هوستافرم یا پلی استال (POM)، ترموپلاستیکی منحصربفرد

پلی استال یا پلی فرمالدهید، (Poly Oxy Methylene (POM، که در ایران با نام هوستافرم نیز شناخته می شود، یک ترموپلاستیک مهندسی با ویژگی و کاربردهای منحصر بفرد است. در حقیقت هوستافرم نام تجاری POM های تولیدی کمپانی بزرگ دوپونت است. از جمله دیگر برندهای تاثیر گذار در تولید POM می توان از Delrin, Celcon, Ramtal, Tenac, Duracon نام برد. در سال 1956 میلادی اولین POM تولیدی شرکت دوپونت برای جایگزینی با فلزاتی که در فرایند Die-Cast مورد استفاده قرار میگرفتند، معرفی شد. محور زیر توسعه مهمترین برندهای تجاری را در این زمینه نشان می دهد.

روند تولید هوستافرم

ساختار بلورینگی، مقاومت به سایش و خزش بسیار بالا (حتی بالاتر از پلی آمید)، مقاومت در برابر حلال ها و پایداری ابعادی در زمان کاربری مهمترین ویژگی های POM و مقاومت کم در برابر فنول مهمترین ایراد وارد بر این ترموپلاستیک مهندسی است.

کاربرد پلی استال

پلی استال در صنایع گوناگونی همچون خودروسازی (بیش از یک سوم POM تولیدی جهان در این صنعت به مصرف می رسد)، لوله کشی و انتقال سیالات، قطعات صنعتی، الکتریکی و خانگی به کار می رود. قطعاتی همچون دکمه کمربند ایمنی، روکش اسپیکر، درب و پمپ مخزن سوخت، چرخ دنده و بوش های مورد استفاده در قطعات جلوبندی در صنایع خودروسازی، انواع قطعات شیر، پمپ، کارتریج، دوش و آب پاش در صنایع لوله و اتصالات، دکمه های کیبورد کامپیوتر، کارتریج و قطعات چاپگر، زیپ لباس و برخی اسباب بازی در لوازم خانگی و ورزشی از POM ساخته می شوند. همچنین در کاربری هایی که قطعات صنعتی در تماس با مواد غذایی قرار میگیرند، مانند پمپ های صنایع لبنی و تسمه های انتقال مواد اولیه، از POM استفاده می شود.

 

کاربرد پلی استال در کمربند خودرو کاربرد پلی استال در باک خودرو

باتوجه به منومرهای مورد استفاده در فرایند پلیمریزاسیون POM، انواع هموپلیمر و کوپلیمر تولید می شود. هموپلیمرهای POM مدول کششی و سفتی بالاتری نسبت به نمونه های کوپلیمر دارند و انواع کوپلیمر مقاومت بیشتری در برابر اکسیداسیون دارند. هرچند با استفاده از تقویت کننده هایی مانند الیاف شیشه می توان کوپلیمرها را نیز به اندازه هموپلیمرها تقویت نمود.

فیلم کشاورزی

پایدارسازی فیلم های گلخانه در برابر نور خورشید

بخش اول تاثیر سموم و آفت کش ها بر افزودنی های پایدارکننده در برابر اشعه UV

فیلم کشاورزی یا پوشش گلخانه، به دلیل سطح بسیار زیاد ( به اندازه سطح گلخانه و گاها تا چند هکتار)، از طرفی ضخامت کم (حدود 150 تا 200 میکرومتر) و مهمتر از دو عامل قبل، طبیعت پلی الفینی آن، به شدت در معرض تخریب در اثر تابش نور خورشید و بخصوص اشعه فرابنفش (UV) است. هر گونه تخریب این پوشش می تواند در بهترین حالت در عبور نور و فرآیند رشد گیاه تداخل ایجاد کند و در حالت بد می تواند در اثر وزش باد، طوفان یا بارش باران و تگرگ منجر به نابود شدن محصولات زیر کشت و وارد آمدن خسارات میلیارد تومانی شود بنابراین پایدارسازی فیلم های گلخانه در برابر نور خورشید بسیار اهمیت دارد.

