فرمولاسیون پروفیل های UPVC چست؟ در تولید پروفیل های پلیرمری از چه ترکیباتی استفاده می شود؟ این سوالی است که امروزه به واسطه استفاده روز افزون از مواد پتروشیمی در صنعت ساختمان به خصوص درب و پنجره های دوجداره ممکن است در ذهن هر مصرف کننده ای شکل گیرد.ماده پی وی سی یا به زبان دقیق تر پلی وینیل کلراید Polyvinyl chloride یکی از محصولات جهانی صنایع پتروشیمی که در حال حاضر به عنوان پرکاربرد ترین و ارزشمند ترین محصول صنعت پتروشیمی بشمار می رود.
تخمین زده می شود تولید سالانه این پلیمر در جهان در حدود ۴۵ میلیون تن باشد و با رشد 5 درصدی پس پلیمرهای پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن پرمصرف ترین فرآورده پتروشیمی در جهان است. این ویژگی های بسیار متمایز پی وی سی و محصولات تولید شده این پلیمر ارزشمند باعث شده 60 درصد از حجم آن در صنعت عمران و ساختمان سازی استفاده شود. خروجی ماده پی وی سی از پتروشیمی ها به صورت پودر بوده و پس از ورود به صنایع پایین دستی به ندرت به صورت خالص و بدون افزودنی استفاده می شود.
پیداش تولید و استفاده از پی وی سی به کشور آلمان برمی گردد. بیش از قرن بیستم، دو شیمیدان از شرکت گریشم الکترون آلمان تلاش کردند تا از پی وی سی در محصولات تجاری استفاده کنند، اما به دلیل بروز مشکلاتی در فرآیند تولید، سختی و شکنندگی پلیمر، تلاش های آنان موفقیت آمیز نبود. در سال 1926، والدو سیمون از طریق مخلوط کردن پی وی سی با افزودنی های گوناگون توانست روشی برای نرم کردن این پلیمر پیدا کند و در نهایت به ماده انعطاف پذیری رسید که مورد استفاده تجاری قرار گرفت. مواد افرزودنی که باعث بهبود شرایط کیفی و ماندگاری محصولات می شود.
یکی از کاربردهای بسیار مهم پودر پی وی سی، استفاده از آن در تولید پروفیل های UPVC پنجره های دوجداره می باشد. پودر پی وی سی در پروفیل پنجره های دوجداره به عنوان ماده اولیه تولید پروفیل ها میباشد که به طور میانگین 85 درصد وزنی یک پروفیل شامل ماده پی وی سی می باشد. اما محصولات تولید شده از پودر پی وی سی خام به دلیل ضعف در دوام خواص فیزیکی و مکانیکی کاربرد چندانی نداشته و لازم است به منظور بهبود شرایط و خواص، افزودنی های دیگری متناسب با شرایط جغرافیایی و نوع کاربری به آنها اضافه گردد.
عدم وجود این افزودنی ها یا عدم دقت در میزان به‌کاررفته در فرمولاسیون پروفیل های UPVC می تواند محصول نهایی ساخته شده را به شدت تحت تأثیر قرار دهد. کاربرد بعضی از این افزودنی ها به منظور بهبود و تسریع در شرایط تولید و کاربرد بعضی دیگر در راستای دوام و استحکام محصول نهایی میباشد. در این مقاله کوتاه قصد داریم به طور اجمالی به معرفی افزدونی های پودر پی وی سی در تولید پروفیل های UPVC اشاره مختصری داشته باشیم.
با توجه به کاربرد پروفیل های یو پی وی سی به خصوص در بخش تولید درب و پنجره های دوجداره، مقاومت در برابر ضربه امر مهمی است که پروفیل ها باید توانایی تحمل آن را داشته باشد. علی رغم آنکه اعمال ضربه به پروفیل های یو پی وی سی به استثنای مرحله نصب پروفیل زهوار شیشه، جز هیچ یک از مراحل تولید یا نصب پنجره نمی شود اما لازم است مقاومت به ضربه در برابر ناشی از سقوط پروفیل های UPVC و اعمال ضربات ملایم تا حدودی افزایش یاید.
