يُعد بولي فينيل كلوريد (Polyvinyl Chloride – PVC) واحدًا من أهم البوليمرات اللدنة حراريًا في صناعة البلاستيك. يتميز PVC النقي بلونه الأبيض وصلابته وهشاشته. ويُصنَّف بعد البولي إيثيلين (PE) والبولي بروبيلين (PP) كثالث أكثر البوليمرات استخدامًا في العالم، حيث يبلغ الإنتاج العالمي السنوي منه حوالي 40 مليون طن. الصيغة الكيميائية لبولي فينيل كلوريد هي (C₂H₃Cl)ₙ، ويتم إنتاجه من خلال بلمرة مونومر كلوريد الفينيل (VCM). يتراوح معدل البلمرة عادةً بين 300 و1500. ويساهم وجود حوالي 57٪ بالوزن من الكلور في تركيبة PVC في تقليل اعتماده على الموارد الهيدروك
المقدمة
يُقسَّم PVC إلى نوعين رئيسيين: PVC الصلب (Rigid PVC أو uPVC) وPVC المرن (Flexible PVC). لا يحتوي PVC الصلب على ملدنات، ويُستخدم على نطاق واسع في قطاع البناء، خاصةً في إنتاج أنابيب PVC، والبروفيلات، والألواح، والصفائح. أما PVC المرن فيتم الحصول عليه بإضافة ملدنات PVC إلى النوع الصلب، وبفضل مرونته العالية يمكن أن يكون بديلًا مناسبًا للمطاط. وتشمل تطبيقات PVC المرن أنظمة السباكة، وعزل الكابلات الكهربائية، والجلود الصناعية من PVC، وأرضيات PVC، والخراطيم الصناعية.
يُعد بولي فينيل كلوريد بوليمرًا لدنًا حراريًا منخفض الاستقرار الحراري نسبيًا، ولذلك فإن استخدام إضافات PVC يُعد ضروريًا لتحسين خواصه الميكانيكية والحرارية والكيميائية. يتعرض PVC غير المعدل للتحلل الحراري عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يؤدي إلى انبعاث غاز كلوريد الهيدروجين (HCl) الذي يسرّع من عملية التحلل. ولهذا السبب، يتم تعديل PVC باستخدام إضافات مثل مثبتات الحرارة لـ PVC، والمواد المزلِّقة، والحشوات، ومحسّنات الصدمة لـ PVC، والأصباغ، والملدنات. وتلعب هذه الإضافات دورًا محوريًا في عملية تحضير مركبات PVC.
تُصنَّف راتنجات PVC وفقًا لقيمة K (K-Value)، والتي تعبّر عن الوزن الجزيئي ودرجة البلمرة. يتميز PVC ذو قيمة K = 57 بوزن جزيئي منخفض ويُستخدم في أفلام التغليف، والصفائح المنفوخة، والزجاجات، وقطع القولبة بالحقن. أما PVC ذو قيمة K بين 70 و75 فيتميز بقوة ميكانيكية أعلى، إلا أن معالجته تكون أكثر صعوبة، ويُستخدم في إنتاج أنابيب PVC، والبروفيلات الإنشائية، وكابلات الكهرباء عالية الأداء، وأرضيات PVC الصناعية. كما يُستخدم PVC المستحلب على شكل بلاستيسول PVC أو لاتكس PVC في الطلاءات، والأفلام متعددة الطبقات، وفواصل البطاريات.
المواد والطرق (المضافات وتطبيقات بولي فينيل كلوريد PVC)
2.1. الخلط الجاف لـ PVC
في طريقة الخلط الجاف (Dry Blend)، يتم استخدام خلاطات عالية السرعة لخلط راتنج PVC مع الإضافات البوليمرية المختلفة بشكل متجانس للحصول على مسحوق موحد. وتُعد هذه الطريقة شائعة جدًا في إنتاج مركبات PVC.
