مقدمه
پلی‌‌وینیل‌کلرید، PVC، پس از پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن، سومین پلیمری است که به‌طور گسترده در سراسر دنیا مورد استفاده
قرار می‌گیرد. PVC خواصی همچون استحکام مکانیکی بسیار عالی،
پایداری گرمایی، اشتعال‌ناپذیری و ویژگی‌های یک نارسانا را دارد و به‌عنوان رزین با کارایی بالا در فراورده‌های زیادی استفاده شده است.
فرمول‌بندی PVC انعطاف‌پذیر، به‌طور گسترده‌ای در تولید بسیاری از فراورده‌ها برای نمونه در پزشکی به شکل کیسه‌های خون و ادرار، لوله‌های انتقال خون و ... استفاده می‌شود و برای بسته‌بندی، اسباب‌بازی، پرده‌های حمام یا کف آشپزخانه نیز کاربرد
دارد اما نرم‌کننده‌های مرسوم استفاده شده در پردازش آن
برای انسان خطرناک است.
نرم‌کننده ها و کاستی آن ها
متأسفانه PVC خالص بسیار سخت و شکننده است. برای به دست
آوردن فراورده‌های پلیمری انعطاف‌پذیر، بادوام و نرم، مقدار زیادی ماده
نرم‌کننده، تا 70 درصد وزنی، با
پلیمر مخلوط می‌شود. نرم‌کننده‌هایی که بیشترین استفاده را دارند،
استرهای فتالیک‌اسید و آدیپیک‌اسید با الکل‌های خطی یا شاخه‌دار زنجیر بلند هستند. دی‌اکتیل فتالات (DOP) معمول‌ترین نرم‌کننده استفاده شده برای PVC است. دیگر نرم‌کننده‌ها بر پایه فتالات،دی (ایزودسیل) فتالات (DIDP) و دی (2- اتیل هگزیل) آدیپات (DEHA) هستند، شکل1. این دو نرم‌کننده 70 درصد تقاضای جهانی نرم‌کننده‌ها را در سال 2014 به خود اختصاص داده‌اند. با این حال، بسیاری از پژوهشگران
گزارش دادند که استرهای فتالات در طول پردازش، به آسانی از پلیمر زمینه به سمت
محیط مهاجرت می‌کنند و باعث کاهش عمر سودمند
فراورده‌های پلیمری و افزایش سمیت آن‌ها برای انسان می‌شوند.
جایگزین‌های
زیادی برای نرم‌کننده‌های فتالات کشف شده‌اند. صدها نرم‌کننده مصنوعی غیرسمی مشتق شده از منابع
تجدیدپذیر، به‌عنوان نرم‌کننده تجاری مانند نرم‌کننده بر پایه کاردانول، روغن
آفتابگردان اپوکسید شده، روغن گلرنگ اپوکسید شده، استرهای گلیسرول، اسید چرب برنج، تری‌اتیل سیترات، اسید چرب و استیل تری-n- بوتیل سیترات توسعه‌یافته یا استفاده شده‌اند. با این حال، تمام این نرم‌کننده‌ها خارجی هستند و با گذشت زمان، جلوگیری
از مهاجرت امکان‌ناپذیر است.
مهاجرت و اثرهای نامطلوب آن
نرم‌کننده‌ها تمایل دارند به سطح یک کالای ساخته
شده مهاجرت کنند. از یک‌سو، این پدیده به از دست
رفتن فزاینده خواص اولیه ماده منجر می‌شود
و از سوی دیگر، زمانی که کالای ساخته شده از PVC برای کاربردهای زیست‌پزشکی یا اسباب‌بازی کودکان مورد استفاده قرار می‌گیرند آسیب‌های جدی به سلامتی انسان وارد می‌کند، زیرا هنگامی که مواد افزودنی به
سطح کالا مهاجرت می‌کنند می‌توانند مایع‌های زیست‌شناختی مانند خون، سرم یا پلاسما را
آلوده کنند. بنابر پژوهش‌ها، دی‌اکتیل فتالات (DOP) مسئول تولید اثرهای سمی و زیان‌آور، در بافت‌های جانوری یا انسانی مانند غده هیپوفیز،
کبد یا بیضه‌هاست. از این‌رو، DOP یکی از چند نرم‌کننده فتالاتی است که از سال 2009 توسط
کمیته ذخیره‌سازی مصرف‌کننده فراورده‌ها، 1CPSC، در ایالات متحده برای ساخت فراورده‌های مراقبت از کودکان و اسباب‌بازی‌های حاوی فتالات ممنوع شده است. همچنین
ثابت شده است که فراورده‌های حاصل از سوخت و ساز DOP به‌عنوان
عوامل سرطان‌زا عمل می‌کنند. به علت چنین خطرهایی که تماس با DOP برای انسان دارد، راهکارهایی برای کاهش
مهاجرت نرم‌کننده از PVC انعطاف‌پذیر، به محیط پیرامون توسعه داده شده
است.
راهکارها
روش‌هایی که برای حل مهاجرت استرهای فتالات
مورد بررسی قرار گرفته است، به این قرارند:
ـ توسعه نرم‌کننده‌های جایگزین
ـ هم بسپارهای (کوپلیمر) بلوک PVC
ـ اصلاح سطح PVC و ترکیب نانومواد.
