مستربچ چیست؟

مستربچ محصولی است که در آن پودر رنگ (پیگمنت) پودرهای معدنی، آلی و یا افزودنی‌های دیگر بصورت بهینه شده طی فرایند مذاب درون یک رزین پایه (ترموپلاستیک پایه) ادقام شده‌اند. میزان مصرف مستربچ در فرایند نهایی تولید محصول پلاستیک متغیر می باشد.  که این رزین مطابق است با پلاستیک اصلی  تزریقی، چه به صورت دانه‌(گرانول) چه به‌ صورت کپسول(پریل).

از آنجا که پلیمرهای موجود قابلیت برآوردن نیازهای های روزافزون صنعت را دارا نمی باشند تولید مواد و ترکیبات جدید همواره مورد توجه بوده است.مستربچ ترکیبی از مواد است که در حوزه مهندسی پلیمر به معنی ترکیب پلیمرها با مواد افزودنی آلی و معدنی است.

مستربچ یا کامپاند شامل پایه پلیمری و مواد شیمیایی می‌باشد. پایه پلیمر را بسته به نوع محصول نهایی و خواص مورد نظر انتخاب می کنند، مواد شیمیایی نیز به خواص بهینه مورد نیاز وابسته است به طوریکه اگر رنگ کردن قطعه مد نظر باشد از مواد شیمیایی رنگی معدنی یا آلی استفاده می کنند  و یا اگر استحکام مد نظر باشد از تقویت کننده‌ها استفاده می‌کنند و همینطور بسته به نیاز خواص فرایندی و یا محصول از مواد شیمیایی مناسب استفاده می‌کنند.

مستربچ ها به دلیل سهولت فرایند، وزن کم، خواص مناسب و قیمت مناسب از اهمیت ویژه برخوردارند. پلیمرها به صورت خام و بدون افزودنی ها خواص مکانیکی و ویژگی های ظاهری مطلوب را ندارند پس به ناچار آنها را با افزودنی های مناسب مخلوط کرده تا به خواص مورد نظر دست یابیم. به طور مثال پلیمرها در اثر فرآیند کردن در درجه حرارت های بالا اکسید و تخریب میشوند. به این خاطر در ترکیب انها افزودنی انتی اکسیدانت حتما حضور خواهد داشت. همچنین پلیمرها دارای ضریب اصطکاک سطحی بالایی هستند بنابراین برای فرآیند کردن راحت تر آنها را با روان کننده ها ترکیب می کنند.

پلیمرها در انواع صنایع از جمله صنعت بسته بندی، تولید لوله و اتصالات، سیم و کابل، لوازم خانگی، قطعات خودرو و ..... استفاده می‌گردند. بسته به کاربرد، باید نوع مناسبی از انواع مختلف پلیمر انتخاب شود. حتی اگر نوع پلیمر مناسب برای تولید یک محصول انتخاب شود باز هم نمی‌تواند تمام خواصی را که ما به آن نیاز داریم را در محصول نهایی ایجاد کند. بنابراین موادی به عنوان افزودنی، رنگ، پرکننده و تقویت کننده باید به پلیمر اضافه گردند تا بتوانند پلیمر مربوطه را برای کاربردهای مختلف آماده نمایند، به این ترکیب مستربچ می گویند. سپس در هنگام تولید قطعات، با توجه به نوع مستربچ، درصدی از این ماده را به محصول اضافه می‌کنند تا خواص مورد نظر را بدست آورند.

02432464407-09

انواع نرم کننده مورد استفاده در پی وی سی

انواع نرم‌کننده‌های مورد استفاده در پی‌وی‌سی

نرم‌کننده مناسب برای پی‌وی‌سی باید از یک جزء قطبی مانند گروه کربونیل و یک جزء غیر قطبی مانند زنجیر الیفاتیک یا استر تشکیل شده باشد. جزء قطبی مسئول برهم کنش با پی‌وی‌سی و کاهش سرعت مهاجرت نرم‌کننده از آمیزه، و جزء غیر قطبی مسئول کنترل حجم آزاد است.

