Association of PVC Pipe and Fitting Producers

سرویس ترجمه انجمن لوله و اتصالات پی وی سی: در بخش اول این مقاله علاوه بر چکیده و مقدمه، سرفصل  بخش تجربی شامل، مواد، خالص سازی و بررسی کمپلکس های Zn-Ma و بررسی پایداری حرارتی PVC، منتشر شد. اکنون بخش دوم و پایانی این مقاله را می خوانید.

 

3- نتایج و بحث

1-3 آماده سازی کمپلکس های Zn-Ma

پلیول ها به عنوان استابلایزرهای حرارتی کمکی و روان کننده ها در پردازش pvc مورد استفاده قرار می گیرند. پلیول ها با  بهره گیری از تعداد زیادی از گروه های هیدروکسیل، می توانند جایگزین کلر ناپایدار در زنجیره های pvc شوند و یا به عنوان اسکاونجر HCl عمل کنند. در مقایسه با پنتا اریتریتول، مانیتول دارای تعداد بیشتری گروه هیدروکسیل با وزن یکسان است. علاوه بر این، نقطه ذوب مانیتول، c166 است که منجر به پراکندگی خوب در pvc می شود. بنابراین کمپلکس های Zn-Ma از واکنش ZnO و مانیتول تحت اتمسفر نیتروژن تهیه شدند.طیف FT-IR مانیتول، کمپلکس های Zn-Ma و ZnO در شکل 1 ارائه شده است. 

 

 

شکل 1- طیف FT-IR کمپلکس های Zn-Ma: a) Ma b) Zn-Ma3 c) Zn-Ma5 d)  Zn-Ma7 e) ZnO

 

بر طبق طیف مانیتول (شکل1.a) پیک های cm ^1-3399 و cm^_13287 به ترتیب مربوط به ارتعاشات کششی گروه های هیدروکسیل نوع اول و دوم هستند.پیک ضعیف از cm^1-2900 تا 2980cm^1- به ارتعاشات کششی C-H نسبت داده می شود و پیک ها در 1422cm^1- و 1282cm^1- مربوط به ارتعاشات خمشی C-H است. پیک ها در 1082cm^1- و 1020cm^1- به ترتیب مربوط به ارتعاشات خمشی گروه های هیدروکسیل نوع اول و دوم است. همان طور که در شکل 1e نشان داده شده است، پیک در 500cm^1- مربوط به ارتعاشات کششی Zn-O است. در شکل 1b,c,d- پیک در cm^1-697 به ویژگی جذب پیوند Zn-O در آلکوکسید روی-مانیتول نسبت داده می شود. باریک شدن جذب ارتعاش کششی OH- در کمپلکس های Zn-Ma مربوط به واکنش گروه های هیدروکسیل با ZnO و تخریب پیوندهای هیدروژنی در مانیتول است.پیک های کوچک در cm^1-1200 تا cm^1- 1500 می تواند به C-H مربوط باشد. زیرا Zn-O با گروه های مختلف از هیدروکسیل در مانیتول واکنش می دهد و محیط های شیمیایی مختلف از گروه های C-H  در مانیتول شکل می گیرد. واکنش نوعی بین ZnO و مانیتول در شمای 1 نشان داده شده است. با افزایش محتوای ZnO، شدت پیک ها در اطراف cm^1-500 افزایش می یابد که مربوط به ارتعاشات کششی ZnO واکنش نداده است. نتایج فوق وقوع واکنش ZnO و مانیتول را تایید می کند.

 

طرح 1- واکنش نوعی بین ZnO و مانیتول

 

محتوای نظری عناصر واکنش دهنده، مخلوط ZnO و مانیتول در جدول 1 نشان داده شده است. کمپلکس های Zn-Ma با محتوای متفاوت از روی تهیه شدند و نتایج انالیز عنصری در جدول 2 ذکر شده است.

