افزایش نقطه نرمی pvc

5 Mar 2018

pvc-asso.ir

از دلایل موفقیت PVC می توان به تنوع آن، پایداری بیش از حد معمول نسبت به جو و قیمت رقابتی آن اشاره کرد...

سرویس ترجمه انجمن لوله و اتصالات پی وی سی: پلی اکریلو نیتریل استایرن آکریلات (ASA) به عنوان یک اصلاح کننده ویکات /HDT برای PVC توسعه یافته است.دکتر کریس دیارمیت از BASF AG برخی از مزایایی که ASA می تواند ارائه دهد و کارهایی که در حال انجام است را توضیح می دهد.

PVC از نظر حجم فروش سومین ترموپلاستیک مهم در جهان است از دلایل موفقیت PVC می توان به تنوع آن، پایداری بیش از حد معمول نسبت به جو و قیمت رقابتی آن اشاره کرد. اضافه کردن نرم کننده این امکان را می دهد که سختی و انعطاف پذیری در طیف گسترده ای تنظیم شود. PVC سخت عاری از نرم کننده است و در طیف گسترده ای از کاربرد ها شامل لوله ها، ناودان و پروفیل پنجره استفاده می شود. پلیمرها به راحتی توسط نور UV مورد حمله قرار می گیرند و باید به منظور استفاده در کاربردهای خارج از ساختمان پایدار گردند. حتی زمانی که دارای خاصیت پایدار شده هستند بیشتر پلیمرها دچار تغییر رنگ و از بین رفتن خواصی بخصوص براقیت،استحکام و کشیدگی در نقطه شکست می شوند.

دوام استثنایی PVC جایگاه مهم آن را در صنعت ساختمان سازی و ساخت و ساز تضمین می کند. با وجود ویژگی های مثبت در PVC، محدودیت هایی نیز وجود دارد. یکی از مشکلات این است که رنگ PVC می تواند پس از مدت زمان طولانی در خارج از ساختمان تغییر رنگ دهد.مورد دیگر نقطه نرمی نسبتا پایین آن است که نمیتوان در برخی از کاربردها که دمای بالا باعث نرم شدن و تغییر حالت می شود، استفاده کرد. خوشبختانه PVC می تواند با طیف وسیعی از افزودنی ها برای بهبود پایداری، قیمت، سختی و نقطه نرمی ترکیب شود که شامل اصلاح کننده هایی است که می تواند نقطه نرمی PVC را افزایش دهند که توسط دمای ویکات و یا دمای خمش حرارتی((HDT تعریف شده است.

راه حل های موجود

پروفیل های اکسترود شده از PVC به طور گسترده برای قاب پنجره ها و محافظ ها استفاده می شود اینها در ایالت متحده و اروپا محبوبیت فراوانی کسب کرده اند اما محدودیت هایی در استفاده وجود دارد.یک نگرانی اصلی این است که هرچه به طرف استوا نزدیک شویم ، دما افزیش می یابد و استفاده از پنجره PVC با توجه به نقطه نرمی نسبتا پایین آن توصیه نمی شود.

حتی در شرایط آب و هوایی ملایم تر، PVC در رنگ های تیره تر استفاده نمی شود زیرا چنین رنگ هایی دربرابر نور خورشید بیشتر گرم می شوند و PVC ممکن است نرم شود. روند اخیر جهت حفاظت محیط زیست حرکت از استابلایزرهای با پایه سرب و قلع برای PVC به سمت انواع استابلایزرهای کلسیم-روی است. این افزودنی های جدید می تواند منجر به نقطه نرمی پایین تر برای PVC در مقایسه با استابلایزرهای قبلی شود. راه های مختلفی برای افزایش HDT پی وی سی وجود دارد.