اگرچه این روش‌ها مهاجرت نرم‌کننده را تا حد معینی مهار می‌کنند اما خواص فیزیکی PVC نرم شده را کاهش می‌دهند و نیز باز هم از مهاجرت، کاملاً
جلوگیری نمی‌شود. یکی از گسترده‌ترین راهکارهای بررسی شده برای توسعه
نرم‌کننده، استفاده از نرم‌کننده‌های جایگزین مانند روغن‌های گیاهی اپوکسید شده، نرم‌کننده پلیمری، استر پلی‌اُول و نرم‌کننده فسفات است اما بازهم نرم‌کننده‌های مولکولی کوچک مانند روغن گیاهی
اپوکسید شده، استر پلی‌اُول و نرم‌کننده فسفات با گذشت زمان از فراورده‌های PVC مهاجرت می‌کنند. به این منظور، برخی از پژوهشگران
روی روش اتصال کووالانسی نرم‌کننده با زنجیرهای PVC متمرکز شده‌اند. مواد حاوی PVC با افزایش فاصله زنجیرهای PVC، کاهش نیروی برهم کنش و افزایش حرکت زنجیره PVC، نرم می‌شوند.
پیوند کووالانسی نرم‌کننده به PVC
مؤثرترین راهکار برای جلوگیری از مهاجرت
نرم‌کننده از زمینه PVC، ایجاد پیوند کووالانسی نرم‌کننده با پلیمر است. این گروه از نرم‌کننده‌ها با نام نرم‌کننده واکنش‌پذیر شناخته می‌شوند. به تازگی اصلاح کووالانسی PVC با جایگزینی کلر، در نرم‌کننده‌های مشتق شده از تیول دی(2-اتیل هگزیل)
-4- مرکاپتو فتالات (DOP-SH) و دی(2-اتیل هگزیل) 5- مرکاپتو ایزوفتالات (iso DOP-SH) گزارش شده است، شکل4.
بررسی نتایج، نرم‌شوندگی خوبی نشان داد و هیچگونه مهاجرتی دیده نشد، با این وجود استفاده از این روش ظریف
به خاطر هزینه تهیه استرهای فتالات تیولی محدود است. از سوی دیگر کارایی نرم‌کنندگی در مقایسه با مخلوطی از PVC و فتالات، بسیار کم بود و مخلوط واکنش هنوز
مقداری فتالات‌های خطرناک را دربرداشت.
PVC با جایگزینی نوکلئوفیلی اتم‌های کلر، اصلاح می‌شود. یکی از معمول‌ترین نوکلئوفیل‌ها، آزید بوده است. گزارش‌های متعددی از تبدیل PVC به PVC-N3 وجود دارد که در آن برخی از اتم‌های کلر، با گروه‌های آزید جایگزین شده‌اند.
ایرلا2 و همکارانش PVC را از راه جایگزینی اتم کلر با گروه آزید،
به PVC اصلاح شده (PVC-N3) تبدیل کردند و با استرهای استیلنی واکنش دادند. همچنان که دی‌استرهای تری‌آزول به‌طور کووالانسی به زنجیر PVP متصل می‌شوند، هیچگونه مهاجرتی از طرف نرم‌کننده مشاهده نمی‌شود.
انتظار می‌رود فراورده آب‌کافت این PVC اصلاح شده، الکل باشد. در نتیجه از انتشار
ترکیب‌های کوچکی ـ که می‌توانند رفتار مولکول‌های پیام‌دهنده به غده‌های درون ریز را تقلید کنند ـ جلوگیری
می‌شود. پژوهشگران امیدوارند که
این راهکار بتواند به حل مشکل جهانی آلودگی استرهای فتالات در یک روش قابل قبول
مالی و در مقیاس تجاری پایدار کمک کند.
نتیجه گیری
استفاده از نرم‌کننده‌های واکنش‌پذیر در کالاهای ساخته شده از PVC، نتایجی به این قرار را در پی دارد:
ـ از مهاجرت نرم‌کننده از زمینه پلیمری جلوگیری می‌شود.
ـ خواص گرمایی و مکانیکی PVC بهبود می‌یابد.
ـ خطر و آسیب‌های مربوط به آلودگی با استرهای فتالاتی
برطرف می‌شود.
ـ خواص پلیمر زمینه با گذشت زمان تغییر
نمی‌کند.
پی نوشت ها
1.Counsumer Product Safety Commision
2.Earla,A.
منابع
1. Earla , A.; Braslau, R. Macromol. Rapid Commun. 2014, 35, 666.
2. P. Jia,P.; Hu,L.H.; Shang,Q.; Wang, R.; Zhang,M.; Zhou,Y. ACS Sustainable Chem.Eng.2017, 5, 6665.
3. Lee, K.W.; Chung, J.W.;Kwak, S-Y. Macromol. Rapid Commun. 2016, 37, 2045- 2051.
4. P. Jia, L. Hu, G. Feng, C. Bo, M. Zhang, “PVC materials without migration obtained by chemical Materials Chemistry and Physics, 2017, 190, 25-30.
5. Navarro, R.;Perrino, M.P.;Tardajos, M.G.; Reinecke, H. Macromolecules, 2010, 43, 2377–2381.