پلی وینیل الکل (PVOH)

مقدمه
پلی وینیل الکل خالص (PVOH) یک پلیمر سنتزی محلول در آب و به صورت پودر سفید رنگ قابل ذوب می باشد که در دمای 230 درجه سلسیوس تجزیه می شود. PVOH از یک خاصیت بسیار جذاب برخوردار است و آن ، قابلیت تجزیه بیولوژیکی است. مونومرهای وینیل الکل ضعیف هستند و PVOH از جای گزینی گروه استات در وینیل استات با گروه های هیدروکسیل تهیه می شود. ساختار 1و3- گلایکول یا سر به دم مطلوب است. هیدرولیز گروه استات به وسیله متانول در حضور متیلات سدیم انیدرید یا محلول هیدروکسید سدیم در دما و فشار محیط انجام می شود. بسیاری از کارخانه های تولید PVOH یک فرآیند پیوسته برای تولید دارند که باعث تولید محصولی با هیدرولیز بیش از 80% می شود. درجه هیدرولیز PVOH بر روی خواص آن تاثیر می گذارد از قبیل کشش سطحی ، سازگاری ، سینتیک واکنش ، رئولوژی و حلالیت در آب.

PVOH تجاری دارای گرانروی و مقدار گروه های استیل متفاوتی هستند. PVOH که قسمتی از آن هیدرولیز شده باشد دارای دمای ذوب/تخریب پایین تری است ، هیدرولیز زیاد باعث کاهش حلالیت می شود. با افزایش وزن مولکولی گرانروی افزایش می یابد و PVOH تجاری دارای واحدهای مونومری 3500-3000 و وزن مولکولی 200000-13000 می باشند. در نام گذاری محصولات تجاری ، اولین شماره درجه هیدرولیز و شماره دوم نشان دهنده گرانروی در واحد سانتی پواز (محلول آب 4% در دمای 20 درجه سلسیوس) می باشد. متناوبا درصد هیدرولیز با واژه های "عالی" برای 99% به بال ا، "کامل" برای %99-98 ، "متوسط" برای %98-90 و "جزئی" برای %89-85 مشخص می شود.

PVOH یک پلیمر سنتزی محلول در آب با ساختار یک نواخت می باشد. برای استفاده های نهایی ، تعدادی استخلاف برای PVOH وجود دارد. PVOH معمولاً سهم کم و یا متوسطی (حداکثر %20) از محصولاتی را که در آن ها به کار می رود به خود اختصاص می دهد.

خواص ، فن آوری و کاربرد

PVOH در حالت خشک پایدار ، بدون بو ، غیرسمی و برای حمل با دست ایمن و دوست دار محیط زیست است. با این حال باید مراقب بود تا میزان گرد و غبار در هنگام حمل و نقل و ذخیره سازی به حداقل برسد تا از انفجار غبار جلوگیری به عمل آید. از PVOH می توان برای ساخت فیلم و پوشش هایی استفاده کرد که دارای قدرت کششی و انعطاف پذیری بالا هستند و در برابر نفوذ اکسیژن ، دی اکسید کربن و دیگر بخارها مقاومند. PVOH در آب سرد و گرم محلول است. به عنوان مثال ، PVOH با %88 هیدرولیز در آب سرد و گرم حل می شود ، اما PVOH با %98 هیدرولیز فقط در آب گرم حل می شود. بقیه ویژگی ها با هم برابر هستند. درجه هیدرولیز بالاتر ، حلالیت کمتر را سبب می شود.

کارایی های خاص PVOH با درجه هیدرولیز و گرانروی متغیر است. درجه هیدرولیز بالاتر باشد ، مقاومت نسبت به آب نیز بهتر خواهد بود. برای مثال چسب های مقاوم در برابر آب باید به طور کامل هیدرولیز شوند ، اما کاربردهایی که مقاومت در برابر آب نیاز ندارند از PVOH با هیدولیز جزیی استفاده می کنند. به طور مشابه کارخانه های تولید کاغذ درجات مختلفی از PVOH را با توجه به خواص مورد نیاز انتخاب می کنند. مثل مقاومت در برابر آب و روغن و همین طور قابلیت جوهرپذیری.

