تولید مستربچ و فرآیند آن

مراحل متفاوت کاملا مشخصی در تولید مستربچ وجود دارند که اکثرا به صورت زیر است:

 

 1-اولین ومهمترین مرحله فرمول‌بندی رنگ یا میزان افزودنی است که بدون یکی از اینها نمی‌توان ادامه داد. امروزه اکثر تولیدکنندگان با کفایت از کامپیوتر برای دادن تمامی اطلاعات لازمه استفاده می‌کنند.

 2-تمام اجزا لازم به دقت وزن شده در صورت لزوم مخلوط شده در ظروف تغذیه جدا گانه ریخته شوند.در بعضی موارد لازم است که این ترکیبات با سرعت بالا ترکیب شوند تا نتیجه بهتری ارائه دهند.

برای تنظیم میزان تغذیه اجزا وجود یک پیچ تنظیم متناسب با خروجی دستگاه ضروری است. از آنجاییکه ماشین‌ ‌آلات از منابع تغذیه مواد مایحتاج را تامین می‌کنند، تغذیه کننده جز مهمی است که باید قابل تنظیم باشد.

مرحله مخلوط کردن مذاب نیاز است تا دقیقا در دمای از پیش تعیین شده زمانیکه مخزن تنظیم شده تا مخلوط را مذاب کند انجام شود.دمای بالا یا بالعکس پایین به‌صورت برش‌هایی ناپسند با پخش‌ نامناسب پودرها نتیجه می‌دهد. مستربچ نهایی باید به اندازه‌ای مستحکم باشد که بتوان در آخرین مرحله برروی آن اندازه‌گیری ولومتری انجام داد. بنابراین لازم است تا از صافی‌هایی برای مطمئن شدن از اندازه مناسب مستربچ دانه‌ای‌(گرانول)، نبودن مستربچ‌های خارج از اندازه یا بسیار ریز، استفاده شود. مستربچ نهایی باید به اندازه‌ای مستحکم باشد که بتوان در آخرین مرحله برروی آن اندازه‌گیری ولومتری انجام داد. بنابراین لازم است تا از صافی‌هایی برای مطمئن شدن از اندازه مناسب مستربچ دانه‌ای‌(گرانول)، نبودن مستربچ‌های خارج از اندازه یا بسیار ریز، استفاده شود.

 

بهبود فرایند اختلاط مستربچ

عوامل متعددی جهت بهبود فرایند اختلاط مستربچ در تولید محصول نهایی وجود دارد:

1) انتخاب پایه ترموپلاستیک سازگار با بیس محصول نهایی ( فیلم، ورق، قطعات تزریقی، بادی، لوله، راد(

2) انتخاب ترموپلاستیک مناسب با شاخص جریان (MFI) بالا از موارد دیگری است که حین تولید مستربچ ها باید لحاظ گردد. ازدیاد افزودنی معمولا سبب کاهش MFI مستربچ می گردد.

3) طرح اختلاط موثر با توجه به حجم افزودنی (معدنی، پیگمن رنگی، ترکیبات آلی و ...) میتواند مستربچی با خواص بسیار ویژه تولید نماید. اختلاط موثر به دو صورت خشک و مذاب صورت می گردد. در مرحله دوم، اختلاط مذاب با استفاده از اکسترودرهای دوپیچ با نسبت طول به قطر مناسب صورت می گردد. در مواردی نیز میتوان از اکسترودهای تک پیچ با المان های اختلاط موثر و نسبت طول به قطر بالا نیز استفاده کرد.

4) توزین مناسب و دقیق مواد اولیه تاثیر بسیار بالایی در کیفیت نهایی مستربچ میتواند ایفا نماید. دارا بودن یک سیستم دوزینگ و خوراک دهنده دقیق به دستگاه اختلاط مذاب.

5) ایجاد سازگاری افزودنی با مواد اولیه از دیگر پارامترهای مهمی است که میتواند تاثیر بسیار بالایی بر توزیع افزودنی در ماتریس پلیمری این محصول و در نهایت در محصول نهایی ایجاد نماید. سازگاری اهمیت بسیار بالایی در خواص مکانیکی و کیفیت سطح محصول ایفا می کند.