2.2. الخلط باستخدام الإكسترودر
في عملية بثق PVC، يتم إدخال المواد الخام إلى جهاز الإكسترودر حيث تنصهر وتُخلط. وبعد المرور بمناطق التسخين والتبريد اللاحق، يتم تقطيع المادة إلى حبيبات PVC جاهزة لعمليات لاحقة مثل القولبة بالحقن أو القولبة بالنفخ.
إضافات PVC
3.1. ملدنات PVC
تُعد الملدنات من أهم إضافات PVC المرن، حيث تؤدي إضافتها إلى زيادة المرونة، وتقليل الصلابة، وتحسين قابلية المعالجة.
3.1.1. الملدنات الأولية
تتميّز الملدنات الأولية لـ PVC مثل ثنائي أوكتيل فثالات (DOP) بتوافق ممتاز مع راتنج PVC، وتُستخدم على نطاق واسع في إنتاج المنتجات شديدة المرونة مثل الخراطيم، وكابلات الكهرباء، ومنتجات PVC الطبية.
3.1.2. الملدنات الثانوية
تُستخدم الملدنات الثانوية مثل شمع البرافين المكلور (CPW) بشكل أساسي لتقليل تكلفة مركبات PVC، ولها دور اقتصادي مهم في تركيبات PVC.
3.1.3. الملدنات في التطبيقات الطبية
في المجال الطبي، تُستخدم ملدنات PVC الطبية مثل DOP وTOTM وBTHC وDnDP في تصنيع أكياس الدم، ومجموعات المحاليل الوريدية، وأنابيب PVC الطبية.
3.2. مثبتات PVC
تُعد مثبتات الحرارة لـ PVC ومثبتات الضوء ضرورية لمنع التحلل الحراري والتحلل الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية لبولي فينيل كلوريد أثناء المعالجة وخلال فترة الاستخدام.
3.3. حشوات PVC
تُستخدم حشوات PVC مثل كربونات الكالسيوم، وثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂)، والتالك، والحشوات النانوية لتقليل التكلفة وتحسين الخواص الميكانيكية لـ PVC.
3.4. محسّنات الصدمة لـ PVC
تُضاف محسّنات الصدمة لـ PVC مثل ABS وCPE إلى تركيبات PVC الصلب لزيادة مقاومة الصدمات والمتانة بشكل ملحوظ.
3.5. أصباغ PVC
يجب أن تتمتع أصباغ PVC العضوية وغير العضوية بثبات حراري عالٍ، وقابلية تشتيت جيدة، ومقاومة ممتازة للضوء لضمان ثبات اللون على المدى الطويل.
تطبيقات PVC
4.1. استخدام PVC في أنظمة الأنابيب
تُستخدم أنابيب PVC على نطاق واسع في أنظمة الأنابيب الصناعية والإنشائية بفضل مقاومتها الكيميائية العالية، ووزنها الخفيف، وعمرها التشغيلي الطويل.
4.2. استخدام PVC في قطاع البناء
تشمل منتجات PVC الإنشائية بروفيلات الأبواب والنوافذ، وأرضيات PVC، والأسقف المعلقة، ومكونات العزل الكهربائي، والألواح الزخرفية.
4.3. استخدام PVC في التطبيقات الطبية
يُستخدم PVC الطبي على نطاق واسع في المستلزمات الطبية ذات الاستخدام الواحد نظرًا لتوافقه الحيوي، ومتانته، واستقراره الكيميائي، وتكلفته الاقتصادية.
الخلاصة (المضافات وتطبيقات بولي فينيل كلوريد PVC)
يُعد بولي فينيل كلوريد (PVC) من أكثر البوليمرات الصناعية استخدامًا. ومن خلال إضافة الإضافات المناسبة، يمكن تحويل PVC إلى مادة هندسية ذات تطبيقات واسعة في مجالات البناء، والمستلزمات الطبية، والتغليف، والصناعات الكهربائية. إن التطوير المستمر لتركيبات PVC المتقدمة والإضافات المبتكرة يضمن مستقبلًا واعدًا لهذه الصناعة الحيوية.
