اتیلن وینیل استات چیست و چه کاربردی دارد؟
همان طور که می دانید پلیمرها در دنیای امروز نقش بسیار مهمی در صنایع مختلف دارند و هر کدام با ویژگی‌های خاص خود، کاربردهای متنوعی پیدا کرده‌اند. یکی از این پلیمرها که هم به دلیل قیمت مناسب و هم به خاطر خواص فیزیکی و مکانیکی منحصربه‌فردش مورد توجه قرار گرفته، اتیلن وینیل استات(EVA) است. ما امروز در نشریه شیمی داکس قصد داریم به بررسی ماده شیمیایی اتیلن وینیل استات بپردازیم و به این سوال که اتیلن وینیل استات چیست و چه کاربردی دارد؟ پاسخ دهیم.
اتیلن وینیل استات چیست؟
اتیلن وینیل استات (Ethylene-vinyl acetate) یک کوپلیمر ترموپلاستیک است که از واکنش ترکیبی دو مونومر اتیلن و وینیل استات به دست می‌آید. نسبت وینیل استات موجود در ترکیب، تأثیر مستقیمی بر انعطاف‌پذیری، مقاومت و خواص مکانیکی این پلیمر دارد. این محصول که شناسه پاب کم آن 32742 می‌باشد دارای خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر بفردی است که در ادامه در قالب یک جدول برای شما آماده کردیم.
| نام ماده شیمیایی | اتیلن وینیل استات |
|---|---|
| نام لاتین (English) | Ethylene–Vinyl Acetate |
| نام‌های دیگر / اختصارات | EVA، Ethylene–VA Copolymer |
| شناسه PubChem | 32742 |
| فرمول شیمیایی | بنا به گرید مصرفی آن متفاوت است. |
| ظاهر | گرانول/پلت، بی‌بو، شیری تا شفاف |
| بو | بی‌بو |
| چگالی (g/cm³ @ 23°C) | تقریباً 0.92–0.94 (بسته به VA و گرید) |
| نقطه نرم‌شدن/ذوب (°C) | حدود 70–95 (وابسته به درصد VA) |
| سختی (Shore A/D) | نرم تا نیمه‌سخت (بسته به فرمول/VA) |
| استحکام کششی (MPa) | تقریباً 8–18 (وابسته به گرید) |
| جذب آب (24h) | کم |
| حلالیت | نامحلول در آب؛ حل‌پذیر در برخی حلال‌های آلی/آلیفاتیک‌ها |
| دمای تجزیه تقریبی (°C) | >≈ 230–260 |
| شرایط نگهداری | محیط خشک و خنک، دور از نور مستقیم و منابع حرارتی |
انواع eva
اتیلن وینیل استات (EVA) را معمولاً به 4 روش دسته بندی می‌کنند.
- براساس درصد وینیل استات
- براساس شاخص جریان مذاب
- براساس کاربرد صنعتی
که ما در ادامه رایجترین دسته بندی یعنی دسته بندی براساس درصد وینیل استات را با هم بررسی خواهیم کرد.
انواع eva براساس درصد وینیل استات
- گرید پایین (4–12٪ VA): این محصول بیشتر شبیه پلی‌اتیلن رفتار می‌کند ولی کمی سخت‌تر و مقاوم‌تر است. از کاربردهای این دسته می‌توانم به فیلم‌های کشاورزی، بسته‌بندی و پوشش کابل نام برد.
- گرید متوسط (18–28٪ VA): تعادل خوبی بین انعطاف‌پذیری و مقاومت دارد و از مهمترین کاربردهای می‌توان به کفش، فوم، کفپوش، لایه‌های لمینیت و… اشاره کرد.
- گرید بالا (28–40٪ VA): بسیار نرم و انعطاف‌پذیر است و بیشتر در فوم‌های پزشکی، وسایل ورزشی، محصولات دارویی و غذایی بکار می‌رود.
دو گرید پرمصرف در بازار ایران
- اتیلن وینیل استات با ۱۸٪ VA: این نوع EVA انعطاف‌پذیری کمتری نسبت به گریدهای بالاتر دارد و معمولاً در تولید فوم، فیلم‌های کشاورزی مثل پلاستیک گلخانه‌ای و همچنین در ساخت کفی کفش‌های ورزشی به کار می‌رود.
