ملخص: تطبيق محليهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوزتم استخدام نوعين من هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز بدلاً من النوع المستورد في إنتاج البولي فينيل كلوريد ذي درجة البلمرة العالية. وتمت دراسة تأثير هذين النوعين على خصائص البولي فينيل كلوريد ذي درجة البلمرة العالية. وأظهرت النتائج أنه من الممكن استبدال هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز المستورد بنوع محلي.
تشير راتنجات PVC عالية البلمرة إلى راتنجات PVC ذات درجة بلمرة متوسطة تزيد عن 1700 أو ذات بنية جزيئية متشابكة بشكل طفيف، وأكثرها شيوعًا راتنجات PVC ذات درجة بلمرة متوسطة تبلغ 2500 [1]. بالمقارنة مع راتنج PVC العادي، يتميز راتنج PVC عالي البلمرة بمرونة عالية، وانخفاض التشوه الدائم، ومقاومة جيدة للحرارة، ومقاومة للشيخوخة، ومقاومة للإجهاد، ومقاومة للتآكل. وهو بديل مثالي للمطاط، ويمكن استخدامه في شرائط منع التسرب في السيارات، والأسلاك والكابلات، والقسطرات الطبية، وغيرها [2].
تعتمد طريقة إنتاج البولي فينيل كلوريد (PVC) ذات درجة البلمرة العالية بشكل أساسي على بلمرة التعليق [3-4]. في هذه الطريقة، يُعدّ المُشتِّت عاملاً مساعداً هاماً، إذ يؤثر نوعه وكميته بشكل مباشر على شكل الجسيمات، وتوزيع حجمها، وامتصاص الملدّن في راتنج PVC النهائي. من أنظمة التشتيت الشائعة الاستخدام أنظمة كحول البولي فينيل وأنظمة تشتيت مُركّبة من هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز وكحول البولي فينيل، ويستخدم المصنّعون المحليون في الغالب النوع الأخير [5].
1. المواد الخام الرئيسية والمواصفات
تُعرض المواد الخام الرئيسية والمواصفات المستخدمة في الاختبار في الجدول 1. ويمكن ملاحظة من الجدول 1 أن هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز المحلي المختار في هذه الورقة البحثية يتوافق مع هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز المستورد، مما يوفر شرطًا أساسيًا لاختبار الاستبدال في هذه الورقة البحثية.
2 محتوى الاختبار
2.1 تحضير محلول هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز
خذ كمية معينة من الماء منزوع الأيونات، وضعها في وعاء وسخّنها إلى 70 درجة مئوية، ثم أضف إليها هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز تدريجيًا مع التحريك المستمر. يطفو السليلوز على سطح الماء في البداية، ثم يتوزع تدريجيًا حتى يمتزج جيدًا. برّد المحلول حتى يصل إلى الحجم المطلوب.