به طور کلی نرم کننده‌ها به دو دسته تقسیم می‌شوند. نوع اول پایداری و ماندگاری بیشتری در آمیزه دارد اما نوع دوم به دلیل سازگاری کمتر با رزین معمولاً به همراه نوع اول و به منظور کاهش قیمت به کار می‌رود.در ادامه به مهم‌ترین و پرمصرف‌ترین نرم‌کننده‌های صنعت پی‌وی‌سی پرداخته شده است:

فتالات‌ها

این دسته که پرمصرف‌ترین نرم‌کننده پی‌وی‌سی است در واقع استرهای اسید فتالیک بوده که از واکنش فتالیک انیدرید و الکل به دست می‌آید. سازگاری و فرایندپذیری خوب، فراریت کم، پایداری در مقابل نور و دما و قیمت کم از ویژگی‌های این دسته به شمار می‌رود.

در این گروه دی‌اکتیل‌فتالات (DOP) بیشترین کاربرد را دارد اما به دلیل اثرات نامطلوب زیست محیطی، مصرف آن رو به کاهش است. امروزه در صنایع غذایی و پزشکی دی‌ایزونیل فتالات (DINP) و دی‌ایزودسیل فتالات (DIDP) به جای دی‌اکتیل فتالات استفاده می‌شود. این دو نرم‌کننده به دلیل وزن مولکولی بالاتر دوام بیشتری در آمیزه پلیمری دارند. دوام بیشتر در آمیزه موجب افزایش دمای عملکردی نیز می‌شود. دمای عملکرد دی‌اکتیل فتالات و دی ایزودسیل فتالات به ترتیب عبارتند از: 0C60 و0C 75  

فسفات‌ها

استرهای اسید فسفریک مانند تری‌اریل‌ها علاوه بر نقش نرم‌کنندگی، مقاومت در برابر شعله‌وری را نیز افزایش می‌دهند. اهمیت این گروه از آن جهت است که بسیاری از نرم‌کننده‌ها مانند فتالات‌ها، تریملیتات‌ها و غیره اشتعال‌پذیری پی‌وی‌سی را که خود ذاتاً اشتعال‌پذیر نیست، افزایش می‌دهند.  قیمت این گروه بیشتر از فتالات‌هاست و نقص اصلی آنها این است که در دمای پایین خواص خوبی ایجاد نمی‌کنند.

دی‌استرهای الیفاتیک

این گروه به منظور بهبود خواص در دمای پایین به کار می‌روند. سه دسته مهم این گروه عبارتند از: آدیپات‌ها، سباسات‌ها و آزلات‌ها. مشکل اصلی این نرم کننده‌ها سازگاری کم با پی‌وی‌سی است که آنها را در دسته نرم کننده‌های ثانویه قرار می‌دهد.

اپوکسی‌ها

مشهورترین نرم‌کننده این دسته روغن سویای اپوکسی شده است که  عمدتاً در صنایع غذایی و دارویی کاربرد دارد. ویژگی‌های مهم این گروه عبارت است از: سازگاری بسیار خوب با پی‌وی‌سی، پایداری نوری و حرارتی، مقاومت در برابر استخراج و مهاجرت (به طوری که قابل مقایسه با نرم‌کننده های پلیمری است)، اثر هم‌افزایی در کنار پایدار کننده‌های فلزی مانند ترکیبات روی-کادمیوم. از معایب این گروه می‌توان به مشکلات انبارش آن اشاره کرد. این ماده در دمای پایین تمایل به بلورینگی دارد که البته با گرم کردن آن تا دمای 0C 40-30 ساختارهای بلوری ایجاد شده بدون تاثیر بر عملکرد نرم کنندگی از بین می روند.

تریملیتات‌ها

ویژگی برتر این گروه فراریت بسیار کم آنهاست که باعث شده کاربرد زیادی در تولید عایق‌های الکتریکی و قطعات داخلی ماشین داشته باشند. دمای عملکرد تریملیتات‌ها به مراتب بالاتر از فتالات‌ها یعنی حدود0C 105 است. این نرم کننده‌ها همچنین مقاومت خوبی در برابر استخراج توسط محلول‌های آبی نشان می‌دهند لذا گزینه مناسبی برای کاربردهای در تماس با آب به عنوان مثال قطعات ماشین لباسشویی هستند. قیمت بالا و عدم خواص خوب در دمای پایین از معایب این نرم کننده‌ها به شمار می‌رود.

