اجزاء کامپوند پی وی سی مصرفی در واتراستاپ

توسط محمد رضا ایوبی در ۱۲ خرداد, ۱۳۹۴

مقدمه

نوارهای آب بند پی وی سی موسوم به واتراستاپ، محصولات شناخته شده ای در سازه های بتنی آبی و فاضلابی هستند. این محصولات به شکل نوار در مقاطع درزهای حرکتی بتن واقع شده و این درزها را در طول عمر سازه، در برابر نشتی آب مسدود می کنند. این نوارها در ضخامت و پهناهای مختلف تولید می شوند و ابعاد این نوارها بسته به فشار آب پشت درزها محاسبه و انتخاب می گردد. هر چه فشار بالاتر باشد، ضخامت یا پهنا یا هر دو باید افزایش یابد. علاوه بر ابعاد و ظاهر واتراستاپ که باید طبق محاسبات مهندسی و بر اساس استانداردهای مربوطه باشد، جنس این محصولات نیز باید از مواد معین و با کیفیت تعریف شده و تحت کنترل تشکیل شده باشد. این مقاله مروری ست بر ساختار شیمیایی و پلیمری مواد مصرفی این محصولات.

پی وی سی

پلی وینیل کلراید، که بطور مخفف به پی وی سی PVC معروف است، جزء دسته پلیمرهای ترموپلاستیک می باشد که دارای یک ساختار زنجیره پلی اتیلنی بوده و اتمهای کلر بر روی این زنجیر بطور یک در میان بر روی کربنها نشسته اند. تقریباً نزدیک به ۶۰% وزن پی وی سی مربوط به اتمهای کلر است. حضور کلر بر روی این زنجیرها باعث ایجاد قطبیت نسبی نسبت به زنجیر پلی اتیلن می گردد و به همین دلیل زنجیره پی وی سی دارای سختی بالائی نسبت به پلی اتیلن است. همین سختی بالا باعث می شود که این پلیمر به تنهائی فرآیند نشود. نیم قرن تحقیقات بر روی فرآیند پذیری این ماده در نهایت منجر به یافتن راهی توسط شرکت گودریچ در اوائل قرن بیستم شد که حاصل این رهیافت، نرم کننده های فتالاتی بودند. از آن به بعد پی وی سی در ابتدا توسط یک فرآیند کامپوندینگ جهت فرآیند نهائی آماده و در یک فرآیند نهائی این کامپوند به شکل مورد نظر در می آید. پایدارکننده های گرمائی، پایدارکننده های نوری، نرم کننده ها، کمک فرآیندها، فیلرها، بهبود دهنده های گرمائی، ضد باکتری ها، مقاوم کننده های در برابر آتش و رنگ، گستره ای از این مواد می باشند که بسته به محصول نهائی مورد نظر، از آنها در مقادیر مورد نظر استفاده می شود.

 

ترکیبات کامپوند مصرفی در واتراستاپ

پی وی سی مورد مصرف در واتراستاپ کامپوندی متشکل از چندین ماده در نسبتهای متفاوت بوده که هر کدام نقشی را در کیفیت واتراستاپ بر عهده دارند. در اینجا به ترتیب به این مواد و نقش آنها پرداخته می شود:

 

پودر پی وی سی

جزء اصلی کامپوند مورد نظر ما پلیمر پلی وینیل کلراید است که به شکل پودر در واحدهای پتروشیمی تولید می شود. این ماده در کشور ما در مجتمع های بندر امام، آبادان و غدیر تولید شده و همچنین از کشورهای دیگر نیز وارد می گردد. کیفیت پی وی سی مرتبط با چندین عامل است. جرم مولکولی، توزیع جرم مولکولی و ساختار کریستالی ناشی از پیکربندی کلرها، تعیین کننده خصوصیات پی وی سی می باشد.

 

نرم کننده ها (Plasticizers)

جهت کاهش سختی کامپوندهای پی وی سی، از ترکیبات استری بر پایه فتالیک اسید، به شکل دی الکیل فتالات، استفاده می‌شود. دی اکتیل فتالات، معروف به DOP مهمترین نرم کننده در کامپوند واتراستاپ می باشد. این استر محصول واکنش انیدرید فتالیک و ۲-اتیل هگزیل الکل بوده و از نظر وزن مولکولی جزو نرم کننده های متوسط است که هم امتزاج پذیری خوبی با پی وی سی دارد و هم مشکلات زیست محیطی ناشی از تبخیر سطحی استرهای سبک وزن را ندارد. کاری که این ماده انجام می دهد اینست که بر روی سطح زنجیرهای پی وی سی قرار گرفته و باعث کاهش بلورینگی این زنجیرها می گردد. استفاده از روان کننده های ارزان قیمت هیدروکربنی در تولید کامپوندهای ارزان قیمت نیز رایج بوده که باعث می شود محصول نهائی بوی مواد نفتی بدهد. این ترکیبات یک نرمی کوتاه مدت ایجاد می‌کنند که در اثر مرور زمان علاوه بر از دست دادن نرمی، محیط خود را آلوده به بخارات نفتی کرده و همچنین دوام واتراستاپ را در سازه پائین می آورند.