فیلم کشاورزی

فیلم کشاورزی

افزایش مقاومت پوشش های گلخانه ای در برابر اشعه فرابنفش می تواند با اضافه کردن افزودنی های جاذب یا پایدارساز در برابر اشعه UV افزایش یابد. اما تمامی ابعاد این راه حل به همین سادگی نیست. در گلخانه ها در دوره های مختلف کشت از سموم و آفت کش های متفاوتی، از سوزاندن گوگرد تا سموم حای گوگرد و کلراین در گلخانه استفاده می شود.

فرآورده های جانبی

فرآورده های جانبی

فرآورده های جانبی که در اثر استفاده از سموم بر پایه گوگرد یا کلراین ایجاد می شوند، می توانند با مولکول های پایدارکننده در برابر نور UV، مانند آمین ها، واکنش دهند و سایت های این ترکیبات را غیر فعال کنند. از جمله این ترکیبات اسید سولفوریک است که در اثر واکنش آب، نور و حرارت با عنصر گوگرد یا ترکیب متام سدیم ایجاد می شود. در این صورت افزودنی های پایدارکننده در برابر نور UV منفعل شده و فیلم پلی اتیلنی هیچ مقاومتی در برابر اشعه UV نخواهد داشت. به همین دلیل گونه های ویژه ای از پایدارکننده در برابر نور UV موسوم به مقاوم در برابر ترکیبات شیمیایی، Agro-Resistance Chemical، توسعه داده شده اند. دقت در انتخاب گونه مناسب برای پایدارسازی فیلم گلخانه در برابر نور UV بسیار اهمیت دارد و انتخاب نادرست می تواند خسارات غیر قابل جبرانی را بر کشاورزان وارد کند.

Heat stabilizer 2

پایدارکننده های حرارتی PVC | بخش دوم – انواع پایدارکننده ها

در حال حاضر 4 گروه مهم پایدارکننده های حرارتی برای PVC تجاری سازی شده اند. در ادامه هریک از این گروه ها را بررسی خواهیم کرد.

ترکیبات فلزات

نمک های اسیدی آلی که حاوی فلزات باریم، کادمیوم، کلسیم و روی هستند در کنار زنجیره 8 تا 18 کربنی اسید کربوکسیلیک به عنوان پایدارکننده حرارتی در بسیاری از کاربرد ها استفاده می شوند. این ترکیبات در حالت جامد و مایع هستند. آلیفاتیک بودن زنجیره کربنی بسیار مهم است، چراکه انواع آروماتیک به دلیل تهدیدات سلامتی کمتر به کار می روند.

ترکیبات آلی بر پایه قلع

عملکرد این گروه که ساختارهای قلع – کربن دارند، به ساختار گروه آلی وابسته است. این گروه عملکرد پایدارسازی مناسبی دارند و همچنین حداقل تداخل را با سایر افزودنی های موجود در فرمولاسیون PVC نهایی دارند.

نمک و صابون های سرب

این گروه بهترین عملکرد پایدارسازی در برابر حرارت در طولانی مدت را دارد. از طرف دیگر این خانواده از پایدار کننده ها نسبت عملکرد به هزینه بسیار بالایی دارند. کامپاندهای PVC پایدار شده با سرب پایداری قابل قبولی در برابر نور و حرارت دارند. این گروه در کاربری پروفیل های درب و پنجره موجب تغییر رنگ محصول می شوند. هرچند در حال حاضر پایداکننده های بر پایه سرب در حال جایگزینی با ترکیبات فلزی هستند.

