نرم کننده ها از مهم ترین مواد افزودنی مورد نیاز برای فرآوری مواد پلیمری به ویژه پلاستیک های پلی وینیل کلراید (PVC) هستند که بیش از 60 درصد از عملکرد کل مواد کمکی پلاستیک را تشکیل می دهد.
نرم کننده های سنتی فتالات بر پایه نفت بیش ترین کاربرد را در سطح جهانی دارند. عملکرد و مصرف نرم کننده های سنتی فتالات قسمت عمده ای از کل تولید و فروش نرم کننده را تشکیل می دهد. اما به دلیل تهدیدهای بالقوه برای سلامتی انسان و محیط زیست، به تدریج محدود می شوند.
نرم کننده ها متداول ترین مواد افزودنی مورد استفاده در صنایع پلاستیک هستند اما، انتخاب نرم کننده مناسب برای یک برنامه همیشه کاری دلهره آور بوده است.
با یادگیری دانش دقیق در مورد مواد افزودنی نرم کننده، یک متخصص شوید.
روش های مختلف پلاستیک سازی را به همراه مزایای آن ها کاوش کنید و بیاموزید که چگونه نرم کننده مناسب را از گروه های اصلی شیمیایی نرم کننده ها: فتالات، بنزوات ها، آدیپیت ها و … به همراه به روز رسانی نظارتی فعلی آن ها انتخاب کنید.
نرم کننده چیست؟
نرم کننده ها مواد آلی نسبتا غیرفرار (عمدتا مایعات) هستند. هنگامی که در پلاستیک یا الاستومر قرار می گیرند، به بهبود پلیمر کمک می کنند.
- انعطاف پذیری
- توسعه پذیری
- قابلیت پردازش
نرم کننده ها با کاهش ویسکوزیته مذاب پلیمر، دمای انتقال شیشه (Tg)، دمای ذوب (Tm) و مدول الاستیک محصول نهایی بدون تغییر در خصوصیات شیمیایی اساسی مواد پلاستیکی شده، جریان و ترموپلاستیسیته یک پلیمر را افزایش می دهند.
استفاده از نرم کننده ها
نرم کننده ها از جمله مواد افزودنی پرکاربرد در صنعت پلاستیک هستند. هم چنین معمولاً از سایر مواد افزودنی استفاده شده در فرآوری پلیمر ارزان تر هستند.
نرم کننده ها بیش تر در PVC استفاده می شوند، سومین حجم دهنده پلیمر بعد از PP و PE. به نوبه خود، PVC در طیف گسترده ای از محصولات استفاده می شود. مثال ها عبارت اند از:
- پی وی سی پلاستیک نشده (یا پی وی سی صلب) در کاربردهایی مانند لوله ها، سایدینگ و پروفیل های پنجره استفاده می شود.
- پی وی سی پلاستیکی (یا پی وی سی انعطاف پذیر) در تریم های داخلی خودرو، کابل ها، فیلم های پی وی سی، کف پوش، پوشش سقف و دیوارها و … کابرد دارد.
با این حال ، مقدار قابل توجهی از نرم کننده ها در پلیمرهایی مانند اکریلیک، PET، پلی الفین، پلی اورتان و غیره نیز استفاده می شود، از پلاستیک کننده ها نیز گاهی اوقات در لاستیک استفاده می شود اما در این موارد به عنوان اکستندر استفاده می شود.
روش های پلاستیک سازی
برای پلاستیک سازی دو روش اصلی وجود دارد:
پلاستیک سازی داخلی
یک پلیمر را می توان با اصلاح شیمیایی پلیمر یا مونومر پلاستیک کرد تا انعطاف پذیری افزایش یابد. این شامل کوپلیمریزاسیون مونومرهای پلیمر مورد نظر (با Tg بالا) و نرم کننده (با Tg کم) است به طوری که نرم کننده بخشی جدایی ناپذیر از زنجیره پلیمر است. پرکاربردترین مونومرهای نرم کننده داخلی:
- وینیل استات
- وینیلیدن کلراید
هم چنین، پیچیدگی واکنش می تواند منجر به زمان واکنش طولانی تر و افزایش هزینه ها شود. مواد پلاستیکی شده داخلی وابستگی به دما و عدم ثبات ابعادی را در دماهای بالا نشان می دهند.
پلاستیک سازی خارجی
این متداول ترین روش پلاستیک سازی است زیرا نرم کننده های مایع کم هزینه به فرمول سازها در تولید فرمولاسیون برای طیف وسیعی از محصولات (از نیمه سفت تا بسیار انعطاف پذیر بسته به مقدار) آزادی می دهند. نرم کننده های خارجی که بیش ترین کاربرد را دارند شامل استرهایی هستند که از واکنش اسیدها یا انیدریدهای اسید با الکل ها تشکیل می شوند. دو گروه اصلی نرم کننده های خارجی وجود دارد:
نرم کننده اولیه
باعث افزایش کشیدگی، نرمی و انعطاف پذیری پلیمر می شود. آنها بسیار با پلیمرها سازگار هستند و می توانند به مقدار زیاد اضافه شوند. به عنوان مثال: حداکثر 50٪ از دستکش های وینیل از نرم کننده ها ساخته شده اند که باعث می شود PVC از انعطاف پذیری و نرمی کافی برخوردار باشد.
