پایدارکننده‌های حرارتی PVC

PVC یک پلیمر با طیف وسیعی از خواص مناسب و قیمت نسبتا پایین است که به دلیل حضور کلر در ساختار آن، مقاومت در برابر آتش از خود نشان می‌دهد. با این وجود، PVC مستعد دهیدروکلریناسیون است و ویسکوزیته بالایی دارد. بنابراین استفاده از افزودنی‌ها برای کمک به فرآیند و دستیابی به محصولی با خواص نهایی مناسب، ضروری است. تخریب حرارتی یک مشکل جدی در فراورش PVC است.
 
اگر PVC به طریقی پایدار نشود، در دمای فرآیند تجزیه شده و HCl تولید می‌شود. این رویداد تغییر رنگ محصول را در پی دارد. تخریب حرارتی PVC نتیجه فرآیندی به نام « zipper dehydrochlorination» است که موجب تشکیل پیوندهای دوگانه مزدوج در زنجیر پلیمر می‌شود. تغییر رنگ قابل ملاحظه در محصول هنگامی رخ می‌دهد که ۶ یا تعداد بیشتری از پیوند دوگانه مزدوج متوالی تشکیل شود. واکنش ثانویه‌ای که متعاقبا به واسطه فعالیت بالای پیوند دوگانه مزدوج رخ می‌دهد، شبکه‌ای شدن و یا گسستگی زنجیرهای تخریب شده PVC است که منجر به تشکیل بنزن و مشتقات آن به عنوان محصولات ثانویه می‌گردد که خود ممکن است منجر به تشکیل مواد تیره رنگی مانند آنتراسن، تتراسن، پنتاسن و... شود.



به منظور جلوگیری از تخریب PVC، پایدارکننده‌های حرارتی پیش از فرآیند به پلیمر افزوده می‌شوند. نقش اصلی پایدارکننده‌ها به شرح زیر است:

به منظور واکنش با اتم ناپایدار کلر در زنجیر PVC، و ممانعت از پیشروی دهیدروکلریناسیون. بعد از شروع تخریب، واکنش به سرعت ادامه می‌یابد؛ بنابراین به منظور متوقف کردن واکنش، استفاده از یک جزء خیلی فعال هسته دوست ضروری به نظر می‌رسد. هنگامی که پایدار کننده ها بتوانند از تشکیل تعداد زیاد پیوند دوگانه مزدوج جلوگیری کنند، می‌توانند از تغییر رنگ زودهنگام رزین جلوگیری کنند که به آن‌ها پایدارکننده های اولیه می‌گویند.

به منظور واکنش با HCl تشکیل شده ناشی از فرآیند تخریب که خود سبب افزایش سرعت تخریب حرارتی می‌گردد. ربایش HCl فرآیند تخریب را به طور کامل متوقف نمی‌کند، اما سرعت آن را کاهش می‌دهد، بنابراین تخریب شدید را به تاخیر می‌اندازد. از آنجایی که رباینده های HCl پایداری در زمان طولانی را بهبود می‌بخشند، اما در برابر تغییر رنگ زودهنگام تاثیر زیادی ندارند، به آن‌ها پایدارکننده‌های ثانویه می‌گویند.

کربوکسیلیک اسیدهای حاوی K، Ca یا Ba که اسید ضعیف لوئیس هستند، اکثرا رباینده HCl می‌باشند. اما کربوکسیلیک اسیدهای حاوی Zn و Cd که اسیدهای قوی تر لوئیس هستند، قادر به ربایش HCl و همچنین واکنش با رادیکال‌های حاوی اتم کلر هستند. به عنوان نتیجه عملکرد پایدار‌کننده حرارتی ثانویه، استئارات روی، ZnCl۲ تولید می‌شود که می‌تواند دهیدروکلریناسیون ناگهانی را ترویج کند. هر چند دهیدروکلریناسیون ناگهانی فقط بعد از رسیدن غلظت ZnCl۲ به حد معینی رخ می‌دهد و ZnCl۲ در چنین فرآیندی مصرف می‌شود. در حالی که CaCl۲ سبب ترویج دهیدروکلریناسیون ناگهانی نمی‌شود.


شکل ۱ - سازوکار هم افزایی استئارات روی و استئارات کلسیم در پایدارسازی حرارتی پی وی سی

از طرف دیگر، مشخص شده است استفاده از آمیزه‌ استئارات کلسیم (CaSt۲) و استئارات روی (ZnSt۲) به عنوان پایدارکننده، اثر هم افزایی دارد و این اثر مربوط به واکنش تبادل سریع بین ZnCl۲ و CaSt۲ است که سبب بازتولید ZnSt۲ و مصرف ZnCl۲ نامطلوب می‌گردد. بنابراین، بسته به خواصی که بهبود آن بیشتر مورد نظر است (ثبات رنگ اولیه یا طول عمر بالاتر)، آمیزه‌هایی با نسبت‌های مختلف CaSt۲ و ZnSt۲ مورد استفاده قرار می¬گیرند. سازوکار این اثر هم‌افزایی در شکل بالا آمده است.

منبع: گروه تحقیق و توسعه کیهان شیمی پویان