مطالب زیر برگرفته‌شده از فصل ۲ کتاب «PVC شناخت، کارایی، فرایند» می‌باشند. (جهت دریافت این کتاب با دفتر مرکزی روشا پلیمر تماس بگیرید.)
پلی وینیل کلراید یکی از مهمترین پلاستیکهای تجاری است و ترکیبات آن کاربردها و روشهای فرآيند گوناگونی دارند.به همین علت جلوگیری از تخریب آن توسط استابیلایزرهای حرارتی امری به‌شدت ضروری است. PVC در دماهای فرآیندی پایداری حرارتی ندارد. مقدار و نوع انرژی ورودی بین روشهای تولیدی مختلف و کاربردهای نهایی متعدد PVCبه طور قابل توجهی متفاوت است. در واقع، تخریب رزین در راکتور پلیمریزاسیون آغاز میشود. این فرآیند میتواند در شرایط انبارداری و حتی قبل از استفاده، از طریق اکسیداسیون، تشکیل کربونیل و غیره ادامه یابد.زمانی که PVCتا ۱۷۰ درجه سانتی گراد حرارت داده شود، هیدروژن و کلر آزاد میشود. تخریب آغاز میشود و باعث رهایش HCl(هیدروکلریدزدایی خودکاتالیزوری) میگردد. مولکولهای ناپایدار (ساختار آلیل کلراید) پدیدار میشوند که همزمان باعث جدایش HClبعدی میشوند و همین روند ادامه پیدا میکند. در نتیجه این فرآیند یک واکنش زنجیرهای است.
فاکتورهایی که باعث تخریب PVCمیشوند، عبارتند از:
- چرخههای اختلاط (اختلاط خشک، بنبوری، توزیعکنندههای پلاستیزول سرعت بالا)
- فرآیند کردن (کلندر، اکسترودر، قالبگیری)
- شکل دهی( گرمکوبی، شکلدهی حرارتی، لایهگذاری)
- دوباره کاری ضایعات
- در معرض انرژی حرارتی و نوری محیط بیرون بودن
- حرارت محیط کاربری محصول ( حرارت داخلی، مسیر هوای داغ)
- گندزدایی پرتو گاما
بنابراین، پایدارکنندههای حرارتی نقشی حیاتی در بهبود مقاومت ترکیبات PVCبه حرارت و دماهای بالا ایفا میکنند. هدف پایدارکنندههای حرارتی حفاظت از ترکیبات وینیلی در تمام مراحل است. به منظور جلوگیری از تخریب ترکیبات PVC، پایدارکنندههای حرارتی به روشهای زیر کار میکنند:
- خنثی کردن هیدروژن کلراید
- جایگزین کردن پیوندهای ضعیف کربن-کلر
- جلوگیری از اکسیداسیون
همان‌طور که بررسی کردیم امروزه، صنعت کامپاندسازی انتظار دارد که پایدارکنندههای PVCبتوانند علاوه بر پایداری حرارتی بالا، بسیاری از نیازمندیهای خاص را نیز برطرف سازند. در ادامه بصورت خلاصه باز انواع پایدارکنندههای حرارتی را بررسی می‌کنیم.
فلزات‌مخلوط:نمکهای اسید آلی (مایع و جامد) متشکل از یک یا ترکیبی از باریم، کلسیم، کادمیوم و روی. اصولاً، زنجیرههای راست C8تا C18یا کربوکسیلیک اسیدهای آلیفاتیک شاخهای به کار میروند. اسیدهای آروماتیک (آلکیل بنزوئیک) که در گذشته کاربرد داشتند، دیگر به دلیل سمیت محبوبیتی ندارند.
