پلی‌وینیل کلرید (PVC یا وینیل) یک ماده ترموپلاستیک با استحکام بالا است. این ماده در کاربردهای مختلفی مانند لوله‌ها، دستگاه‌های پزشکی، عایق‌کابل‌ها و سیم‌ها و ... به طور گسترده استفاده می‌شود و فهرست کاربردهای آن پایان‌ناپذیر است. پی‌وی‌سی سومین پلیمر پلاستیکی سنتتیک پر تولیدترین در جهان است. پس، پی‌وی‌سی چیست؟ از چه چیزی ساخته می‌شود؟ چگونه پردازش می‌شود؟ در اینجا اطلاعات فنی دقیق در مورد پی‌وی‌سی و ویژگی‌های آن را دریافت کنید.
پی‌وی‌سی (پلی‌وینیل کلرید) چیست؟
پلی‌وینیل کلرید (PVC یا وینیل) یک پلیمر ترموپلاستیک اقتصادی و چندمنظوره است. این ماده به طور گسترده در صنعت ساختمان و ساخت و ساز برای تولید پروفیل‌های در و پنجره استفاده می‌شود. همچنین در موارد زیر نیز کاربرد دارد:
لوله‌های آب شرب و فاضلاب
عایق‌کاری سیم و کابل
دستگاه‌های پزشکی و غیره
پی‌وی‌سی سومین ترموپلاستیک بزرگ جهان از نظر حجم پس از پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن است.
این ماده یک جامد سفید و شکننده است که به صورت پودر یا گرانول موجود است. امروزه پی‌وی‌سی در بسیاری از کاربردها جایگزین مصالح ساختمانی سنتی شده است. این مصالح شامل چوب، فلز، بتن، لاستیک، سرامیک و غیره هستند. دلیل این امر ویژگی‌های چندمنظوره آن است که شامل:
وزن سبک
دوام بالا
هزینه پایین
قابلیت پردازش آسان
می‌باشد.
آیا می‌دانستید؟
پی‌وی‌سی (PVC) اولین بار در سال ۱۸۷۲ به‌طور «تصادفی» توسط شیمیدان آلمانی، اوژن بومن ساخته شد. او گاز وینیل کلرید را که در یک لوله محصور شده بود، در معرض نور خورشید قرار داد و یک جامد سفید به نام پی‌وی‌سی تولید کرد. در سال ۱۹۱۳، شیمیدان آلمانی، فریدریش کلاته، اولین پتنت برای پلیمریزاسیون پی‌وی‌سی با استفاده از نور خورشید را دریافت کرد. تا زمان جنگ جهانی اول، آلمان چندین محصول انعطاف‌پذیر و سخت پی‌وی‌سی تولید می‌کرد. این محصولات به عنوان جایگزینی برای فلزات مقاوم در برابر خوردگی استفاده می‌شدند.
اشکال پایه پی‌وی‌سی
پلی‌وینیل کلرید در دو دسته کلی قابل دسترس است: پی‌وی‌سی انعطاف‌پذیر و پی‌وی‌سی سخت. اما انواع دیگری مانند CPVC، PVC-O و PVC-M نیز وجود دارند.
پی‌وی‌سی پلاستیسه‌شده یا انعطاف‌پذیر (چگالی: 1.1-1.35 g/cm³): پی‌وی‌سی انعطاف‌پذیر با افزودن پلاستی‌سایزرهای سازگار به پی‌وی‌سی تشکیل می‌شود که باعث کاهش کریستالی بودن آن می‌شود. این پلاستی‌سایزرها مانند روان‌کننده عمل کرده و نتیجه آن پلاستیکی شفاف‌تر و انعطاف‌پذیرتر است. این نوع پی‌وی‌سی گاهی اوقات به آن PVC-P نیز گفته می‌شود.
پی‌وی‌سی غیرپلاستیسه‌شده یا سخت (چگالی: 1.3-1.45 g/cm³): پی‌وی‌سی سخت یک پلاستیک سفت و مقرون‌به‌صرفه است. این نوع پی‌وی‌سی مقاومت بالایی در برابر ضربه، آب، شرایط جوی، مواد شیمیایی و محیط‌های خورنده دارد. این نوع پی‌وی‌سی همچنین به نام‌های UPVC، PVC-U یا uPVC شناخته می‌شود.
پلی‌وینیل کلرید کلره‌شده یا پرکلرووینیل (CPVC): این ماده با کلره‌شدن رزین پی‌وی‌سی تهیه می‌شود. محتوای بالای کلر باعث افزایش دوام، پایداری شیمیایی و مقاومت در برابر شعله می‌شود. CPVC می‌تواند دمای وسیع‌تری را تحمل کند.