در بازار منسوجات ، جایی که از PVOH در مرحله ی آهار زدن نخ ها استفاده می شود تا در طول فرایند بافندگی پاره نشوند. PVOH بر اساس نوع نخ ، نوع ماشین و ترکیبات دیگر محلول آهار زنی انتخاب می شود مثل آهار ، گرانروی ، مقاومت در برابر سایش و سهولت حذف محلول بعد از پارچه بافی.

محلول آبی PVOH نسبتا اسیدی است و مستعد رشد قارچ می باشد. رطوبت مثل یک نرم کننده عمل می کند و باعث کاهش قدرت کششی می شود ولی باعث افزایش ازدیاد طول و آستانه پارگی می شود. PVOH در زمان کوتاه و به طور کامل در محیط زیست تجزیه می شود و همین امر سبب می شود که این ماده به عنوان گزینه ی مناسبی برای استفاده در برخی کاربردها نظیر جلد شوینده های یک بار مصرف و یا ماهی گیری (جایی که یک بسته PVOH از طعمه بر سر قلاب بسته شده ، در آب انداخته می شود و به تدریج با انحلال PVOH در آب طعمه ها آزاد شده و در آب پخش می شوند) مطرح شود.

PVOH در حلال های نفتی نامحلول است و این ویژگی اجازه می دهد تا در پوشش ها و فیلم ها مورد استفاده قرار گیرد. در حال حاضر PVOHدر موارد متنوعی مورد استفاده قرار می گیرد که از آن جمله می توان به ترکیبات قالب گیری پلاستیک (به طور مثال اپوکسی به پوشش های PVOH نمی چسبد) ، پوشش ها و فیلم های مقاوم به گازوئیل و سوخت ، فرایند آهار زنی و تکمیل در نساجی ، چسب ها ، جوهرهای چاپ ، شیشه های پوشش داده شده ، وسایل آرایشی و تزیینی ، مواد دارویی (به عنوان عامل افزایش دهنده گرانروی) و الیاف تقویتی بتن اشاره نمود.

بازار و هزینه ها

تولید PVOH یک کسب و کار سرمایه محور است که مستلزم هزینه های ثابت بالا است. بر این اساس ، تولید کنندگان باید از نرخ بالای تولید و حاشیه سود کافی برخوردار باشند تا بتوانند هزینه های تعمیر و نگهداری تجهیزاتشان را تأمین کنند.

بسیاری از بازارهای مصرف PVOH کاملا رشد یافته اند و از رشد سالانه حدود 2% برخوردارند ، که پایین تر از نرخ رشد تولید ناخالص داخلی است. با این حال ، در کشورهای مختلف این رشد متفاوت است.

در اروپای غربی و ایالات متحده آمریکا ، بزرگترین بازار مصرف PVOH در تولید پلی وینیل بوتیرال (PVB) است، و در ادامه استفاده در مواردی از از قبیل آهار زدن در نساجی ، چسب ، پوشش ها و فیلم ها ، مواد ساختمانی ، کمک به پلیمریزاسیون ، محصولات زیست تخریب پذیر ، آرایشی و پزشکی دارد. آهار زنی و تکمیل منسوجات ، کاغذ ، مقوا و چسب حدود یک سوم از این بازار را در اختیار دارند. آهار زنی فرایندی است که موجب افزایش سختی و انعطاف پذیری نخ می شود. در طول سال های 2007-2003 کل تولید محصولات نساجی در ایالات متحده 50% کاهش یافت واین روند کاهشی تقریباً خطی بود. به این ترتیب طی این مدت ، تقاضا برای خرید PVOH نیز کاهش یافت.

