پلی‌وینیل کلرید (PVC): خواص، کاربردها و فرآوری

PVC کوتاه‌شدهٔ پلی‌وینیل کلرید و یکی از پنج پلاستیک عمومی اصلی است. این ماده رزینی ترموپلاستیک است که از پلیمریزاسیون مونومر وینیل کلرید (VCM) در شرایط مشخص به دست می‌آید.

PVC به‌طور گسترده در ساختمان، کابل، لوازم مصرفی روزمره، بسته‌بندی، کاربردهای پزشکی و سایر حوزه‌ها به کار می‌رود. PVC به دلیل استحکام مکانیکی عالی، مقاومت در برابر خوردگی، خواص عایق الکتریکی و فرآیندپذیری خوب، جایگاه مهمی در مصرف جهانی پلاستیک دارد.

پارامترهای عملکردی PVC

PVC خواص فیزیکی و شیمیایی پایداری دارد؛ در آب، الکل و بنزین حل نمی‌شود و نفوذپذیری آن در برابر گازها و بخار آب کم است. در دمای اتاق، در برابر اسید کلریدریک با هر غلظتی، اسید سولفوریک زیر ۹۰٪، اسید نیتریک ۵۰–۶۰٪ و محلول‌های سود سوزآور زیر ۲۰٪ مقاوم است و میزانی از مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی نشان می‌دهد. در برابر نمک‌ها کاملاً پایدار است، اما در حلال‌های آلی مانند اترها، کتون‌ها، هیدروکربن‌های آلیفاتیک کلردار و هیدروکربن‌های آروماتیک حل می‌شود.

• سختی قابل تنظیمبا افزودن نرم‌کننده می‌توان PVC نرم و بدون آن PVC سخت تولید کرد.
• مقاومت شیمیایی عالیمقاومت بالا در برابر اسیدها، قلیاها و نمک‌ها.
• عایق الکتریکی خوببه‌طور گسترده در روکش سیم و کابل به کار می‌رود.
• تأخیر در شعله‌وری خوبخودخاموش‌شونده و مطابق با استانداردهای گوناگون تأخیر در شعله‌وری.
• فرآیندپذیری بالامناسب برای اکستروژن، قالب‌گیری تزریقی، کلندرینگ، قالب‌گیری بادی، ترموفرمینگ و سایر فرایندها.
• محدودیت‌های زیست‌محیطیهنگام سوختن گاز HCl آزاد می‌کند؛ استفاده از پایدارکننده‌های فلزات سنگین در اروپا تحت مقررات است.

ساختمان و مصالح ساختمانی

پروفیل در و پنجره، لولهٔ فاضلاب، کف‌پوش وینیلی، دیوارپوش، ورق فوم، عایق رطوبتی بام و غیره.

سیم و کابل

روکش کابل، لایه‌های عایق، سیم‌های مخابراتی، دسته‌سیم خودرو

محصولات پزشکی

لولهٔ سرم، کیسهٔ خون، دستکش یک‌بارمصرف، ماسک تنفسی، کاتتر و غیره (باید با استانداردهای بدون DEHP مطابقت داشته باشند)

بسته‌بندی و محصولات روزمره

بطری‌های قالب‌گیری بادی، فیلم‌های شرینک، کارت، اسباب‌بازی، چرم مصنوعی، زیرهٔ کفش و غیره.

PVC عمدتاً با پلیمریزاسیون رادیکال آزاد مونومر وینیل کلرید (VCM) تولید می‌شود. روش‌های رایج عبارت‌اند از:

• پلیمریزاسیون سوسپانسیونیPVC دانه‌ای تولید می‌کند؛ پرکاربردترین روش با بیشترین حجم تولید.
• پلیمریزاسیون امولسیونیذرات ریز تولید می‌کند؛ عمدتاً برای پوشش‌ها و رزین‌های خمیری به کار می‌رود.
• پلیمریزاسیون توده‌ایکمتر رایج است؛ ذرات درشت‌تری تولید می‌کند.

