنزیمیدازول (PBI)، پلی‌بنزوگزازول (Zylon or PBO) و پلی‌آمید-ایمید (Kermel) فراهم می‌شود. مزیت PBI این است که میزان رطوبت بیش‌تری نسبت به پنبه جذب می‌کند و میزان راحتی پوشیدن آن معادل ۱۰۰% پنبه است. PBO نسبت به PBI جدید تر و دارای خصوصیات کششی برجسته است اما قیمت آن حدود ۲ برابر قیمت کولار است که همین موضوع استفاده از آن را محدود می‌کند. در غیر این صورت ممکن است در ترکیب با الیاف آرامید PBI Gold (آمیزه‌ PBI و پارا آرامید) برای افزایش دوام به کار رود. برای افزایش جذب رطوبت ممکن است آمیزه‌ لایه بیرونی حاوی الیاف ویسکوز یا پشم به تأخیز انداخته شده باشد. پارچه پوشیده شده با آلومینیوم باعث تنش فیزیولوژیکی بالاتر از مواد متداول می‌شود. این پارچه می‌تواند حاوی پنبه و یا پشم ضد شعله، الیاف شیشه و الیاف آرامید بافته شده باشد. اتصال آلومینیوم بر روی پارچه می‌تواند با استفاده از چسب‌های پلیمری نظیر پلی‌یورتان، سیلیکون و نئوپرن انجام شود. علاوه بر الیاف و آلیاژها فوق در لباس‌های آتش‌نشانی در صحرا و بیابان برخی از مواد با عمل‌کرد پایین‌تر نظیر پارچه‌های مقاوم در برابر شعله مانند proban و pyrovatex استفاده می‌شود.

آستر گرمایی

هوای محبوس شده بین لایه‌های ماده محافظت اصلی گرمایی را ایجاد می‌کند. الیاف گرما را ۱۰ تا ۲۰ برابر سریع‌تر از هوای ساکن هدایت می‌کنند. این اصل تعیین کننده در ساخت آستر گرمایی است که باید از انتقال گرما از محیط به بدن با کاهش سرعت عبور گرما از بیرون به داخل لباس جلوگیری کند. همچنین می‌توان از یک پارچه بافته شده بین لایه بیرونی و آستر برای ایجاد بالاترین عایق گرما استفاده کرد. هم‌زمان اجازه عبور رطوبت ناشی از تعریق را می‌دهد. آستر گرمایی از پارچه‌هایی که به صورت ذاتی خاصیت بازدارندگی شعله را دارند ساخته می‌شوند. محتوای یکسان استفاده شده در لایه بیرونی و آستر گرمایی شستن لباس را راحت‌تر می‌سازد. برای ساخت استرهای حرارتی از مواد عایق غیر نساجی نیز استفاده می‌شود که در این محصولات معمولاً بالشتک‌های هوا جای‌گزین این مواد می‌شوند.

لایه مانع رطوبت

یک مانع رطوبت برای کاهش میزان نفوذ آب از محیط به داخل ساخته می‌شود. همچنین در برابر بسیاری از مایعات مانند مواد شیمیایی رایج و عوامل بیماری‌زای منتقله از خون محافظت می‌کند. استفاده از این لایه در بعضی از کشورها اجباری است در حالی که در کشورهای دیگر به جهت داشتن حداکثر راحتی لباس‌های بدون مانع رطوبت را ترجیح می‌دهند. لایه مانع رطوبت می‌تواند به ۳ حالت قرار گیرد.

۱) به صورت لایه لایه یا پوشش داخل لایه بیرونی (این حالت دوام لباس را کاهش می‌دهد زیرا مانع رطوبت است و لباس ممکن است پاره یا سوراخ گردد.)

۲) یک ماده بافتنی سبک بین لایه بیرونی و استر گرمایی

۳) خارج از آستر حرارتی

مانع رطوبت می‌تواند یک غشا ریز متخلخل یا آب‌دوست باشد. GORE-TEX ، Crosstech و Tetratex شامل منسوجات لایه‌ای پلی‌تترافلوئورواتیلن ریز متخلخل اند. PORELL، PROLINE، VAPRO منسوجات لایه‌ای پلی‌یورتان ریز متخلخل اند. BREATHE-TEX PLUS، STEDAIR 2000 متشکل از لایه‌های آب‌دوست پلی‌یورتان هستند. SYMPATEX دارای لایه آب‌دوست پلی استری است. پوشش‌های میکرومتخلخل و آب دوست عموماً محصولات پلی‌یورتانی هستند.

