- معرفي پي‌وي‌سي
پي‌وي‌سي يكي از پرمصرف‌ترين پليمرهاي مصنوعي بوده كه از پليمريزاسيون راديكالي منومر وينيل كلرايد بدست مي آيد. اين پليمر به صورت هاي مختلفي از قبيل سخت، منعطف، كوپليمر و فومي وجود داشته و به دليل خواص مطلوبي نظير خواص فيزيكي و مكانيكي، مقاومت شيميايي، قيمت ارزان، سبكي و تنوع در روش‌هاي شكل دهي، كاربردهاي گسترده و از ميزان مصرف بالايي برخوردار است. به طوري كه با توجه به شكل (1) كه ميزان مصرف جهاني پليمرهاي رايج را در سال 2006 نشان ميدهد، مشاهده مي‌شود پي‌وي‌سي بعد از پلي اتيلن و پلي پروپيلن، رتبه ي سوم پليمرهاي پر مصرف را به خود اختصاص داده است.
شكل 1: مقايسه مصرف پليمرهاي رايج در سال 2006
پي‌وي‌سي سخت جهت توليد چارچوب‌هاي درب و پنجره، كارت‌هاي اعتباري، لوله‌هاي آب رساني، كف پوش‌ها و نظاير آن استفاده مي شود، پي‌وي‌سي نرم براي توليد روكش سيم و كابل، روكش صندلي‌ها، كيف و كفش و كاربردهاي مشابه به كار مي‌رود. كوپليمرهاي پي‌وي‌سي داراي مصارف تجاري بوده و به طور مثال از كوپليمريزاسيون وينيل كلرايد با 10 تا 15 درصد وينيل استات، پليمري با انعطاف پذيري و فرآيند پذيري بهتر و تبلور كمتر از پي‌وي‌سي بدست مي‌آيد. اين كوپليمرها بيشتر در صنايع پوشش دهي كاربرد دارند. ويژگي‌هاي ديگر قابل توجه پي‌وي‌سي عبارت است از خواص الكتريكي مناسب و مقاومت مطلوب در مقابل شعله‌وري. به همين دليل پي‌وي‌سي علاوه بر مصارف ساختماني در محصولات صنايع الكترونيكي، از قبيل قطعات وسايل الكتريكي و روكش سيم و كابل داراي مصرف قابل ملاحظه اي هستند. در شكل (2) برخي از كاربردهاي پي‌وي‌سي نشان داده شده است.
شكل 2: برخي از كاربردهاي پي‌وي‌سي
در ميان انواع پليمرها، پي‌وي‌سي كمترين وابستگي را به مشتقات هيدروكربني داشته و بيش از 57 درصد تركيب آن را كلر تشكيل ميدهد كه اين ماده به فراواني از نمك حاصله از آب دريا استحصال مي‌شود. اهميت اين موضوع زماني روشن مي‌شود كه توجه به اين نكته داشته باشيم كه با افزايش بي‌سابقه قيمت نفت قيمت تمام‌شده ساير پليمرها كه عمدتاً منشاء نفت، گاز و يا استيلن حاصله از ذغال سنگ دارند افزايش بسيار زيادي يافته و پليمرهايي كه قبلاٌ قيمت آنها كمتر از پي‌وي‌سي بود امروزه به‌دليل قيمت تمام‌شده بالاتر بخشي از بازار خود را به پي‌وي‌سي واگذار مي‌نمايند.
- خواص پي‌وي‌سي
علت اينكه لوله ها، قطعات ساختماني و پروفيل ها از مهمترين محصولات پي‌وي‌سي هستند، خواص مكانيكي (از قبيل استحكام كششي و مدول كششي) مطلوب اين پليمر در مقايسه با ساير پليمرهاي پرمصرف مي باشد. نمودارهاي زير نشان دهنده برخي از خواص مذكور است.