PVB برای لایه زنی در شیشه جلو خودروها (ایجاد لایه میانی در شیشه جلو) ، شیشه های ساختمانی مقاوم در برابر بار و صفحات شیشه ای سلول های خورشیدی استفاده می شود. کاهش اخیر (2010-2006) در میزان تولید خودرو (به عنوان مثال ، تولید در سال 2008 نسبت به سال 2007 ، 15% کاهش یافته اما در سال 2011 مجدداً شاهد رشد بوده و به حالت اول بازگشته) و روند کاهش وزن کلی خودروها با جای گزینی شیشه های یک پارچه ، سخت كاری شده و نسبتاً سنگین عقب و کناری خودرو ، با شیشه های ایمن ، سبک و با لایه ی میانی PVOH باعث شده تا مصرف PVOH در این حوزه افزایش یابد. صفحات شیشه ایِ فوتوولتاييک با لایه ی میانی PVOH که در سلول های خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند ، یکی دیگر از بازارهای مصرف در حالِ رشد PVOH هستند.

در روند صعودی استفاده از الیاف بازیافتی در چاپ ، PVOH به واسطه ی مقاومت بیشتری که در مقایسه با سایر رزین ها مورد استفاده در این حوزه از قبیل کازئین ، پروتئین سویا ، و مواد نشاسته ای دارد ، بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. رشد PVOH در این بخش سالانه بیش از 2% تخمین زده می شود.

PVOH به عنوان تعدیل کننده در چسب های امولسیونی پلی وینیل استات مورد استفاده در چسب های مایع تجاری در بازارهای چین ، به کار می رود. تمرکز تولید PVOH در آسیاست به طوری که ، حجم تولید این ماده در آسیا ، 75% کل تولید جهانی را تشکیل می دهد. چین اخیراً واحدهای تولید PVOH بزرگی را راه اندازی کرده و به تنهایی ظرفیت تأمین 50% نیاز جهانی را داراست. اما رکود اقتصاد جهان روی صادرات PVOH تاثیر گذاشته است: در سال 2006 ، چین 42000 میلیون تن صادرات داشته است اما در سال 2007 این میزان به 30000 میلیون تن کاهش یافته است. در سال 2007 ژاپن 85000 میلیون تن صادرات داشته ولی در سال 2008 میزان این صادرات به 72000 میلیون تن اُفت کرده است. این اطلاعات مصارف داخلی را شامل نمی شود.

مواد خام اصلی مورد استفاده برای تولید PVOH ، گاز اتیلن ، اسید استیک و مونومر متانول یا وینیل استات می باشد. اتیلن و اسید استیک با هم مخلوط شده و مونومر وینیل استات را تولید می کنند که به روشی که در مقدمه گفته شد پلیمریزه می شود. این مواد خام هزینه های اصلی تولید را تشکیل می دهند. گاز طبیعی (متان) یا مشتق آن اتان ، ماده خام اولیه برای تولید مونور وینیل استات هستند و قیمت گاز طبیعی عامل اصلی در هزینه های تولید PVOH است.

PVOH نسبتاً از رقابت مصون است. برای بسیاری از کاربردها هیچ جایگزینی برای PVOH وجود ندارد اما در برخی از کاربردها ، کربوکسی متیل سلولز ، پلی وینیل استات ، لاتکس استایرن بوتادین می تواند به صورت جایگزین استفاده شود. نشاسته به عنوان عامل آهار زدن در نساجی استفاده می شود و لاتکس استایرن بوتادین به عنوان بایندر و سفیدکننده نوری در تولید کاغذ مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال PVOH از هر دوی آن ها کارآمدتر است.

خلاصه و نتیجه گیری

پلی وینیل الکل (PVOH) یک پلیمر سنتزی محلول در آب است که پودر سفیدرنگ آن می تواند ذوب شده و در دمای 230 درجه تجزیه شود. PVOH در حالت خشک پایدار ، بی بو و غیرسمی است و برای محیط زیست مضر نمی باشد. نکته مهم این است که این ماده قابلیت تجزیه بیولوژیکی دارد. برای بسیاری از کاربردها ، برخی از مشتقات PVOH در دسترس است. PVOH در بسیاری از محصولاتی که در آن ها به عنوان ماده اولیه استفاده می شود ، حداکثر 20% از هزینه نهایی را تشکیل می دهد. فشار قیمت بر روی PVOH به نظر می رسد تاثیر کمی بر روی هزینه نهایی محصولات دارد ، اما قیمت گاز طبیعی در قیمت نهایی PVOH تاثیر بزرگی دارد.

