افزودنی های پلیمر-بخش سوم نرم کننده ها ,

نرم کننده ها و نرم سازها (پلاستی سایزرها) :

عمل آلیاژ کردن نرم سازها با برخی پلیمرها از همان روزهای اول صنعت پلاستیک وقتی الکساندر پارکس، پارکزین را معرفی کرد انجام می‌شده است. وقتی اولین مرتبه به کار گرفته شدند، اساسا به عنوان جداکننده مولکولهای پلیمر عمل می‌کردند.طبعا انرژی کمتر جهت چرخش پیوند مولکولی لازم بود و پلیمرها در دمای پایین تر از دمای تجزیه شان قابلیت جریان داشتند. بعدها دریافتند که نرم سازها دو نقش دیگر هم ایفا می‌کنند، کم کردن گرانروی مذاب و تغییر خواص فیزیکی محصول مانند افزایش نرمی و انعطاف پذیری و کاهش دمای انعطاف سرد ( دمایی که زیر آن آمیزه پلیمر انعطاف پذیری خود را از دست می‌دهد.)

به عبارت دیگر تعریف نرم‌کننده يا پلاستي‌سايزر عبارت است از ماده‌ای که در ترکیب با ماده دیگر (عموماً پلاستیک و یا الاستومر) منجر به افزایش انعطاف می‌شود. حضور نرم‌کننده می‌تواند باعث کاهش دمای انتقال شیشه‌اي، ویسکوزیته مذاب و مدول الاستیک شود.

امروزه از نرمسازها در بسیاری از پلیمرها مانند پلی وینیل استات، پلیمرهای آکریلی، سلولز استات و مهمترین همه پلی وینیل کلراید PVC)) استفاده می‌شود. بیشترین بازار مصرف نرم‌کننده در صنایع پلیمری (حدود80درصد) متعلق به صنعت پی‌وی‌سی است. استفاده از مقادیر کم نرم‌کننده در فرمولاسیون پی‌وی‌سی موجب کاهش دمای فرایند و ممانعت از تخریب حرارتی آن می‌شود. از طرف ديگر این افزودنی به دليل ايجاد انعطاف پذيري يکي از اجزاي اصلی فرمولاسیون پی‌وی‌سی نرم به شمار مي‌رود. مقادیر کم کمتر از (15Phr) نرم‌کننده با نفوذ ميان زنجیرها و جلوگیری از ارتعاش و حرکت مولکولی خاصیت ضد نرم‌کنندگی مشاهده می‌شود. در این مقادیر نرم‌کننده، افزایش مدول و استحکام کششی و کاهش ازدیاد طول در نقطه شکست و استحکام ضربه مشاهده می‌شود. همچنین در مقادیر بسیار بالای نرم کننده بیشتر از (90Phr ) تغییرات خواص مکانیکی با تغییر میزان نرم‌کننده بسیار ناچیز است. در غلظت میانی نرم کننده (20-80Phr) ساختار شیمیایی نرم‌کننده نقشي تعین کننده بر سهولت فرایندپذیری پی‌وی‌سی دارد.

می دانیم که نرم سازها در اصل حلالهای غیر فرار هستند. در نتیجه می‌بایست از پارامترهای انحلال پذیری نزدیک به پارامترهای انحلال پذیری پلیمر و وزن مولکولی دست کم 300 برخوردار باشند. در صورتی که پلیمر یا نرمساز متمایل به تبلور باشند، طبعا نیاز به برخی برهم کنش های ویژه میان پلیمر و نرم ساز خواهد بود.

از موارد خاص قابل توجه این است که وقتی دو نرمساز با وزن مولکولی و پارامتر انحلال پذیری یکسان، با پلیمر آلیاژ شوند، آمیزه هایی با خواص بسیار متفاوت بدست می‌آید. تفسیرهای زیادی در این خصوص پیشنهاد شده که رایج ترین آنها فرضیه قطبیت و فرضیه پیوند هیدروژنی است.

در فرضیه قطبیت نرم سازها به عنوان فضاگیر عمل نمی‌کنند بلکه با مولکولهای پلیمر اتصال برقرار می‌کنند، گرچه این اتصالات احتمالا موقتی باشند. گفته می‌شود در این حالت برهم کنش دوقطبی میان یک گروه قطبی از مولکول پلیمر مانند اتم کلری که بخشی از دو قطبی کربن – کلر را تشکیل می‌دهد و یک گروه قطبی از نرمساز نظیر یک گروه استر اتفاق می‌افتد. در جایی که بین نرم ساز و یا تعدادی مولکولهای بیشتری اتصال برقرار شود، شکلی از اتصالات عرضی قطبی اتفاق می‌افتد.

برخی مولکولها نه تنها حاوی گروههای قطبی اند بلکه شامل گروه های قطبش پذیز مثل حلقه های بنزنی هستند که اتصال قطبی را تقویت می‌کنند.بنابراین طیفی از نرمسازها با درجات مختلف قطبیت و قطبش پذیری در دست خواهد بود. در اثر همین تفاوت هاست که اثرات متفاوتی از دو نرمساز تری تولیل فسفات و دی اکتیل سباسات در PVC دیده می‌شود.اولی شدیدا قطبی و بسیار قطبش پذیر بوده و دومی از قطبیت کمتری برخوردار است. اتصال قویتر فسفات بر روی اثر فضاگیری نرمساز تاثیر می‌گذارد به طوری که آمیزه های حاصل از مدول و سختی بیشتر و در دمای انعطاف سرد بالاتری در مقایسه با آن چه که از اثر فضاگیری تنها انتظار می‌رود برخوردار می‌شوند. در مورد PVC هیدروژن برروی کربن چسبیده به کلر، فعال بوده به طوری که مولکول پلیمر به عنوان یک پروتون دهنده عمل می‌کند.

برخی از موارد، بخشی از نرمسازها توسط ارزان کننده جایگزین می‌شود، این دسته، موادی هستند که خود نرمساز نبوده ولی استفاده از آنها تا غلظت مشخصی در یک سیستم پلیمر – نرمساز مجاز است. از روغنهای پالایش و واکسهای کلردار به شکل گسترده ای در PVC به همین منظور استفاده می‌شود که هدف اصلی کاهش هزینه بوده گرچه واکسهای کلردار به عنوان پایدار کننده حرارتی هم عمل می‌کنند.

دی اکتیل فتالات (DOP) یکی از مهم ترین نرم کننده های پودر پی وی سی است روش تولید این ماده در یک راکتور مجهز به همزن در مجاورت کاتالیزور پاراتولوئن سولفونیک اسید (PSTA) با دو ماده اولیه دو اتیل هگزانول و انیدرید فتالیک تولید می‌شود و مراحل تولید DOPعبارتند از استریفاکسیون، بازیابی الکل مازاد و صاف کردن محصول. کاربرد در صنایع چرم مصنوعی، کفش، رنگسازی، شیلنگ سازی، اسباب بازی کابل سازی ،گرانول سازی، فیلتر هوا، توپ سازی، نوار دور شیشه و…

منبع: شبکه ملی آموزش صنعت پلیمر