การวิเคราะห์วิธีการทดสอบทั่วไปสำหรับสารเพิ่มความคงตัวแคลเซียมซิงค์ในพีวีซี

ผลิตภัณฑ์พีวีซีสำเร็จรูปถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ การประเมินและทดสอบสารเพิ่มความคงตัวแคลเซียมซิงค์ในพีวีซีจำเป็นต้องใช้วิธีการที่แตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของสารนั้นๆ โดยทั่วไปแล้ว มีสองวิธีหลัก คือ วิธีสถิตและวิธีไดนามิก วิธีสถิต ได้แก่ วิธีทดสอบด้วยกระดาษทดสอบคองโกเรด การทดสอบในเตาอบ และวิธีแรงเคลื่อนไฟฟ้า ในขณะที่วิธีไดนามิก ได้แก่ การทดสอบด้วยเครื่องวัดแรงบิด และการทดสอบลูกกลิ้งคู่แบบไดนามิก
1. วิธีทดสอบด้วยกระดาษทดสอบคองโกเรด
ใช้เครื่องอุ่นน้ำมันที่มีกลีเซอรอลในตัว ผสม PVC ที่ต้องการทดสอบกับสารกันความร้อนให้เข้ากัน แล้วใส่ลงในหลอดทดลองขนาดเล็ก เขย่าวัสดุเบาๆ เพื่อให้แข็งตัว จากนั้นวางลงในอ่างน้ำมัน ตั้งอุณหภูมิของกลีเซอรอลในอ่างน้ำมันที่มีสารกันความร้อนแคลเซียมซิงค์สำหรับ PVC ไว้ล่วงหน้าประมาณ 170 ℃ เพื่อให้ผิวหน้าด้านบนของวัสดุ PVC ในหลอดทดลองขนาดเล็กอยู่ในระดับเดียวกับผิวหน้าของกลีเซอรอล เสียบจุกที่มีหลอดแก้วบางๆ ไว้เหนือหลอดทดลอง โดยให้หลอดแก้วโปร่งใสจากบนลงล่าง ม้วนกระดาษทดสอบสีแดงคองโกแล้วเสียบไว้ใต้หลอดแก้ว โดยให้ขอบล่างของกระดาษทดสอบสีแดงคองโกอยู่ห่างจากขอบด้านบนของวัสดุ PVC ประมาณ 1 ซม. หลังจากเริ่มการทดลอง ให้บันทึกเวลาตั้งแต่ใส่กระดาษทดสอบสีแดงคองโกในหลอดทดลองจนกระทั่งเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน ซึ่งเป็นเวลาการคงตัวทางความร้อน ทฤษฎีพื้นฐานของการทดลองนี้คือ PVC จะสลายตัวอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิประมาณ 170 องศาเซลเซียส แต่เนื่องจากการเติมสารกันความร้อนเข้าไป การสลายตัวจึงถูกยับยั้ง เมื่อเวลาผ่านไป สารกันความร้อนจะถูกใช้หมดไป เมื่อหมดไปแล้ว PVC จะสลายตัวอย่างรวดเร็วและปล่อยก๊าซ HCl ออกมา ในขณะนั้น สารละลายคองโกเรดในหลอดทดลองจะเปลี่ยนสีเนื่องจากทำปฏิกิริยากับ HCl ได้ง่าย บันทึกเวลา ณ เวลานั้นและประเมินประสิทธิภาพของสารกันความร้อนโดยพิจารณาจากระยะเวลา
2. การทดสอบเตาอบแบบคงที่