پی‌وی‌سی مولکولی جهت‌دهی‌شده یا PVC-O: این نوع پی‌وی‌سی با بازچینش ساختار آمورف پی‌وی‌سی-U به یک ساختار لایه‌ای شکل می‌گیرد. پی‌وی‌سی با جهت‌دهی دو محوره دارای ویژگی‌های فیزیکی بهبود یافته‌ای مانند سفتی، مقاومت در برابر خستگی، وزن سبک و غیره است.
پی‌وی‌سی اصلاح‌شده یا PVC-M: این یک آلیاژ از پی‌وی‌سی است که با افزودن عوامل اصلاح‌کننده به آن ساخته می‌شود و باعث بهبود ویژگی‌های ضربه‌پذیری و استحکام آن می‌شود.
مزایا و معایب پی‌وی‌سی سخت و انعطاف‌پذیر
پی‌وی‌سی سخت (Rigid PVC)
مزایا:
هزینه پایین و استحکام بالا: پی‌وی‌سی سخت از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه است و دارای استحکام بالایی است.
ترکیب ذاتی مقاوم در برابر آتش: پی‌وی‌سی سخت به طور طبیعی مقاوم در برابر شعله است.
مطابق با استانداردهای FDA و مناسب برای کاربردهای شفاف: این نوع پی‌وی‌سی برای استفاده در صنایع بهداشتی و مواد شفاف مانند بسته‌بندی‌ها مناسب است.
مقاومت شیمیایی بهتر نسبت به پی‌وی‌سی پلاستیسه‌شده: مقاومت بالاتری در برابر مواد شیمیایی دارد.
عایق الکتریکی خوب و ویژگی‌های مانع بخار: پی‌وی‌سی سخت به خوبی از انتقال جریان الکتریکی جلوگیری می‌کند.
پایداری ابعادی خوب در دمای اتاق: در دماهای معمولی به خوبی شکل خود را حفظ می‌کند.
معایب:
فرآیند ذوب دشوار: فرآیند ذوب پی‌وی‌سی سخت مشکل است و نیاز به دمای بالا دارد.
مقاومت محدود در برابر ترک‌خوردگی ناشی از تنش حلال‌ها: پی‌وی‌سی سخت مقاومت کمی در برابر ترک‌خوردگی ناشی از تنش حلال‌ها دارد.
شکنندگی در دمای ۵°C (زمانی که با مواد اصلاحی ضربه‌ای و/یا کمک‌های پردازشی اصلاح نشده باشد): در دماهای پایین‌تر شکننده می‌شود.
دمای خدمات مستمر پایین (حداکثر ۵۰°C): در دماهای بالاتر دچار مشکلات می‌شود.
پی‌وی‌سی انعطاف‌پذیر (Flexible PVC)
مزایا:
هزینه پایین، انعطاف‌پذیری و استحکام بالای ضربه: پی‌وی‌سی انعطاف‌پذیر دارای انعطاف‌پذیری بالا و استحکام خوبی در برابر ضربه است.
مقاومت خوب در برابر UV، اسیدها، بازها، روغن‌ها و بسیاری از مواد شیمیایی خورنده: این نوع پی‌وی‌سی به خوبی در برابر عوامل خارجی مقاوم است.
ویژگی‌های عایق الکتریکی خوب: پی‌وی‌سی انعطاف‌پذیر نیز خواص عایق الکتریکی خوبی دارد.
غیرقابل اشتعال و عملکرد چندمنظوره: عملکرد گسترده‌ای دارد و در شرایط مختلف قابل استفاده است.
پردازش راحت‌تر نسبت به پی‌وی‌سی سخت: فرآیند تولید آن ساده‌تر است و نیاز به دمای کمتری دارد.
معایب:
ویژگی‌ها ممکن است با گذر زمان تغییر کنند به دلیل مهاجرت پلاستی‌سایزرها: پلاستی‌سایزرها ممکن است از پی‌وی‌سی جدا شوند و ویژگی‌ها تغییر کند.
مهاجمت توسط کتون‌ها: برخی از گریدهای پی‌وی‌سی انعطاف‌پذیر توسط کتون‌ها، هیدروکربن‌های کلردار و آروماتیک، استرها، برخی از اترهای آروماتیک و آمین‌ها و ترکیبات نیترو مورد حمله قرار می‌گیرند.
تمایل به تجزیه در دماهای بالا: در دماهای بالاتر از حد مجاز، پی‌وی‌سی انعطاف‌پذیر دچار تخریب می‌شود.
غیر مناسب برای تماس با غذا با برخی پلاستی‌سایزرها: برخی پلاستی‌سایزرها در پی‌وی‌سی انعطاف‌پذیر باعث غیرمناسب بودن آن برای تماس با غذا می‌شوند.
مقاومت شیمیایی کمتر نسبت به پی‌وی‌سی سخت: این نوع پی‌وی‌سی از نظر مقاومت شیمیایی نسبت به پی‌وی‌سی سخت ضعیف‌تر است.