نرم کننده ثانویه
پلاستیکی است که به طور معمول نمی تواند به عنوان تنها نرم کننده در یک پلیمر پلاستیکی استفاده شود. نرم کننده های ثانویه ممکن است سازگاری محدودی با پلیمر و/ یا فرار بودن زیاد داشته باشند. آن ها ممکن است حاوی گروه های عملکردی باشند که به آن ها اجازه می دهد پلیمر را در دمای پردازش حل کنند. نرم کننده های ثانویه برای موارد زیر استفاده می شود:
- کاهش هزینه
- کاهش ویسکوزیته
- افزایش بدهی
- افزایش روانکاری سطح و
- بهبود خاصیت دمای پایین
توسعه دهنده ها یا اکستندرها
زیر مجموعه نرم کننده های ثانویه هستند. آن ها معمولاً با نرم کننده های اولیه استفاده می شوند تا هزینه های PVC منعطف عمومی را کاهش دهند. آن ها اکثرا روغن کم هزینه ای هستند که سازگاری محدودی در PVC دارند. آن ها برای کاهش هزینه و در بعضی موارد برای بهبود مقاومت در برابر آتش اضافه می شوند. نمونه هایی از اکستندرها شامل هیدروکربن های نفتنیک، هیدروکربن های آلیفاتیک، پارافین های کلره دار (مقاومت در برابر آتش) و سایر موارد است.
پردازش با نرم کننده ها
فرآیند تعلیق PVC (S-PVC) روش معمول برای تولید PVC است:
- PVC به صورت ذراتی با اندازه 50-200 میکرون بدست می آید.
- هزینه های فرمول پی وی سی انعطاف پذیر کم تر است.
- ذرات پی وی سی بدست آمده با نرم کننده ها مخلوط شده و می توانند در گلوله هایی که بیش تر برای پردازش از طریق اکستروژن، تقویم، قالب گیری تزریقی استفاده می شوند، اکسترود شوند.
- تجهیزات پردازش به طور معمول بسیار گران است.
گنجانیدن نرم کننده خارجی در پلیمر PVC انعطاف پذیری آن را افزایش می دهد. افزودن نرم کننده به طور عمده شامل پنج مرحله مشخص است:
- نرم کننده مخلوط با رزین
- نرم کننده، ذرات رزین را نفوذ کرده و متورم می کند.
- گروه های قطبی موجود در رزین PVC از یک دیگر آزاد می شوند.
- گروه های قطبی نرم کننده با گروه های قطبی روی زنجیره PVC تعامل دارند.
ساختار PVC با خنک شدن، با حفظ کامل نرم کننده دوباره برقرار می شود.
از بین رفتن نرم کننده ها/ تراوش نرم کننده ها
ناسازگاری بین پلیمر و نرم کننده می تواند باعث ترشح شود. فاکتورهای مختلفی وجود دارد که می تواند منجر به مهاجرت نرم کننده به خارج از سطح پلاستیک ها (یا به داخل یا بستری شود که در آن از طریق تماس صمیمی نگه داشته می شود) مانند تغییر دما، تغییر رطوبت، تنش مکانیکی، هوازدگی و غیره.
از بین رفتن نرم کننده می تواند منجر به انعطاف پذیری کم تر، شکنندگی و ترک خوردگی شود.
انواع نرم کننده ها
نرم کننده ها معمولاً بر اساس ترکیب شیمیایی آن ها طبقه بندی می شوند. می توان تأثیر عناصر ساختاری (به عنوان مثال الکل های مختلف در یک مجموعه متشابه از فتالات، آدیپیت ها و غیره) را بر روی خواص نرم کننده ها و تأثیر آن ها بر روی پلیمرهای پایه درک کرد.
نرم کننده های مختلف بر خصوصیات مختلف فیزیکی و شیمیایی مواد تأثیر می گذارند. بنابراین، برای تغییر خصوصیات در جهت خاصی برای تأمین نیاز به یک نرم کننده خاص نیاز دارید.
چندین خانواده شیمیایی عمومی از نرم کننده ها وجود دارد که برای اصلاح پلیمر استفاده می شود. در میان آن ها، بیش ترین استفاده از موارد زیر است:
استرهای فتالات
آن ها با استری شدن انیدرید فتالیک یا اسید فتالیک حاصل از اکسیداسیون ارتوکسیلن یا نفتالین تولید می شوند. نرم کننده های فتالات که بیش تر مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:
DEHP
ارتو فتالات با وزن مولکولی کم. هنوز هم پرکاربردترین نرم کننده پلاستیک در جهان است.
