کامپاند یعنی چه؟ و مواد افزودنی پلاستیک چیست؟

کامپاندها و مواد افزودنی یکی از حیاتی ترین اجزای یک محصول پلیمری است مواد های افزودنی نقش مهمی در رشد صنعت پلاستیک داشته اند یک محصول پلیمری معمولی شامل انواع مختلف کامپاند ها و مواد افزودنی مانند پرکننده ها، نرم کننده ها، رنگ های مختلف، تثبیت کننده ها و…

کامپاند یعنی چه؟ و مواد افزودنی پلاستیک چیست؟ 

ما در این مقاله سعی داریم بررسی کنیم اصلا کامپاند چیست؟و  چرا  کامپاند و مواد افزودنی در پلاستیک استفاده می شود؟

سوال اول: چرا  کامپاند و مواد افزودنی درپلاستیک استفاده می شود
ما می دانیم که پلیمر ها با اتصال چندین مونومر مانند اتیلن ،پروپیلن ،استایرن و… تشکیل می شوند
مونومر های موجود در پلیمر ها عمدتا توسط پیوند های کربن کربن ،آمید یا استر به هم متصل می شوند این پیوند ها زیاد قوی نیستند و در شرایط شدید مانند درجه حرارت بالا – نور ماورابنفش- اکسیژن یا رطوبت و… می توانند به راحتی شکسته شوند اکثر پلیمر ها ذاتا ضعیف اند که در شرایط شدید مستعد تخریب هستند

مواد افزودنی درپلاستیک

اولین مرحله ای که پلیمر شرایط سخت را تجربه می کند فرایند اکستروژن است

اکستروژن بسیار بالاتر از دمای ذوب پلیمر،در فشار بسیار بالا انجام می شود ودر هوایی که حاوی ماده اکسید کننده مانند اکسیژن وفلز است
در چنین دما و فشار پیوند اتصال مونومر ها بسیار حساس است محصولات پبلیمری حتی در زمان موجود نیز باید شرایط سختی را پشت سر بگذارند مثلا در کاربرد های مانند زمانی که محصولات برای استفاده در فضای باز استفاده می شود
این محصولات می توانند در معرض تابش مستقیم خورشید باشد که حاوی اشعه ماورا بنفش است و همچنین تولید بالایی دارد
گرما و نور ماورا بنفش هر دو باعث تخریب زنجیر پلیمر می شوند که هر دو عامل باید کنترل شود
مکانیسم های مختلف تخریب مواد پلیمری در اینجا نشان داده شده است

اکستروژن

از آنجا که انتظار می رود پلیمرها چندین سال در کاربردهای مختلف مانند خودرو با حفظ ویژگی های ظاهری و مکانیکی بیش از ۱۵سال سالم بماند درحالی که در کاربرد های آن در ساختمان انتظار می رود بیش از ۵۰سال سالم بماند
بنابراین اگر مواد پلیمری از اثرات مضر گرما،نور،رطوبت و uv محافظت نشود نمیتوان از این مواد پلیمری استفاده کرد
در اینجا پاسخ اولین سوال ما وجود دارد
که همه مواد افزودنی استفاده نمی شود بلکه چندین مورد استفاده می شود

از مواد پلیمری در برابر اثرات مضرگرما ماده اکسید کننده ،نور ماورابنفش رطوبت و حفظ خواص فیزیکی و ظاهری آن ها استفاده می شود
مواد افزودنی به عنوان یک سطح مشخصی از قدرت و انعطاف پذیری در محصول نهایی ، لازم است
اکنون می توان گفت که مواد افزودنی برای تسهیل پردازش دستیابی به خواص مطلوب استفاده می شود

