سرویس ترجمه انجمن لوله و اتصالات پی وی سی:

چکیده

در حال حاضر، لوله و اتصالات PVC با استفاده از طیف گسترده­ای از پایدارکننده­ ها تولید می­شوند، در حالی که CPVC تنها با استفاده از پایدارکننده­ های قلع تولید می­شود. هدف این مقاله، معرفی نوع جدیدی از پایدارکننده­های حرارتی(تقویت کننده) است که  در ترکیب با پایدارکننده قلع مورد استفاده قرار می­گیرند.

 در کمال تعجب مشاهده ­شد که این محصول به همراه پایدارکننده قلع آلی سبب بهبود خواص حرارتی شده، نقطه نرمی را افزایش داده و موجب کاهش قیمت فرمولاسیون می­گردد. این محصول همچنین می تواند به عنوان یک بلوک ساختمانی در استابلایزرهای آلی کلسیم (COS) برای کاربرد در PVC و CPVC استفاده شود؛ این ماده باعث افزایش طولانی مدت پایداری حرارتی شده، اجازه می­دهد بیشترین حد انتظار فنی در تزریق اتصالات PVC و CPVC به دست آید. ماده جدید برپایه نمک دی کربوکسیلیک اسید سدیم غیرسمی و مطابق با مناسب­ترین آیین­نامه­ها برای کاربردهای در تماس با مواد غذایی است.

مقدمه

تقریبا از 43 میلیون تن مصرف بازار جهانی رزین PVC، حدود 18 میلیون تن در کاربرد تولید لوله و اتصالات استفاده می­شود. نوع استابلایزر مصرفی، بستگی به منطقه جغرافیایی دارد.

شکل 1. بازار PVC بر اساس ناحیه جغرافیایی و نوع استابلایزر مصرفی

و در نمودار زیر میزان مصرف جهانی پایدارکننده­ها در لوله و اتصالات نشان داده شده است.

شکل 2. بازار جهانی لوله و اتصالات PVC براساس ناحیه جغرافیایی و نوع استابلایزر مصرفی

بازار CPVC در 10 سال گذشته رشد چشمگیری داشته به طوری که در سال 2017 به مقدار مصرفی آن به 350000 تن رسیده و کشور هند اصلی­ترین مصرف­کننده این ماده در جهان می­باشد.

شکل 3. بازار جهانی CPVC (2013-2017)

معمولاً چندین نوع استابلایزر در ساخت لوله­ها و اتصالات PVC استفاده می­شود. استفاده از پایدارکننده­های مختلف برپایه منطقه جغرافیایی است. در عوض، برای ایجاد پایداری در CPVC، معمولاً از مشتقات آلی قلع (عمدتاً دی ـ بوتیل قلع و    دی­متیل قلع مرکاپتیدها) که مستقل از منطقه جغرافیایی می­باشند، استفاده می­شود.

نتایج تجربی

استابلایزرهای قلع مورد استفاده برای پایدارکردن CPVC با توجه به بازارهای مختلف، ممکن است تغییر کنند. تیوگلیکولات­های بوتیل قلع و تیوگلیکولات­های متیل قلع در ایالات متحده و آسیا مورد استفاده قرار می­گیرند اما تیوگلیکولات­های اکتیل قلع در اروپا مورد استفاده قرار می­گیرند.

*DOTE: دی اکتیل قلع 2ـ اتیل هگزیل تیوگلیکولات

**CMR: عامل سرطان­زایی

*** SVHC: ماده­ای  بسیار سرطان­زا

شکل 4. CPVC: طبقه­بندی CMR انواع مختلف پایدارکننده­های دی­آکتیل قلع

همانطور که مشاهده می­شود، طبقه­بندی­های مختلف غیرمرتبطی  بین سه دسته دی آلکیل قلعی که می­توانند برای پایداری در CPVCها استفاده شوند، وجود دارند. ما می­توانیم تفاوت­های نسبتاً کوچکی را در مورد عملکرد مواد پایدارکننده­ حرارتی، بین انواع مختلف پایدارکننده­های قلع مشاهده کنیم.

شکل 5. پایداری حرارتی دینامیک در پلاستوگراف برابندر

علاوه بر این، ما باید ویژگی­های زیر را در نظر بگیریم:

1. پایدارکننده­های متیل قلع بسیار فرار هستند، از این رو استفاده از آنها در هنگام اختلاط و فرآیند می­تواند افراد را در معرض خطر قرار ­دهد.