- اتیلن وینیل استات با ۲۸٪ VA: این گرید که اغلب به صورت گرانول عرضه می‌شود، خاصیت الاستیکی بالاتری دارد و در ترکیباتی استفاده می‌شود که نیاز به نرمی و کشسانی بیشتری دارند.
روش تولید EVA
اتیلن وینیل استات از کوپلیمریزاسیون اتیلن و وینیل استات(VA) به دست می‌آید. این فرآیند معمولاً در راکتورهای فشار بالا و با استفاده از آزادکننده‌های رادیکالی(Initiators) انجام می‌شود. در ادامه بصورت کلی فرایند تولید اتیلن وینیل استات را با هم بررسی می‌کنیم.
- آماده‌سازی خوراک: گاز اتیلن و مونومر مایع وینیل استات با نسبت‌های مشخص آماده و وارد سیستم می‌شوند.
- کوپلیمریزاسیون تحت فشار بالا: در فشارهای بالا (۱۵۰۰ تا ۳۰۰۰ بار) و دماهای حدود ۱۵۰ تا ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد، واکنش پلیمریزاسیون به صورت رادیکالی آغاز می‌شود. بد نیست بدانید که دقیقاً در این مرحله است که مونومرها به هم متصل شده و زنجیره‌های کوپلیمر EVA تشکیل می‌شوند.
- خنک‌سازی و جداسازی: پس از واکنش، محصول به همراه مونومرهایی که واکنشی نشان ندادند از راکتور خارج می‌شود و مونومرهای باقی‌مانده جدا و بازیافت می‌شوند.
- گرانول‌سازی: پلیمر تولید شده پس از خشک‌کردن و پایدارسازی، به صورت گرانول (pellet) شکل‌دهی و بسته‌بندی می‌شود.
نسبت وینیل استات (مثلاً ۱۸٪ یا ۲۸٪) در خوراک اولیه تعیین می‌شود و همین مقدار روی ویژگی‌های نهایی EVA مثل نرمی، شفافیت و الاستیسیته اثر مستقیم دارد.
نکاتی که در ادامه مطرح می‌شوند، توصیه‌های کلی برای فرآیند تزریق گرانول EVA 18% هستند و بسته به شرایط و تجهیزات هر تولیدکننده، ممکن است نیاز به تغییرات یا تنظیمات اختصاصی داشته باشند. دمای مورد استفاده در فرآیند شکل‌دهی ارتباط مستقیمی با شاخص جریان مذاب (MFI) و همچنین درصد وینیل استات موجود در کوپلیمر دارد. به طور معمول، هرچه شاخص مذاب پایین‌تر باشد (ویسکوزیته بالاتر)، دمای بالاتری برای تزریق نیاز خواهد بود. همچنین با افزایش مقدار وینیل استات، نقطه ذوب EVA کاهش می‌یابد؛ برای نمونه، دمای ذوب (DSC) در بازه 0 تا 28 درصد VA از حدود 115 تا 70 درجه سانتی‌گراد تغییر می‌کند.
قالب‌گیری تزریقی EVA 18%
در فرآیند قالب‌گیری باید توجه داشت که دما از 220 درجه سانتی‌گراد فراتر نرود، زیرا این موضوع باعث تجزیه پلیمر شده و گازهایی مانند اسید استیک آزاد می‌شود که بوی سرکه‌ای دارد و می‌تواند به دستگاه‌ها آسیب برساند. برای کاهش احتمال تخریب و بهبود کیفیت فرآیند، رعایت چند نکته پیشنهاد می‌شود:
- در اکسترودرهای بزرگ یا تجهیزاتی با زمان ماند طولانی، بهتر است از دمای پایین‌تر استفاده شود.
- در قالب‌هایی با مقاطع نازک، معمولاً پروفایل دمایی بالاتر مورد نیاز است.
- طراحی مارپیچ با عمق کمتر و طول بیشتر، دمای ذوب را افزایش می‌دهد و باید در نظر گرفته شود.
کاربردهای اتیلن وینیل استات
در ادامه این مطلب مهمترین کاربردهای اتیلن وینیل استات را با هم بررسی می‌کنیم.