یک راه اضافه کردن پرکننده است اما با توجه به اینکه پرکننده ها می توانند فقط HDT را تا نزدیک شدن به دمای انتقال شیشه ای (Tg) پلیمرهای آمورف مانند pvc افزایش دهند، نسبتا بی اثر هستند.یک روش بسیار موثر مخلوط کردن pvc با پلیمری دیگر که دارای نقطه نرمی بالاتر است، می باشد. این پلیمر باید دارای قطبیت مشابه با pvc (پارامتر حلالیت) برای داشتن امتزاج و خواص مکانیکی خوب باشد. این الزامات رنج استفاده از پلیمرهای مناسب را بسیار محدود می کند.پلی α متیل استایرن کو آکریلونیتریل می تواند به pvc به جهت ایجاد یک مخلوط همگن اضافه شود. این پلیمر دارای Tg بیشتر از pvc است و سازگار با pvc است به این معنی که دو پلیمر بدون افت خواص مکانیکی میتوانند در کنار هم باشند. نقص این تکنولوژی این است که HDT را افزایش می دهد اما منجر به شکنندگی PVC می شود که با از دست دادن استحکام ضربه نشان داده می شود.

لاستیک می تواند برای به دست آوردن استحکام ضربه اضافه شود اما منجر به افزودن پیچیدگی ناخواسته از نظر خوراک و انبارش می شود و هزینه های سرمایه گذاری را افزایش می دهد.ABS با حرارت بالا همچنین می تواند برای افزایش HDT بدون تاثیر بر استحکام ضربه با PVCمخلوط شود.ABS حرارت بالا یک کوپلیمر از استایرن،آکریلو نیتریل و α- متیل استایرن است که حاوی ذرات لاستیکی بوتادی ان است و این روش خوبی برای استفاده در کاربردهای داخل ساختمان است اما ذرات بوتا دی ان نسبت به حرارت و نور UV ناپایدار است و به تدریج عملکرد الاستومری خود را از دست می دهد و در طول زمان به زردی می گراید.

تقویت خمش گرمایی

راه حل ایده ال می تواند استفاده از یک افزودنی باشد که پایداری عالی نوری دارد و می تواند مانند ABS در بالابردن HDT بدون تاثیر بر استحکام ضربه عمل کند. یافتن پلیمری با مقاومت UV کافی جهت سازگاری با PVC در کاربردهای خارج ساختمان آسان نیست. پلی آکریلو نیتریل استایرن آکریلات(ASA) یکی از این پلیمرهاست.ASA دارای بیشینه ای ثابت شده است و سالهاست که برای کاربردهای خارج ساختمان استفاده می شود.ASA مشابه با ABS است اما به جای ذرات لاستیکی بوتادی ان حساس به UV ، حاوی لاستیک آکریلات برای فراهم کردن استحکام ضربه است.

آکریلات ها به شدت در مقابل تخریب و زرد شدن مقاوم هستند. HDT ( در MPa1.8) گرید معمولی ASA(حدود C^◦90) بالاتر از PVC( حدود C^◦70) است و بنابراین مخلوط دارای نقطه نرمی بالاتر نسبت به PVC تنها است. زیرا ASA حاوی اصلاح کننده ضربه در شکل ذرات لاستیکی است (شکل1)، HDT میتواند بدون تاثیر بر استحکام ضربه PVC افزایش یابد. علاوه بر این افزایش HDT متناسب با مقدار ASA که افزوده می شود، خطی است بنابراین درست این است که مقدار مناسب از ASA بدون اختصاص انرژی زیاد برای آزمایش فرمولاسیون های مختلف اضافه شود.

گریدهای مختلف PVC در HDT متفاوتند و همین امر نیز برای ASA صادق است. تاثیر ASA زمانی که HDT پی وی سی کم است و HDT مربوط به ASA تا حد ممکن بالاست، دارای بیشترین مشخصه است.یک گرمایش ویژه بالا از ASA وجود دارد جایی که کوپلیمریزاسیون با مونومر αمتیل استایرن ویکات/دمای خمش گرمایی را تا ^◦C105 افزایش می دهد. این گرید در حال حاضر در دسترس است و حتی ممکن است بیشتر از حد نیاز HDT را بهبود دهد.ASA توسط چندین آمیزه ساز در اروپا و USA تست شده است و این کار توسط چندین شرکت برای توسعه این راه حل در حال انجام است.