DIDP, DINP
ارتو- فتالات های با وزن مولکولی بالا
استرهای آلیفتیک و یا بازیک اسید
این ها شامل مواد شیمیایی مانند گلوتارات ها، آدیپیت ها و آزلات ها می باشند. آن ها از اسیدهای آلیفاتیک دوبازیک مانند اسید آدیپیک و الکل ها ساخته می شوند.
استرهای بنزوات
آن ها محصولات استریزه سازی اسید بنزوئیک و الکل ها یا دیول های انتخاب شده هستند.
استرهای تریملیتات
آن ها توسط استریفیکاسیون آنهیدرید تریملیتیک (TMA) و به طور معمول الکل های C10-C8 تولید می شوند.
پلی استرها
آن ها در اثر واکنش بسیاری از ترکیبات اسیدهای دی کربوکسیلیک و الکل های عملکردی ایجاد می شوند.
سیترات ها
آن ها تترا استرها هستند و در نتیجه واکنش یک مول اسید سیتریک با سه مول الکل حاصل می شوند.
نرم کننده های مبتنی بر زیست
آن ها بر اساس روغن سویای اکسید شده (ESBO)، روغن بذر اکسید شده (ELO)، روغن کرچک، روغن نخل، سایر روغن های گیاهی، نشاسته، قندها و … ساخته می شوند.
سایر موارد
شامل فسفات ها، پارافین های کلردار، استرهای اسید الکیل سولفونیک و …
این نرم کننده ها وقتی به پلیمر/ رزین اضافه می شوند ، مزایای زیر را فراهم می کنند:
- آنها محصول را نرم تر می کنند، انعطاف پذیری را بهبود می بخشند.
- پردازش امکان پذیر یا آسان تر می شود.
- محصولات پلاستیکی در دمای سرد به راحتی خرد نمی شوند.
کاربردهای نرم کننده ها
بیش از 90٪ نرم کننده های مورد استفاده در پلیمرهای گرمانرم در PVC استفاده می شود. بازار پلیمرهای پلاستیکی شده و بازار PVC پلاستیکی تا حد زیادی یکسان هستند اگرچه برخی از نرم کننده ها در پلیمرهای اکریلیک، پلی اورتان ها، پلی استایرن حتی پلی الفین ها نیز استفاده می شود.
فیلم و شیتینگ
محصولات ساخته شده از فیلم و ورق پی وی سی انعطاف پذیر شامل غشاء بام، غشاء ژئوم، روکش مبلمان، چمدان، علائم تبلیغاتی، آسترهای استخر شنا و سایر موارد است.
کف پوش
محصولات کف پوش PVC انعطاف پذیر شامل کف پوش های انعطاف پذیر ورقه ای، کاشی ترکیب وینیل، کاشی وینیل لوکس و کاشی فرش پشت وینیل است.
سیم و کابل
PVC انعطاف پذیر یک عایق الکتریکی خوب با قابلیت پردازش خوب و دامنه دمای سرویس مفید است از این رو ماده مناسبی برای کاربردهای الکتریکی مانند عایق بندی و پوشش برای هادی های الکتریکی و عایق کابل های فیبر نوری است.
پارچه های روکش دار
پارچه های روکش دار مصنوعی PVC در برابر آب و هوا مقاومت می کنند و از مقاومت و دوام بسیار خوبی برخوردار هستند. در صنایعی که از معماری، سبک زندگی، ورزش، تبلیغات، دفاع، معدن، غذا و کشاورزی، اتومبیل و حمل و نقل پشتیبانی می کنند، استفاده می شود. محصولات شامل برزنت، چادر وسایل فضای باز و سایر موارد است.
سایر کاربردهای PVC انعطاف پذیر
- کالاهای مصرفی- پوشاک کفش و بسته بندی
- پزشکی- کیسه های خون، لوله های IV، ساختارهای مهارکننده خطر زیستی، سایر تجهیزات پزشکی
- غیر PVC– مقادیر اندکی از نرم کننده های نوع PVC در پلیمرهای دیگر از جمله اکریلیک، پلی اورتان و پلی استایرن استفاده می شود.
بیش تر محصولات پی وی سی پلاستیکی شده کالاهای بادوامی هستند، محصولاتی با عمر طولانی. فتالات ها به دلیل نوسانات کم، محلول بودن در آب کم، مقاومت خوب در برابر نور خورشید و درجه حرارت شدید، سازگاری مناسب با پلیمر PVC و به طور کلی مقاومت خوب در برابر تجزیه بیولوژیکی، برای استفاده در چنین محصولاتی مناسب هستند.
ما را در اینستاگرام دنبال کنید.