الجدول 1: المواد الخام الرئيسية ومواصفاتها
| اسم المادة الخام | مواصفة |
| مونومر كلوريد الفينيل | درجة الجودة ≥ 99.98% |
| مياه محلاة | الموصلية ≤ 10.0 ميكروثانية/سم، قيمة الرقم الهيدروجيني من 5.00 إلى 9.00 |
| كحول البولي فينيل أ | درجة التحلل الكحولي من 78.5% إلى 81.5%، محتوى الرماد ≤ 0.5%، المواد المتطايرة ≤ 5.0% |
| كحول البولي فينيل ب | درجة التحلل الكحولي من 71.0% إلى 73.5%، اللزوجة من 4.5 إلى 6.5 ملي باسكال.ثانية، المواد المتطايرة ≤ 5.0% |
| كحول البولي فينيل ج | درجة التحلل الكحولي من 54.0% إلى 57.0%، اللزوجة من 800 إلى 1400 ملي باسكال.ثانية، المحتوى الصلب من 39.5% إلى 40.5% |
| هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز أ المستورد | اللزوجة 40 ~ 60 ملي باسكال ثانية، نسبة كتلة الميثوكسيل 28% ~ 30%، نسبة كتلة الهيدروكسي بروبيل 7% ~ 12%، الرطوبة ≤ 5.0% |
| هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز ب محلي | اللزوجة 40 ~ 60 ملي باسكال ثانية، نسبة كتلة الميثوكسيل 28% ~ 30%، نسبة كتلة الهيدروكسي بروبيل 7% ~ 12%، الرطوبة ≤ 5.0% |
| ثنائي (2-إيثيل هكسيل بيروكسيديكربونات) | الكسر الكتلي [ (45 ~ 50) ± 1] % |
2.2 طريقة الاختبار
في جهاز اختبار صغير بسعة 10 لترات، استُخدم هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز مستورد لإجراء اختبارات مرجعية لتحديد التركيبة الأساسية للاختبار المصغر؛ واستُخدم هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز محلي الصنع بدلاً من المستورد في الاختبار. وقورنت منتجات راتنج PVC المصنعة باستخدام أنواع مختلفة من هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز لدراسة جدوى استبدال المنتج المستورد بهيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز محلي الصنع. وبناءً على نتائج الاختبار المصغر، أُجري اختبار الإنتاج.
2. 3 خطوات الاختبار
قبل بدء التفاعل، نظّف وعاء البلمرة، وأغلق الصمام السفلي، وأضف كمية محددة من الماء منزوع الملوحة، ثم أضف المشتت. أغلق غطاء الوعاء، وقم بتفريغه من الهواء بعد اجتياز اختبار ضغط النيتروجين، ثم أضف مونومر كلوريد الفينيل. بعد التقليب البارد، أضف المُبادر. استخدم الماء المُدوّر لرفع درجة حرارة الوعاء إلى درجة حرارة التفاعل، وأضف محلول بيكربونات الأمونيوم بشكل دوري خلال هذه العملية لضبط قيمة الرقم الهيدروجيني لنظام التفاعل. عندما ينخفض ضغط التفاعل إلى الضغط المحدد في الصيغة، أضف عامل الإنهاء وعامل إزالة الرغوة، ثم قم بتفريغ المنتج النهائي من راتنج PVC عن طريق الطرد المركزي والتجفيف، وأُخذت عينة منه للتحليل.
2.4 أساليب التحليل
وفقًا لطرق الاختبار ذات الصلة في معيار المؤسسة Q31/0116000823C002-2018، تم اختبار وتحليل رقم اللزوجة والكثافة الظاهرية والمواد المتطايرة (بما في ذلك الماء) وامتصاص الملدن لـ 100 غرام من راتنج PVC النهائي؛ تم اختبار متوسط حجم جسيمات راتنج PVC؛ تمت ملاحظة مورفولوجيا جسيمات راتنج PVC باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح.
3. النتائج والمناقشة
3.1 تحليل مقارن لجودة دفعات مختلفة من راتنج PVC في عملية البلمرة على نطاق صغير
اضغط 2. وفقًا لطريقة الاختبار الموضحة في 4، تم اختبار كل دفعة من راتنج PVC النهائي على نطاق صغير، وتظهر النتائج في الجدول 2.
الجدول 2: نتائج دفعات مختلفة من الاختبارات الصغيرة
| حزمة | هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز | الكثافة الظاهرية (جم/مل) | متوسط حجم الجسيمات/ميكرومتر | اللزوجة (مل/غ) | امتصاص الملدن لكل 100 غرام من راتنج PVC/غرام | المواد المتطايرة/٪ |
| 1# | يستورد | 0.36 | 180 | 196 | 42 | 0.16 |
| 2# | يستورد | 0.36 | 175 | 196 | 42 | 0.20 |
| 3# | يستورد | 0.36 | 182 | 195 | 43 | 0.20 |
| 4# | محلي | 0.37 | 165 | 194 | 41 | 0.08 |
| 5# | محلي | 0.38 | 164 | 194 | 41 | 0.24 |
| 6# | محلي | 0.36 | 167 | 194 | 43 | 0.22 |
يتضح من الجدول 2: أن الكثافة الظاهرية ورقم اللزوجة وامتصاص الملدن لراتنج PVC الناتج متقاربة نسبيًا عند استخدام أنواع مختلفة من السليلوز في الاختبارات الصغيرة؛ أما منتج الراتنج الذي تم الحصول عليه باستخدام تركيبة هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز المحلية، فإن متوسط حجم الجسيمات فيه أصغر قليلاً.
