کلرید پلی وینیل، معمولاً به عنوان پی وی سی یا وینیل، 3 جهان استسوم مواد ترموپلاستیک سنتز شده شناخته شده ترین کاربرد آن تشکیل لوله های پی وی سی در صنعت ساختمان و ساخت و ساز است، اما مزایای PVC بسیار فراتر از این به بخش های پزشکی، الکتریکی و پوشاک محافظ است.
پی وی سی پرتقاضاترین ماده پلیمری در صنعت ساختمان و ساخت و ساز است و در حال حاضر 10.2 درصد از تقاضای کلی پلاستیک اروپا، پلی اتیلن دنباله دار (PE) و پلی پروپیلن (PP) را تشکیل می دهد. [1]. با این حال، این تعداد همچنان در حال افزایش است زیرا به نظر می رسد جایگزین مواد سنتی مانند چوب، فلز، بتن و سرامیک در کاربردهای مختلف شود.
در اینجا، با این موارد آشنا خواهید شد:
- ساختار و خواص PVC
- تولید و فرآوری PVC
- کاربردهای PVC
- گریدهای تجاری PVC
خواص پی وی سی
شکل 1. ساختار پلی وینیل کلراید [2]
پی وی سی یک جامد سفید و شکننده است که به شکل پودر یا گرانول موجود است که از طریق واکنش پلیمریزاسیون افزودنی بین مونومرهای وینیل کلرید ایجاد می شود (شکل 1). سپس این فرم جامد را می توان با افزودن پرکننده ها و نرم کننده ها بسته به کار در دست تغییر داد. بنابراین، بسیاری از محصولات PVC مختلف با ترکیبات و خواص افزودنی متفاوت در دسترس هستند.
شکل 2. مقایسه بین ترکیبات پلی وینیل کلرید انعطاف پذیر (بالا) و پلی وینیل کلرید سفت و سخت (پایین) [3]
دو دسته اصلی PVC وجود دارد (شکل 2):
- PVC پلاستیکی یا انعطاف پذیر (PVC-U)
- پی وی سی غیر پلاستیکی یا صلب (PVC-P)
افزودن نرم‌کننده‌ها به PVC به عنوان روان‌کننده زنجیره‌های پلیمری کریستالی سفت و سخت عمل می‌کند، بلورینگی را کاهش می‌دهد و یک ماده پلاستیکی شفاف‌تر و انعطاف‌پذیر به دست می‌آورد. از سوی دیگر، بدون افزودن این نرم‌کننده‌ها، PVC یک ماده سفت و سخت با مقاومت بالا در برابر ضربه، آب و هوا، مواد شیمیایی و محیط‌های خورنده باقی می‌ماند. مقایسه برخی از خواص مهم دو کلاس مختلف در جدول زیر آمده است.
میز 1. مقایسه بین خواص پلی وینیل کلرید انعطاف پذیر و پلی وینیل کلرید صلب [2]
| خواص | PVC پلاستیکی (انعطاف پذیر). | پی وی سی غیر پلاستیکی (سخت) |
| مشخصات فیزیکی | ||
| تراکم | 1.3 – 1.7 گرم در سانتی متر3 | 1.35 – 1.5 گرم در سانتی متر3 |
| دمای انتقال شیشه ای | -5 – -5 درجه سانتیگراد | 60 تا 100 درجه سانتی گراد |
| ویژگی های مکانیکی | ||
| مدول یانگ | 0.001 – 1.8 گیگا پاسکال | 2.4 – 4 گیگا پاسکال |
| مدول خمشی | 0.001 – 1.8 گیگا پاسکال | 2.1 – 3.5 گیگا پاسکال |
| ازدیاد طول در نقطه شکستن | 100 – 400٪ | 25 – 80٪ |
| دمای سرویس | ||
| حداکثر دمای سرویس مداوم | 50 تا 80 درجه سانتی گراد | 50 تا 80 درجه سانتی گراد |
| حداقل دمای سرویس مداوم | -40 – -5 درجه سانتیگراد | -10 – 1 درجه سانتیگراد |
| سایر خواص | ||
| قدرت دی الکتریک | 10 – 30 کیلو ولت بر میلی متر | 10 – 40 کیلو ولت بر میلی متر |
| شفافیت | 75 – 85٪ | 80% |
| عایق حرارتی (رسانایی حرارتی) | 0.16 W/mK | 0.16 W/mK |
تولید و فرآوری PVC
تولید پی وی سی
دو روش رایج برای ساخت PVC از طریق فرآیند پلیمریزاسیون افزودنی که در بالا نشان داده شده است وجود دارد:
پی وی سی تعلیق (S-PVC)
در فرآیند تعلیق، ذرات PVC به‌دست‌آمده با نرم‌کننده‌ها مخلوط می‌شوند و سپس می‌توانند در گلوله‌هایی اکسترود شوند که بیشتر برای اکستروژن، کلندرینگ، قالب‌گیری تزریقی و غیره استفاده می‌شوند. تجهیزات لازم برای چنین فرآیندی معمولاً بسیار گران هستند.
