اصلاح کننده ضربه هسته-پوسته PVC چه نوع اصلاح کننده ای است و در مقایسه آن با سایر انواع اصلاح کننده به چه نتایجی می توان رسید؟ پلی وینیل کلراید یا PVC یکی از مهم ترین و پر مصرف ترین پلیمر ها در دنیا است و در تولید لوله ها، پروفیل در و پنجره PVC، کابل ها، کفپوش ها، ورق ها و بسیاری از قطعات ساختمانی و صنعتی به کار می رود. با وجود این کاربرد گسترده، خود رزین PVC ذاتا ماده ای سخت و شکننده است. ساختار آمورف و قطبی آن باعث می شود نیرو های بین مولکولی قوی باشند و زنجیر ها حرکت کمی داشته باشند، بنابراین مقاومت آن در برابر ضربه، مخصوصا در دم اهای پایین، چندان رضایت بخش نیست.

برای رفع این مشکل، از اصلاح کننده های ضربه استفاده می شود. افزودنی هایی که هنگام فرمولاسیون PVC به آن اضافه می شوند و درون ماتریس پلیمری فاز نرم و الاستیکی ایجاد می کنند. در سال های اخیر در میان انواع مختلف اصلاح کننده های ضربه، گروهی که ساختار هسته–پوسته دارند مطرح شده اند. این اصلاح کننده ها به صورت ذراتی طراحی می شوند که در مرکز خود هسته ای لاستیکی و نرم دارند و روی آن ها پوسته ای سخت و با دمای انتقال شیشه ای بالا قرار گرفته است. این آرایش هوشمندانه اجازه می دهد که در عین حفظ استحکام و سفتی و حتی شفافیت در برخی گرید ها، استحکام ضربه به طور قابل توجهی افزایش یابد. در ادامه درمورد این نوع از اصلاح کننده ها توضیحات جامعی ارائه می دهیم.

انواع اصلاح کننده های ضربه برای PVC و جایگاه سیستم های هسته–پوسته

در صنعت  PVC، اصلاح کننده ضربه هسته-پوسته PVC بر اساس ساختار مولکولی و نحوه عملکردشان به چند دسته تقسیم می شوند. یک گروه مهم، اصلاح کننده هایی هستند که به صورت الاستومر از پیش طراحی شده یا همان ساختارهای هسته–پوسته شناخته می شوند. این مواد به شکل پلیمر هایی طراحی شده اند که هسته ای نرم و الاستومری دارند و روی آن ها پوسته ای سخت با دمای انتقال شیشه ای بالا قرار گرفته است. هسته نرم، عملکرد اصلی در جذب ضربه و افزایش چقرمگی را دارد، در حالی که پوسته سخت، مانع چسبیدن ذرات به یکدیگر می شود، آن ها را به صورت پودر های با جریان آزاد نگه می دارد و پخش یکنواخت و چسبندگی بهتر بین ذره و ماتریس PVC را ممکن می کند. مهم ترین اعضای این خانواده در PVC شامل سیستم هایی مانند  MBS، ACR، MABS و MACR هستند که همه آن هااصلاح کننده های ضربه بسیار کارآمدی به شمار می آیند.

گروه دوم، اصلاح کننده هایی با ساختار شبکه ای هستند که بیشتر از طریق ساز و کاری مشابه با پلاستی سایزر عمل می کنند. در این سیستم ها، مانند CPE و  EVA، اصلاح کننده با ایجاد یک شبکه پوشاننده در اطراف زنجیر های PVC و نوعی حل شدن جزئی، انعطاف پذیری و مقاومت به ضربه را بالا می برد، اما به دلیل سازگاری محدود، مورفولوژی آن ها به اندازه سیستم های هسته–پوسته قابل کنترل و یکنواخت نیست و معمولا برای رسیدن به سطح بالای چقرمگی به دوز مصرفی بیشتری نیاز دارند.