پذیرش ASA با PVC خوب بوده است زیرا مدت طولانی است که ASA دارای پایداری نوری عالی است و در حقیقت اغلب به عنوان یک لایه پوشش بر روی PVC برای محافظت از PVC رنگی درمقابل تغییر رنگ استفاده می شود.هنگامی که به عنوان لایه پوششی استفاده می شود، ضروری است که بتوان ضایعات فرایند را دوباره اکسترود کرد. این کار برای سال ها به دلیل اختلاط عالی ASA و PVCبدون هیچ مشکلی انجام می شود. استفاده از ASA با حرارت بالا به عنوان یک افزودنی برای PVC به سرعت روبه رشد است.

در واقع از طریق استفاده از این افزودنی برخی شرکت ها ورود به بازارهای جدید را ممکن یافته اند.بقیه به این نتیجه رسیدند که نیاز به یک افزایش HDT به دلیل تغییر در حال انجام به بسته های پایدار کننده روی –کلسیم دارند. درواقع سایر شرکت ها یافته اند که آنها می توانند تقویت کننده هایی مانند الحاقات فلزی را حذف کنند که از پیچیدگی جلوگیری می کند و هزینه های سیستم را کاهش می دهد.

همچنین استفاده از ASA در مخلوط با PVC رویکرد دیگری در کو اکسترود ASA با PVC است به روشی که تنها ASA در معرض دماهای بالا باشد. برای مثال، ممکن است پروفیل پنجره به نحوی کو اکسترود شود که طرف فضای باز ASA باشد و این دارای دو مزیت پایداری اضافه شده رنگ ASA و افزایش پایداری در برابر تاب برداشتن و اعوجاج در دماهای بالا است. به طور معمول فقط یک لایه بسیار نازک از ASA برای فراهم آوردن پایداری رنگ استفاده می شود.

زمانی که مقاومت به دمای بالای اضافه مورد نیاز باشد، یک لایه ضخیم از ASA برای تقویت مکانیکی PVC استفاده می شود.گرید حرارت بالا Luran® S 778TE از BASF در حال حاضر در دسترس است و در شکل فعلی آن استفاده می شود. Luran® S 778TE در حال حاضر در فرم پلت عرضه می شوند زیرا فرم مورد نیاز عمده استفاده در ASA خالص است. با این حال، صنعت PVC معمولا فرم پودری را ترجیح می دهد و کارهای لازم برای بررسی این امکان انجام شده است.

نتیجه گیری

PVC یک پلیمر با استفاده گسترده است که دارای ویژگی های جذاب و تعادل قیمت است. علاوه بر این، ممکن است به آسانی با افزودنی های مختلف برای برآورده کردن الزامات در یک کاربرد خاص وفق یابد. در برخی موارد نقطه نرمی PVC سخت برای استفاده از آن بسیار پایین است و یا اگر استفاده شود نیاز به تقویت با الحاقات سخت است. همانند PVC، ASA دارای بیشینه ای طولانی به عنوان پلیمری مناسب در استفاده ی فضای باز است. در واقع، ASA اغلب به عنوان یک لایه پوششی برای PVC جهت جلوگیری از تغییر رنگ مخصوصا زرد شدگی در معرض نور خورشید جلوگیری می کند. از این کاربرد به عنوان لایه پوششی قبلا ثابت شده است که ASA سازگار با PVC است و می تواند بدون هیچ مشکلی با PVC بازیافت شود. نشان داده شده است که ASA همچنین می تواند با PVC برای افزایش دمای خمش حرارتی (HDT) مخلوط شود. دمای خمش حرارتی پی وی سی حدودا ^◦C70 است در حالی که برای ASA بیش از ^◦C105 است.مخلوط دارای مقدار HDT متوسط است و رابطه ای خطی با مقدار ASA که اضافه می شود دارد. یک ASA با حرارت بالا مانند Luran® S 778TE دارای یک دمای خمش حرارتی ^◦C105 است و بدین ترتیب به عنوان یک افزودنی برای افزایش HDT پی وی سی سخت بسیار موثر است. این راه حل قبلا توسط برخی از شرکت ها اجرا شده و کارها با ترکیب کننده هایی که چنین افزودنی هایی نیاز دارند در حال انجام است.