تاثیر سازگارکننده پلی اتیلن مالئیکه در آمیزه های تاخیردهنده شعله
یکی از مهم ترین ویژگی های پلیمرهای پر مصرف همچون پلی اتیلن و پلی پروپیلن قابلیت تنظیم خواص با به کار گیری افزودنی های مختلف در فرمولاسیون می باشد. به گونه ای که اغلب خواص پلیمرها با افزودن پرکننده های مختلف قابل تغییر است. به طور کلی، پرکننده (فیلر)ها باعث افزایش میزان سفتی، مقاومت در برابر سایش و کاهش میزان پارامتر تغییر ابعاد (شیرینکیج) قطعات تولیدی با استفاده از فرایند تزریق میگردند. البته در کنار مزایایی که افزودنی های مختلف ایجاد می کنند می توان به برخی از معایب آنها نظیر تغییراتی در میزان چقرمگی و یا مشکلاتی در بحث فرآیند پذیری اشاره کرد. به طور خاص، پلی الفین هایی همچون PE و PP به عنوان پر مصرف ترین پلیمرها که دارای ماهیت غیر قطبی هستند با اکثر پرکننده ها که اغلب آبدوست هستند، ناسازگارند. به همین دلیل، اتصال مناسب میان سطح مشترک پرکننده ها با ماتریس های پلیمری ضعیف است. با این وجود معمولا دستیابی به ویژگی هایی نظیر پلیمرهای رنگی، ایجاد رسانایی در ماده پلیمری یا بازدارندگی شعله نیاز به استفاده از پرکننده های مناسب در مقادیر زیاد دارد [1]. به عنوان مثال، به منظور دستیابی به خاصیت بازدارندگی شعله مطلوب در پلیمرها اضافه کردن حدود 60% وزنی از ترکیبات تاخیردهنده شعله (Flame Retardant Filler) شامل آلومینیم هیدروکسید (ATH) و یا منیزیم هیدروکسید (Mg(OH)) ضروری است. مکانیسم اصلاح پرکننده هایی از این قبیل را می توان با استفاده از روش های مختلفی نظیر پوشش دهی سطح فیلر و در نتیجه افزایش میزان چسبندگی در مرز مشترک میان فیلر و ماتریس پلیمری بهبود داد. پوشش دهی های رایجی که غالبا بر سطح پرکننده ها اعمال می گردد؛ شامل گروه های هیدروکسیل مانند استئاریک اسید و دیگر ترکیبات آلی مناسب می باشد[2].
شکل 1- نمونه ای از کاربردهای کامپاندهای حاوی پر کننده در محصولات ضدشعله.
مزایایی که با استفاده از این راهکارها ایجاد می گردد شامل بهبود پراکنش پرکننده در ماتریس پلیمری بوده که این امر خود سبب بهبود خواص مکانیکی، افزایش خصلت روانشدگی و نیز کاهش میزان ویسکوزیته مذاب ماده پلیمری در حین فرایند کامپاندینگ آمیزه پلیمری می گردد. علاوه بر مکانیسم ایجاد پوشش بر سطح ماده معدنی که به میزان محدودی باعث بهبود خواص سطح مشترک می شود، استفاده از سازگارکننده های پلیمری مناسب با ماهیت پلیمرهای مصرفی در واکنش می تواند به عنوان گزینه ای برای بهبود میزان چسبندگی ذرات فیلر و ماتریس پلیمری به کار رود. پلی اولفین های آبگریز معمولا با اعمال فرایندهای کوپلیمریزاسیون و یا اکستروژن های واکنشی ماهیت قطبی می یابند[3]. در حضور سازگارکننده ها یک اتصال پایدار میان فیلر و ماتریس پلیمری ایجاد می گردد. کوچک مولکول هایی نظیر استئاریک اسید، برای ایجاد گره خوردگی با زنجیرهای پلیمری بسیار کوچک هستند اما کاملا قادر به کاهش تنش بین سطحی در مرز مشترک پلیمر و فیلر هستند با این حال این دسته از مواد نمی توانند چندان به عنوان سازگارکننده ها در همه آمیزه های پلیمری موثر واقع شوند[4]. لازم به ذکر است که تاکنون سازگارکننده های پلیمری مختلفی در مقالات و کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گرفته اند که شامل پلی پروپیلن عاملدار شده با اکریلیک اسید (PP-g-MA)، پلی اتیلن عاملدار شده با مالئیک انیدرید (PE-g-MA)، پلی پروپیلن عاملدار شده با مالئیک انیدرید (PP-g-MA) و نیز لاستیک اتیلن پروپیلن مالئیکه (EPR-g-MAH) میباشد.