پی وی سی فله یا امولسیونی (E-PVC)
در فرآیند امولسیون، پودر پی وی سی با نرم کننده ها مخلوط می شود تا خمیر/رزین تولید شود، که سپس برای پوشش، غوطه وری و پاشش استفاده می شود. قیمت پودر PVC اولیه بیشتر از ذرات مورد استفاده در فرآیند قبلی است. با این حال، تجهیزات مورد نیاز نسبتاً ارزان است.
پردازش PVC
رزین پی وی سی به دست آمده از فرآیندهای فوق به دلیل پایداری حرارتی کم و ویسکوزیته مذاب بالا بسیار ناپایدار است. قبل از تبدیل شدن به محصولات نهایی باید اصلاح شود. نرم کننده های سازگار را می توان به عنوان نرم کننده اضافه کرد تا برخی از خواص مکانیکی را افزایش دهد، در حالی که پرکننده ها می توانند سفتی، عملکرد ضربه را افزایش دهند و رنگ، کدورت و رسانایی را اضافه کنند. تثبیت کننده های حرارتی پایداری حرارتی را افزایش می دهند و روان کننده ها ویسکوزیته مذاب را کاهش می دهند و از گرم شدن بیش از حد جلوگیری می کنند. سپس محصول PVC معمولاً با استفاده از اکستروژن، قالب‌گیری تزریقی و کلندری به شکل‌های دلخواه قالب‌گیری می‌شود. محصولات حاصل می تواند فیلم، ورق، تخته و لوله PVC باشد.
پلی وینیل کلرید کلردار (CPVC) با کلر کردن محصول پی وی سی تولید می شود و معمولاً محتوای کلر آن را از 56٪ به 66٪ افزایش می دهد. [2]. این امر کریستالی بودن پلیمر را کاهش می دهد و انعطاف پذیری و توانایی آن را برای قالب گیری به اشکال مفید مانند ظروف و بسته بندی افزایش می دهد.
مخلوط پی وی سی
پی وی سی همچنین می تواند با سایر مواد ترموپلاستیک برای بهبود خواص خاص ترکیب شود. ترکیبات پلی استر ویژگی های پردازش عالی PVC را با خواص فیزیکی برتر پلی استرها ترکیب می کند، مقاومت در برابر سایش، استحکام کششی و مقاومت در برابر پارگی را افزایش می دهد. یک ترکیب پلی اورتان نیز نتایج مشابهی را با افزایش مقاومت در برابر سایش و شیمیایی ارائه می دهد. PVC همچنین می تواند با لاستیک نیتریل (NBR) ترکیب شود تا انعطاف پذیری و خواص بازیابی الاستیک را افزایش دهد.
کاربردهای PVC
پی وی سی سفت و سخت
نه تنها از این ورق‌ها و لوله‌های پی‌وی‌سی سفت و سخت معمولاً برای لوله‌ها، قاب‌های پنجره و سقف‌سازی در صنعت ساخت‌وساز استفاده می‌شود، بلکه برای بسیاری از تجهیزات ایمنی که توسط خود کارگران ساختمانی استفاده می‌شود نیز استفاده می‌شود. در صنعت برق، پی وی سی به دلیل عایق الکتریکی و استحکام دی الکتریک بالا در عایق بندی لوله ها، ژاکت ها، کلیدها، محفظه های دوشاخه و پایانه های باتری بسیار مفید است.
PVC انعطاف پذیر
اگرچه PVC منعطف در صنعت ساخت و ساز نیز کاربردهای زیادی دارد، مانند کفپوش، عایق کابل و پوشش ضد آب، مفیدترین کاربرد آن در صنعت پزشکی است. PVC انعطاف پذیر به دلیل مقاومت شیمیایی و دوام در چادرهای اکسیژن، دستکش ها، کیسه ها و لوله های انتقال خون، قطره ها و مایعات دیالیز استفاده می شود. برخی از کاربردهای دیگر PVC انعطاف پذیر شامل لباس های ضد آب، جلیقه های نجات، وسایل بادی و کالاهای ورزشی است.
[1] PlasticsEurope، “Plastics – the Facts 2018″، 2018. [Online]. موجود: https://www.plasticseurope.org/application/files/6315/4510/9658/Plastics_the_facts_2018_AF_web.pdf
[2] SpecialChem، “راهنمای جامع پلی وینیل کلراید (PVC)،” 2017. [Online]. موجود: https://omnexus.specialchem.com/selection-guide/polyvinyl-chloride-pvc-plastic
[3] KEMI، “آمار به طور خلاصه – PVC،” [Online]. موجود: https://www.kemi.se/en/statistics/statistics-in-brief/substances-and-substance-groups/pvc