خب حالا بریم در مورد مواد افزودنی مختلف و عملکرد آنها در پلاستیک بحث کنیم

مواد افزودنی مختلف و عملکرد آنها

مراحل مختلفی وجود دارد که در آن پلیمرها به محصول مختلف تبدیل می شوند این مراحل را می توان با دو مرحله اساسی نشان داد
در مرحله اول پلیمرها با بسته افزودنی مخلوط می شوند
بسته افزودنی نام مخلوطی از مواد افزودنی مختلف است که به آنها اضافه می شود
پلاستیک برای رسیدن به عملکرد مطلوب پس از مخلوط پلیمر و بسته افزودنی برای تغییر رزین فرموله شده اکسترود می شود که سپس قالبگیری شده و محصول مورد نظر را تشکیل می دهد
کامپاند و مواد افزودنی اضافی را می توان در طول فرایند قالب گیری یا فرایند پس از تولید اضافه کرد اما برای ساده تر فهمیدن بیایید فرض کنید تمام مواد افزودنی از طریق بسته افزودنی اضافه می شود

تغییرات کامپاند و مواد افزودنی در محصول:

اولین چیزی که در یک محصول مشاهده می شود رنگ آن است
رنگ دهنده ها یکی از انواع مواد افزودنی است

ماده رنگی می تواند به صورت رنگ یا رنگدانه باشد. رنگدانه ها ذراتی هستند که نور را جذب می کنند رنگدانه ها برای ماندگاری طولانی استفاده می شود
مرحله بعد افزودنی هست که برای خاصیت فیزیکی به محصول اضافه می شود که احتمالا مهمترین مورد است
خواص فیزیکی اساسا نشان دهنده سه ویژگی مختلف محصول است اول مقاومت در برابر ضربه اصلاح کننده های ضربه ای برای دستیابی به مقاومت ضربه مطلوب اضافه می شود اصلاح کننده های ضربه بیشتر لاستیک های کاربردی مانند لاستیک بوتادین بلوک اکریلیک هستند
کوپلیمرهایی مانند NBR-SBSوFPDM

ویژگی دوم : مقاومت در برابر کشش یا به طور کلی مقاومت در برابر مواد است از آنجا که قدرت مورد نیاز وسایل خانه مانند صندلی در مقایسه با کامپوزیت های پلیمری مورد استفاده در ماشین یا هواپیما متفاوت است ماده های تقویت کننده هم مختلف است در صورت نیاز به مقاومت بالا از الیاف شیشه ،الیاف کربن یا الیاف کولار استفاده می شود

خاصیت بعدی انعطاف پذیری است:

اگر انعطاف پذیری کافی نباشد در صورت خم شدن ترک میخورد بنابراین برای دستیابی به انعطاف پذیری مطلوب از نرم کننده ها استفاده می شود نرم کننده ها یکی از مواد افزودنی پرکاربرد در پلاستیک ها هستند و همچنین از نظر ماهیت شیمیایی و کاربرد متفاوت است همانطور که گفتیم نرم کننده ها انعطاف پذیری و دوام پلاستیک ها را بهبود می بخشند

نرم کننده ها را میتوان به طور کلی به دودسته اصلی داخلی –خارجی دسته بندی کرد

نرم کننده های داخلی پلیمرهای اصلاح شده شیمیایی هستند متداول ترین مونومر ها که می توانند به عنوان نرم کننده های داخلی عمل کنندوینیل استات و وینیلیون کلراید این نرم کننده ها به دلیل محدود بودن در دسترس کمتر استفاده میشود
نوع بعدی نرم کننده ها خارجی هستند این نوع نرم کننده به دو دسته نرم کننده های اولیه و ثانویه نرم کننده های اولیه مواد شیمیایی هستند و سازگاری قابل توجهی دارند
نرم کننده های اولیه میتوانند به خودی خود انعطاف پذیری مطلوبی را فراهم کنند در حالی که نرم کننده های ثانویه نمی توانند
رایج ترین نرم کننده های اولیه ترکیبات فتالات ونرم کننده های ثانویه سیا کات ،پلی استر و روغن اپوکسی شده همانطور که بسیاری از محصولات پلاستیکی در فضای باز استفاده می شود و با نور خورشید در ارتباط هستند از آنجا که نور خورشید داری اشعه ماورا بنفش با انرژی بالا است می توانند زنجیر ه های پلیمری را بشکند و پایین بیاید و در نتیجه شکل ظاهری محصول از بین می رود
بنابراین برای محافظت از محصول در برابر اثرات مضر نور uv که ترجیحاuv را جذب میکنند نور وhalsکه رادیکال آزاد را از بین برده و بنابراین ار آن محافظ غیر مستقیم می کند
همانطور که قبلا اشاره کردیم بسته به نیاز عملکرد محصول نهایی و شرایط محیطی در حین استفاده مواد افزودنی مختلف برای دستیابی به عملکرد اضافه می شوند و همچنین از محصول در برابر عوامل مضر محافظت می کنند

