نرم کننده های PVC

عمل آلیاژ کردن پلیمرها از همان ابتدای ظهور این صنعت وجود داشته است، زیرا این عوامل به‌عنوان

جداکننده مولکول‌ها عمل کرده و باعث می‌شــوند مولکول‌ها هنگام چرخش به نیروی کمتری احتیاج داشته

و قابلیت جریان پذیری مواد را در دمای بسیار پایین‌تر از دمای تجزیه را امکان‌پذیر نمایند.

به دلیل فاصله‌ی کوتاه بین مولکول‌ها و نیروی کششی قوی بین آن‌ها، پی‌وی‌سی در دمای محیط سخت است.

وقتی گرم می‌شود انرژی حرکت مولکول‌ها بیشتر از نیروی بین‌مولکولی می‌شود که فاصله‌ی مولکولی را افزایش می‌دهد

و درنتیجه رزین نرم می‌شود.

وقتی پلاستی سایزر در این مرحله به پی‌وی‌سی اضافه می‌شود مولکول‌های پلاستی سایزر بین مولکول‌های پی‌وی‌سی

قرار می‌گیرد و از نزدیک شدن مولکول‌های پی‌وی‌سی به هم جلوگیری می‌کند.

درنتیجه مولکول‌های پلیمر حتی در دمای محیط دور از هم قرار می‌گیرند و نرمی آن حفظ می‌شود.

بعــدها مشخص شد که این مواد نقش‌های دیگری هم ایفا می‌کنند یکی کم کردن ویسکوزیته مواد مذاب، دیگری تغییر

خواص فیزیکی و مکانیکی آمیزه مثل افزایش نرمی، کاهش سختی، افزایش انعطاف‌پذیری، کاهش دمای سرد (Tg) و…

که به چنین موادی نرم‌کننده اطلاق می‌شود. افزایش میزان نرم‌کننده باعث افزایش میزان انعطاف‌پذیری می‌شود.

از آنجائی که این مواد درواقع حــــلال‌های غیر فرار هستند؛ لذا دارای وزن مولـــکولی حداقل ۳۰۰ بوده و دارای پارامتر حلالیــــت

نزدیک به پلیمر می‌باشند؛ لذا به این دلیل در دمای اتاق به‌سختی در پلیمر حل می‌شود.

با افزایش میزان وزن مولکولی نرم‌کننده دمای اختلاط نیز بالا می‌رود. برای آنکه یک ماده به‌عنوان نرم‌کننده عمل نماید باید دارای شرایط زیر باشد:

·         ۱-وزن مولکولی حداقل ۳۰۰.

·         ۲-دارای پارامترها انحلال‌‌پذیری مشابه و نزدیک پلیمر.

·         ۳-درصورتی‌که پلیمر قابلیت تبلور داشــــــــته باشد، باید قابلیت انجام برخی واکنش‌های ویژه با پلیمر را داشته باشد.

·         ۴-نباید در دمای محیط جامد بلوری باشد مگر در شرایط خاص.

الف: نرم‌کننده‌های اولیه:

نرم‌کننده‌هایی نظیر اکتیل فتالاتها– تری تولیل فسفات و دی اکتیل سباسات دارای نزدیک‌ترین پارامتر انحلال‌پذیری با پارامتر

انحلال‌پذیری PVC بوده و دارای ســازگاری زیاد با  PVC بوده و کاربرد عمده دارند و به‌عنوان نرم‌کننده اولیه شناخته می‌شوند.

در این میان‌تری تولیل فسفات دارای نزدیک‌ترین پارامتر انحلال‌پذیری با PVC است و بالاترین سرعت ژل شدن را دارد،

اما محصول به‌دست‌آمده بسیار منعطف هست؛ درحالی‌که سباسات‌ها دارای دورترین پارامتر انحلال‌پذیری هستند و کندتر ژل می‌شـــوند

و برای محصولاتی با انعطاف‌پذیری در دمای پائین بکار برده می‌شوند، اما محصول به‌دست‌آمده در دمای اتاق شکننده است.

درواقع مولکول‌های نرم‌کننده بانفوذ بین مولــکول‌های پلیمر باعث کاهش تماس بین مولکول‌ها شده و تولید حجم آزاد اضافی می‌نماید

که باعث فرآیند پذیری بهتر آمیزه می‌شود، در ضمن با مولکول‌های پلیمر نوعی اتصال عرضی برقرار می‌نماید که هر چه این اتصال

قوی‌تر باشد اثر فضاسازی بیشتر خنثی می‌شود.

هرچه اندازه نرم‌کننده‌‌ها بزرگ‌تر باشند در دمای اتاق دارای سرعت ژل شدن کمتری می‌باشند؛ لذا در دمای حدود ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد

در یک مدت‌زمان کوتاه اختلاط مولکولی اتفاق می‌افتد، به این دلیل محصولاتی با انعطاف‌پذیری مختلف بسته به نوع و مقدار نرم‌کننده به دست می‌آید.