ترکیبات اورگانوقلع:خواص فیزیکی و شیمیایی این پایدارکنندههای حرارتی اورگانوقلع تنها به طبیعت گروههای شیمیایی متصل به اتم قلع بستگی دارد. اورگانوتین مرکپتیدها عملکرد حرارتی عالی ارائه میکنند و به همین دلیل، به عنوان کارآمدترین پایدارکنندههای حرارتی به کار میروند. پایدارکنندههای اورگانوتین به خوبی با افزودنیهای دیگر مورد استفاده در PVCسازگارند و در نتیجه، چالشهای فرآیندی را به حداقل میرسانند. علاوه بر این، اورگانوتین مرکپتیدها در حفظ رنگ PVCهای سخت و نرم شده در حال فرآیند نیز عملکردی چشمگیر دارند.
نمکها و صابونهای سرب (مایع و جامد):پایدارکنندههای بر پایه نمکها و صابونهای سرب پایداری حرارتی بلندمدت منحصربفردی ارائه میکنند. این پایدارکنندههای حرارتی به عنوان یکی از مقرون به صرفهترین اشکال پایدارکنندههایPVCشناخته میشوند. وقتی ترکیبات PVCبا پایدارکنندههای حرارتی سرب پایدار میشوند، ویژگیهای زیر را از خود نشان میدهند:
- پایداری حرارتی و نوری عالی
- خواص مکانیکی و الکتریکی منحصربفرد
- محدوده فرآیندپذیری گستردهتر
جدا از این مزیتها، پایدارکنندههای سربی محدودیتهای هم ایجاد میکنند. وقتی این مواد در پنجرههای PVCاستفاده میشوند، باعث رنگ پریدگی آنها میشوند. عموماً به خاطر انحلال ناپذیری کلرایدهای سربی که در حین پایدارسازی تشکیل شدهاند، سرب بهترین خواص الکتریکی را ارائه میکند. در حال حاضر، سرب برای جایگزینی محتمل با سیستمهای فلزی مخلوط ویژهای برای کاربردهای عایق سیم تزئینیو دولایه تحت فشار قرار دارد. هرچند، عایق تک لایه هنوز هم با سرب به بهترین شکل پایدار میشود.
ترکیبات بر پایه کلسیم یا روی:پایدارکنندههای کلسیم یا روی معمولاً حاوی کلسیم استئارات و مقادیر کمی از صابونهای روی مانند اکتوآت روی هستند. پایدارکنندههای بر پایه کلسیم/روی که برای PVCسخت کاربرد دارند، عموماً به شکلهای مایع و پودری در دسترساند. این پایدارکنندههای حرارتی پایداری رنگ را در حین فرآیند کردن PVCبهبود میبخشند و از آن در طول عمر محصول PVCحفاظت میکنند.
آلی و انواع دیگر:پایدارکنندههای حرارتی آلی شامل آلکیل/آریل فسفیتها، ترکیبات اپوکسی، بتا-دیکتونها، آمینوکروتوناتها، ترکیبات هیتروسیکلیک نیتروژن، ترکیبات ارگانوسولفور (مانند استر تیولها)، فنولیکهای محدود شده، و پلیاُلها (پنتاارتریتولها) هستند. در حال حاضر، تحقیقات گستردهای روی مواد صورت میگیرد و انتظار میرود که استفاده از آنها به قیمت پایدارکنندههای حاوی فلز به طور چشمگیری افزایش یابد. یک گروه فرعی شامل نمکهای کربوکسیلیک یا مرکاپتواستر آنتیمون، استرونتیوم پتاسیم.ترکیبات وینیلی انعطافپذیر کلندر شده، اکسترود شده یا قالب گیری شده و پلاستیزول معمولاً با پایدارکنندههای حرارتی مخلوط فلزی Ba/Zn و Ca/Zn پایدار میشوند. سیستمهای Ca/Zn بیشتر در کاربردهای نیازمند تایید USFDA برای تماس غذایی مستقیم یا غیرمستقیم به کار میروند. در آمریکای شمالی و جنوبی و بخشی از شرق دور، ترکیبات وینیلی سخت برای اکستروژن و قالبگیری عموماً با اورگانوتین مرکپتیدها پایدار میشوند و سیستمهای سربی یا مخلوط فلزی برای این منظور در اروپا به کار میروند.