 

 

در مقایسه با واکنش دهنده ها، محتوای روی و کربن در کمپلکس های Zn-Ma افزایش می یابد در حالی که محتوای هیدروژن و اکسید کاهش می یابد که مربوط به تشکیل آلکوکسید روی- مانیتول  و حذف آب در طول واکنش ZnO و مانیتول است. به منظور بهینه سازی تکنولوژی آماده سازی، وابستگی میزان واکنش به زمان در دماهای متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. میزان  واکنش گروه های هیدروکسیل (e%) براساس معادله 1 محاسبه شده است:

 

 

که در آن mH2O  و MH2O به ترتیب نشان دهنده وزن آب خارج شده و وزن مولکولی آب هستند.  n _Maعدد مولی مانیتول در آماده سازی کمپلکس Zn-Ma است. میزان واکنش گروه های هیدروکسیل  به زمان در دماهای مختلف در شکل 2 نشان داده شده است. میزان واکنش با افزایش زمان واکنش افزایش می یابد. با افزایش دمای واکنش، میزان واکنش به طور قابل توجهی افزایش می یابد. زیرا واکنش دی هیدراسیون بین مانیتول و زینک اکسید واکنشی گرماگیر است و دمای بالا برای واکنش دی هیدراسیون مفید بود. با این حال، مانیتول می تواند در دمای بالا تجزیه شود. بنابراین،  ° C200 به عنوان دمای واکنش انتخاب شده است. زمان بهینه شده واکنش 2 ساعت بود زیرا میزان واکنش به ندرت با افزایش زمان بیشتر، افزایش می یابد.

 

 

شکل 2- وابستگی میزان واکنش به زمان در دماهای متفاوت

 

مانیتول محلول در متانول بود درحالی که آلکوکسید روی- مانیتول یا اکسید روی واکنش نداده در متانول غیر محلول بود.اجزای کمپلکس Zn-Ma5 با متانول استخراج شد. استخراج شده( جز A) و باقیمانده (جز B) به دست آمد.سپس باقی مانده (جز B) دوباره توسط DMF استخراج شد و استخراج شده( جز C) و باقیمانده (جز D)بدست آمد.همانطور که در شکل 3a نشان داده شده است، مشخصه پیک در 1082cm^1- و cm^1-1020 مربوط به ارتعاشات خمشی گروه های هیدروکسیل نوع اول و دوم است درحالی که پیک ها در cm^1- 1422 و cm^1- 1282 مربوط به ارتعاشات خمشی C-H است که نشان دهنده این است که جز A مانیتول است.

 

برای جز C(شکل 3c) پیک های مشخص از  1200 cm^1- تا cm^1-1500 به ارتعاشات خمشی C-H نسبت داده می شود و پیک در cm^1-697 مربوط به ارتعاشات کششی Zn-O از آلکوکسید مانیتول- روی است که نشان دهنده این است که جز C می تواند آلکوکسید مانیتول- روی باشد. باقیمانده استخراج شده با DMF( جز D) تقریبا هیچ جذبی در منطقه اثر انگشتی ندارد(شکل 3d) تنها یک پیک قوی در cm^1- 500 یافت شد که نشان داد که جز D، ZnOبود. زیرا جز C و D از جز B جدا شده اند، تمام پیک ها در شکل 3c و d در شکل 3b ظاهر شده است.

 

 

شکل 3- طیف FT-IR اجزای کمپلکس Zn-Ma5 بعد از استخراج، استخراج شده( (a و باقیمانده (b )بعد از استخراج با اتانول، استخراج شده( (c و باقیمانده( d ) بعد از استخراج با DMF

 

 بر طبق این نتایج کمپلکس Zn-Ma5 از آلکوکسید مانیتول- روی، مانیتول واکنش نداده و ZnO تشکیل شده است.درصد وزنی و محتوای روی از اجزای مختلف کمپلکس Zn-Ma5 در جدول 3 ذکر شده است.