شکل 2- پوشش پلیمری با خاصیت تاخیرانداز شعله موجود در لایه خارجی کابلهای برق.
شکل3- مکانیسم عمل سازگارکنندهها در یک ماتریس پلیمری.
شکل 4-برخی از خواص کامپاندهای تاخیر انداز شعله پلیمری (HFFR).
در این مقاله به بررسی تاثیر پلی اتیلن عاملدار شده با مالئیک انیدرید (PE-g-MA)، به عنوان سازگارکننده در آمیزه PE/ FR Filler؛ در جهت بهبود خواص مکانیکی این آمیزه ها از طریق افزایش میزان اتصال میان فیلر و ماتریس مورد استفاده پرداخته می شود.
شکل 5- نمودار تغییرات مدول الاستیک و مدول کششی آمیزه PE/FR Filler در حضور سازگارکننده PE-g-MA به میزان 10% وزنی[5].
همان طور که از نمودار (5) مشخص است، حضور ماده معدنی تاخیر اندازه شعله، FR Filler، موجب افزایش مدول الاستیک (مدول یانگ) و کاهش میزان استحکام کششی آمیزه مورد نظر می گردد. بدیهی است این تغییرات ناشی از این است که حضور یک ماده معدنی سبب افزایش سفتی (Stiffness) شده و در نتیجه میزان مدول الاستیک آن افزایش می یابد. هم چنین مشاهده می شود که استفاده از سازگارکننده مناسب در آمیزه پلیمری PE/Mg(OH) باعث افزایش قابل توجهی در میزان مدول الاستیک شده و در عین حال مدول کششی را نیز تا حدی افزایش یافته است. علت بهبود قابل توجه در خواص مکانیکی آمیزه های مورد نظر ناشی از ایجاد برهم کنش بین سطحی (در مرز مشترک) دو فاز موجود در آمیزه یعنی ذرات FR Filler در ماتریس پلیمری PE میباشد که حضور سازگارکننده در این آمیزه علاوه بر این به پخش همگن و یکنواخت ذرات فیلر در حین فرایند اکستروژن کمک می نماید از وقوع پدیده به هم چسبیدگی ذرات پس از فرایند کامپاندینگ (agglomeration) نیز جلوگیری بعمل می آورد.
شکل 6- نمودار تغییرات ازدیاد طول در نقطه شکست و نیز استحکام ضربه آمیزه سازگار شده با PE-g-MA و فاقد سازگارکننده[6].
همان طوری که در نمودار شماره (6) مشخص است، استفاده از سازگارکننده پلی اتیلن مالئیکه مورد نظر باعث افزایش میزان ازدیاد طول در نقطه شکست شده و هم چنین میزان مقاومت ضربه را تا حد قابل توجهی افزایش می دهد. دلیل بهبود این نوع خواص مکانیکی همانطور که پیش تر نیز توضیح داده شد ناشی از بهبود پراکنش ذرات منیزیم هیدروکسید به عنوان یک ماده تاخیر انداز شعله در ماتریس پلیمری مورد نظر (که در مورد این آمیزه پلی اتیلن است)، می گردد.
شرکت آریا پلیمر پیشگام محصول سازگارکننده مخصوص کامپاندهای ضد شعله خود را تحت عنوان کد Aria couple 1196 ارائه نموده است، لطفا جهت کسب اطلاعات بیشتر در خصوص این محصول و سایر محصولات مرتبط با همکاران واحد بازرگانی شرکت آریا پلیمر تماس حاصل فرمایید.
نویسنده: علی مُشک ریز
