واحد کارشناسی فنی انجمن لوله و اتصالات پی وی سی:

تاثیر برخی از خصوصیات پارافین وکس مورد بحث قرار خواهد گرفت. این ترکیبات همه ثبات رئولوژیکی قابل توجهی را نشان می دهند و دیده شده که این روان کننده ها در واقع پایدارکننده های مکانیکی هستند.سیستم روان کنندگی پارافین وکس آمریکای شمالی یک نقطه شروع عالی برای فرمولاسیون های سخت  pvcو تکنولوژی جدید پایدار سازی است. این چالش در کار با ترکیبات pvc سخت بدون استابلایزر، تغییر رنگ زود هنگام و صورتی شدن را مدیریت می کند.

مقدمه

برای بیش از 40 سال است که فرمولاسیون لوله  pvc سخت در آمریکای شمالی با ترکیبات پارافین وکس، کلسیم استئارات و وکس پلی اتیلن اکسید شده روان کاری می شود.

محدوده و محدودیت های مواد مورد استفاده در فرمولاسیون لوله های  pvc برای کاربرد های تحت فشار توسط موسسه لوله های پلاستیکی در گزارش فنی به شماره TR-21 منتشر شده است. این ترکیبات اساسا به شرح زیر است:

مواد مورد استفاده                        سطح مصرف

رزین PVC                                     100  پارت

استابلایزر قلع                               0.3-1 phr

پارافین وکس                             0.6-1.5 phr

وکس پلی اتیلن اکسید شده           0.00-0.3  phr

 کلسیم استئارات                         0.4-1.5 phr

دی اکسید تیتانیوم                       0.5-3  phr

کمک فرایند                               0-2  phr

 پارافین وکس استفاده شده معمولا از روغن خام یا به صورت سنتزی از اتیلن یا متان تولید می شود. این وکس ها عمدتا آلکان های راست زنجیر هستند.فرمول شیمیایی ایده ال برای وکس پارافین pvc سخت به صورت زیر است:

C32H66

دامنه تعداد کربن های موجود از C-26 تا C-40  متغیر است. پارافین وکس فیوژن را به تاخیر می اندازد و دمای مذاب را کاهش می دهد.

استئارات کلسیم نمکی از اسیدهای چرب با تعداد کربن C-16  تا C-18  است که از تری گلیسیریدها به طور معمول پیه و یا روغن پالم حاصل می شود. فرمول شیمیایی کلسیم استئارات  به صورت زیر است:

Ca-(C18H35O2)2

استئارات کلسیم، ویسکوزیته سیستم روان کننده را افزایش می دهد و اغلب در فرمولاسیون های لوله  PVC سخت به عنوان یک پیش برنده فیوژن در نظر گرفته می شود.

سومین جز، وکس پلی اتیلن اکسید شده است که از اتیلن گرفته می شود. این مواد مولکول هایی پیچیده با وزن مولکولی بالاتر با فرمول شیمیایی زیر هستند:

C100+H200+O?

هر وکس پلی اتیلن اکسید شده متفاوت است و تأثیر آنها بر رئولوژی PVC سخت بسیار پیچیده است. به طور کلی وکس پلی اتیلن اکسید شده به تعدیل دمای مذاب و بهبود آزادسازی فلز کمک می کند.

وکس های پارافین با تعداد کربن کم (C-28  و کمتر)سرعت فیوژن  PVC را افزایش می دهند در  PVC سخت حل می شوند و تمایل به نرم کردن مذاب دارند.پارافین وکس های با تعداد کربن بالاتر (C-40  و بالاتر) سرعت فیوژن  PVC را به تاخیر می اندازند به صورت غیر محلول  در  PVC  سخت باقی می مانند و مذاب را سفت می کنند.روان کننده ایده آل و مناسب برای  PVC سخت چیزی بین این دو است یعنی تعداد کربن حدود (C-32 ). تاثیر مولکول های پارافین وکس در اندازه های مختلف  بر زمان فیوژن برابندر، گشتاور و دمای مذاب  به شرح زیر مشاهده می شود:

با افزایش تعداد کربن های پارافین وکس، زمان فیوژن افزایش و گشتاور فیوژن کاهش می یابد.استفاده از وکس پلی اتیلن ( اکسید نشده) به جای پارافین وکس منجر به فیوژن سریعتر و گشتاور فیوژن بالاتر می شود. وکس پلی اتیلن  با  PVC  سخت ناسازکار است در بعضی موارد از مذاب خارج می شود.