اگرچه رزین پایهٔ PVC خواص بنیادی عالی دارد، برای برآوردن نیازهای گوناگون حوزه‌های مختلف از نظر انعطاف‌پذیری، پایداری حرارتی، مقاومت ضربه، تأخیر در شعله‌وری و عملکرد ویژه، باید با افزودنی‌ها و فیلرهای مختلف کامپاند و اصلاح شود. روش‌های رایج اصلاح و سازوکار آن‌ها عبارت‌اند از:

• نرم‌سازیافزودن DOP، DINP، DEHT و غیره برای تولید PVC نرم.
• پایدارسازیافزودن پایدارکننده‌های حرارتی کلسیم-روی و پایهٔ قلع.
• تأخیر در شعله‌وریPVC ذاتاً خودخاموش‌شونده است و این خاصیت را می‌توان بیشتر تقویت کرد.
• مقاومت ضربهافزودن ACR، MBS و غیره.
• اصلاح ضدباکتری و آنتی‌استاتیکدر بسته‌بندی پزشکی و الکترونیکی به کار می‌رود.

USEON صدها خط تولید گرانول‌سازی PVC تحویل داده است.

PVC بادوام، ارزان و آسان‌فرآیند است. پیش از ساخت محصولات نهایی، PVC معمولاً باید همراه با افزودنی‌های عملکردی گرانول شود. افزودنی‌های قابل انتخاب عبارت‌اند از پایدارکننده‌های حرارتی، پایدارکننده‌های UV، نرم‌کننده‌ها، کمک‌فرایندها، اصلاح‌کننده‌های ضربه، اصلاح‌کننده‌های حرارتی، فیلرها، تأخیراندازهای شعله، بیوسایدها، عوامل فوم‌زا، کاهنده‌های دود و رنگدانه‌ها.

PVC در دماهای بالا (بالاتر از ۱۷۰ °C) به‌آسانی تخریب می‌شود. اکسترودر دومرحله‌ای USEON به‌طور ویژه برای گرانول‌سازی PVC طراحی شده است.

مرحلهٔ اول: از یک اکسترودر دوماردون همسوگرد موازی با ساختار مدولار ماردون و سیلندر استفاده می‌شود که امکان چیدمان مجدد آسان المان‌های ماردون را برای فرمولاسیون‌های مختلف فراهم می‌کند. اکسترودر دوماردون کیفیت پخش و اختلاط بهتری دارد، اما دمای مذاب را بالاتر می‌برد؛ از این رو به دستگاه دومرحله‌ای نیاز است.

مرحلهٔ دوم: از یک اکسترودر تک‌ماردون برای خنک کردن مذاب خروجی از اکسترودر دوماردون و انجام گرانول‌سازی استفاده می‌شود.

در گرانول‌سازی، انتخاب روش برش مستقیماً بر شکل گرانول، ظرفیت تولید و عملکرد فرآوری بعدی اثر می‌گذارد. روش‌های رایج گرانول‌سازی عبارت‌اند از:

در میان این روش‌ها، سیستم گرانول‌سازی حلقهٔ آبی به دلیل بازدهی بالا، سطح اتوماسیون بالا و ظاهر یکنواخت گرانول‌ها، رایج‌ترین روش در خطوط تولید دومرحله‌ای PVC است. در مقابل، گرانول‌سازی رشته‌ای با خنک‌کاری هوا برای محصولاتی که به ظاهر بهتر نیاز دارند یا پیش‌ماده‌های فومی، مانند نوارهای آب‌بندی ساختمانی و زیرلایه‌های ورق، مناسب‌تر است.

روش دومرحله‌ای در مقایسه با فرایند سنتی کنیدر + تک‌ماردون این مزایا را دارد:

• بازدهی بالای اصلاحپخش بهتر و واکنش‌های کامل‌تر
• سازگاری با سیستم‌های افزودنی گوناگونACR، MBS، کلسیم-روی، تأخیراندازهای شعلهٔ بدون هالوژن و غیره
• قابل استفاده برای انواع PVCفرمولاسیون‌های نرم، سخت، شفاف و فومی
• یکنواختی بهتر محصولظرفیت تولید بالاتر و اتوماسیون بیشتر

PVC را می‌توان به روش‌های فیزیکی و شیمیایی بازیافت کرد:

• بازیافت فیزیکیشامل خردکردن و گرانول‌سازی مجدد است و سپس در کاربردهای بدون تماس با مواد غذایی مانند اتصالات و کف‌پوش دوباره به کار می‌رود.
• بازیافت شیمیاییبا پیرولیز، کلر را می‌توان به‌صورت هیدروژن کلرید (HCl) بازیابی کرد و دوباره در تولید VCM به کار برد، هرچند این روش در حال حاضر کمتر رایج است.
• محدودیت‌هاافزودنی‌های باقی‌مانده مانند نرم‌کننده‌ها و پایدارکننده‌ها می‌توانند بر ایمنی زیست‌محیطی و عملکرد PVC بازیافتی اثر بگذارند.