 

02432464407-09

پایه مستربچ، میزان تغذیه و پخش شوندگی

ماده پایه مصرفی معمولا به‌ صورت یکی از موارد ذیل است: پلی‌اتیلن سبک، پلی‌پروپیلن، پلی‌استایرن، EVA، واکس‌های با وزن ملوکولی پایین، رزین آلکیدی، یا پلیمر‌های مخصوص دیگر.

 

میزان تغذیه

 

میزان مصرف مستربچ ها بر اساس غلظت افزودنی های درون پایه ترموپلاستیک و کاربرد نهایی توسط تولید کننده به مصرف کننده اعلام می گردد. میزان مصرف این محصولات بر اساس نیاز مشتری میتواند از زیر 1% برای برخی انواع ماورا بنفش و رنگ ها تا بالای 50% برای انواعی از کند کننده‌های حریق متغیر باشد. برای رنگ کردن محصولات میزان 3-1% مناسب است. مهمترین پارامتر درکنار کیفیت آنها، بحث اقتصادی بودن آن می باشد. تولید کننده می تواند با انتخاب پایه مناسب از مواد اولیه، طرح اختلاط ویژه و استفاده از تجهیزات فرایندی مناسب، محصولی بر اساس نیاز بازار تولید نماید و مصرف کننده را در جهت ایجاد ارزش افزوده مناسب یاری نماید. برخی از مستربچ ها دارای قیمتی به مراتب بالاتر از مواد اولیه می باشند و اکثر مصرف کننده گان ممکن است در نگاه اول علاقه ای به استفاده از این افزودنی های پیدا نکنند، این درحالیست که ازدیاد برخی از این محصولات تا حد زیادی میتواند هزینه های تولید، استهلاک تجهیزات و کیفیت نهایی محصول را افزایش دهد. هرچند که با استفاده از مستربچ هزینه‌های تولید بالاتر می‌رود اما شما می‌توانید در وقت، انرژی و هزینه لازم برای مخلوط کردن این پودرها و نیروی کار صرفه جویی کنید. به‌علاوه در فرآیند تولید پلاستیک شما از نتیجه کار خود اطمینان بیشتری دارید در بسیاری موارد هزینه‌ها در پی افزایش قدرت رنگ‌دهی نیز کاهش ‌می‌یابد.

 

پخش شوندگی

 

موثرترین روش پخش‌کردن رنگ/افزودنی شامل ترکیب آنها با یک رزین مذاب مطابق با ماده نهایی مصرف است.گستره وسیعی از تجهیزات می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد، اما عموما باید شامل دستگاه برش مناسب به همراه مخلوط کن و کنترلر دما باشد. در مکانیزم مخلوط کردن، قابل قبول‌ترین نظریه تاکید بر شارش به عنوان بحرانی‌ترین مرحله دارد. بهترین مخلوط در بالاترین حالت چسبندگی پلیمر مصرفی بدست می‌آید.. این زمان بهترین موقع جهت شروع افزودن است. مخلوط کردن مواد بعد از این نقطه تحت تاثیر افزایش دما و کاهش چسبندگی قرار می‌گیرد.

برای بدست اوردن پخش‌پذیری مناسب رنگ/افزودنی باید به صورت مذاب با هم ترکیب شوند. در جایی که میزان زیادی از این ترکیب‌ها نیاز است  بهترین انتخاب می‌تواند مخلوط‌کن‌های داخلی همانند بنبوری باشد. مخلوط ‌کن‌های داخلی مداوم و اکسترودر با مارپیچ دوقلو نیز می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد، در برخی موارد نیز می‌توان از ماشین‌های تک مارپیچ مانندBuss Ko-Kneader نیز می‌توان استفاده کرد. روش‌های دیگر شامل استفاده از مخلوط ‌کن‌های سرعت بالا به‌ همراه اکسترودر تک مارپیچ است.