بهترین گروه نرم‌کننده‌ها:

فتالات‌ها از جهت درجه برهم‌کنش بینابین بوده و درواقع بهترین گروه نرم‌کننده‌ها محسوب می‌شوند که بهترین آن‌ها عبارت‌اند از:

دی ایزو اکتیل فتالات (DIOP)
دی ۲– اتیل هگزیل فتالات  DOPیا DEHP
دی آلفانیل فتالات (DAP)
دی نونیل فتالات (DNP)
دی ایزو دسیل فتالات (DIDP)

DINP  >   DOP   >    DOA    >   DBP:         سختی آمیز

اندازه و وزن مولکولی نرم‌کننده در میزان سختی محصول به‌دست‌آمده مؤثر است.

هرچه درصد نرم‌کننده بیشتر باشد استحکام کششی کمتر و درصد ازدیاد طول بیشتر می‌شود.

DINP > DOP > DOA > DBP: استحکام کششی

DOA > DOP > DBP > DINP: درصد ازدیاد طول

هر چه دما کمتر استحکام کششی بیشتر و درصد ازدیاد طول بیشتر می‌شود. افزایش درصد نرم‌کننده منجر به کاهش Tg 

 و درنتیجه افزایش انعطاف‌پذیری می‌شود و از طرف دیگر افزایش درصد نرم‌کننده مقاومت به ضربه برودتی را افزایش می‌دهد.

موادی که برای کاربردهای الکتریکی بکار برده می‌شوند، باید دارای خواص مکانیکی– حرارتی و الکتریکی ویژه باشند.

PVC دارای این خواص ویژه هست، اما در مصرف PVC برای پوشش‌های کابل می‌بایست از یک نرم‌کننده با شرایط خاص

استفاده نمود. نرم‌کننده PVC باید دارای قابلیت سرویس‌دهی در دمای بالای ۷۰ درجه سانتی‌گراد در شرایط استرس بالا

و مدت‌زمان طــولانی باشد در مصرف PVC برای کابل‌ها نرم‌کننده با خلوص بالا، فراریت کم و پایداری حرارتی بالا موردنیاز اسـت.

فتالات‌های استخراج‌شده از الکل‌های دارای ۸-۱۲ اتم کربن بهترین انتخاب می‌باشند و درصورتی‌که نیاز به تولید کابل در

شــــرایط کاربرد در دمای پائین باشد بهتر است از آلیفاتیک دی کربوکسیلیک اسید استرها به‌عنوان نرم‌کننده استفاده کرد.

کاهـش درصد نرم‌کننده مقاومت حجمی را کاهش و افزایش ثابت دی‌الکتریک نرم‌کننده دمای ژل شدن را افزایش می‌بخشد.

DOP به علت دارا بودن خواص زیر تاکنون به‌عنوان بهترین نرم‌کننده برای PVC شناخته‌شده است:

خواص DOP :

·         قابلیت ژل شدن بالا

·         سازگاری بالا

·         فراریت کم

·         مقاومت در برابر رطوبت خوب

·         خواص الکتریکی خوب

اگر طول زنجیره الکل مرجع فتالات مشتق شده دارای تعداد کربن ۱۰-۶ باشد نرم‌کننده حاصله دارای کاربرد بهتری در آمیزه‌هایی

با شرایط عملکرد در دمای پایین پیدا می‌کنند. مثل DOA کاهش قابلیت ژل شدن باعث افزایش طول زنجیره می‌شود.

​با توضیحات بالا می‌توان کاربرد خاص را برای نرم‌کننده‌های زیر توجیه نمود:

·         الف: DITP : دارای قابلیت ژل شدن کم می‌باشد.

·         ب: DINP,DITP دارای مقاومت دردمای کاری بالا می‌باشند (۷۰-۹۰۰c).

·         ج: BBP: دارای فراریت و سرعت ژل شدن بالا است؛ لذا همراه با عوامل پف کننده بکار می‌رود.

اثرات نرم‌کننده را بر روی آمیزه می‌توان به پارامترهای زیر خلاصه نمود:

·         الف: تأثیر بر روی ویژگی‌های محصول: مثل نرمی، انعطاف‌پذیری، قابلیت کشش، چقرمگی

·         ب: تأثیر بر روی عوامل فرآیندی مثل کمک فرایند حرارتی، اثر روان کنندگی

·         ج: اثرات ثانویه مثل مقاومت به آتش (انواع نرم‌کننده‌های فسفاتِ و پارافین کلرینه)

ب: نرم‌کننده‌های ثانویه:

نرم‌کننده‌های ثانویه دارای سازگاری کمی با PVC بوده و به همراه نرم‌کننده‌های اولیه مورداستفاده قرار می‌گیرند و دارای

ارتجاع زیاد بوده و جهت انعطاف‌پذیری دردمای کم‌کاربرد ویژه دارند.