سیستم های کلسیم – روی

این سیستم ها شامل استئارات های کلسیم و مقادیر کمی از صابون های روی هستند. این گروه در حالت های مایع و پودر وجود دارند و در کامپاندهای PVC سخت به کار می روند. ویژگی مهم این خانواده این است که می توانند در تماس با مواد غذایی قرار بگیرند. برای نمونه، طبق استاندارد US-FDA استفاده از این پایدارکننده ها را برای کاربری هایی که محصول PVC در تماس با مواد غذایی قرار میگیرد، بلامانع اعلام کرده است.

Heat stabilizer application

علاوه بر پایدارکننده های حرارتی مختلف ذکر شده در بالا، پایدارکننده های دیگر نظیر فسفیتهای آلکیلی، کامپاندهای اپوکسی، کتون ها، استرها، فنولیک ها و پلی ال ها نیز تست و بررسی شده اند اما رویکرد تجاری فعلی به سمت استفاده از ترکیبات فلزاتی چون باریم/ روی، کلسیم /روی و … است.

 

کمک فرآیندهای اکریلیکی

پایدارکننده حرارتی PVC و هر آنچه باید در حین انتخاب در نظر گرفت

PVC یک پلاستیک پر مصرف و همچنین دارای فرمولاسیون های متنوع و بعضاً پیچیده است. اجزای ضروری یک کامپاند PVC، پایدارکننده حرارتی ، کمک فرآیند و اصلاح کننده ضربه است. در سایر موارد بخش های دیگر مانند عوامل فوم زا، نرم کننده ها و … باتوجه به نوع کاربری به فرمولاسیون پایه اضافه می شوند. معمولاً مهندسان طراح کامپاندهای PVC از phr به عنوان واحدی برای بیان غلظت اجزای مختلف فرمول استفاده می کنند. در ادامه نکات حائز اهمیت در انتخاب نوع پایدارکننده حرارتی بیان خواهد شد.

یک معیار خیلی خوب برای ارزیابی کارایی پایدارکننده حرارتی و یا بررسی برهمکنش سایر اجزای فرمولاسیون کامپاند PVC با پایدارکننده حرارتی، بررسی تغییر رنگ کامپاند در اثر قرار گرفتن در فرآیند تولید است. عوامل نامبرده در زیر بایستی در انتخاب نوع پایدارکننده در نظر گرفته شوند:

  • نوع رزین پایه (گرید PVC):

فرآیند تولید رزین PVC (برای مثال سوسپانوسیون، امولسیون یا پلیمریزاسیون بالک) و همچنین بقایای کاتالیست و افزودنی های لازم برای فرآیند تولید در پایدارسازی کامپاند نهایی موثر است. همچنین استفاده از کومنومرها در تولید نیز می تواند بر انتخاب پایدارکننده مناسب اثر گذار باشد.

رزین PVC

رزین PVC

  • اصلاح کننده ضربه و کمک فرایندها

CPE و پلیمرهای اکریلیکی مهمترین اصلاح کننده های ضربه PVC هستند. خوشبختانه این گروه ها اثر منفی بر افزودنی های پایدارکننده مقاومت حرارتی ندارند. اما برای مثال در مورد ABS، وجود گروه های نیتریل پایداری حرارتی را کاهش می دهد.

همچنین کمک فرآیندهای اکریلیکی نیز تاثیر منفی بر عملکرد پایدارسازی حرارتی افزودنی ها ندارند.

کمک فرآیندهای اکریلیکی

کمک فرآیندهای اکریلیکی

  • نرم کننده

انواع مختلف نرم کننده های مورد استفاده در کامپاندهای PVC نرم مانند فتالات ها، استرها و انواع زیست سازگار تاثیری بر انتخاب سیستم پایدار کننده حرارتی ندارد. اما در این میان دو استثنا وجود دارد:

  • در استفاده از پارافین های کلرینه شده بایستی مقدار بیشتری از پایدارکننده های کلسیم/روی و باریم/روی استفاده شود.
  • نرم کننده های پایه اپوکسی، مانند Epoxidized Soybean، اثر پایدارسازی حرارتی دارند.