مواد افزودنی جانبی

مواد برای بهبود دید از مواد جانبی مهم هستند. مواد فلورسنت برای افزایش دید در روز و مواد بازتابنده برای افزایش دید در شب استفاده می‌شود. با وجود صدها نوع مواد فلورسنت فقط تعدا کمی با الزامات مقاومت در برابر گرما مطابقت دارند. رنگ‌های این مواد در معرض محیط‌های دودزا بسیار حساس اند.

پارچه لباس داخلی

اساس کلی لباس زیر این است که پوست را خشک نگه داشته و پوشیدن آسان باشد. تأثیر بزرگی بر انتقال گرما و رطوبت دارد. مقررات ویژه‌ای برای لباس زیر آتش نشانان وجود ندارد؛ اما نباید از عمل‌کرد محافظتی آن غافل شد. توصیه معمول این است که نباید از الیاف گرما نرم و پلاستیک خالص استفاده شود. همچنین بیش‌تر لباس‌های زیر با خاصیت انتقال رطوبت مطلوب که به ویژه در فعالیت‌های ورزشی مورد استفاده قرار می‌گیرد برای اطفای حریق مناسب نیستند. لباس زیر مقاوم در برابر شعله ممکن است از p84 100% و یا همراه با الیاف ارزان ویسکوز به تأخیر انداخته شده، ساخته شود. برای مثال ترکیب ۵۰/۵۰ از P84/Viscose FR (Lenzing) با خاصیت بالای جذب رطوبت برای لباس زیر به کار می‌رود.

به طور کلی لباس آتش‌نشانی از مواد PU ، Arilenix و Nomex تهیه شده است. با پوشیدن این لباس، امکان آسیب رسیدن به بدن فرد به حداقل ممکن می رسد. این محصول دارای استاندارد حرارتی EN 469.2005 ، استاندارد الکتریکی EN 61482.1.2 ، استاندارد رطوبتی EN343/A1 و استاندارد EN342 می باشد.

فوم اطفاء حریق: پوشش پودری

خاموش‌کننده‌های آبی با لایه اپوکسی از داخل جهت مبارزه با حریق‌های جامدات و موادی که از خود خاکستر به جای می‌گذارند

فوم اطفاء حریق: خاموش‌کننده دستی آب

خاموش‌کننده های آبی با لایه اپوکسی از داخل جهت مبارزه با حریق‌های جامدات و موادی که از خود خاکستر به جای می‌گذارند.

کلاه ایمنی

یکی دیگر از تجهزات فردی آتش‌نشانی، کلاه ایمنی می‌باشد که برای محافظت از سر ساخته شده است. همان طور که می‌دانید یکی از حساس‌ترین قسمت بدن انسان سر است که در برابر حوادث شغلی می تواند بسیار خطرناک باشد. کلاه ایمنی جدید از مواد کامپوزیتی با کارایی بالا و خاصیت عایق بسیار مطلوب ساخته شده تا حداکثر محافظت را ایجاد کند. همان طور که در شکل مشاهده می‌شود پوسته بیرونی به صورت یک‌پارچه قالب‌گیری شده و سایر تجهیزات به راحتی قابل اتصال به آن است. این پلاستیک‌ها هستند که قابلیت استفاده از آن‌ها را افزایش می‌دهند. پوسته از جنس پلی‌اتیلن سخت اشباع شده با املاح دفع کننده اشعه UV. مجهز به نقاط جاذب نیرو(EAP) که باعث بالا رفتن سطح ضربه‌گیری می شود. کلاه ایمنی با مصارف عمومی و حفاظت در برابر خطر سقوط اشیاء و برق‌گرفتگی در برابر ولتاژهای پایین‌تر از ۲۲۰۰ ولت. پلی سولفون با داشتن مقاومت حرارتی بالا و همچنین شفافیت مطلوب ماده‌ ایده‌آل برای لبه‌ی کلاه است.

