در فرمولاسیون پلی اتیلن PE از چه مواد افزودنی استفاده می شود؟

در فرمولاسیون پلی اتیلن وجود و حضور چند افزودنی الزامی به نظر می رسد در حالی بعضی اجزاء دیگر را بنا به ضرورت فرآیند و محصول، می توان به آمیزه اضافه کرد یا از حضور آن صرف نظر نمود، مانند تقویت کننده یا رنگ.

۱ - آنتی اکسیدان ها
۲ - پایدارکننده های نوری
۳ - رنگدانه ها
۴ - عامل ضد چسبندگی
۵ - مواد لغزاننده (فیلم)
۶ - مواد تقویت کننده
۷ - عامل ضد تجمع الکتریسیته ساکن
۸ - مواد به تاخیر اندازنده ی شعله
۹ - لاستیک ها
۱۰ - دوده
۱۱ - عوامل شبکه ای کننده

پایدارکنندگی اکسیداسیونی پلی اتیلن سنگین

یک قطعه ی پلی اتیلنی هنگامی که در طول عملکرد خود تحت تنش قرار می گیرد، و یا هنگام قالب گیری و شکل دهی همزمان در معرض سطوح داغ و اکسیژن هوا قرار می گیرد برای جلوگیری از تخریب اکسیداسیونی به وسیله افزودنی آنتی-اکسیدانت باید محافظت شود.
HDPE  در مقایسه با PP از حساسیت کمتری نسبت به اکسید شدن برخوردار است، و همین امر سبب می شود غلظت کمتری از آنتی اکسیدان  برای پایدارکنندگی آن کافی باشد.
همانند PP افزودن پایدارکننده به فرمولاسیون پلی اتیلن را در حین ساخت و پلیمریزاسیون آن و یا هنگام فرآیند ذوب و اختلاط آن در اکسترودر، قبل از مرحله تبدیل کردن این پلاستیک به گرانول، می توان به آمیزه ی آن اضافه کرد.
پایدارکننده های پلی اتیلن همان هایی هستند که به برای محافظت PP به آمیزه آن افزوده می شوند منتهی در اینجا غلظت این افزودنی به ندرت از ۰٫۱% بیشتر می شود.

مهمترین ویژگی هایی که پایدارکننده در فرمولاسیون پلی اتیلن باید واجد آن باشد عبارتند از:

۱ - سازگاری با پلیمر
۲ - عدم فرّاریت
۳ - نداشتن رنگ
۴ - تحمل خوب شرایط شکل دهی پلی اتیلن
فرآیند شکل دهی پلی اتیلن سنگین در گستره حرارتی (۱۸۰ – ۲۸۰ ˚C)  انجام می گیرد، رفتار این پلیمر بنا بر شیوه پلیمریزاسیون به وجود آورنده آن ها در برابر حرارت متفاوت است.
۵ - موادی که بر اساس فرآیند پلیمریزاسیون زیگلر- ناتا ساخته می شوند، به-طور عمده تخریب اکسیداسیونی آن ها با افزایش شاخص جریان مذاب همراه است، که این پدیده ناشی از شکستن زنجیرهاست.
۶ - پلی اتیلن های سنگینی که از روش فرآیند پلیمریزاسیون فیلیپس ساخته می شوند، تخریب اکسیداسیونی آن ها با ایجاد اتصالات عرضی همراه می-شود که این امر کاهش شاخص جریان مذاب را به همراه دارد.
آنتی اکسیدان هایی که برای پلی اتیلن مصرف می شوند همان هایی هستند که برای پلی پروپیلن مورد استفاده قرار می گیرند.
با وجودی که ترکیبات فنولی با جرم ملکولی متوسط و سنگین به عنوان پایدارکننده های حرارتی فعال در دراز مدت برای پلی اتیلن به حساب می آیند ولی در غلظت های (۰٫۰۳ – ۰٫۱۵)% را به عنوان پایدارکننده های حین فرآیند به کار می روند..
در جدول (۱) تاثیر آنتی اکسیدان های فنولی و فسفره به عنوان پایدارکننده های فرایند شکل دهی پلی اتیلن سنگین نشان داده شده است.

جدول (۱) تاثیر آنتی اکسیدانی ترکیبات  فنولی و فسفره با جرم ملکولی بالا، روی پلی اتیلن سنگین

بر اساس نتایج حاصل از جدول (۱) تاثیر ترکیبات فسفره با جرم ملکولی بالا، روی پلی اتیلن سنگین، بالاترین کارایی و تاثیر را دو ترکیب زیر به عنوان پایدارکننده های حین فرآیند داشته اند:
tetrakis- (2,4-di-tert. butyl phenyl)-4,4 -biphenylenedi phosphonite + (0.5)% AO-1.
tris- (2,4-di-tert. butyl phenyl)-phosphite.