 

  • فیلر و تقویت کننده

برای دست یابی به خواص مورد نظر یا کاهش قیمت تمام شده از فیلر های مختلف استفاده می شود. در این میان کلسیم کربنات، سیلیکا و هیدرات های آلومینیوم (ATH) از مهمترین پر کننده های PVC هستند. با افزایش غلظت کلسیم کربنات یا ATH در یک کامپاند PVC بایستی مقدار پایدارکننده های پایه فلزات افزایش پیدا کنند.

  • پیگمنت ها

در مورد پیگمنت ها و دای ها، به دلیل تنوع بیشمار آن ها قانون کلی در انتخاب سیستم پایدار کننده حرارتی وجود ندارد. در هنگام استفاده از این افزودنی ها بایستی عملکرد سیستم پایدارکننده را بررسی نمود. برای مثال در مورد پیگمنت های فلوئورسنت استفاده از سیستم های پایه روی مناسب تر است.

  • سایر افزودنی ها

بر اساس نوع کاربری انواع افزودنی های فوم زا، تنظیم کننده ویسکوزیته پلاستیسول ها، آنتی میکروبیال، آنتی استاتیک، ضد مه و پایدارکننده های نوری و … استفاده می شود. در هر مورد بایستی ابتدا عملکرد سیستم پایدارکننده در حضور این افزودنی ها چک شود. برای مثال در کامپاندهای حاوی افزودنی های آنتی استاتیک، بایستی مقدار پایدارکننده را افزایش داد. یا جاذب های اشعه UV در واکنش با پایدارکننده ها دانه های رنگی ایجاد می کنند.

 

قطعات خودرو پیشرفته، پیشران فناوری های حوزه پلیمرها

امروزه صنعت خودروسازی را بعنوان سمبل صنعت یک کشور می دانند. چراکه تمامی صنایع از جمله برق، مکانیک، متالورژی، پلیمر، فناوری اطلاعات، کامپیوتر، نساجی و حتی متخصصین حوزه ترافیک و حمل و نقل در تولید این محصول به ایفای نقش می پردازند. در طول 130 سال گذشته این صنعت و تولید قطعات خودرو ، در حوزه های مختلف فناوری پیشرفت های زیادی ایجاد کرده است.

آینده صنعت خودرو به دست خودروهای الکتریکی، هیبرید، خودران و هوشمند رقم خواهد خورد و صنعت پلیمر نیز در این مسیر قطعا گره گشای موثری خواهد بود.

خودرو های آینده

چالش های عمده تولید کنندگان قطعات خودرو ، OEM ها، در این مسیر عبارتست از:

  • تولید قطعات سبک تر به منظور کاهش تولید گاز CO2، پلیمرها برای تحقق این هدف نقش پر رنگی دارند.
  • افزایش دوام و زیبایی، خریداران خودرو روز به روز تمایل بیشتری نسبت به خرید خودروهای لوکس نشان می دهند. از طرف دیگر پایداری و دوام این زیبایی در طول زمان استفاده مهم است. استفاده از افزودنی های با عملکرد بالا می تواند به تحقق این هدف کمک کند.
  • کاهش هزینه های تولید، با رباتیک شدن خطوط و افزایش شمارگان تولید هزینه تمام شده قطعات بایستی کاهش یابد و خودروسازان در هر سال مدل های جدید را با قیمتی کمتر از قبل ارائه کنند.

قطعات خودرو

جایگزین شدن پلیمرها با قطعات فلزی و استفاده از پلیمرهای مهندسی با عملکرد بالا در قطعات خودرو مانند PPS, Homo POM, Aromatic PA, TPU, PBT, PC ها و استفاده از کامپوزیت ها در بدنه خودروها، توسعه تقویت کننده و پرکننده ها مانند الیاف شیشه با طول بلند (Long Glass Fiber) و نانوکامپوزیت ها، پیشرفت صنعت افزودنی ها و توسعه افزودنی های پایدارکننده در برابر نور، حرارت و افزودنی های آنتی باکتریال و نهایتا پلیمرهای هوشمند و خود ترمیم شونده نشانه هایی از وقوع یک انقلاب در پلیمرهای مورد استفاده در صنعت خودروی نوین است.