زیرا اصطکاک را کاهش می دهد یکی از متداول ترین روان کننده های داخلی استر چرب ،EVA،واکس ها و پلی اتیلن اکسید شونده هستند برای جدا سازی قالب و آزاد سازی آن از این نرم کننده ها استفاده می شود به عنوان مثال برای عوامل آزاد سازی قالب رو غنها ی سیلیکون –گرافیت – دی سولفید مولیدن استفاده می شود استفاده از این افزودنی ها به بهبود فرایند قالب ریزی و همچنین کاهش هزینه کمک می کند

اما غلظت این مواد افزودنی با دقت زیادی تصمیم گیری می شود زیرا ممکن است در محصول نهایی تغیراتی ایجاد شود اولین مرحله ای که لازم است از پلیمر ها محافظت شود اکستروژن است
بنابراین برخی مواد افزودنی خاص برای تسهیل فرایند اکستروژن و محافظ به آن افزوده می شود
در طول اکستروژن ۳عامل اصلی وجود دارد که می تواند باعث تخریب قابل توجهی شود این عوامل عبارت اند از دما، عوامل اکسید کننده ،اصطکاک بین زنجیرهای پلیمری، برای دما ما نمی توانیم کاری انجام دهیم از آنجا که دمای بالا باعث می شود زنجیره پلیمری بسیار حساس به ماده اکسید کننده باشد سرعت واکنش شیمیایی در دمای بالا به طول قابل توجهی افزایش می یابد بنابراین مواد افزودنی برای محافظت از پلیمر در برابر عوامل اکسید کننده اضافه می شوند به این افزودنی ها تثبیت کننده های فرآوری گفته می شود

انواع مختلف از تثبیت کننده ها وجود دارد مانند آنتی اکسیدان ، تجزیه کننده های پراکسید وفلات
آنتی اکسید ها به جلوگیری از تخریب ناشی از حرارت مکانیکی با حرارتی اکسیداتیو کمک می کنند
نحوه توابع این آنتی اکسیدان ها در روند تخریب به ساختار آنها متفاوت است
برخی از آنتی اکسیدان های رایج عبارتند ازآمین ها ،فنلیک فسفیت ها و تی استر ها این تثبیت کننده ها تثبیت کننده های اولیه نیز نامیده می شوند

برای محافظت از پلیمر ها در برابر فلزات ،عوامل کیلیت اضافه می شود علاوه بر مواد افزودنی که قبلا ذکر شد برخی از افزودنی ها دیگر نیز برای مواد مختلف اضافه می شود دلایلی مانند پر کننده ها ،بازدارنده های شعله ،عوامل هسته ای ،عوامل دمنده، پرکنندهای رسانایی و… در بسیاری از مواقع مواد پرکننده اضافه می شود تا هزینه محصول نهایی افزایش نیابد
پرکننده ها برای قدرت و ثبات ابعاد کمک شایانی میکند
باز دارنده ها ی شعله باعث کاهش اشتعال پلاستیک ها می شوند آن ها را می توان به ترکیبات آلی و غیر آلی تقسیم کرد
بازدارنده ها هیدروکسید آلومینیوم هستند عوامل هسته ای برای تاثیر برمیزان تبلور ،مکانیکی و نوری انجام می شود