پلی‌وینیل کلراید (Polyvinyl Chloride – PVC)
پلی وینیل کلراید (پی وی سی PVC) یک پلیمر ترموپلاستیک اقتصادی و پرکاربرد است که به طور گسترده ای در صنعت ساختمان و ساخت و ساز برای تولید پروفیل درب و پنجره UPVC، لوله ها (آب آشامیدنی و فاضلاب) ، عایق سیم و کابل ، دستگاه های پزشکی و غیره استفاده می شود. پی وی سی PVC بعد از پلی اتیلن و پلی پروپیلن، پرکاربردترین پلیمر دنیا می باشد ولی قیمت بالاتری نسبت به آن دو دارد. افزایش بیش از حد قیمت پی وی سی در سال های اخیر نیز تولید کنندگان و دست اندرکاران صنعت پی وی سی را با مشکل روبرو کرده است.
پلیمر PVC ماده جامد سفید و شکننده ای است که به صورت پودر یا گرانول موجود است. با توجه به ویژگی های متنوع آن، از جمله سبک بودن ، بادوام ، قیمت نه چندن بالا و قابلیت فرایند آسان ، پی وی سی اکنون در چندین کاربرد جایگزین مصالح ساختمانی سنتی مانند چوب، فلز، بتن، لاستیک، سرامیک و … شده است.
پلیمر PVC یک ترموپلاستیک خطی و با درصد آمورف بالا می باشد. معمولا دمای پلیمریزاسیون پی وی سی PVC در محدوده 75-45 درجه می باشد و PVC تولید شده دارای درصد بلورینگی کمتر از 10 درصد است. البته با کاهش دمای پلیمریزاسیون می توان درصد تبلور پی وی سی را افزایش داد.
انواع پی وی سی PVC از لحاظ فرمولاسیون
پی وی سی PVC به طور گسترده در دو دسته اصلی وجود دارد: پی وی سی سخت یا UPVC و پی وی سی نرم یا منعطف. به طور دقیق اشکال زیر برای PVC وجود دارد:
- پی وی سی نرم یا منعطف پذیر (Plasticized PVC (PVC-P
دانسیته این دسته از PVC ها، حدود 1/35-1/1 گرم بر سانتیمتر مکعب است. پلیمر پی وی سی نرم PVC-P با افزودن نرم کننده های سازگار به پی وی سی PVC ایجاد می شود که تبلور را پایین می آورد. این نرم کننده ها مانند روان کننده ها عمل می کنند و در نتیجه پلاستیک بسیار شفاف و منعطفی ایجاد می کنند که به پی وی سی نرم معروف هستند.
- پی وی سی سخت (Unplasticized PVC (PVC-U
این پلاستیک سفت و مقرون به صرفه با مقاومت بالا در برابر ضربه ، آب ، هوا ، مواد شیمیایی و محیط های خورنده است. این نوع پی وی سی با نام های UPVC ، PVC-U یا uPVC نیز شناخته می شود و در فرمولاسیون آن از نرم کننده استفاده نشده است و به پی وی سی سخت یا UPVC مشهور است.
- پی وی سی کلرینه (Chlorinated PVC (PVC-C
با افزودن کلر به رزین پی وی سی PVC تا حدود 66-56 درصد تهیه می شود. مقدار کلر زیاد دوام بالا ، پایداری شیمیایی و بازدارندگی شعله را به همراه دارد. CPVC می تواند طیف وسیعی از دما را تحمل کند. البته این گرید در ایران چندان مورد مصرف قرار نمی گیرد.
- پی وی سی جهت یافته (Oriented PVC (PVC-O
با سازماندهی مجدد ساختار آمورف PVC-U به یک لایه لایه ساخته می شود. پی وی سی دو محوره دارای خصوصیات فیزیکی (سختی، مقاومت در برابر خستگی، سبک بودن و غیره) است.
- پی وی سی اصلاح شده (Modified PVC (PVC-M
این نوع پی وی سی PVC با افزودن عوامل اصلاح کننده به رزین PVC تشکیل می شود و در نتیجه باعث افزایش مقاومت آن خواهد شد.
مزایا و محدودیت های پی وی سخت UPVC
مزایا:
- قیمت مناسب
- استحکام بالا
- بازدارندگی شعله
- مناسب برای کاربردهای شفاف
- مقاومت شیمیایی بالاتر نسبت به منعطف
- خواص عایق الکتریکی مناسب
- ممانعت در برابر نفوذ بخار خوب
- پایداری ابعادی در دمای اتاق مناسب
معایب:
- فرایند ذوب سخت
- مقاومت به رشد ترک ضعیف
- شکنندگی در دمای زیر۵ درجه
- حد کم دمای بالای استفاده (حدود ۵۰ درجه)
مزایا و محدودیت های پی وی سی نرم
مزایا:
- قیمت پایین
- مقاومت به ضربه بالا
- مقاومت به اسید، روغن ها و…
- خواص عایق الکتریکی مناسب
- بازدارندگی شعله
- فرایندپذیری آسان تر نسبت به پی وی سی سخت
معایب:
- با توجه به مهاجرت مواد نرم کننده خواص می تواند با زمان تغییر کند
- در برابر کتون ها ضعیف است
- در دمای بالا استحکام مناسبی ندارد
- مناسب برای کاربردهای تماس با مواد غذایی نیست
- مقاومت شیمیایی پایین تر نسبت به پی وی سی سخت
فرایند ساخت پی وی سی PVC
مونومر وینیل کلراید (VCM) از اضافه شدن و کلرینه کردن اتیلن و پیرولیز آن به دست می آید. سپس پی وی سی PVC از پلیمریزاسیون مونومر VCM ساخته می شود.
دو روش اصلی برای تولید پی وی سی PVC وجود دارد، سوسپانسیون و امولسیون
در روش سوسپانسیون، در راکتور تحت فشار، مونومر با آغازگر پلیمریزاسیون و سایر مواد افزودنی مخلوط شده و در آب معلق می ماند. پلیمریزاسیون در همین قطرات مونومر انجام می شود و به مرور زمان و پیشرفت واکنش اندازه ذرات بزرگتر می شود. محتوای راکتور واکنش برای حفظ تعلیق و اطمینان از اندازه ذرات یکنواخت رزین پی وی سی PVC به طور مداوم همزده می شوند. اندازه ذرات سوسپانسیون به طور متوسط 150-100 میکرومتر می باشد. پی وی سی هایی که به این روش تولید می شوند قابلیت جذب زیاد نرم کننده برای محصولات انعطاف پذیر را دارا می باشند.
در روش امولسیون، از سورفکتانت هابرای پراکنده کردن مونومر وینیل کلراید در آب استفاده می شود. مونومر در مایسل هایی از سرفکتانت محبوس می شود و پلیمریزاسیون ها در مایسل با استفاده از آغازگر ها صورت می گیرد.