نرم کننده‌های پلیمری

وزن مولکولی بالای این دسته موجب حداقل فراریت و ماندگاری بالای آنها در آمیزه پی‌وی‌سی می‌شود. این نرم کننده‌ها به خصوص برای کاربرد عایق‌های الکتریکی که زمان طولانی در دمای بالا هستند و قطعات مجاور روغن‌ها و حلال‌ها مناسب هستند. قیمت بالا، سرعت بسیار پایین انحلال در پلیمر، ویسکوزیته بالا و عملکرد ضعیف در دمای پایین از معایب این گروه به شمار می‌رود.

02432464407-09

سازگاری نرم کننده و پی وی سی

میزان سازگاری پلیمر و نرم‌کننده به کمک پارامتر حلالیت مشخص می‌شود. در صورتی نرم‌کننده‌ با پی‌وی‌سی سازگاری دارد که اختلاف پارامتر حلالیت آنها برابر با(cal/cm 3) 0.5 1.5باشد.

کلیه اجزای موجود در فرمولاسیون نظیر پایدارکننده، رنگدانه، فیلر، روان‌کننده و... می‌توانند سازگاری مابین پلیمر و نرم‌کننده را تحت تاثیر قرار دهند. در شرایطی نرم‌کننده می‌تواند موثر باشد که برهمکنش‌های پلیمر- نرم‌کننده بر سایر برهم‌کنش‌ها غلبه کند. اگر نرم‌کننده و پلیمر سازگاری نداشته باشند، جدایی فازی رخ داده و نرم‌کننده به سطح قطعه مهاجرت می‌کند، در این حالت نرم‌کننده به عنوان عامل جدایش از قالب عمل نموده و عملاً خواصی که به عنوان نرم کننده از آن انتظار می‌رود را نشان نخواهد داد.

02432464407-09

افزودنی پلیمرها- نرم کننده ها قسمت دوم

می دانیم که نرم سازها در اصل حلالهای غیر فرار هستند. در نتیجه می بایست از پارامترهای انحلال پذیری نزدیک به پارامترهای انحلال پذیری پلیمر و وزن مولکولی دست کم 300 برخوردار باشند. در صورتی که پلیمر یا نرمساز متمایل به تبلور باشند، طبعا نیاز به برخی برهم کنش های ویژه میان پلیمر و نرم ساز خواهد بود.

از موارد خاص قابل توجه این است که وقتی دو نرمساز با وزن مولکولی و پارامتر انحلال پذیری یکسان، با پلیمر آلیاژ شوند، آمیزه هایی با خواص بسیار متفاوت بدست می آید. تفسیرهای زیادی در این خصوص پیشنهاد شده که رایج ترین آنها فرضیه قطبیت و فرضیه پیوند هیدروژنی است.

در فرضیه قطبیت نرم سازها به عنوان فضاگیر عمل نمی کنند بلکه با مولکولهای پلیمر اتصال برقرار می کنند، گرچه این اتصالات احتمالا موقتی باشند. گفته می شود در این حالت برهم کنش دوقطبی میان یک گروه قطبی از مولکول پلیمر مانند اتم کلری که بخشی از  دو قطبی کربن – کلر را تشکیل می دهد و یک گروه قطبی از نرمساز نظیر یک گروه استر اتفاق می افتد. در جایی که بین نرم ساز و یا تعدادی مولکولهای بیشتری اتصال برقرار شود، شکلی از اتصالات عرضی قطبی اتفاق می افتد.

برخی مولکولها نه تنها حاوی گروههای قطبی اند بلکه شامل گروه های قطبش پذیز مثل حلقه های بنزنی هستند که اتصال قطبی را تقویت می کنند.بنابراین طیفی از نرمسازها با درجات مختلف قطبیت و قطبش پذیری در دست خواهد بود. در اثر همین تفاوت هاست که اثرات متفاوتی از دو نرمساز تری تولیل فسفات و دی اکتیل سباسات در PVC دیده می شود.اولی شدیدا قطبی و بسیار قطبش پذیر بوده و دومی از قطبیت کمتری برخوردار است. اتصال قویتر فسفات بر روی اثر فضاگیری نرمساز تاثیر می گذارد به طوری که آمیزه های حاصل از مدول و سختی بیشتر و در دمای انعطاف سرد بالاتری در مقایسه با آن چه که از اثر فضاگیری تنها انتظار می رود برخوردار می شوند. در مورد PVC هیدروژن برروی کربن چسبیده به کلر ، فعال بوده به طوری که مولکول پلیمر به عنوان یک پروتون دهنده عمل می کند.