1. کفش و فوم‌های ورزشی
یکی از مهمترین کاربردهای EVA تولید کفش و به‌ویژه کفی و زیره کفش‌های ورزشی است. این ماده به دلیل خاصیت ضربه‌گیری، سبکی و انعطاف‌پذیری بالا به راحتی شکل می‌گیرد و راحتی زیادی برای مصرف‌کننده فراهم می‌آورد. EVA همچنین مقاومت خوبی در برابر ترک‌خوردگی و فرسودگی دارد، به همین دلیل گزینه‌ای محبوب در صنعت تولید کفش محسوب می‌شود.
2. بسته‌بندی و فیلم‌های پلاستیکی
EVA در صنایع بسته‌بندی، به خصوص در تولید فیلم‌های انعطاف‌پذیر برای مواد غذایی و محصولات کشاورزی، بسیار پرکاربرد است. فیلم‌های گلخانه‌ای و پوشش‌های محافظ یکی از مثال‌های شناخته‌شده هستند. شفافیت بالا، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر رطوبت از ویژگی‌هایی است که EVA را برای این صنعت ارزشمند کرده است.
3. عایق سیم و کابل
این کوپلیمر به دلیل خواص الکتریکی مناسب و مقاومت در برابر شرایط محیطی، برای روکش سیم و کابل‌ها به کار می‌رود. EVA به‌ویژه در برابر ترک‌خوردگی ناشی از تنش‌های محیطی و تغییرات دما مقاوم است و به همین دلیل در صنایع برق و الکترونیک جایگاه ویژه‌ای دارد.
4. چسب‌های حرارتی (Hot-melt adhesives)
EVA پایه اصلی بسیاری از چسب‌های ذوب داغ است که در بسته‌بندی، صنایع چوب، کارتن و کاغذسازی به کار می‌روند. این چسب‌ها به دلیل سرعت گیرش بالا، چسبندگی قوی و فرآیند آسان، در مقایسه با چسب‌های سنتی محبوبیت بیشتری دارند. انعطاف‌پذیری و قابلیت استفاده در دماهای مختلف نیز از مزایای مهم آن است.
5. انرژی خورشیدی و فتوولتائیک
در صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر، EVA به عنوان لایه بین سلول‌های خورشیدی و شیشه پوششی استفاده می‌شود. این ماده ضمن ایجاد چسبندگی قوی، شفافیت بالایی دارد و مانع نفوذ رطوبت و گرد و غبار می‌شود. استفاده از EVA در کپسوله‌سازی پنل‌های خورشیدی، عمر و بازدهی این تجهیزات را به شکل قابل توجهی افزایش می‌دهد.
6. سایر کاربردهای eva
- پزشکی و دارورسانی: در تولید بسته‌بندی‌های استریل و سامانه‌های کنترل‌شده رهایش دارو.
- صنایع خودروسازی: به عنوان افزودنی برای بهبود خواص الاستیکی و مقاومت قطعات.
- شیشه‌های لمینیت: برای افزایش مقاومت شیشه در برابر ضربه و ارتعاش.
- رنگ، پوشش و بهبوددهنده‌های جریان سرد: به عنوان ماده اصلاح‌کننده برای بهبود عملکرد.
- اسباب‌بازی و لوازم مصرفی: به دلیل ایمنی و انعطاف‌پذیری بالا.
- لوله و درزگیرهای حرارتی: به کارگیری در محصولات ساختمانی و صنعتی.
- جایگزین چوب‌پنبه: در برخی کاربردهای بسته‌بندی یا عایق‌کاری.
خطرات و عوارض اتیلن وینیل استات (EVA)
اتیلن وینیل استات به طور کلی یک پلیمر با ایمنی نسبتاً بالا محسوب می‌شود و در گریدهای صنعتی و دارویی استفاده می‌شود. با این حال، قرار گرفتن در معرض گرد و غبار یا ذرات گرانول EVA ممکن است موجب تحریک پوست، چشم یا دستگاه تنفسی شود. هنگام ذوب یا حرارت‌دهی EVA، بخاراتی مانند اسید استیک آزاد می‌شوند که می‌توانند بوی تند و تحریک‌کننده‌ای ایجاد کنند و در صورت تنفس طولانی مدت ممکن است باعث تحریک مجاری تنفسی شوند. بنابراین رعایت اصول ایمنی در کار با EVA، مخصوصاً در فرآیندهای حرارتی، ضروری است.