پایدارکننده های حرارتی (Heat stabilizers)  دراز مدت در فرمولاسیون پلی اتیلن سنگین

پایدارکننده هایی که پلی اتیلن سنگین را در برابر حرارت، منجر به تخریب حرارتی می کنند، موادی هستند که با غلظت معیّن باید به آمیزه اضافه شود تا پلاستیک را از تخریب حرارتی محافظت  کنند. مانند مدت زمانی که یک پلیمر باید در داخل یک آون و در درجه حرارت معینی گذاشته شود تا در آن شرایط، شکنندگی زنجیر پدید آید که به آن Oven life time (از یک روز تا یک سال)    می گویند، رسیدن به حالت اکسید شدگی را می توان از طریق یک آزمایش خمش تعیین نمود.
استفاده از کمک پایدارکننده ها (Costabilizers) مانند (Thioethers, phosphites) در آمیزه های HDPE نیز مرسوم است، همان گونه که قبلاً بیان شد، مخلوطی از آنتی اکسیدان های فنلی (اصلی) با فسفیت ها یا فسفونیت ها (ثانویه) که نقشی اساسی در فرآیند پایدارکنندگی پلی پروپیلن دارند، زیاد مورد استفاده قرار می-گیرند.
پایدارکننده های حرارتی پلی اتیلن سنگین معمولاً در غلظت های (۰٫۰۳ – ۰٫۱۵)% به آمیزه این پلاستیک افزوده می شوند و این غلظت به ندرت از  ۰٫۱۰% اضافه تر می شود.
بر اساس نتایج حاصل از آزمون Oven life time سه پایدارکننده حرارتی زیر، بالاترین کارایی و تاثیر را روی پلی اتیلن سنگین،  داشته اند:
pentaery thrityl tetrakis-3- (3,5-di-tert. butyl -4-hydroxyphenyl)-propionate.
۱,۳,۵- tris- (3,5-di-tert. butyl -4-hydroxybenzyl)-isocyanurate
octadecyl 3- (3,5-di-tert. butyl -4-hydroxyphenyl)-propionate.

پایدارکننده­های نوری در فرمولاسیون پلی اتیلن سنگین

 HDPEبه­ طور عمده برای مصارف قالب­گیری تزریقی، دمشی و اکستروژن مورد استفاده قرار می­گیرد در شرایط سخت محیطی Hindered amines عملکرد بسیار عالی­تر و بهتری در مقایسه با بقیه پایدارکننده­های نوری برای یک قطعه­ی رنگ نشده نشان داده شده است.مقایسه UVA-III با جاذب­های فرابنفش آمینی، علی­رغم آن­که مقدار خیلی بیشتری از این ماده درآمیزه­ی قطعه­ای پلی­ اتیلنی با افزودنی­های یکسان استفاده شد، لاکن کارآیی پایدارکننده­ نوری آمینی بالاتر بوده است.به منظور محافظت از پلی ­اتیلن در برابر اشعه­ی فرابنفش خورشید اگر از پایدارکننده UVA-I استفاده شود میزان (۰٫۲-۰٫۴)%  وزنی از این پایدارکننده در آمیزه پلی­ اتیلن کافی است.رنگ از پارامترهای اثرگذار روی مقاومت یک پلاستیک در برابر اشعه­ ی فرابنفش خورشید است.رنگ با بعضی از جاذب­های اشعه­ ی فرابنفش سبب عملکرد بهتر، و با بعضی دیگر ناسازگار است.قطعاتی از جنس HDPE که توسط کاتالیست­های زیگلر- ناتا پلیمریزه شده بودند، با ۰٫۵% تیتان (TiO2) رنگ آمیزی شدند، آزمون­های بررسی خواصّ مکانیکی بیانگر این حقیقت هستند که بعد از دو و نیم سال، این قطعات استحکام کششی و مقاومت در برابر ضربه­ نزدیک به دو و نیم سال قبل خود داشتند. در بین پلی ­اُلفین­ها، انواع و گریدهای پلی­ اتیلن در برابر تابش نور فرابنفش، جزء پلاستیک­های حساس به این اشعه شناخته شده­ اند هر چند حساسیّت پلی­ اتیلن در مقایسه با پلی­ پروپیلن کمتر است اما نیاز به پایدارکننده دارد.

نوشته: سعید نعمتی