دست‌کش ایمنی

دست‌کش مبارزه با حریق رنجر: دست‌کش یکی از تجهیزات آتش‌نشانی فردی می‌باشد که در عملیات‌های آتش و حریق استفاده می‌شود که برای محافظت از دستان در برابر آتش ساخته و طراحی شده است. همچنین این محصول دارای استاندارد CE بوده و خصوصیات فنی ضوابط EN659-EN388 را داراست. این دستکش‌ها چند منظوره بوده و در مقابل مواد شیمیائی جامد، مایع و گاز دست‌ها را محافظت می‌کند. لایه بیرونی آن از جنس PVC و آستر داخلی آن از جنس کتان با کیفیت بالا ساخته شده است و در برابر عوامل فیزیکی مانند خراشیدگی و سائیدگی مقاوم می‌باشد.

کفش ایمنی

کفش آتش‌نشانی یکی از تجهیزات مهم در امدادهای آتش‌نشانی می‌باشد که پوشیدن آن الزامی و لازم است. کفش آتش‌نشانی کفش نقش مهمی در کاهش آسیب‌های احتمالی به پا ایفا می‌کند. این نوع چکمه ها دارای استاندارد ایمنی EN 145 بوده و از جنس پلی‌یورتان برای حد اکثر حفاظت ساخته شده و صد جرقه و آنتی استاتیک می باشد.

ماسک

از جنس الاستومر EPDM با مقاومت بالا و ضد حساسیت و لنز ماسک شفاف و از جنس پلی کربنات ماده‌ سخت و مقاومی است که علاوه بر محافظت کامل از صورت کاربر؛ دارای ساختار ضد خش با دید پانوراما مناسب کاربر می‌باشد. ماسک‌های تنفسی تمام‌صورت به دو دسته تقسیم می‌شوند. ماسک‌های تک فیلتر و ماسک‌های دو فیلتر. به‌طورکلی ماسک‌های تمام‌صورت و نیم صورت باید دارای فیلتر باشند یا قابلیت اتصال به فیلتر را داشته باشند. لنز (نقاب) ماسک دیدی با وسعت دید پانوراما ۲۰۰ درجه را در اختیار کاربر قرار می‌دهد. این ماسک‌ها مقاوم در برابر عوامل زیان‌آور از جمله: ذرات معلق، مواد شیمیایی، آلودگی‌های میکروبی و شیمیایی، دود، گازها و بخارات.

سامانه تنفس هوای فشرده

از جنس آرامید است. دستگاه تنفسی فشار مثبت جهت استفاده برای مدت حداکثر ۴۵ دقیقه، دارای قابلیت ورود به مناطق خطرناک و مسموم‌کننده با کاربرد سریع و آسان می‌باشد.

آژیر اعلام حریق

از جنس پلی‌کربنات با پایه‌های بلند برای فضای باز و کوتاه برای فضای بسته می‌باشد.

تشک نجات

از جنس پلی‌استر با قابلیت مناسب جذبه ضربه که مقاومت خوبی در برابر پارگی، فرسایش یا شکستگی دارد.

از کاربردهای دیگر پلیمر‌ها می‌توان به چراغ قوه‌ ضد انفجار، بک بورد ( تخته مخصوص حمل مجروح) و سیستم تنفسی خودکار اشاره کرد.

info@fara-ps.com 📧

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده Arilenix, EPDM, HDPE, Nomex, PEX, PPR, PU, PVC, PVC-C, آتش نشان, آتشنشانی, آژیر اعلام حریق, الاستومر, پرلون, پلی یورتان, پلی(n-وینیل‌فرماید), پلی‌(اسیداکریلیک), پلی‌(اکسیداتیلن), پلی‌آکریل‌آمید, پی وی سی, تشک نجات, دست‌کش ایمنی, سامانه تنفس هوای فشرده, سلولز کربوکسی‌متیل, شلنگ آتش نشانی, صمغ زانتان, صمغ گیاهی, فوم اطفاء حریق: پوشش پودری, فوم اطفاء حریق: خاموش‌کننده دستی آب, کاهنده ضریب اصطکاک, کفش ایمنی, کلاه ایمنی, لاستیک, لباس آتش‌نشانی, لوله و اتصالات پلی‌اتیلن, ماسک, محزن کامپوزیتی فایبرگلاس, مخزن پلی‌‌اتیلن, مخزن گالوانیزه گرم, مواد افزدنی | پاسخ دهید:

بازدارنده های شعله

منتشر‌شده ۱۳۹۹/۰۷/۰۵ | توسط فرا پلیمر شریف

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.