 

نرم کننده های بر پایه اپوکسی

روغن سویا تحت یک واکنش شیمیایی دارای گروه عاملی اپوکسی شده که در مقادیر کم در کامپوند پی وی سی واتراستاپ مصرف می شود. این مواد علاوه بر اینکه خاصیت نرم کنندگی دارند، هیدروکلریدریک اسید آزاد شده طی فرآیند را به دام انداخته و مانع از اسیدی شدن محیط و تاسیسات می شوند و علاوه بر این کیفیت واتراستاپ را نیز بهبود می دهند.

 

پایدار کننده های حرارتی

ساختار پی وی سی در برابر حرارت ناپایدار بوده و در حرارتهای بالای ۷۰ درجه سانتیگراد شروع به تخریب خود کاتالیستی می‌کند. این پدیده علاوه بر کاهش کیفیت پلیمر، گاز HCl نیز آزاد می کند که هم مشکلات بهداشتی ایجاد کرده و هم باعث خوردگی تاسیسات و تجهیزات تولیدی می شود. لذا نیاز است که برای پایداری این مواد از پایدار کننده ها استفاده شود. نمکهای فلزات سنگین اسیدهای آلی مهمترین این پایدار کننده ها هستند: مثل کلسیم استئارات. انتخاب این پایدار کننده ها بر اساس کیفیت و قیمت محصول نهائی می تواند متغیر باشد. نمکهای مضاعف زینک باریم و زینک کلسیم امروزه بطور مطلوبی در این صنعت به کار گرفته می شوند که خود این ترکیبات دارای فرمولاسیونهای بهینه می باشند.

فیلر

در کامپوندهای پی وی سی از مواد معدنی مثل کربنات کلسیم، تیتان، خاک رس و دیگر مواد معدنی می توان استفاده کرد که مهمترین این مواد پودر کربنات کلسیم می باشد. این ترکیبات در اندازه ذرات ریز استفاده می شوند. تقریباً در ۸۰ درصد کامپوندها از کربنات کلسیم استفاده می گردد. فیلرها به منظورهای مختلف استفاده می شوند. کاهش قیمت کامپوند، افزایش سفتی و مقاومت کامپوند و بهبود ضربه پذیری کامپوند از این جمله‌اند.  اندازه ذرات و خصوصیات ظاهری فیلر مهمترین خصوصیاتی است که باید کنترل شود. کاهش اندازه ذرات در محدوده یک میکرون، باعث می شود که پخش شوندگی این ذرات در کامپوند مشکل باشد و به همین دلیل معمولاً از پودرهای پوشش داده شده سطحی با ترکیبات آلی استفاده می شود که پخش شوندگی ذرات را افزایش می دهند. علاوه بر آن کاهش اندازه ذرات باعث گرد گوشه شدن ذرات شده و نقش آن در بهبود مقاومت در برابر ضربه کم می شود و به همین دلیل در این شرایط باید از مواد بهبود دهنده ضربه نیز استفاده کرد. مقاومت کششی کامپوند با میزان کربنات رابطه عکس دارد ولی در یک میزان ثابت فیلر، خصوصیات کششی کامپوند مرتبط با شکل ظاهری فیلر خواهد بود. کیفیت فیلر ارتباط با دانه بندی ذرات، نرمی و شکل ذرات داشته و ترجیحاً باید پوشش دهی خوبی با ترکیبات آلی داشته باشد و این عوامل تعیین کننده قیمت فیلر و در نهایت کیفیت واتراستاپ خواهند بود. نسبت قیمت یک فیلر با کیفیت، نسبت به یک فیلر کم کیفیت تا ۳ برابر متفاوت می باشد.

 

رنگ

رنگ نیز بخش دیگری از کامپوند پی وی سی مورد مصرف در واتراستاپ است. این رنگها بر پایه ترکیبات معدنی هستند که باید پایداری نوری و حرارتی مناسبی داشته باشند. در مورد واتراستاپ، رنگ نشانه ایی از مبداء و تولید کننده واتراستاپ است و به نوعی یک معرف منحصر به فرد می باشد که هر تولید کننده ای با آن رنگ تولید کرده و شناخته می‌شود. البته در بازار ایران به این مسئله به این شکل توجه نمی شود.