نتایج تست رئومتری گشتاور برابندر برای فرمولاسیون لوله  PVC روان کاری شده با 1.3 phr پارافین وکس، 0.2  phr  وکس پلی اتیلن اکسید شده و 0.65  phr  کلسیم استئارات ، 5   phr  کربنات کلسیم و 1  phr  دی اکسید تیتانیوم و سطوح مختلف از استابلایزر حرارتی متیل قلع 19% روان کاری نشده (0.5phr، phr0.25، phr 0.125 phr،0.0625 و بدون استابلایزر) نشان می دهد که با کاهش سطح استابلایزر، حداقل گشتاور تراکم کمی افزایش می یابد. گشتاور فیوژن تقریبا یکسان باقی مانده و  شاید برای ترکیب بدون استابلایزر کمی کمتر باشد. زمان فیوژن برای پنج سطح مختلف استابلایزر  تقریبا یکسان خواهد بود. گشتاور مذاب پایانی و دمای مذاب برای 5 سطح مختلف استابلایزر تقریبا یکسان باقی می ماند. رئولوژی کلی کامپاند بدون استابلایزر حرارتی در طول تست یک ساعته به طور قابل ملاحظه ای پایدار است. استابلایزر قلع سال ها پیش به یک پایدار کننده انتخابی در آمریکای شمالی تبدیل شد زیرا در صنعت لوله  pvc، لوله سفید روشن مورد توجه بود. امروزه در آمریکای شمالی انواع رنگ های لوله از جمله سفید، آبی، سبز و قهوه ای زرد و خاکستری تولید می شود.

شکل زیر تغییر رنگ برای 5 سطح مختلف استابلایزر پس از یک ساعت پردازش ( ردیف بالا) پس از 10 دقیقه پردازش ( ردیف میانی ) و پس از 5 دقیقه پردازش ( ردیف پایین) را نشان می دهد.

در ترکیب بدون استابلایزر قلع، ترکیب پس از 5 یا 10 دقیقه پردازش صورتی رنگ می شود. بعد از یک ساعت پردازش قهوه ای مایل به خاکستری می شود. رنگ پایانی بعد از یک ساعت پردازش،  با ترکیبات حاوی استابلایزر حرارتی قابل مقایسه است. نمای دیگری از نتایج 5 و 10 دقیقه پردازش برای ترگیبات حاوی 0.125  phr ( بالایی) و 0.0625  phr ( میانی ) و  بدون استابلایزر (پایینی) به شرح زیر است:

صورتی شدن اولیه با حضور فقط 0.0625  phr  استابلایزر  قلع 19% از بین می رود.

نتیجه

پارافین وکس، استئارات کلسیم و سیستم روان کننده وکس پلی اتیلن اکسید شده  مدت هاست که در آمریکای شمالی محبوب است و ترکیبات  pvc سخت و مقاوم از نظر رئولوژیکی با یا بدون استابلایزر حرارتی فراهم می کند. ترکیبی از وکس پارافین، کلسیم استئارات و وکس پلی اتیلن اکسید شده به عنوان استابلایزرهای مکانیکی عمل می کنند و  عامل مهمی در توسعه سیستم های بدون استابلایزرهای فلزی هستند. استابلایزرهای قلع در حال حاضر کارآمد ترین ماده شیمیایی موجود برای مدیریت تغییر رنگ در ترکیبات  pvc سخت است. برخی از کاربردهای  pvc سخت که در آن مسئله رنگ اهمیتی ندارد ممکن است بتوان استفاده از استابلایزرهای حرارتی را از طریق فرمول دقیق سیستم روان کننده حذف کرد.