خلاصه:
پی‌وی‌سی سخت دارای ویژگی‌های فنی برتری از جمله استحکام بالا و مقاومت شیمیایی بهتر است، اما فرآیند پردازش آن دشوارتر است و در دماهای پایین شکننده می‌شود. از سوی دیگر، پی‌وی‌سی انعطاف‌پذیر ویژگی‌هایی مانند انعطاف‌پذیری بالا و پردازش آسان‌تر دارد، اما در برابر برخی مواد شیمیایی و دماهای بالا آسیب‌پذیرتر است.
ویژگی‌های کلیدی پی‌وی‌سی (PVC)
پی‌وی‌سی یک ماده بسیار چندمنظوره و مقرون‌به‌صرفه است. ویژگی‌ها و مزایای اصلی آن عبارتند از:
1. ویژگی‌های الکتریکی:
پی‌وی‌سی یک ماده عایق خوب است، زیرا دارای قدرت دی‌الکتریک بالا می‌باشد.
2. دوام:
پی‌وی‌سی در برابر شرایط جوی، پوسیدگی شیمیایی، خوردگی، ضربه و سایش مقاوم است. به همین دلیل، این ماده انتخابی ترجیحی برای بسیاری از محصولات با عمر طولانی و کاربردهای خارجی است.
3. مقاومت در برابر آتش:
به دلیل محتوای بالای کلر، محصولات پی‌وی‌سی خودبه‌خود خاموش می‌شوند. شاخص اکسیداسیون آن ≥45 است. ترکیب آنتیمونی تری‌اکسید با پلاستی‌سایزرهای استر فسفات به بهبود عملکرد در برابر آتش و ویژگی‌های مکانیکی عالی می‌انجامد.
4. نسبت هزینه/عملکرد:
پی‌وی‌سی دارای ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی خوب است و همچنین مزایای عالی در رابطه با هزینه و عملکرد ارائه می‌دهد. این ماده عمر طولانی دارد و نیاز به نگهداری کمی دارد.
5. ویژگی‌های مکانیکی:
پی‌وی‌سی مقاوم در برابر سایش، سبک‌وزن و مقاوم است.
6. مقاومت شیمیایی:
پی‌وی‌سی در برابر تمامی مواد شیمیایی غیرآلی مقاوم است. این ماده مقاومت بسیار خوبی در برابر اسیدهای رقیق، قلیاهای رقیق و هیدروکربن‌های آلیفاتیک دارد. با این حال، برخی از گریدهای پی‌وی‌سی تحت تاثیر موارد زیر قرار می‌گیرند:
کتون‌ها و استرها
هیدروکربن‌های کلردار و آروماتیک
اترها و آمین‌های آروماتیک
ترکیبات نیترو
چگونه افزودنی‌ها ویژگی‌های پی‌وی‌سی را تحت تاثیر قرار می‌دهند؟
رزین پی‌وی‌سی که از پلیمریزاسیون به دست می‌آید، به طور طبیعی بسیار ناپایدار است. این ناپایداری به دلیل استحکام حرارتی پایین و ویسکوزیته ذوب بالا است. بنابراین، پی‌وی‌سی نیاز به اصلاح دارد تا به محصولات نهایی تبدیل شود. خواص آن می‌تواند با افزودن چندین افزودنی تقویت یا تغییر یابد. انتخاب افزودنی‌ها بستگی به نیازهای کاربرد نهایی دارد.
1. پلاستی‌سایزرها:
پلاستی‌سایزرها به عنوان عوامل نرم‌کننده استفاده می‌شوند. برخی از نمونه‌ها عبارتند از فتالات‌ها، آدیپات‌ها و تریملاات‌ها. این افزودنی‌ها خواص رئولوژیکی محصولات وینیل را با افزایش دما بهبود می‌بخشند. همچنین برای افزایش عملکرد مکانیکی مانند استحکام و مقاومت به ضربه افزوده می‌شوند. عواملی که بر انتخاب پلاستی‌سایزرها تاثیر می‌گذارند عبارتند از:
سازگاری با پلیمر
فراریت پایین
هزینه
2. استابیلایزرهای حرارتی:
پی‌وی‌سی دارای استحکام حرارتی بسیار پایین است. استابیلایزرها به جلوگیری از تخریب پلیمر در هنگام فرآیند یا مواجهه با نور کمک می‌کنند. وقتی که پی‌وی‌سی تحت حرارت قرار می‌گیرد، ترکیبات وینیل واکنش دهادروکلوره‌سازی خود تسریع‌شونده‌ای را آغاز می‌کنند. این استابیلایزرها HCl تولید شده را خنثی کرده و عمر پلیمر را افزایش می‌دهند. عواملی که باید در انتخاب استابیلایزرهای حرارتی مدنظر قرار گیرند عبارتند از:
نیازهای فنی
تایید مقررات
هزینه