 

 

آلکوکسید روی-مانیتول (جز C) دارای 73.9% درصد وزنی در کمپلکس Zn-Ma5 و  و محتوای روی 21.2% بود. محتوای روی جز D 80% بود که به خوبی با محتوای روی در ZnO  مطابقت دارد.

 

3-2 مقاومت حرارتی کمپلکس های Zn-Ma تهیه شده

 

مقاومت حرارتی کمپلکس های Zn-Ma توسط TGA مورد ارزیابی قرار گرفت. همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، منحنی های  TGA و DTG  از   ° C 50 تا   ° C 220 به صورت افقی است که نشان دهنده این است که کمپلکس های تهیه شده Zn-Ma در دمای پردازش PVC پایدار هستند. دمای تجزیه اولیه (Td)، حداکثر دمای وزن ازدست رفته (Tp) و درصد وزنی باقیمانده در جدول 4 ذکر شده است.

 

 

وزن ازدست رفته کمپلکس Zn-Ma در دمای بالاتر از   ° C 230 اتفاق می افتد و یافت شد که کمپلکس های Zn-Ma با محتوای بالای روی، دمای تجزیه اولیه بالاتر را نشان می دهد.درصد وزنی باقیمانده برای کمپلکس های Zn-Ma1، Zn-Ma3،  Zn-Ma5،  Zn-Ma7و Zn-Ma9 به ترتیب 7.50%، 19.15%، 34.30%، 54.64% و 82.75% بود. نتایج به خوبی با طیف سنجی جذب اتمی مطابقت داشت و نشان داد که باقیمانده ZnO بود.

 

 

شکل 4- منحنی های TGA(a) و DTG(b) برای کمپلکس های Zn-Ma تهیه شده

 

3-3 پایداری حرارتی PVC پایدار شده با کمپلکس های Zn-Ma

 

شکل 5 نشان داد که زمان پایداری حرارتی PVC با کمپلکس های متفاوت از Zn-Ma توسط تست های قرمز کنگو تعیین شده است.

 

 

شکل 5- زمان پایداری حرارتی PVC خالص (a) و PVC پایدار شده با افزودنی های مختلف در محتوای phr 4 در   ° C 180{(b) مانیتول، (c) Zn-Ma1 (d) Zn-Ma3(e) Zn-Ma5 (f) Zn-Ma7 (g) Zn-Ma9 (h) ZnO (i) ZnO/mannitol =5:5(نسبت مولی) }

به عنوان آزمون شاهد، زمان پایداری PVC خالص در   ° C 180 تنها 4 دقیقه است. زمان پایداری PVC با  phr4 مانیتول 6 دقیقه بود که نشان دهنده این است که مانیتول به ندرت می تواند پایداری حرارتی PVC را بهبود دهد. زمان پایداری 25 دقیقه بود وقتی که phr 4 از ZnO به PVC اضافه شد زیرا ZnO میتوانست با HCL واکنش دهد. با این حال، پایداری حرارتی ZnO به علت سوختن روی محدود شده است.

 

زمان پایداری به طور قابل توجهی ادامه پیدا کرد وقتی که کمپلکس های Zn-Ma به PVC افزوده شد.زمان پایداری PVC پایدار شده با Zn-Ma1، Zn-Ma3، Zn-Ma5 به ترتیب 78، 183 و 240 دقیقه بود. این نتایج نشان داد که زمان پایداری PVC با افزایش محتوای روی افزایش می یابد. با این حال، زمان پایداری PVC با افزایش بیشتر محتوای روی کاهش می یابد. به خصوص برای PVC پایدار شده با Zn-Ma9، نمونه PVC بعد از 52 دقیقه سیاه می شود.

 

این نتایج اثر هم افزایی بین ZnO و مانیتول را نشان می دهد. PVC پایدارشده با کمپلکس های Zn-Ma عملکرد بسیار خوبی در پایداری حرارتی طولانی مدت نشان داد که به این معنی است که کمپلکس های Zn-Ma در حذف HCL به خوبی رفتار می کنند. اجزای قلیایی یعنی آلکوکسید روی- مانیتول و ZnO تمایل شدیدی در روبندگی HCL نشان دادند.