เตรียมตัวอย่างผสมความเร็วสูงของผง PVC และสารช่วยในการแปรรูปอื่นๆ (เช่น สารหล่อลื่น สารปรับปรุงแรงกระแทก สารตัวเติม ฯลฯ) นอกเหนือจากสารทำให้คงตัวแคลเซียมซิงค์ของ PVC นำตัวอย่างข้างต้นมาในปริมาณที่กำหนด เติมสารทำให้คงตัวความร้อนชนิดต่างๆ ลงในสารทำให้คงตัวแคลเซียมซิงค์ของ PVC ในสัดส่วนที่กำหนด ผสมให้เข้ากัน แล้วเติมลงในส่วนผสมแบบแท่งคู่
โดยทั่วไป การเตรียมชิ้นงานทดสอบบนเครื่องผสมจะทำโดยไม่เติมสารเพิ่มความยืดหยุ่น อุณหภูมิของลูกกลิ้งคู่จะตั้งไว้ที่ 160-180 ℃ และเมื่อเติมสารเพิ่มความยืดหยุ่น อุณหภูมิของลูกกลิ้งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 140 ℃ โดยการกดซ้ำๆ ด้วยแท่งสองแท่ง จะได้ตัวอย่าง PVC ที่สม่ำเสมอ จากนั้นจึงตัดเพื่อให้ได้ตัวอย่าง PVC ขนาดต่างๆ ที่มีสารกันความร้อนแตกต่างกัน วางชิ้นงานทดสอบ PVC ต่างๆ บนอุปกรณ์ยึด แล้วนำไปอบในเตาอบที่มีอุณหภูมิคงที่ (โดยปกติ 180 ℃) บันทึกการเปลี่ยนแปลงสีของชิ้นงานทดสอบทุกๆ 10 นาที หรือ 15 นาที จนกว่าจะเปลี่ยนเป็นสีดำ
การทดสอบการเสื่อมสภาพด้วยความร้อนในเตาอบช่วยให้สามารถกำหนดประสิทธิภาพของสารเพิ่มความคงตัวทางความร้อนต่อความคงตัวทางความร้อนของ PVC ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความสามารถในการยับยั้งการเปลี่ยนแปลงสี โดยทั่วไปเชื่อกันว่าเมื่อ PVC ได้รับความร้อน สีของมันจะเปลี่ยนแปลงไปตามลำดับจากสีอ่อนไปสีเข้ม รวมถึงสีขาว สีเหลือง สีน้ำตาล และสีดำ สถานการณ์การเสื่อมสภาพสามารถกำหนดได้จากสีของ PVC ในช่วงเวลาหนึ่งๆ
3. วิธีศักย์ไฟฟ้า (วิธีวัดค่าการนำไฟฟ้า)
อุปกรณ์ทดลองประกอบด้วยส่วนหลักๆ สี่ส่วน ด้านขวาเป็นอุปกรณ์ก๊าเฉื่อย ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้ไนโตรเจน แต่บางครั้งก็ใช้ลม ความแตกต่างคือ เมื่อใช้ไนโตรเจนในการป้องกัน สารกันความร้อนแคลเซียมซิงค์ของ PVC สามารถป้องกันการเสื่อมสภาพของสายโซ่หลักของ PVC ที่เกิดจากการออกซิเดชันของออกซิเจนในอากาศได้ อุปกรณ์ให้ความร้อนในการทดลองโดยทั่วไปจะเป็นอ่างน้ำมันที่อุณหภูมิประมาณ 180 ℃ โดยจะใส่ส่วนผสมของ PVC และสารกันความร้อนลงในอ่างน้ำมัน เมื่อเกิดก๊าซ HCl ขึ้น ก๊าซ HCl จะเข้าไปในสารละลาย NaOH ทางด้านซ้ายพร้อมกับก๊าเฉื่อย NaOH จะดูดซับ HCl อย่างรวดเร็ว ทำให้ค่า pH ของสารละลายเปลี่ยนแปลงไป โดยการบันทึกการเปลี่ยนแปลงของค่า pH ที่วัดได้จากเครื่องวัด pH ในช่วงเวลาต่างๆ จะสามารถกำหนดผลของสารกันความร้อนชนิดต่างๆ ได้ ในผลการทดลอง เส้นโค้ง pH-t ที่ได้จากการประมวลผลจะแบ่งออกเป็นช่วงเริ่มต้นและช่วงการเติบโต โดยความยาวของช่วงเริ่มต้นจะแตกต่างกันไปตามประสิทธิภาพของสารกันความร้อน