بدون استفاده از اصلاح کننده ها در برابر ضربه، محصول نهایی (پروفیل UPVC) بسیار ترد و شکننده خواهد بود. بروز این رخداد در فصول سرد سال نمود بیشتری پیدا کرده و ممکن است سقوط یک مقطع کوچک از پروفیل UPVC حتی از ارتفاع یک متری منجر به شکست و آسیب جدی آن شود و یا باعث شکنندگی پروفیل زهوار شیشه در مرحله نصب پنجره گردد.
از انواع مختلف اصلاح کننده ها میتوان به پلی اتیلن کلر دار شده (CPE) و آکریلو نیتریل بوتادین استایرن (ABS) اشاره کرد که هرکدام خواص متفاوتی به محصول تولید شده اضافه می کند. باید به این نکته توجه داشت اگرچه تمامی اصلاح کننده به ضربه باعث افزایش استحکام در برابر ضربه شوند اما در عین حال میتوانند مقاومت شیمیایی و استحکام کششی محصول نهایی را کاهش دهند.بنابراین باید از آنها به اندازه مورد نیاز استفاده کرد.
از انجایی مقاومت در برابر ضربه یکی از فاکتورهای مهم در بررسی کیفیت پروفیل های UPVC در بین تولید کنندگان پنجره تلقی میشود مشاهده افزایش شکنندگی پروفیل های یو پی وی سی یا ترد پذیری آنها میتواند باعث تردید در ادامه همکاری یا حذف خرید محصول مورد نظر شود.
فیلر یا مواد پر کننده یکی دیگر از افزودنی های پودر PVC شناخته می شود. مواد پر کننده باعث افزایش پیوند ملوکولی بین مذاب شده و تراکم محصول را در حین تولید پروفیل یو پی وی سی افزایش می دهد. هرچه تراکم مواد در تولید پروفیل های UPVC بیشتر باشد، ضریب استحکام کششی و استحکام محصول نهایی نیز بیشتر خواهد شد.
مواد زیادی را میتوان برای پودر پی وی سی به عنوان فیلر یا پرکننده در پروسه تولید به کار برد مانند کربنات ها و سیلیکات های فلزی، سنگ گچ، باریت، که از پر کاربرد ترین آنها کربنات های فلزی و به ویژه کربنات کلسیم است که گاهی با اسید استئاریک پوشش داده شده است. کربنات کلسیم باعث چسبندگی بهتر بین ملوکولی و پیوستگی بیشتر مذاب درحین تولید، کاهش ورقه ورقه شدن، افزایش خواص مکانیکی و توزیع همگن مواد پروفیل UPVC خواهد شد.
دمای انتقال شیشه ای پی.وی.سی در محدوده 80 درجه سانتی گراد است و با توجه به اینکه دمای فرآیند شکل دهی یوپی وی سی 200 درجه سانتی گراد میباشد عملاً نمیتوان پی وی سی خام را شکل دهی کرد چرا که سریعاً در حین فرایند تولید محصول، تجزیه (سوخته) میشود. اما دمای شیشه ای در تولید پروفیل یو پی وی سی چیست؟
در تعریف دمای شیشه ای باید بگویم دمایی است که بعد از آن دما، تحرکات زنجیر پلیمر در مقیاس بسیار بزرگتری آغاز میشود و شاهد تغییرات مواد پلیمر از یک حالت سخت، شکننده و ترد به یک حالت نرم تر و انعطاف پذیرتری هستیم و در این ناحیه افت هزار برابری مدول پلیمر مشاهده میشود. منظور از مدول همان سختی و استحکام مکانیکی پلیمر است یا به تعریف دیگر دمای انتقال شیشه ای، دمایی است که در آن ماده از حالت جامد صلب به حالت لاستیکی (rubbery) منتقل می شود.
تفاوت آن با دمای ذوب در تغییر حالت ماده از جامد به مایع در دمای ذوب است. پایدار کننده های حرارتی توان گرمایشی پی وی سی را افزیش داده و توزیع حرارت هم در گرمادهی و هم در مرحله ی خنک کاری را یکنواخت و سریع مینماید. اگر استابیلایزر حرارتی وجود نداشته باشد پی.وی.سی در تماس با دمای بالای هیتر ها و قالب ها، رنگ زرد به خود خواهد گرفت و در اصطلاح خواهد سوخت. استابیلایزرهای سرب کاربرد وسیعی را در پایدار کنندگی پی وی سی دارند اما به دلیل سمی بودن با گذر زمان، با استفاده از استابلایزرهای کلسیم-روی و …. جایگزین میشوند.
