اختصاص بسپار/ تحول افزودنی‌های PVC در مواجهه با شرایط سخت فرایندی

بسپار/ایران پلیمر پلی‌وینیل کلرید (PVC) به‌دلیل دوام مکانیکی زیاد، مقاومت شیمیایی مطلوب و قیمت مقرون‌به‌صرفه، به یکی از پرکاربردترین بسپارها در صنایع مختلف تبدیل شده است. با این حال، برای انطباق این بسپار با نیازهای خاص کاربردی و نیز رفع برخی از محدودیت‌های ذاتی آن، افزودن طیف گسترده‌ای از مواد افزودنی به فرمول‌بندی آن ضروری است.
به‌عنوان نمونه، PVC در برابر عواملی نظیر گرما، نور و مواد شیمیایی واکنش‌پذیر مستعد تخریب است؛ ازاین‌رو، استفاده از پایدارکننده‌ها برای محافظت از ساختار بسپار در چنین شرایطی کاملا ضروری تلقی می‌شود.
بر اساس گزارشی از نشریه‌ی Intellect Insights، ارزش بازار جهانی افزودنی‌های PVC در سال ۲۰۲۲ حدود 2/3 میلیارد دلار برآورد شده است. پیش‌بینی می‌شود این بازار با نرخ رشد مرکب سالانه (CAGR) معادل 4/3 درصد تا سال ۲۰۲۸ به 9/3 میلیارد دلار برسد.
تامین‌کنندگان افزودنی‌ها در حال توسعه‌ی محصولات نوآورانه‌ای هستند که بتوانند کارکرد PVC را در زمینه‌هایی مانند زیست‌پایداری، فرایندپذیری و دوام بلندمدت بهبود بخشند.
پایداری در شرایط سخت: محافظت از PVCهای تیره‌رنگ
شرکت شیمیایی ایتالیایی Reagens به‌تازگی مجموعه‌ای از پایدارکننده‌های جدید با عنوان Stabilox AV/2193 را ساخته داده است. به گفته‌ی شرکت، این پایدارکننده‌ها به‌طور ویژه برای افزایش مقاومت PVCهای تیره‌رنگ در برابر تخریب ناشی از عوامل جوی طراحی شده‌اند.
این فرمول‌بندی پس از مطالعه‌ای دقیق در مورد سازوکار فیزیکی و شیمیایی تخریب نوری (photodegradation) توسعه یافت؛ مطالعه‌ای که بررسی می‌کرد چگونه جاذب‌های اسیدی مختلف می‌توانند پایداری نوری PVC را افزایش دهند.
نتایج این پژوهش در اوایل سال جاری در نشریه‌ی علمی Polymers منتشر شده است.
به گفته‌ی مدیر نوآوری، ایمنی محصول و امور قانونی شرکت Reagens، فرسایش لایه‌ی سطحی و بی‌رنگ شدن در اثر نور (photobleaching) لایه‌های زیرین در اثر تابش نور منجر به پدیده‌ای به نام «گچی شدن سطح (chalking)» می‌شود که سطحی سفید و مات ایجاد می‌کند.
وی تاکید می‌کند که جاذب‌های اسیدی در ترکیب پایدارکننده‌های PVC نقشی حیاتی ایفا می‌کنند و در پایداری گرمایی و پایداری نوری هر دو نقش دارند.
درک صحیح از سازوکارهای مختلف تخریب PVC و هم‌چنین نحوه‌ی کارکرد جاذب‌های اسیدی گوناگون، به‌ویژه هنگام طراحی یک پایدارکننده‌ی موثر و مناسب، اهمیت زیادی دارد. مدیر شرکت در این‌باره می‌گوید: «برخی از جاذب‌های اسیدی در برابر تخریب نوری کارکرد بسیار موثری دارند، در حالی‌که برخی دیگر تقریبا بی‌اثر هستند یا حتی می‌توانند برای پایداری نوری زیان‌آور باشند».
در این مطالعه، پژوهشگران اثر جاذب‌های اسیدی مختلف را بر پیری نوری PVC با استفاده از آزمون‌های شتاب‌یافته‌ی نوری مورد بررسی قرار دادند. آن‌ها دریافتند که برخی مواد اسیدخوار (acidscavenger) مانند منیزیم دی‌هیدروکسید هیچ تاثیری بر تغییر رنگ در طول فرایند تابش نداشتند. حتی موادی مانند کلسیم هیدروکسید، منیزیم هیدروکسید و سیلیسیوم دی‌اکسید (SiO₂) منجر به تشدید تخریب رنگ شدند.
در مقابل، پژوهشگران مشاهده کردند که بسته‌های اسیدخوار با ترکیب متعادل و مهندسی‌شده می‌توانند محافظت بسیار موثرتری ارائه دهند.
در جمع‌بندی مقاله آمده است «طراحی یک فرمول‌بندی پایدارکننده‌ی مناسب، هم‌چنان نیازمند انتخاب پیچیده‌ی اجزای موثر و انجام مجموعه‌ای از آزمون‌های آزمایشگاهی و میدانی در شرایط واقعی است».
پیش از این آزمایش‌ها، شرکت Reagens دو نوع پایدارکننده‌ی قلع‌پایه و سه پایدارکننده‌ی آلی کلسیمی (calcium organic stabilisers(COSs)) را مورد بررسی قرار داده بود. در این بررسی، غلظت تیتانیوم دی‌اکسید(TiO₂) در مقدارهای ۷ و ۹ phr برای هر ترکیب لحاظ شد. نمونه‌ها در یک اقلیم با شرایط شدید آب‌وهوایی، به‌مدت چهار سال و در پنج نوبت جداگانه در معرض تابش قرار گرفتند.
نتایج این آزمون‌ها نشان داد که تمام پایدارکننده‌ها کارکرد به نسبت مشابهی دارند. با این حال، شرکت اعلام کرد که فناوری COSs نه‌تنها جای‌گزینی معتبر برای پایدارکننده‌های قلع‌پایه به‌شمار می‌رود، بلکه در بسیاری از موارد کارکرد بهتری نیز ارائه می‌دهد.