 

02432464407-09

مستربچ

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 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 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

نرم کننده مورد استفاده در پی وی سی

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

نرم کننده و پی وی سی

 

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.

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.

 

02432464407-09

افزودنی پلیمر- نرم کننده ها- بخش دوم

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.

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.

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 پلیمر- نرم کننده ها- بخش اول

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.

فرآیند 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.)

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

افزودنی پلیمر- پرکننده ها

معمولا به افزودنی های جامد در یک پلیمر که خواص فیزیکی آن را اصلاح می کند پرکننده می گویند.  پرکننده ها دو دسته هستند:

آنهایی که پلیمر را تقویت کرده و باعث بهبود خواص مکانیکی پلیمر می شود.

آنهایی که فقط حجمی از ماده را اشغال کرده تا از پلیمر کمتری در تهیه نمونه استفاده شود.

نوع سومی نیز وجود دارد که کمتر معمول است و آن پرکننده هایی هستند که در زمینه پخش شده تا هدایت الکتریکی نمونه پلیمری را بهبود دهند.

اضافه کردن تقویت کننده به پلیمر باعث تولید ماده مرکب (composite) می شود .مواد مرکب به دو دسته تقسیم می شوند:

مواد مرکب با تقویت کننده هایی با کارایی بالا

مواد مرکب با تقویت کننده هایی با کارایی پایین

در مواد مرکب با کارایی بالا، تقویت کننده به گونه ای در پلیمر جا می گیرد که خواص مکانیکی بهینه شود، مانند اضافه کردن الیاف شیشه به رزین اپوکسی.در مواد مرکب با کارایی بالا تقویت کننده بین 50 تا 80 درصد حجمی ماده را تشکیل می دهد. این مواد به صورت لایه ای یا تیوبی تهیه می شوند.در موادمرکب با کارایی پایین، تقویت کننده به اندازه ای کوچک است که به راحتی بتواند در زمینه پخش شود. روش تولید این مواد مانند پلیمر خالص است. الیاف شیشه خرد شده و یا ویسکر شده، الیاف چوب و غیره مثالهایی از این نوع تقویت کننده هستند .برای چسبندگی بیشتر بین پلیمر و تقویت کننده از عوامل جفت ساز(coupling agents) از قبیل سیلان ها و تیتان ها استفاده می کنند.

پرکننده ها(extender) به منظور کاهش هزینه قطعه به شکل پرکننده ذره ای اضافه به پلیمر می شوند. معمولترین آنها کربنات. معمولترین آنها کربنات کلسیم، پودرسیلیکا، خاک رس و پودر چوب هستند.

تعدادی از انواع پرکننده ها که معمولا در صنعت پلیمر شناخته شده می باشند در نمودار زیر نشان داده شده اند:

 

02432464407-09

افزودنی پلیمر- بخش دوم

افزودنی ها می بایست از مشخصات زیر برخوردار باشند مگر آن که به دلیل عملکردشان از چنین نیازهایی منتفی باشند :

1- باید از عملکرد موثر برخوردار باشند.

2- باید تحت شرایط فرایند پایدار باشند.

3- باید تحت شرایط کارکرد پایدار باشند.

4- نباید مهاجرت به سطح یا روآیی داشته باشند.

5- باید غیر سمی باشند و طعم و بوی خاصی به مواد ندهند.

6- نباید به شکل معکوس خواص پلیمر رت تحت تاثیر قرار دهند.

اغلب نیازهای بالا خود گویا می باشند ولی در مورد پدیده مهاجرت به سطح باید قدری بحث کرد. مهاجرت یک افزودنی به داخل ماده مجاور هنگامی اتفاق می افتد که افزودنی در پلیمری که در آن قرار دارد و در مجاورت یک مایع یا جامد می تواند تا اندازه ای انحلال پذیر باشد . چنین پدیده ای باعث رنگی شدن یا آلوده شدن ماده مجاور می شود. وقتی شرایط به وجود آورنده مهاجرت مهیا باشد ، سرعت آن تحت پوشش قوانین نفوذ خواهد بود.