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.

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)]،

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.

info@fara-ps.com 📧

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده آنتیموآن ها, بازدارنده های شعله, بورات ها, تأخیرانداز شعله, سیلیکون‌ها, فسفات‌هاي غير آلي, فسفر آلي, فسفرها, فسفرهاي قرمز, فوم‌كننده, مواد معدنی, نانوذرات, نیتروژن, هالوژن‌ها, هيدروكسيدهاي فلزی, هيدروكسي‌كربنات‌ها | پاسخ دهید:

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

منتشر‌شده ۱۳۹۹/۰۷/۰۴ | توسط فرا پلیمر شریف

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.

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 (T_p) 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.

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.

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.

info@fara-ps.com 📧

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده Additives, Fillers, Fire_Retandancy, Fire_Retardants, Flame_Retandancy, Halogen_Free, Plastic, Polymer, Polymer Nanocomposites, احتراق, اشتعال, بازدارنده های شعله, پیرولیز, تأخیراندازهای شعله, تخریب گرمایی پلیمر, دود, دیرسوزکننده ها, سوختن, گازهای سمی | پاسخ دهید:

نرم‌کننده‌ها (Plasticizers)

منتشر‌شده ۱۳۹۹/۰۶/۲۸ | توسط فرا پلیمر شریف

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 (T_g) دمای ذوب (T_m) 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.

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.

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.

info@fara-ps.com 📧

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده Plasticizers, PVC, Thermoplasticity, پلاستیزول, دمای انتقال شیشه ای, دمای ذوب, گرمانرم‌شدگی, نرم‌کننده‌ها | پاسخ دهید:

انتخاب پایدارکننده های حرارتی PVC

منتشر‌شده ۱۳۹۹/۰۶/۱۷ | توسط فرا پلیمر شریف

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.

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:

– 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.

– 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.

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.

info@fara-ps.com 📧

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده PVC, پایدارکننده های حرارتی, پایدارکننده های گرمایی, پی وی سی, ترکیبات آلی قلع (ارگانوتین), ترکیبات بر پایه کلسیم یا روی, ترکیبات وینیلی, مخلوط فلزی, نمک ها و صابون های سرب (مایع و جامد) | پاسخ دهید:

پایدارکننده های حرارتی

منتشر‌شده ۱۳۹۹/۰۶/۱۵ | توسط فرا پلیمر شریف

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.

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.

info@fara-ps.com 📧

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده Heat Stabilizer, PVC, Thermal Stabilizer, اپوکسیدها, پایدارکننده های حرارتی, ثبیت‌کننده‌های ترکیبات آلی-غیرفلزی:, سرب, قلع, مهار کننده‌های واکنش‌های زنجیره رادیکال آزاد., نمک های فلزی | پاسخ دهید:

معرفی پایدار کننده های نوری BASF برای الیاف صنعتی

منتشر‌شده ۱۳۹۹/۰۶/۱۰ | توسط فرا پلیمر شریف

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.

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:

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:

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:

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:

info@fara-ps.com 📧

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده BASF, الیاف صنعتی, الیاف مصنوعی, بی بافت, پایدار کننده های نوری, چمن مصنوعی, غشاهای محافظتی, لوازم منزل | پاسخ دهید:

معرفی پایدار کننده های نوری BASF در صنعت ساختمان‌سازی

منتشر‌شده ۱۳۹۹/۰۶/۰۷ | توسط فرا پلیمر شریف

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:

-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:

-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:

-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:

-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:

info@fara-ps.com 📧

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده پایدارکننده های نوری, پوشش دهی بام ساختمان, ساختمان‌سازی, شیشه و پنجره, کفپوش, لوله کشی ساختمان | پاسخ دهید: