پلاستیک‌های بر پایه ‌پلی‌وینیل کلراید (PVC) بسیار کشسان، سخت و چند عاملی با استفاده از افزودنی های ماکرومولکولی سبز و ستاره ای شکل

چکیده

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت) : پلی‌وینیل کلراید[1] به عنوان یکی از پلاستیک­های سودآور در جهان، با مشکلاتی از جمله شکنندگی مکانیکی و چقرمگی (سختی)[2] مواجه می­باشد. در مقایسه با روان­ کننده­ های از نوع فتالات[3]، روان ­کننده ­های برپایه پلی‌کاپرولاکتان[4] (PCL) به دلیل ماهیت “سبز” بودن و دستیابی به خواص فیزیکی بهتر گزینه ­های جذاب­تری می­باشند. در اینجا، پلاستیک بر پایه PVC با قابلیت سختی و کشسانی بسیار بالا به دست آمد. برای رسیدن به این مقصود، از کوپلیمر بر پایه PCL ستاره ­ای شکل[5] (SPCL) با هسته ­­ای شامل پلی­ لاکتید شاخه ­ای ([6]N-BPLA)، سخت و حاوی گروه ­های آمین و از طرفی پوسته­ ی PCL نرم استفاده شد که RN[7]-SPCLها (SPCLهای با هسته سخت و حاوی نیتروژن) نامیده می­شوند. به کمک نرخ خوراک بهینه از مونومر CL و هسته N-BPLA،RN-SPCL2  (کوپلیمرهای RN-SPCL با مقادیر متفاوتی از PCL تحت عناوین مختلفی از جمله RN-SPCL2 نامیده شدند) به‌طور موثری می­تواند دمای تبدیل شیشه ­ای (T_g) پلاستیک PVC را کاهش دهد به گونه­ ای که منجر به تغییر از حالت “شیشه­ ای” به حالت “لاستیکی” در دمای محیط می­گردد. قابل ذکر است که RN-SPCL2/PVC به دست آمده، نه تنها قابلیت کشسانی بسیار بالایی، در حدود 453%، را نشان می­دهد، بلکه 80% از استحکام کششی PVC، در حدود MPa 1/30، را نیز حفظ می­کند که بسیار بیشتر از PVCهای حاوی روان ­کننده در مطالعات قبلی می­باشد. سختی کلی به مقدار MJ/m³ 7/92 رسید که حدودا 50 برابر نسبت به  PVCهای معمول و در حدود 2 الی 3 برابر نسبت به PVC های روان ­شده بر پایه PCL یا دی­ بوتیل ­فتالات[8] (DBP) می­باشد. به منظور دستیابی به پلاستیک­ های PVC بسیار سخت و کشسان، نقش مهم ساختار ستاره ­ای شکل با هسته سخت و پوسته PCL انعطاف ­­پذیر در مورد RN-SPCL2، به‌صورت سیستماتیک مورد بررسی قرار گرفت. جالب­تر اینکه، RN-SPCLهای حاصل شده به PVCها خاصیت نورتابناکی (فوتولومینسانس[9]) نیز اعطا کرده که منجر به پراکنده شدن هموژن نانوذرات TiO₂ به منظور بهبود خاصیت ضد اشعه ماوراء بنفش^[10] می­شوند.

نتایج

یک سری از پلاستیک­ های بر پایه ­ی PVC بسیار سخت و کشسان با استفاده از نرم ­کننده SPCL با هسته PLA شاخه­ ای (NBPLA)، سخت و حاوی گروه ­های آمین و پوسته نرم PCL، که RN-SPCLها نام داند به صورت موفقیت ­آمیزی به دست آمدند. پلیمریزاسیون حلقه ­باز مونومر CL از طریق­ گروه ­های هیدروکسیل انتهایی PLA فوق شاخه­ دار[11] قادر به ایجاد RN-SPCL ها با طول بازوی قابل تنظیم شد. RN-SPCLها به عنوان روان ­کننده “سبز” مطرح هستند به گونه ­ای که فراریت کم و مقاومت انتقال یا مهاجرت بسیار خوبی در ماتریس PVC از خود نشان می­دهند. این­چنین RN-SPCLهایی قابلیت کشسانی PVC را نسبت به سایر PCLها با ساختارهای دیگر مانند خطی/ستاره­ای شکل با هسته نرم و روان ­کننده­ های معمول با جرم مولکولی پایین (DBP) افزایش می­دهند. قابل ذکر است که RN-SPCL2/PVC منجر به بهبود قابلیت کشسانی PVC (453%)، استحکام کششی بالا (MPa 1/30)، و سختی بسیار زیاد (MJ/m³ 7/92) می­گردد که در حدود 50 برابر بیشتر از PVC و 2 الی 3 برابر بیشتر از PVCهای روان شده با LPCL[12] و DBP می­باشد.

قابل ذکر است که ساختار ستاره ­ای شکل با هسته تقریبا سخت، نقش مهمی در بهبود خواص مکانیکی ایفا می­کند و PLA شاخه ­ای آمین ­دار نیز قابلیت­های دیگری به PVC اضافه می­کند. مطالعه پیش­رو نه تنها یک ماده الاستیک بسیار سخت را معرفی کرده که کاربردهای مختلفی شامل دستگاه­ ها/ دستگاه ­های الکترونیکی قابل کشش، بسته ­بندی مواد غذایی، دستگاه­ های پزشکی دارد، بلکه می­تواند طراحی ساختاری به منظور عملکرد بالا، روان ­کننده سبز و راهنمای مفید برای به دست ­آوردن انواع دیگری از مواد الاستیک را فراهم کند.

[1] Poly(vinyl chloride)

[2] Toughness

[3] Phthalate

[4] Poly(ε-caprolactone) (PCL)

[5] Star-shaped PCL

[6] N-containing branched PLAs

[7] Rigid, nitrogen-containing core

[8] Dibutyl phthalate (DBP)

[9] Photoluminescence

[10] Anti-UV

[11] Hydroxyl-terminated hyperbranched PLA

[12] Linear PCL

source : Highly Stretchable, Ultratough, and Multifunctional Poly

ترجمه و ویرایش : ملیحه سبزه کار