برخی از موارد ، بخشی از نرمسازها توسط ارزان کننده جایگزین می شود، این دسته ، موادی هستند که خود نرمساز نبوده ولی استفاده از آنها تا غلظت مشخصی در یک سیستم پلیمر – نرمساز مجاز است. از روغنهای پالایش و واکسهای کلردار به شکل گسترده ای در PVC به همین منظور استفاده می شود که هدف اصلی کاهش هزینه بوده گرچه واکسهای کلردار به عنوان پایدار کننده حرارتی هم عمل می کنند.

دی اکتیل فتالات (DOP) یکی از مهم ترین نرم کننده های پودر پی وی سی است روش تولید این ماده در یک راکتور مجهز به همزن در مجاورت کاتالیزور پاراتولوئن سولفونیک اسید (PSTA) با دو ماده اولیه دو اتیل هگزانول و انیدرید فتالیک تولید می شود و مراحل تولید DOP عبارتند از استریفاکسیون، بازیابی الکل مازاد و صاف کردن محصول . کاربرد در صنایع چرم مصنوعی، کفش، رنگسازی، شیلنگ سازی، اسباب بازی کابل سازی ،گرانول سازی، فیلتر هوا، توپ سازی، نوار دور شیشه و…

ساختار دی اکتیل فتالات (DOP)

02432464407-09

افزودنی پلیمرها- نرم کننده ها- قسمت اول

نرم کننده ها:

عمل آلیاژ کردن نرم سازها با برخی پلیمرها از همان روزهای اول صنعت پلاستیک وقتی الکساندر پارکس ، پارکزین را معرفی کرد انجام می شده است . وقتی اولین مرتبه به کار گرفته شدند، اساسا به عنوان جداکننده مولکولهای پلیمر عمل می کردند.طبعا انرژی کمتر جهت چرخش پیوند مولکولی لازم بود و پلیمرها در دمای پایین تر از دمای تجزیه شان قابلیت جریان داشتند. بعدها دریافتند که نرم سازها دو نقش دیگر هم ایفا می کنند ، کم کردن گرانروی مذاب و تغییر خواص فیزیکی محصول مانند افزایش نرمی و انعطاف پذیری و کاهش دمای انعطاف سرد ( دمایی که زیر آن آمیزه پلیمر انعطاف پذیری خود را از دست می دهد.)

به عبارت دیگر تعریف نرم‌کننده یا پلاستی‌سایزر عبارت است از ماده‌ای که در ترکیب با ماده دیگر (عموماً پلاستیک و یا الاستومر) منجر به افزایش انعطاف می‌شود. حضور نرم‌کننده می‌تواند باعث کاهش دمای انتقال شیشه‌ای، ویسکوزیته مذاب و مدول الاستیک شود.

امروزه از نرمسازها در بسیاری از پلیمرها مانند پلی وینیل استات، پلیمرهای آکریلی ، سلولز استات و مهمترین همه پلی وینیل کلراید PVC)) استفاده می شود. بیشترین بازار مصرف نرم‌کننده در صنایع پلیمری (حدود80درصد) متعلق به صنعت پی‌وی‌سی است. استفاده از مقادیر کم نرم‌کننده در فرمولاسیون پی‌وی‌سی موجب کاهش دمای فرایند و ممانعت از تخریب حرارتی آن می شود. از طرف دیگر این افزودنی به دلیل ایجاد انعطاف پذیری یکی از اجزای اصلی فرمولاسیون پی‌وی‌سی نرم به شمار می‌رود. مقادیر کم کمتر از (15Phr) نرم‌کننده با نفوذ میان زنجیرها و جلوگیری از ارتعاش و حرکت مولکولی خاصیت ضد نرم‌کنندگی مشاهده می‌شود. در این مقادیر نرم‌کننده، افزایش مدول و استحکام کششی و کاهش ازدیاد طول در نقطه شکست و استحکام ضربه مشاهده می‌شود. همچنین در مقادیر بسیار بالای نرم کننده  بیشتر از (90Phr ) تغییرات خواص مکانیکی با تغییر میزان نرم‌کننده بسیار ناچیز است. در غلظت میانی نرم کننده (20-80Phr) ساختار شیمیایی نرم‌کننده نقشی تعین کننده بر سهولت فرایندپذیری پی‌وی‌سی دارد.

02432464407-09