جای‌گزینی پایدارکننده‌های قلع در فرمول‌بندی PVC

پایدارکننده‌های ‌قلع‌پایه که عمدتا در فیلم‌های کلندرکاری شده سخت و ترانما (transparent) و هم‌چنین پروفیل‌ها و ورق‌های اسفنجی مورد استفاده قرار می‌گیرند، مدت‌هاست که به دلیل نگرانی‌های زیست‌محیطی در کانون توجه نهادهای نظارتی قرار گرفته‌اند. در مقابل، پایدارکننده‌های ‌کلسیم‌پایه توسط بسیاری از متخصصان به‌عنوان گزینه‌ای جای‌گزین و قابل‌اتکا شناخته می‌شوند و در حال حاضر در کاربردهایی مانند فیلم‌های نرم‌شده (plasticised films)، ورق‌های فشرده سخت و ورق‌های اسفنجی رانشگری شده به‌کار گرفته می‌شوند. پایدارکننده‌های رایج قلع‌پایه‌ گرچه روان‌کنندگی محدودی دارند، اما در عوض از ترانمایی زیاد، پایداری گرمایی مطلوب و ثبات رنگ اولیه برخوردارند. بنابراین، جای‌گزین‌های جدید باید بتوانند تمامی این ویژگی‌ها – و حتی فراتر از آن – را تامین کنند.
شرکت آلمانی تولیدکننده‌ی افزودنی‌های بسپاری Baerlocher موفق به توسعه‌ی گونه‌های متنوعی از پایدارکننده‌های کلسیم‌پایه برای فیلم‌های کلندرکاری شده‌ی سخت شده است، از جمله محصولات مجموعه‌ی Baerostab NT 1883 P و Baerostab NT 1929 P. این گونه‌ها برای تامین ترانمایی زیاد، رنگ اولیه مطلوب و پایداری فرایند کلندرکاری (به دلیل روان‌کنندگی تنظیم‌شده و کم) طراحی شده‌اند. در مورد فرمول‌بندی‌های پروفیل اسفنجی و ورق اسفنجی که در اروپا رواج دارد، سامانه‌های پایدارکننده‌ی کلسیم‌پایه عموما با رویکردی مشابه سامانه‌های مورد استفاده در رانشگری پروفیل‌های PVC سخت طراحی می‌شوند. با این حال، در رانشگری اسفنج، تنظیم دقیق سامانه‌های هم‌پایدارکننده (co-stabilisers) و روان‌کننده‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است تا سطح نهایی محصول و رنگ آن بهینه گردد. نکته‌ی مهم آن است که تمام چالش‌ها صرفا به کارکرد پایدارکننده‌ها مربوط نمی‌شود؛ شرکت Baerlocher به شدت بر برقراری ارتباط نزدیک با تولیدکنندگان نهایی تاکید دارد تا اصلاحات فرمول‌بندی لازم بر اساس شرایط واقعی تولید انجام گیرد.
در نمایشگاه NPE 2024 که در ماه مه در فلوریدا برگزار شد، شرکت آمریکایی SI Group، تولیدکننده افزودنی‌های کارا (performance additives)، از پایدارکننده‌ی جدید خود با نام Weston 705 رونمایی کرد؛ این افزودنی از نوع فسفیت (phosphite stabiliser) که فاقد نانیل‌فنول (nonylphenol-free) است، قابلیت استفاده در طیف گسترده‌ای از سامانه‌های بسپاری از جمله PVC را دارد. این پایدارکننده با هدف جای‌گزینی TNPP و برای کاربرد در سامانه‌هایی با محدودیت استفاده از نانیل‌فنول طراحی شده و قادر است پدیده‌های جرم¬گرفتگی و تشکیل ژل (gel formation) را تا ده برابر بکاهد. به گفته‌ی مدیر ارشد فروش راهکارهای بسپاری این شرکت در آمریکای شمالی، حضور SI Group در NPE نشان‌دهنده‌ی تعهد آن به ایجاد تحول مثبت در صنعت پلاستیک و حرکت به‌سوی آینده‌ای زیست‌پایدارتر و مبتنی بر اقتصاد چرخشی است.
همان‌طور که در سایر حوزه‌های تولید و فراوری پلاستیک نیز مشاهده می‌شود، امروزه زیست‌پایداری (sustainability) به یکی از اولویت‌های اصلی در فرمول‌بندی PVC تبدیل شده است و بسیاری از محصولات این حوزه از جمله مصالح ساختمانی، فیلم‌ها و سیم و کابل بر اساس این رویکرد طراحی می‌شوند و توسعه می‌یابند. شرکت ژاپنی Adeka که سابقه‌ای طولانی در ساخت پایدارکننده‌های سازگار با محیط زیست دارد، در پاسخ به این نیازها، سامانه‌های پایدارکننده‌ی کلسیم-روی (Ca-Zn) را به‌عنوان جای‌گزین‌هایی برای پایدارکننده‌های سرب‌پایه ارائه کرده است. از جمله محصولات این شرکت می‌توان به مجموعه ADK STAB RX-300 برای اتصالات (fittings) و مجموعه ADK STAB RUP برای کاربردهای سیم و کابل اشاره کرد که بنا بر گزارش‌ها، از پایداری گرمایی زیاد، پایداری رنگ، فرایندپذیری مطلوب و نیز سایر خواص مکانیکی مهم برخوردار هستند.

مهندس شهرزاد مهدی‌زاده
Mehdizadeh.shahrzad96@gmail.com

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره 276 ماهنامه بسپار که در نیمه آبان ماه 1404 منتشر شده است، می خوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه  و  فیدیبو  قابل دسترسی است.