يوضح الشكل 1 صور المجهر الإلكتروني الماسح لمنتجات راتنج PVC التي تم الحصول عليها باستخدام أنواع مختلفة من هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز.
(1)—هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز مستورد
(2)—هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز محلي
الشكل 1: صورة مجهرية إلكترونية ماسحة للراتنجات المنتجة في جهاز بلمرة سعة 10 لترات بوجود أنواع مختلفة من هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز
يمكن ملاحظة من الشكل 1 أن الهياكل السطحية لجزيئات راتنج PVC المنتجة بواسطة مشتتات السليلوز المختلفة متشابهة نسبيًا.
باختصار، يمكن ملاحظة أن مادة هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز المحلية التي تم اختبارها في هذه الورقة لديها القدرة على استبدال مادة هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز المستوردة.
3.2 تحليل مقارن لجودة راتنج PVC ذي درجة البلمرة العالية في اختبار الإنتاج
نظراً لارتفاع تكلفة ومخاطر اختبار الإنتاج، لا يمكن تطبيق خطة الاستبدال الكاملة للاختبارات الصغيرة بشكل مباشر. لذلك، تم اعتماد خطة زيادة نسبة هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز محلي الصنع في التركيبة تدريجياً. وتُعرض نتائج اختبار كل دفعة في الجدول 3.
الجدول 3: نتائج اختبارات دفعات الإنتاج المختلفة
| حزمة | M (هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز المحلي):M (هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز المستورد) | الكثافة الظاهرية (جم/مل) | رقم اللزوجة (مل/غ) | امتصاص الملدن لكل 100 غرام من راتنج PVC/غرام | المواد المتطايرة/٪ |
| 0# | 0:100 | 0.45 | 196 | 36 | 0.12 |
| 1# | 1.25:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.11 |
| 2# | 1.25:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.13 |
| 3# | 1.25:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.10 |
| 4# | 2.50:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.12 |
| 5# | 2.50:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.14 |
| 6# | 2.50:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.18 |
| 7# | 100:0 | 0.45 | 196 | 36 | 0.11 |
| 8# | 100:0 | 0.45 | 196 | 36 | 0.17 |
| 9# | 100:0 | 0.45 | 196 | 36 | 0.14 |
يتضح من الجدول 3 أن استخدام هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز المحلي قد ازداد تدريجيًا حتى حل محل هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز المستورد في جميع دفعات الإنتاج. ولم تشهد المؤشرات الرئيسية، مثل امتصاص الملدّن والكثافة الظاهرية، تقلبات كبيرة، مما يدل على أن هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز المحلي المُختار في هذه الدراسة يُمكن أن يحل محل هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز المستورد في الإنتاج.
4. الخاتمة
اختبار محليهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوزأظهرت نتائج اختبار أجريت على جهاز صغير بسعة 10 لترات إمكانية استبدال هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز المستورد بسليلوز محلي الصنع. كما أظهرت نتائج اختبار الاستبدال في الإنتاج أن استخدام هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز المحلي في إنتاج راتنج PVC لا يُظهر فرقًا يُذكر في مؤشرات الجودة الرئيسية بين راتنج PVC النهائي وهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز المستورد. وحاليًا، يُعد سعر السليلوز المحلي في السوق أقل من سعر السليلوز المستورد. لذا، يُمكن خفض تكلفة المواد المساعدة في الإنتاج بشكل ملحوظ عند استخدام السليلوز المحلي في الإنتاج.
تاريخ النشر: 25 أبريل 2024