شرایط ایمنی و نگهداری (MSDS)
برای نگهداری EVA توصیه می‌شود که محصول در محیطی خشک، خنک و دور از نور مستقیم خورشید نگهداری شود تا کیفیت و خصوصیات فیزیکی آن حفظ شود. گرانول‌ها باید در بسته‌بندی اصلی یا ظروف مهر و موم‌شده نگهداری شوند تا از جذب رطوبت و آلودگی جلوگیری شود. در هنگام استفاده از EVA در فرآیندهای حرارتی، توصیه می‌شود از تجهیزات حفاظتی مانند دستکش، عینک ایمنی و تهویه مناسب استفاده شود. همچنین باید از تماس طولانی مدت با حرارت بالای 220 درجه سانتی‌گراد خودداری کرد تا از تجزیه و ایجاد بخارات مضر جلوگیری شود.
فرق بین اتیلن وینیل استات eva با پلی وینیل استات pva در چیست؟
اتیلن وینیل استات(EVA) و پلی وینیل استات(PVA) هر دو از خانواده پلیمرها هستند، اما ویژگی‌ها و کاربردهای متفاوتی دارند. EVA یک کوپلیمر ترموپلاستیک است که از اتیلن و وینیل استات ساخته می‌شود و انعطاف‌پذیری، نرمی و خاصیت ضربه‌گیری بالایی دارد. به همین دلیل در تولید کفش، فوم، عایق سیم و کابل و بسته‌بندی کاربرد دارد. در مقابل، PVA یک پلیمر سخت‌تر است که از وینیل استات تشکیل شده و بیشتر به عنوان چسب، رنگ و پوشش‌ها استفاده می‌شود. PVA در حالت معمول، کمتر انعطاف‌پذیر است و به جای ویژگی‌های الاستیکی، تمرکز بیشتری بر چسبندگی و مقاومت شیمیایی دارد.
با توجه به ساختار و ترکیب شیمیایی، EVA نرم‌تر و قابل ارتجاع‌تر است، در حالی که PVA سخت‌تر، شفاف‌تر و برای کاربردهای چسبی و پوششی مناسب است. هر دو ماده در صنایع مختلف کاربرد دارند، اما انتخاب آن‌ها بر اساس نیاز به انعطاف، دوام یا چسبندگی انجام می‌شود.
| ویژگی | EVA | PVA |
|---|---|---|
| ساختار شیمیایی | کوپلیمر اتیلن و وینیل استات | پلیمر وینیل استات |
| انعطاف‌پذیری | بالا، نرم و الاستیک | کم، سخت‌تر و شکننده‌تر |
| کاربرد اصلی | کفش، فوم، عایق سیم و کابل، بسته‌بندی | چسب، رنگ، پوشش‌ها |
| ویژگی مکانیکی | ضربه‌گیر و مقاوم در برابر ترک‌خوردگی | مقاوم در برابر رطوبت و چسبندگی بالا |
| قابلیت حل شدن | نامحلول در آب، قابل حل در حلال‌های آلی خاص | قابل حل در آب و حلال‌های قطبی |
| شکل‌دهی | گرمانرم، مناسب قالب‌گیری و اکستروژن | معمولاً سخت و نیازمند افزودنی‌ها برای شکل‌دهی |
جمع بندی
ما امروز در شیمی داکس یاد گرفتیم که اتیلن وینیل استات (EVA) یک پلیمر پرکاربرد و انعطاف‌پذیر است که به دلیل ویژگی‌های مکانیکی مناسب و قیمت مقرون‌به‌صرفه، در صنایع مختلفی مانند کفش‌سازی، بسته‌بندی، کابل‌سازی، خودروسازی و حتی حوزه پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین با بررسی تفاوت‌های آن با پلی وینیل استات (PVA) متوجه شدیم که انتخاب هر کدام از این مواد بستگی به نیاز و نوع کاربرد دارد؛ چرا که EVA بیشتر برای انعطاف و ضربه‌گیری و PVA برای چسبندگی و پوشش‌ها مناسب است. امیدواریم این مقاله برای شما مفید بوده باشد. نظرات و سوالاتتون رو کامنت کنید، متخصصان ما در شیمی داکس آماده‌اند تا به سوالات شما پاسخ بدهند.