 

درحالی که ZnCl₂ به طور مداوم از واکنش آلکوکسید روی- مانیتول و HCL تولید می شود  و منجر به سوختن روی می شود.تعداد زیادی گروه های هیدروکسیل در کمپلکس های Zn-Ma  با محتوای پایین روی شامل گروه های هیدروکسیل مانیتول واکنش نداده و آلکوکسید روی –مانیتول وجود دارد.گروه های هیدروکسیل در پلیول ها میتوانند برای تشکیل یک کمپلکس غیر فعال با ZnCl₂ کیلیت شوند در نتیجه می توانند اسیدیته لوئیس ZnCl₂ را تضعیف کنند و وقوع سوختن روی مهار شود.

 

کمپلکس های Zn-Ma با محتوای پایین گروه های هیدروکسیل مانند Zn-Ma7 و Zn-Ma9 پایداری حرارتی ضعیفی را نشان دادند. نتایج آزمون های قرمز کنگو نشان داد که اجزای حاوی روی به عنوان اسکاونجر HCL عمل می کنند و اجزای حاوی گروه های هیدروکسیل به عنوان مهارکننده سوختن روی عمل می کنند.محتوای تعادلی در روی و گروه های هیدروکسیل  مانند  کمپلکس Zn-Ma5 ، اثر متقابل و هم افزایی عالی در پایدارسازی PVC نشان داد. همان طور که در شکل 5 نشان داده شده،PVC پایدار شده با مخلوط ساده از ZnO و مانیتول همچنین دارای زمان پایداری 110 دقیقه بود که می تواند به جذب HCL توسط ZnO و مهار اسیدیته لوئیس با مانیتول نسبت داده شود. در مقایسه با ترکیب ساده ZnO و مانیتول ، کمپلکس Zn-Ma5 می تواند به طور قابل توجهی منجر به پایداری حرارتی طولانی تر PVC شود.

 

4- نتیجه گیری

 

مجموعه ای از کمپلکس های مانیتول- اکسید روی( کمپلکس های Zn-Ma) با محتوای متفاوت از روی تهیه شد و توسط طیف سنجی جذب اتمی، آنالیز عنصری و طیف سنجی FT-IR و TGA مشخص شد. قسمت هایی از کمپلکس های Zn-Ma توسط استخراج سوکسله جدا شدند و بخش هایی توسط FT-IR مشخص شد. کمپلکس های Zn-Ma تهیه شده از آلکوکسید روی – مانیتول، ZnO و مانیتول تشکیل شده است.

 

با توجه به وابستگی میزان واکنش به زمان در دماهای متفاوت، تکنولوژی آماده سازی بهینه ی کمپلکس های Zn-Ma تعیین شد. پایداری حرارتی PVC با کمپلکس های Zn-Ma توسط تست قرمز کنگو مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که کمپلکس های Zn-Ma  می توانند به طور قابل توجهی پایداری حرارتی PVC را بهبود دهند. در میان کمپلکس های Zn-Ma، کمپلکس Zn-Ma5 با تعادل در محتوای روی و پلیول پایداری حرارتی عالی را نشان داد.مکانیسم پایداری حرارتی  و اثر هم افزایی کمپلکس های Zn-Ma همچنین مورد بحث قرار گرفت.

 

 

-----

بیشتر بخوانید

لوله چیست؟ پی وی سی Pvc چیست؟ معرفی انواع لوله های پی وی سی

 

کاربرد انواع لوله ها / چگونگی انتخاب مواد ترموپلاستیک مناسب برای لوله کشی صنعتی

 

عمر طولانی لوله های پی وی سی ( PVC )

 

نقایص در فرایند اکستروژن و تاثیر بر کیفیت محصول

 

معرفی لوله های pvc شفاف مقاوم در برابر uv

 

5 گام کنترل ظاهری لوله و اتصالات پی وی سی