PVOH از هیدرولیز پلی وینیل استات به دست می آید و انواع تجاری آن %100-80 هیدرولیز شده و وزن مولکولی آنها بین 200000-13000 می باشد. درجه هیدرولیز PVOH بر روی خواص فیزیکی از قبیل کشش بین سطحی محلول ، سازگاری ، سینتیک واکنش ، رئولوژی و حلالیت در آب تاثیر می گذارد. اگر PVOH به طور جزیی هیدرولیز شده باشد دمای ذوب پایینی دارد. درجه هیدرولیز بالا موجب کاهش حلالیت می شود و گرانروی با افزایش وزن مولکولی افزایش می یابد.

PVOH می تواند به صورت فیلم و پوشش مورد استفاده قرار گیرد که فیلم و پوشش به دست آمده در این حالت از قدرت کششی و انعطاف پذیری بالا و مقاومت زیاد در مقابل نفوذ اکسیژن ، دی اکسید کربن و دیگر بخارات گازی برخوردار است. PVOH از قابلیت انحلال در آب گرم و سرد برخوردار است.

PVOH در حلال های نفتی نامحلول بوده و درنتیجه برای استفاده در فیلم ها و پوشش ها مناسب است. PVOH در ترکیبات قالبگیری پلاستیک مورد استفاده قرار می گیرد (برای مثال اپوکسی به پوشش های PVOH نمی چسبد). از این ماده همین طور می توان در پوشش های سطح و فیلم های مقاوم به گازوئیل و سوخت ، آهار زدن پارچه ها ، چسب ، جوهرهای چاپ ، شیشه های چند لایه ، مواد تزئینی ، مواد آرایشی و بهداشتی و به عنوان الیاف برای تقویت بتن استفاده نمود.

در اروپای غربی و ایالات متحده ، بیشترین بازار مصرف PVOH به تولید پلی وینیل بوتیرال و تولید شیشه های چند لایه و پوشش های کاغذ و منسوجات اختصاص دارد. افزایش استفاده از PVOH به صورت فیبرهای بازیافتی در چاپ مزیت های زیادی دارد زیرا که نسبت به دیگر بایندرها مثل کازئین ، روغن سویا و نشاسته قدرت بیشتری دارد. تولید PVOH در آسیا متمرکز شده است که حدود 75% ظرفیت جهانی تولید این ماده را به خود اختصاص می دهد ، اما مقدار زیادی از این تولیدات به صورت داخلی مصرف شده و صادر نمی شود.

PVOH نسبتا بی رقیب است. در بسیاری از کاربردها هیچ جای گزینی برای آن نیست اما در برخی کاربردها ، نشاسته ، کربوکسی متیل سلولز ، پلی وینیل استات و لاتکس استایرن بوتادین می توانند به عنوان جای گزینی برای PVOH باشند. نشاسته می تواند برای آهار زدن پارچه ها بکار رود و لاتکس بوتادین به عنوان بایندر و سفید کننده نوری در تولید کاغذ به کار می روند. با این وجود PVOH از هر دوی آن ها کارآمدتر است.

منبع: سایت ایران پلیمر

پلی وینیل الکل (PVOH)

مطالب مشابه :

نحوه بر طرف کردن انواع لکه ها

روش ساخت کاغذ

طرز تهیه کاغذ

نحوه ی شستشو ومراقبت ونگهداری ازمنسوجات

طریقه پاک کردن واز بین بردن انواع لکه ها2

پلیمرهای طبیعی

پلی وینیل الکل (PVOH)

كاغذ و مقوا