بنابراین به اندازه منافذ در پلیمر و به اندازه مولکولهایذنفوذ کننده و به غلظت این مولکولها در پلیمر بستگی خواهد داشت. تعجب آور نخواهد بود اگر مهاجرت در بالاتر از Tg پلیمرها (و نقطه Tm ، اگر پلیمر بلورین باشد) به مراتب بیشتر از زیر نقطه Tg آنها اتفاق بیفتد. به منظور کاهش این اثر جایگزینی مولکولهای کوچکی که گرایش به مهاجرت دارند با مولکولهای بزرگتر با ساختار مشابه کاملا عملی است.

مهاجرت به سطح یا روآیی یک پدیده جدی است ولی در این مورد هم مسئله انحلال پذیری مطرح است . این پدیده وقتی اتفاق می افتد که یک افزودنی در دمای فرایند در پلیمر به طور کامل حل شده باشد ولی در دمای محیط از انحلال پذیری جزیی برخوردار باشد. در نتیجه مقداری از افزودنی به محض سرد شدن از حالت محلول در آمده و مقداری از آن در روی سطح توده پلیمر جمع می شود.اگر افزودنی در دمای فرایند به شکل جزیی حل شده باشد، ماده باقیمانده هسته هایی را تشکیل می دهد که اطراف آن مولکولهای افزودنی از حالت محلول در آمده و می توانند جمع شوند ، بدین ترتیب افزودنی به مراتب کمتری به روی سطح خواهد آمد. همچنین امکان اینکه افزودنی دیگری در هر دو مورد بالا تشکیل هسته های مناسب دهد نیز وجود دارد. در صورتی که افزودنی به طور کامل در دمای فرایند حل ناپذیر و یا به طور کامل در دمای محیط حل پذیر باشد مهاجرت به سطح یا روآیی اتفاق نخواهد افتاد. خاطر نشان می شود که مسئله انحلال پذیری نباید تنها در خود پلیمر بلکه در کل آمیزه پلیمری به عنوان مثال شامل نرم کننده ها و روان کننده ها در نظر گرفته شود.

 

02432464407-09

افزودنی پلیمر-بخش اول

افزودنی پلیمر :

برای تصحیح خواص فرآورده‌های پلیمری از افزودنی های پلیمر استفاده می شود و خواص پلیمرها را می توان با افزودنی های مناسب به میزان قابل ملاحظه ای تغییر داد. شاید شناخته شده ترین نمونه این مورد در صنعت لاستیک باشد که با تغییر افزودنیها می توان محصولاتی متنوع مانند :تایر ، جعبه باتری ، نوارهای کشسان و پا کن و... تولید کرد . دسترسی به چنین تنوعی در بین مواد پلاستیکی امکات پذیر می باشد.

در مواردی از یک افزودنی مانند برخی ضد اکسنده ها در بسیاری از پلیمرها برای طیف وسیعی از کاربرد نهایی استفاده گردد. در موارد دیگر ممکن است یک افزودنی برای یک پلیمر معین و برای یک کاربرد نهایی خاص در نظر گرفته شود.

تقسیم فیزیکی افزودنی ها به چهار گروه انجام می شود : جامدات ، لاستیکها ، مایعات و گازها . که مورد آخر در ساخت پلیمرهای سلولی استفاده می شود. از نظر عملکرد افزودنیها با گرو ههای بیشتری روبه رو هستیم که در زیر به برخی از مهمترین آنها اشاره می کنیم :

پر کننده ها (Filler)

نرم کننده ها

تاخیر دهنده های اشتعال(Flame Retardant)

پایدار کننده های حرارتی (Stabilizer)

عوامل ضد الکتریسیته ساکن(Antistatic agents)

عوامل پف زا(Blowing agents)

روان سازها

مستربچ (رنگ)

عوامل شبکه ای کننده

افزودنی های ضد مه (or  Defog  Anti fog)

افزودنیهای مقاوم در برابر اشعه ماورابنفش  (Anti UV)

و ......

 

02432464407-09