به‌عنوان‌مثال نرم‌کننده‌های زیر را می‌توان نام برد:

-استرهای اسیدهای دی کربوکسیلیک آلیفاتیک

-دی  بوتیل سباسات DBS
-دی اکتیل سباسات DOS
-الکل‌های الیفاتیک سنگین
-استر اسیدهای آروماتیک دی کربوکسیلیک
-الکل‌های آلیفاتیک با زنجیر طولانی
-مخلوط اسیدهای آدیپیک، گلوتاریک و سوکسیلیک (AGS) با نام تجاری نایلونات‌ها سوگودات‌ها

این گروه از نرم‌کننده‌ها به علت قطبیت کمتر و ضعف در هم‌پوشانی ذرات PVC و حل کردن آن‌ها به حرارت بیشتر

و زمان طولانی‌تر برای ژل شدن نیاز دارند. لــذا اختلاط آن‌ها با PVC سخت‌تر و استخراج آن‌ها از کامپاند pvc آسان‌تر است.

با کاهش وزن مولکولی اسید یا الکل میزان فراریت، حلالیـت و سازگاری افزایش می‌یابد و با افزایش وزن مولکولی

اسید یا الکل مقاومت در برابر استخراج افزایش می‌یابد.

ج: نرم‌کننده برای استفاده در دمای بالا:

استرهای بر پایه‌تری متیلیک انیدرید و تری ملیتات‌ها جهت استفاده در محصول با کاربرد در دمـــــای بالا و همچنین مقاوم

در برابر استخراج و یا به‌عنوان یک ضد اکسنده بکار می‌روند: مانند  TOTM1و ۲ بنزن تری کربوکسیلیک اسیدتری (اتیل هگزیل)

استر یا بانام تجاری (تری (۲ اتیل هگزیل) تری متیلیت.

د: نرم‌کننده اپوکسی:

این نوع نرم‌کننده جـهت مصارف محصولات با شرایط کاری با پایداری حرارتی و نوری بالا بکار می‌روند و اغلب با در صد کم

در آمیزه‌های PVC بکار می‌روند. اثرات این نوع نرم‌کننده با بسیاری از نرم‌کننده‌های دیگر تشدید شده و علاوه بر آنکه دارای

فراریت کم هستند، سمی نبوده و موجب انعطاف‌پذیری آمیزه در دمای کم می‌شوند. به‌عنوان‌مثال مونومر استر آلکیل اپوکسی

استئارات و مالئات را می‌توان جزء این گروه از نرم‌کننده‌ها نام برد.

و: نرم‌کننده‌های گرو ه فسفات:

این مواد دارای سازگاری زیاد با PVC، مقاومــــت خوب در برابر حلال، فراریت کم، خواص انعطاف‌پذیری در دمای کم هستند.

اما نسبت به فتالات‌ها دارای قیمت بیشتری بوده و فقط برای مصارف خاص مثل پایداری در برابر شعله بکار می‌روند.

البته از معایب این گروه می‌توان سمی بودن و دمای انعطاف‌پذیری (Tg) بالای آن‌ها را نام برد.

مهم‌ترین نرم‌کننده‌های این گروه  عبارت‌اند از:

·  تری ایلین فسفات TXP

·  تری تولیل  فسفات TTP
·  تری بوتیل فسفات
·  تری (۲ اتیل هگزیل) فسفات
·  تری فنیل فسفات

ه: نرم‌کننده‌های پلیمری:

این گروه از نرم‌کننده‌ها دارای خواص زیر می‌باشند:

-فراریت بسیار کم

-مقاوم خوبی در برابر حلال‌ها بخصوص هیدروکربن‌ها

-مقاومت خوب در مقابل استخراج

-دارای ویسکوزیته کم

-سرعت ژل شدن کم

-خاصیت نرم‌کنندگی ضعیف

-قیمت گران

-اثر روان کنندگی کم درآمیزِ

-مقاوم در مقابل تخریب‌های زیست‌محیطی

-حداقل سمیت

استفاده از این نرم‌کننده‌ها در مصارفی که عدم فراریت، عدم مهاجرت، مقاومت خوب در برابر عوامل زیست‌محیطی،

مقاومت خوب در برابر حلال‌ها (روغن) و فرمولاسیون وسایل الکتریکی نارسانا دردمای زیاد اهمیت دارد، مورداستفاده قرار می‌گیرد.

مهم‌ترین مواد این گروه از نرم‌کننده‌ها را می‌توان به شرح زیر نام برد:

·  پلی‌پروپیلن آدیپات

·  پلی‌پروپیلن سباسات

·  محصولات ناشی از واکنش یک الکل گلیکول و یک دی کربوکسیلیک اسید

·  اتیلن–وینیل استات

·  استیل تری بوتیل سیترات

ی: نرم‌کننده‌های ویژه:

نرم‌کننده‌ها‌ی این گروه برای مصارف خاص مثل کاربرد در دمای بسیار زیاد و پایدار کننده‌های نوری و یا هنگامی‌که نیاز به

چسبندگی آمیزه به فلز باشد بکار می‌روند. از این گروه از نرم‌کننده‌ها می‌توان مواد زیر را نام برد:

-انواع پلی اکریلات‌های سیرنشده (که به‌عنوان نرم‌کننده‌های بسپارپذیر معروف‌اند)

-پربنزوات‌های شبکه‌ای شده