روان کننده ها موادی هستند که نقطه سیالیت ذوب را در اکسترودر و یا قالب را کنترل می کنند تا بتوان به بهترین خواص فیزیکی در حین تولید دست یافت. به تعبیری دیگر روان کننده با کاهش ویسکوزینه وافزایش روندگی مواد مذاب، به بهتر شدن فرایند تولید پروفیل یو پی وی سی کمک میکنند این روان کننده ها شامل:
این روان کننده باعث عدم چسبندگی و سهولت جدا شدن مذاب از سطح فلز شده و سطح بین ذرات پودر UPVC با سطح فلز (قالب و اکسترودر) را روانکاری می کند. معمولاً این روان کننده ها واکس های پارافین، روغن های معدنی یا پلی اتیلن واکس هستند. این دسته از روان کننده ها باعث میشوند که سطوح مذاب و داغ خمیر UPVC بر روی قالب، بدنه و مارپیچ اکسترودر به راحتی حرکت کنند. علاوه بر این به براقیت سطح محصول نهایی نیز کمک می کنند. شدت جریان برق مصرفی (آمپر) الکتروموتور اکسترودرها به شدت تحت تاثیر میزان استفاده از روان کننده خارجی است چرا که هرچه ویسکوزیته یا چسبندگی مواد به سطح قالب بیشتر باشد، توان بیشتری برای خروج مواد از قالب نیاز است.
روانکاری را در ابعاد مولکولی یعنی ما بین ذرات رزین انجام می دهد و باعث کاهش ویسکوزیته مذاب می شود. روان کننده های داخلی معمولاً مولکولهای قطبی هستند که اغلب اسیدهای چرب، استرهای اسید چرب و یا نمکهای فلزی اسیدهای چرب هستند که با پودر UPVC بسیار سازگارند.
این دسته از روان کننده می توانند همزمان نقش روان کننده های داخلی و خارجی را ایفا کنند. روان کنندههای داخلی خارجی که معمولاً برای UPVC استفاد می شوند شامل آمین های اسید چرب و پلی اتیلن های اکسید شده هستند. بعضی از این مواد می توانند در حین ذوب ذوب به عنوان روان کننده داخلی عمل کنند و بعد از آن نقش روان کننده خارجی را نیز ایفا کنند.
رنگ دانه ها که بصورت جزئی و در جهت ایجاد رنگ های دلخواه به خصوص در پروفیل های قهوه ای و طوسی رنگ مورد استفاده قرار میگیرد. در پروفیل های UPVC دورو لمینیت لازم است رنگ اصلی پروفیل تا حدودی مطابق با رنگ لمینیت آن داشته باشد تا باعث افزایش زیبایی و یکنواختی محصول نهایی شود.
اگرچه درصد بالایی از میزان اشعه هنگام عبور از لایه جو و رسیدن به کره زمین کاسته میشود اما همین میزان کم نیز میتواند باعث تغییر رنگ پروفیل های UPVC نیز شود. در مبحث هوازدگی پروفیل های UPVC، بخصوص پروفیل هایی که در محیط های خارجی (محیط های در معرض تابش مستقیم نور خورشید) قرار دارند تابش آفتاب جزء مهمترین مؤلفه هایی است که بحث دوام محصول را به چالش میکشد.
ممانعت از رسیدن تابشهای فرابنفش به محصولات پلیمری یکی از راهکارهایی است که دوام محصول نهایی، بخصوص آنهایی که با پایه UPVC تولید شده اند را افزایش میدهد. مهمترین افزودنی در جلوگیری از رسیدن تابشهای فرابنفش به UPVC و مستهلک نمودن آن تیتانیمدی اکسید میباشد که با ساختار آینه ای و کریستالی خود و با ضریب شکست بالا، پرتوهای UV خورشید را شکسته و متفرق و پراکنده میسازد.
در واقع به عنوان یک منشور عمل کرده و ضمن جلوگیری از افزایش حرارت پروفیل، موجب تجزیه و ضعف پرتوهای UV می شود.استفاده مناسب از مواد مقاوم تابش به نور خورشید میتواند تا 10 سال دوام و کیفیت پروفیل های UPVC را تضمین نماید. برای آشنایی بیشتر میتوانید مقاله تغییر رنگ پرو فیل را در سایت یو پی وی سی کالا مطالعه نمائید.