يكي از مهمترين خواص مكانيكي پليمرها استحكام كششي است كه در واقع ماكزيمم تنش در واحد سطح مقطع نمونه ي در حال كشش از دو انتها مي باشد كه سبب شكست نمونه مي گردد. در شكل (3) استحكام كششي پي‌وي‌سي در مقايسه با پليمرهاي ديگر نشان داده شده است.
شكل 3 : استحكام كششي پي‌وي‌سي در مقايسه با ساير پليمرها
مدول كششي (مدول يانگ) كه نسبت تنش كششي در واحد سطح مقطع، به ميزان افزايش طول نمونه در جهت تنش كششي مي باشد نيز از مهمترين خواص مكانيكي پليمرهاست. اين خاصيت در واقع معياري از ميزان تغيير فرم نمونه با اعمال بار در حين كاربري مي باشد. در شكل (4) مدول كششي پي‌وي‌سي در مقايسه با پليمرهاي ديگر نشان داده شده است.
شكل 4: مدول كششي پي‌وي‌سي در مقايسه با پليمرهاي ديگر
با توجه به اينكه دماي انتقال شيشه اي پي‌وي‌سي 70 درجه سانتيگراد مي باشد، محصولات اين پليمر در دماي اتاق استحكام ضربه چندان مطلوبي ندارند. در شكل (5) استحكام ضربه پي‌وي‌سي در مقايسه با پليمرهاي ديگر نشان داده شده است. استحكام ضربه نسبتا پايين پي‌وي‌سي يكي از معايب آن است كه به كمك افزودني هاي بهبود دهنده استحكام ضربه (نظير كوپليمرهاي متيل متاكريلات) به راحتي رفع مي گردد.
شكل 5: استحكام ضربه پي‌وي‌سي در مقايسه با پليمرهاي ديگر
- كاربردهاي پي‌وي‌سي
پي‌وي‌سي به علت خواص و ويژگي هاي مناسب نظير وزن كم، سازگاري مطلوب با تعداد قابل توجهي از افزودني ها و قيمت پايين، در كاربردهاي بسيار متنوعي مورد استفاده قرار گرفته است. وجود اتم كلر در ساختار مولكولي پي‌وي‌سي سبب مي شود اين پليمر هنگام تخريب HCl آزاد نمايد و زنجيرهاي پليمري آن بصورت شبكه اي به يكديگر متصل شوند. به همين دليل تخريب پي‌وي‌سي برخلاف برخي از پليمرها نظير پلي پروپيلن، با كاهش شديد استحكام همراه نيست. از سوي ديگر وجود كلر در مولكول پي‌وي‌سي به حفاظت اين پليمر در مقابل عوامل محيطي نظير مايعات هيدروكربني كمك زيادي مي كند.
پي‌وي‌سي مولكولي قطبي بوده و همين امر موجب سازگاري اين پليمر با مايعات قطبي زيادي مي شود كه اين مايعات مي توانند به عنوان نرم كننده ي پي‌وي‌سي عمل كنند. اين پليمر براي كاربردهاي با استحكام بالا نيز مناسب است، زيرا نيروهاي داخلي در مقابل چرخش مولكولي و حركت اتم هاي كلر سبب سفت شدن پي‌وي‌سي مي شود. در ضمن پي‌وي‌سي تورم حديده كمي داشته و در نتيجه ماده مناسبي براي روش شكل دهي اكستروژن است.
پر مصرف ترين محصولات پي‌وي‌سي، لوله و قطعات ساختماني هستند. همانطور كه مشاهده مي شود ميزان مصرف لوله هاي پي‌وي‌سي بسيار زياد است كه اين امر بدليل تعادل خوب بين سفتي و چقرمگي اين لوله ها بوده و در ضمن در مقابل كلر موجود در آب مقاومت خوبي دارند. پي‌وي‌سي مقاومت خوبي در مقابل شعله وري داشته و به همين علت در محصولات صنايع الكترونيكي، از قبيل قطعات وسايل الكتريكي و روكش سيم و كابل مورد استفاده قرار مي گيرد.