ساختار و عملکرد اصلاح کننده ضربه هسته-پوسته  PVC

اصلاح کننده ضربه هسته-پوسته PVC را می توان مانند یک ذره چند لایه تصور کرد که در مرکز آن هسته ای لاستیکی قرار دارد و اطراف آن را پوسته ای شیشه ای و سخت پوشانده است. هسته معمولا از پلیمر هایی با دمای انتقال شیشه ای پایین، مانند کوپلیمر های بوتیل اکریلات یا بوتادین، ساخته می شود. این بخش نرم در هنگام ضربه به شدت تغییر شکل می دهد و انرژی را به صورت الاستیک–پلاستیک جذب می کند. پوسته که از پلیمر هایی با Tg بالا مثل پلی متیل متاکریلات یا کوپلیمرهای متاکریلات/اکریلات تشکیل می شود، وظیفه دارد این ذره را پایدار نگه دارد، مانع چسبیدن ذرات به هم شود و چسبندگی آن ها به ماتریس PVC را افزایش دهد. به این ترتیب، تنش از PVC سخت به پوسته و سپس به هسته نرم منتقل می شود و انرژی ضربه در مسیر خود به شکل تغییر شکل پلاستیک و الاستیک در این نواحی مستهلک می گردد.

مقایسه و برتری اصلاح کننده ضربه هسته-پوسته PVC نسبت به سایر اصلاح کننده ها

وقتی اصلاح کننده های هسته–پوسته مانند ACR و MBS را با اصلاح کننده های رایج دیگری مثل  CPE، EVA، ABS  و لاستیک ها مقایسه کنیم، چند تفاوت اساسی دیده می شود. نخستین تفاوت در کارایی است. با مصرف مقدار نسبتا محدود ACR یا MBS می توان افزایش بسیار چشم گیری در استحکام ضربه PVC به دست آورد، در حالی که برای رسیدن به همان سطح چقرمگی با  CPE، معمولا باید دوز مصرفی بالا تری در فرمولاسیون در نظر گرفته شود و این موضوع ممکن است به افزایش ویسکوزیته مذاب و کاهش سفتی منجر شود.

در مقابل، CPE  هرچند ارزان و در دسترس است و در بسیاری از بازار ها به طور گسترده در تولید لوله و پروفیل PVC به کار می رود، از نظر امکان تنظیم دقیق مورفولوژی، شفافیت و دوام محیطی، در سطح اصلاح کننده هسته–پوسته PVC قرار نمی گیرد. CPE معمولا در محدوده ۵ تا ۱۵ قسمت وزنی مصرف می شود و اغلب همراه با دیگر سخت کننده ها مورد استفاده قرار می گیرد، اما این ترکیب ها ممکن است از نظر ثبات رنگ، محدودیت هایی داشته باشند.

مزیت برجسته دیگر اصلاح کننده های هسته–پوسته، امکان دستیابی به شفافیت بالا است. MBS  به دلیل نزدیکی ضریب شکست به PVC و سازگاری با آن، پس از افزودن به PVC کاری می کند که محصول نهایی شفاف باقی بماند. با استفاده از گرید های مناسب MBS می توان هم زمان شفافیت بالا و افزایش چندین برابری استحکام ضربه را به دست آورد، بدون آن که ظاهر نهایی قطعه تغییر نامطلوبی پیدا کند.

جمع بندی

PVC  در حالت خالص، پلیمر سخت اما شکننده ای است و برای بسیاری از کاربرد های ساختمانی و صنعتی، استحکام ضربه و چقرمگی کافی ندارد. اصلاح کننده های ضربه با ایجاد فاز نرم و الاستیکی درون ماتریس  PVC، از طریق مکانیزم هایی مانند توقف رشد ریزترک ها، انرژی ضربه را جذب و مستهلک می کنند و بدین ترتیب PVC را به ماده ای چقرمه و مقاوم تر بدل می سازند. در این نوشته سعی کردیم به نمونه خاصی از آن یعنی اصلاح کننده ضربه هسته-پوسته PVC اشاره کنیم و درمورد آن توضیحاتی ارائه دهیم.