مقدمه
در حال حاضر مواد پلیمری بطور گسترده در صنایع مختلف مانند هواپیما و اتومبیل‌سازی، ساختمان‌سازی، صنعت کابل و غیره استفاده می‌شوند. در عین حال، یکی از پلیمرهایی که در حجم زیاد تولید میشود و در صنایع مدرن بکار می‌رود پلی‌وینیل‌کلرید (PVC) و ترکیبات با پایه آن است. دلیل آن نیز این حقیقت است که PVC بعنوان یک ماده ترموپلاستیک به راحتی بازیابی و اصلاح میشود. به همین دلیل، ترکیبات مختلفی با پایه PVC تولید می‌شوند که بطور گسترده در کابل‌ها و سیم‌های الکتریکی عایق بکار می‌روند. اما لازم است توجه داشته باشیم که PVC نیز با کمبود مواجه است. PVC به راحتی در دماهای پایین هیدروهالوژن‌زدایی میشود و در نتیجه ماکرومولکول‌هایی با پیوندهای دوگانه شکل می‌گیرند. علاوه بر این، فرایند هیدروهالوژن‌زدایی یک فرایند نسبتا شدید است. این فرایند در تشکیل مولکول کلرید سهیم است که اثر کاتالیستی روی آن دارد. نتیجه نهایی چنین فرایندی تشکیل یک ساختار مزدوج و بدنبال آن ایجاد شکاف در ماکرومولکول پلیمر است. انجام این فرایندهای مخرب را می‌توان با آزادسازی کلرید محدود کرد. برای این کار و برای تولید ترکیبات با پایه PVC، انواع پایدارکننده‌ها و افزودنی‌ها استفاده می‌شوند که کار آن پذیرش یون کلرید و اجازه ندادن به آن برای مشارکت در فرایندهای مخرب است. هرگاه از پلاستیک PVC بدست آمده بعنوان یک بازدارنده موثر فرایندهای مخرب برای عایق‌کاری در صنعت کابل و دستگاه شخم استفاده شود، توزیع گسترده‌ای از آنها یک ید سولفات سه محوره (TLS) را دریافت می‌کنند. اما TLS در کنار کارآمدی بعنوان یک پایدارکننده حرارتی برای PVC یک عیب اساسی نیز دارد که همان سمیت و مسأله ورود فلزات سنگین به درون محیط است. برای حل این مشکلات، سازندگان پلاستیک‌های PVC بدنبال افزودنی‌های موثر هستند که بتوانند هیدروژن کلرید را در مرحله شکافت خود بپذیرند. در این حالت، این افزودنی‌ها باید سمیت زیست محیطی کمی داشته باشند و افزودن آنها به پلاستیک‌ها باعث کاهش خواص فیزیکی شیمیایی و ویژگی‌های عملیاتی آنها نشود. هدف این مقاله جایگزینی Toss (پایدارکننده حرارتی متداول)در فرمولاسیون پلاستیک PVC با یک پایدارکننده با پایه کلسیم و روی استئارات است و خواص حرارتی و مکانیکی ترکیب بدست آمده نیز بررسی میشود.
بخش تجربی
در این پژوهش، پلاستیک PVC صنعتی تحت عنوان NGP30-32 استفاده شد که در راستای استاندارد GOST 5960-72 بدست آمده است. ترکیب‌بندی این پلاستیک بصورت زیر است: PVC، دی‌اکتیل فتالات، ید سولفات سه محوره (TLS)، دی‌فنیلول پروپان، یک تکه گچ، استیارین اسید، کلسیم استئارات و روغن سویای اپوکسی‌دار شده.