مشخصات گريدهاي پي وي سي توليدي در پتروشيمي غدير
|
ويسكوزيته ذاتي
|
0.7-0.66
|
0.79-0.75
|
0.94-0.90
|
0.94-0.90
|
0.98-0.94
|
1.04-0.98
|
|
اتلاف حرارت
|
حداكثر 0.3%
|
حداكثر 0.3%
|
حداكثر 0.3%
|
حداكثر 0.3%
|
حداكثر 0.3%
|
حداكثر 0.3%
|
|
اندازه ذرات
درصد باقي مانده از مش 40
درصد باقي مانده از مش 60
حداكثر ميزان عبوري از مش 140
|
ناچيز
5
50
|
ناچيز
5
50
|
ناچيز
5
25
|
ناچيز
5
25
|
ناچيز
5
25
|
ناچيز
5
25
|
|
پروسيتي (DOP , ml/gm)
|
0.27-0.17
|
0.27-0.17
|
0.31-0.21
|
0.37-0.27
|
0.33-0.23
|
0.37-0.27
|
|
بالك دانسيته (gm/ml)
|
0.53
|
0.53
|
0.56
|
0.52
|
0.49
|
0.50
|
|
حداكثر ميزان منومر باقي مانده (ppm)
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
دارك رزين (تعداد)
|
4-0
|
10-0
|
4-0
|
حداكثر10
|
4-0
|
4-0
|
|
فيش آي (تعداد)
|
20-0
|
حداكثر20
|
25-0
|
حداكثر20
|
25-0
|
25-0
|
|
زمان جريان يابي (ثانيه)
|
30-15
|
25-15
|
30-15
|
25-15
|
30-15
|
25-15
|
VCM
منومر وينيل کلرايد
وينيل کلرايد يک ترکيب آلي کلردار با فرمول CH2=CHCl مي باشد، که وي سي ام نيز ناميده مي شود و ساختار فضايي آن در شکل (1) نشان داده شده است. اين ماده بي رنگ يکي از مواد شيميايي صنعتي مهم است که براي توليد پلي وينيل کلرايد (پي وي سي) بکار مي رود. در دما و فشار محيطي، وينيل کلرايد به حالت گازي است. اين ماده شديدا سمي، با قابليت اشتعال بالا و سرطان زا مي باشد. پي وي سي از پليمريزاسيون راديکالي منومر وينيل کلرايد مطابق شکل (2) بدست مي‌آيد.
با توجه به اين شکل، پليمريزاسيون توسط بخش فعال Iشروع شده و منومرها به صورت سر به دم به همديگر متصل شده‌اند. سپس رشد زنجير از طريق واکنش زنجير راديکالي با عامل X متوقف شده است. در جدول (1) خواص فيزيکي وي سي ام ارائه شده است.
جدول 1: خواص فيزيکي منومر وينيل کلرايد
|
(g/mol) 4985/62
|
وزن مولکولي
|
|
C° 154-
|
دماي ذوب (در فشار atm1)
|
|
C° 13 -
|
دماي جوش (در فشار atm 1 و در دماي ذوب)
|
|
(KJ/mol) 744/4
|
آنتالپي ذوب(در K298)
|
|
(KJ/mol) 11/20
|
آنتالپي تبخير(در K298)
|
|
(KJ/mol)45/28
|
آنتالپي تشکيل(در K298)
|
|
(KPa) 3/49
(KPa) 4/78
) (KPa119
(KPa )175
|
فشار بخار
oC30-
oC20-
oC10-
oC0
|
|
(mPa-s) 345/0
(mPa-s) 305/0
(mPa-s) 272/0
(mPa-s) 244/0
|
ويسکوزيته
oC40-
oC30-
oC20-
oC10-
|
با توجه به اينکه تماس با وي سي ام براي سلامتي مضر است، با استفاده از روش هاي متعددي نظير تکنولوژي راكتورهاي بسته در واحدهاي توليدي و کنترل دقيق ميزان وي سي ام باقي مانده در رزين پي وي سي و محصولات آن سعي مي شود ميزان تماس توليدکننده و مصرف کنندگان با اين ماده به حداقل مقدار ممکن برسد.