دراسة أداء المُثبِّت العضوي (OBS) في أنابيب PVC مقارنةً بالرصاص والزنك الكالسيومي (CaZn)
في هذه الدراسة، تم تقييم أداء المُثبِّت العضوي (OBS) في أنابيب بولي فينيل كلوريد الصلبة (PVC) ومقارنته مع المثبت التقليدي القائم على الرصاص (Pb) ومثبت الكالسيوم والزنك (CaZn). يهدف البحث إلى تحديد مدى تحسين الثبات الحراري، والقابلية للمعالجة، والحفاظ على اللون الأصلي للـ PVC باستخدام المثبتات العضوية الحديثة.
أظهرت النتائج أن OBS يتميز بقدرة معالجة أفضل، وسلوك انصهار أكثر تجانسًا، وثبات لوني أولي أعلى مقارنة بـ Pb و CaZn. كما أن الدورات المتكررة للمعالجة تزيد من التجلط دون التأثير سلبًا على المقاومة للصدمة أو الثبات الحراري للـ PVC.
المثبت العضوي (OBS) زاد بشكل ملحوظ من الثبات الحراري عن طريق تثبيط التحلل الحراري التلقائي وتقليل معدل نزع الكلوريد الهيدروجيني. بشكل عام، يُعد OBS بديلاً صديقًا للبيئة وغير سام لمثبتات الرصاص في إنتاج أنابيب PVC.
فهم بولي فينيل كلوريد (PVC)
- يُعد PVC من المواد البلاستيكية واسعة الاستخدام، ويتميز بخصائص ميكانيكية وحرارية متنوعة، سواء في الأشكال الصلبة أو المرنة.
- تُستخدم أنابيب PVC على نطاق واسع في البناء، الصرف الصحي، وإمدادات المياه نظرًا لمتانتها، مقاومتها للتآكل، وتكلفتها المنخفضة.
- بالرغم من ذلك، فإن PVC غير مستقر حراريًا عند درجات حرارة التشغيل، حيث يبدأ التحلل عند 170–180 درجة مئوية. ينطلق أثناء ذلك غاز حمض الهيدروكلوريك، مما يؤدي إلى تغيّر اللون وتدهور الخصائص الميكانيكية والفيزيائية.
- لمنع هذه الظاهرة، يُضاف مثبت الحرارة PVC لزيادة الثبات الحراري ومنع التدهور.
- في السنوات الأخيرة، مع التركيز على الأنظمة البيئية، بدأ استخدام مثبتات خالية من الرصاص مثل CaZn وOBS لإنتاج أنابيب PVC أكثر أمانًا واستدامة.
المواد والطرق
- استُخدم راتنج PVC المعلق بنسبة K = 66، مع حشو كربونات الكالسيوم، وثلاثة أنواع من المثبتات: Pb، CaZn، وOBS.
- OBS هو مثبت أحادي المكون، يتميز بتركيب عضوي خاص يعزز الثبات الحراري.
- عولجت العينات عند 180 درجة مئوية في أسطوانة مزدوجة، ثم أُجريت اختبارات TGA، DSC، وقياس عزم الدوران لدراسة السلوك الحراري واستقرار اللون.
نتائج ومناقشة دراسة أداء المُثبِّت العضوي (OBS) في أنابيب PVC مقارنةً بالرصاص والزنك الكالسيومي (CaZn)
السلوك الريولوجي وعملية الاندماج
- زمن اندماج مركبات PVC/OBS كان أطول ولكنه أكثر استقرارًا مقارنة بـ Pb وCaZn.
- عزم الاندماج ضمن نطاق يشير إلى ثبات العملية عند درجات حرارة عالية، مما يعكس تحسين قابلية المعالجة.
الاستقرار الحراري الساكن
- عند درجة حرارة 180°C، ظل PVC/OBS عديم اللون لمدة 50 دقيقة، بينما بدأ PVC/Pb وPVC/CaZn بتغيير اللون خلال 30 و40 دقيقة على التوالي.
- هذا يشير إلى قدرة OBS على الحفاظ على اللون الأصلي ومنع التدهور الحراري.
التحليل الحراري
- دراسات التحليل الوزني الحراري (TGA) أظهرت أن بداية التحلل لـ PVC/OBS عند 297°C، أعلى من Pb (295°C) وCaZn (293°C).
- OBS أظهر طاقة تنشيط أعلى، مما يعكس مقاومة أكبر للتحلل الحراري.
التحليل الحركي
- وفقًا لطرق Kissinger وFWO، كانت طاقة تنشيط نزع الهيدروجين في PVC/OBS الأعلى بين العينات (148–155 kJ/mol).
- يشير هذا إلى ثبات حراري أفضل مقارنة بالمثبتات التقليدية.
تأثير دورات المعالجة المتكررة
- في الدورات المتكررة (حتى 5 مرات)، أظهرت مركبات PVC/OBS أعلى درجة تجلط وثبات.
- قوة تحمل الصدمات لمركبات PVC/OBS كانت أعلى من PVC/Pb وPVC/CaZn، وهو أمر مرغوب جدًا في تطبيقات الأنابيب الصناعية.
درجة حرارة الانحراف الحراري (HDT)
- HDT لـ PVC/OBS بلغت 76°C، أعلى من PVC/Pb (75°C) وPVC/CaZn (74.5°C).
- يعكس ذلك قدرة المثبت العضوي على الحفاظ على الهيكل عند درجات حرارة تشغيل أعلى.