4. เครื่องวัดแรงบิดรีโอเมเตอร์
เครื่องวัดความหนืดแบบแรงบิด (Torque Rheometer) เป็นเครื่องมือขนาดเล็กทั่วไปที่จำลองกระบวนการผลิต PVC จริง ตัวเครื่องมีกล่องประมวลผลแบบปิด และสามารถควบคุมอุณหภูมิของกล่องประมวลผลและความเร็วของลูกกลิ้งภายในสองตัวได้ผ่านคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อกับเครื่องมือ โดยทั่วไปมวลของวัสดุที่ใส่ลงในเครื่องวัดความหนืดแบบแรงบิดจะอยู่ที่ 60-80 กรัม ซึ่งแตกต่างกันไปตามรุ่นของเครื่องมือ ขั้นตอนการทดลองมีดังนี้: เตรียมมาสเตอร์แบทช์ที่มีสารกันความร้อนชนิดต่างๆ ไว้ล่วงหน้า โดยสูตรมาสเตอร์แบทช์พื้นฐานโดยทั่วไปจะประกอบด้วย ACR นอกเหนือจาก PVC, CPE, CaCO3, TiO2, สารหล่อลื่น ฯลฯ ตั้งอุณหภูมิของเครื่องวัดความหนืดแบบแรงบิดไว้ล่วงหน้า เมื่อถึงอุณหภูมิที่กำหนดและความเร็วคงที่แล้ว ให้ใส่ส่วนผสมที่ชั่งน้ำหนักไว้ลงในกล่องประมวลผล ปิดอย่างรวดเร็ว และบันทึกค่าพารามิเตอร์ต่างๆ ลงในคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อ ซึ่งก็คือเส้นโค้งความหนืด หลังจากผ่านกระบวนการแล้ว คุณลักษณะภายนอกที่แตกต่างกันของวัสดุที่ขึ้นรูปด้วยการอัดรีดก็สามารถสังเกตได้ เช่น ความขาว รูปทรง ความเรียบ เป็นต้น โดยใช้พารามิเตอร์เหล่านี้ สามารถกำหนดศักยภาพทางอุตสาหกรรมของสารเพิ่มความคงตัวทางความร้อนที่เหมาะสมได้ สารเพิ่มความคงตัวทางความร้อนที่เหมาะสมควรมีแรงบิดและเวลาการทำให้เป็นพลาสติกที่เหมาะสม และผลิตภัณฑ์ควรมีรูปทรงที่ดี มีความขาวสูง และพื้นผิวเรียบ เครื่องวัดแรงบิดได้สร้างสะพานเชื่อมที่สะดวกระหว่างการวิจัยในห้องปฏิบัติการและการผลิตขนาดใหญ่ในระดับอุตสาหกรรม
5. การทดสอบการกลิ้งคู่แบบไดนามิก
ในกรณีที่ไม่มีเครื่องวัดความหนืด จะใช้ลูกกลิ้งคู่แบบไดนามิกเป็นวิธีการเสริมในการวัดผลของสารเพิ่มความคงตัวทางความร้อนแบบไดนามิก โดยเลือกใช้เครื่องอัดเม็ดลูกกลิ้งคู่ในการทดลอง ใส่ผงผสมความเร็วสูงลงไปแล้วอัดขึ้นรูป อัดชิ้นงานที่ได้ซ้ำๆ จนกระทั่งชิ้นงานเปลี่ยนเป็นสีดำ บันทึกเวลาที่ใช้ในการเปลี่ยนเป็นสีดำสนิท ซึ่งเรียกว่าเวลาในการเปลี่ยนเป็นสีดำ เพื่อหาผลของสารเพิ่มความคงตัวทางความร้อนชนิดต่างๆ ต่อ PVC โดยการเปรียบเทียบระยะเวลาในการเปลี่ยนเป็นสีดำ