برای جایگزین کردن پایدارکننده حرارتی TLS، یک پایدارکننده کمپلکس‌ساز در این پژوهش استفاده شد که بر اساس مخلوطی از نمک‌های آلی کلسیم و روی استئارات بدست آمد. در این حالت، پایدارکننده Ca/Zn در ساخت پلاستیک PVC بکار رفت و برای این کار، در مرحله اختلاط داغ (میکسر DIOSNAD-49074، آلمان) اجزای اصلی پخش شد. سپس این مخلوط با یک اکسترودر دو ماردونی به قطر 20 میلی‌متر در دمای 140 تا 165 درجه سانتی‌گراد قالب‌گیری شد. مقدار ترکیبات مولیبدنیوم بین 3 تا 10 درصد جرمی بود. مواد اکسترود شده نیز به شکل گرانول در آمدند و برای ساخت نمونه‌های مورد نظر استفاده شدند. نمونه‌های پلاستیک PVC برای انجام تست نیز با قالب‌گیری تحت فشار روی دستگاه قالب‌گیری تزریقی Ray-Ran در دمای 165 تا 170 درجه سانتی‌گراد، به شکل استوانه 60 درجه و فشار قفل‌شوندگی 8 بار ساخته شدند.
قبل از انجام تست‌های حرارتی و مکانیکی، نمونه‌ها در یک فضای استاندارد و براساس دستورالعمل GOST 12423-66 بمدت حداقل 16 ساعت تهویه شدند.
پایداری حرارتی پلاستیک PVC صنعتی و نمونه دارای پایدارکننده Ca/Zn در دوره انگیزش (القا) رنگ شاخص Congo-Red حین انتخاب محصول کلرید در زمان کهنگی یا پیرسازی گرانول‌های پلاستیک (200 درجه سانتی‌گراد) طبق راهنمای GOST 14041-91 تعیین شد.
قابلیت فرآوری یا فرایندپذیری پلاستیک‌های PVC برحسب سرعت جریان مذاب (MFR) ارزیابی شد. در عین حال، MFR با استفاده از ویسکومتر موئین IIRT-A اندازه‌گیری شد. شرایط تست عبارتند از: بار 10 کیلوگرم، دمای 190 درجه سانتی‌گراد، قطر لوله موئین 2 میلی‌متر.
چگالی پلاستیک PVC براساس راهنمای GOST 15139-69 و با روش توزین هیدرواستاتیک در آب مقطر و در دمای20 درجه سانتی‌گراد روی نمونه‌های قالب تعیین شد. شاخص اکسیژن (OI) نیز طبق راهنمای GOST 12.1.044-89 روی دستگاه ساخت شرکت Nose lab AST (ایتالیا) محاسبه شد. نمونه‌ها بصورت میله‌هایی به طول 80 تا 120 میلی‌متر، پهنای 10 میلی‌متر و ضخامت 3 تا 4 میلی‌متر بودند. تست‌های مکانیکی برای کشش تک محوره روی نمونه‌هایی به شکل یک تیغه دوطرفه با ابعاد مطابق GOST 112-80 انجام شدند. تست‌ها روی دستگاه Gotech Testing Machine CT-TCS 2000 ساخت تایوان و در دماهای 30- تا 70+ درجه سانتی‌گراد و نرخ کشش 10mm/min انجام شد.
نتیجه‌گیری
نتایج بدست آمده را می‌توان بدین گونه خلاصه کرد. یک پایدارکننده با پایه نمک‌های کلسیم و روی استئارات برای جایگزینی سولفات ید سه محوره در فرمولاسیون پلاستیک PVC استفاده شد. در عین حال، علاوه بر مسأله ایمنی زیست محیطی، جایگزینی یک پایدارکننده Toss با یک پایدارکننده Ca/Zn باعث افزایش مقاومت نمونه در برابر گرما و کاهش تخریب ماتریس پلیمر میشود و در عین حال شاهد افزایش فرایندپذیری ترکیب بدست آمده خواهیم بود. هم چنین در این حالت دیدیم که پلاستیک PVC حاوی یک پایدارکننده Ca/Zn دارای خواص مکانیکی فیزیکی بهتری در مقایسه با پلاستیک PVC استاندارد بود.