2. پایدارکننده­های اکتیل قلع دارای کمترین میزان قلع هستند، بنابراین برای حفظ همان مقدار پایداری حرارتی باید مقدار آنها افزایش یابد و این میزان افزایش نباید تأثیر مخربی بر ویکات (و بر هزینه) داشته باشد.

3. پایدارکننده­های بوتیل قلع سازگاری بیشتری دارند، به همین دلیل آنها رایج­ترین سیستم مورد استفاده در آمریکای شمالی هستند.

چندین ماده مختلف برای بهبود عملکرد پایدارکننده­های قلع در PVC و CPVC مورد بررسی قرار گرفتند، اما معمولاً تأثیر این مواد تقویت­کننده به عنوان یک پایدارکننده حرارتی نسبتاً ضعیف­ است. از مؤثرترین مواد مورد استفاده به عنوان تقویت­کننده پایداری حرارتی، می­توان به مواد معدنی مصنوعی مانند زئولیت یا هیدروتالسیت­ها اشاره کرد. دسته­ای از نمک­های اسیدهای کربوکسیلیک سدیم، به عنوان مثال سدیم آدیپات (NAD)، دارای عملکرد فوق العاده­ای هنگام ترکیب با قلع نه تنها در PVC بلکه در CPVC می­باشند.

شکل 6. پایداری حرارتی دینامیک در پلاستوگراف برابندر

آزمایش پایداری حرارتی دینامیک، مزیت استفاده از این نمک­های اسید دی کربوکسیلیک سدیم در مقابل زئولیت را نشان   می­دهد.

اخیراً چند نوع پایدارکننده  کلسیم آلی (COS) به عنوان جایگزین برای پایدارکننده­های قلع مورد بررسی قرار گرفته است.

با این حال پایدارکننده­های COS معمولی توسعه­یافته برای کاربرد در PVC، عملکرد نسبتاً ضعیفی را در فرمولاسیون CPVC نشان می­دهند.

به عنوان مثال سیستم­های COS برپایه هیدروتالسیت به دلیل دمای فرایندی بسیار بالا موجب ایجاد فوم در اکستروژن  لوله­ ها ­می­شوند.

نسل جدیدی از پایدارکننده ­های آلی کلسیم برای ایجاد پایداری حرارتی مناسب در فرایند CPVC تولید شده است. با کمال تعجب نمک­ سدیم اسیدهای دی کربوکسیلیک عملکرد بسیار خوبی را در تولید پایدارکننده­های کلسیم ـ روی و آلی برای CPVC نسبت به پایدارکننده­های ثانویه که معمولاً از نوع هیدروتالسیت یا زئولیت می­ باشند، نشان دادند. در ادامه مقایسه میان استابلایزرهای COS حاوی انواع مختلفی از پایدارکننده­ های ثانویه ارائه شده است.

شکل 7. پایداری حرارتی استاتیک

عملکرد فوق­العاده نمک­های سدیم را می­توان به دلیل ساختار منحصر به فرد CPVC توضیح داد. مهمترین نقص در PVC وجود اتم کلر نوع سوم است که از تشکیل شاخه در طی پلیمریزاسیون و اتمهای کلر آلیلی حاصل میشوند.

تخریب PVC در این نقاط نقص شروع می­شود. تخریب PVC به دلیل جداشدن هیدروکلریک اسید در طی فرایند، دِهیدروکلریناسیون نامیده می­شود. جداشدن HCl باعث ایجاد نقایص جدید می­شود. در صورت عدم استفاده از پایدارکننده، این فرایند طی یک مکانیزم شبیه زیپ ادامه می­یابد و اسید هیدروکلریک و پیوندهای دوتایی تشکیل می­شود.

در CPVC نقص اصلی کلر سوم و اتمهای کلرید اصلی است و این امر سبب مکانیسم­ها و سرعت های مختلف تخریب در مقایسه با PVC می­شود.

نتایج

نمک­های سدیم دی کربوکسیلیک اسید ، به عنوان مثال آدیپات سدیم، عملکرد عالی به عنوان تقویت­کننده پایداری حرارتی در ترکیب با پایدارکننده­های قلع نشان دادند. پایدارکننده­های آلی جدید کلسیم (COS) توسعه داده شدند و هر دو سیستم کلسیم ـ روی و آلی عملکرد خوبی در پایداری CPVC نشان دادند. به ویژه سیستم­های COS بر پایه نمک­های دی کربوکسیلیک اسید سدیم عملکرد فوق العاده­ای دارند و می­توانند جایگزین مناسبی برای پایدارکننده­های قلع باشند و امروزه در فرمولاسیون­های PVC و CPVC استفاده می­شوند.

ترجمه: سمیه صلاحی از شرکت پارس پولیکا