واکنش اکسیداسیون

روش های جلوگیری از اکسیداسیون پلیمرها

افزودنی های مورد مصرف در تولید قطعات پلیمری خواص و ویژگی هایی را در محصول نهایی ایجاد می کنند که کاربرد قطعه پلیمری را ضمانت می کند. همچنین گاهی اوقات ویژگی منحصر بفردی در پلیمر ایجاد می شود که منجر به افزایش دامنه کاربرد قطعات پلیمری می شود.

هر قطعه پلیمری از مرحله تولید تا انتهای مصرف در معرض واکنش های اکسیداسیونی قرار دارد. تغییر ویسکوزیته پلیمر در فرآیند شکل دهی، تغییر رنگ و ظاهر، و کاهش خواص مکانیکی از جمله استحکام و مقاومت ضربه، همگی از جمله اثرات وقوع اکسیداسیون است.

در ترکیبات آلی واکنش با اکسیژن در حضور نور، حرارت، تنش های مکانیکی، باقیمانده های کاتالیست و رادیکال های آزاد رخ می دهد. این فرایند منجر به تغییر در ساختار پلیمر می شود.

واکنش اکسیداسیون

واکنش اکسیداسیون

با استفاده از افزودنی های آنتی اکسیدانت می توان پلیمرها را در برابر واکنش اکسیداسیون محافظت کرد. دو خانواده مهم آنتی اکسیدانت ها، آنتی اکسیدانت های اولیه و ثانویه هستند. آنتی اکسیدانت های اولیه با اختتام واکنش های رادیکالی و نوع ثانویه با تخریب پراکسیدها منجر به حفاظت از پلیمر می شوند. گروه های فنولیک مهمترین عضو خانواده اولیه و گروه های فسفیتی نیز مهمترین گروه آنتی اکسیدانت های ثانویه هستند. گروه های فنولیکی برای پایدارسازی در زمان کاربری و گروه های فسفیتی برای پایدار سازی پلیمر در دماهای بالا و در حین فرایند شکل دهی به کار می روند.

ترکیب انواع آنتی اکسیدانت با یکدیگر می تواند اثر هم افزایی ایجاد کند. برای مثال استفاده از گروه های تیو اتری در کنار فنولیک ها گزارش شده است.

فیلم های کشاورزی

یک کاور چند صد میکرونی، محافظ محصولات گلخانه ای

پلاستیک های پوشش گلخانه (نایلون گلخانه ای)

پلاستیک های پوشش گلخانه ای یا نایلون گلخانه ای به صورت گسترده برای ساخت گلخانه ها به کار می روند. مزیت اصلی این پوشش ها نسبت به شیشه، هزینه کمتر در کنار سبکی و امکان مهندسی کردن خواص، و بهای تمام شده پایین تر در مقایسه با پوشش های پلی کربناتی می باشد. این پوشش ها به صورت تک یا چند لایه و در ضخامت های 80 تا 220 میکرون تولید می شوند. عمده پلیمرهای مورد استفاده در لایه های مختلف این محصولات LDPE, LLDPE و EVA است.

فیلم های کشاورزی

 

حداقل طول عمر مورد انتظار این محصولات 1 و حداکثر 5 سال است. در ایران معمولا این فیلم ها را با ضمانت 3 سال استفاده عرضه می کنند. کاهش خواص مکانیکی و بالا رفتن احتمال آسیب به محصولات گلخانه در صورت وقوع باران، باد و تگرگ، کاهش خواص فیزیکی مانند عبور پذیری نور و در نتیجه برهم خوردن تعادل رشد محصولات گلخانه ای از جمله مهمترین دلایل تعویض پوشش های گلخانه ای بعد از مدت زمان مشخص است.

قرار گرفتن در برابر تابش ماوراء بنفش مهمترین عامل تخریب پوشش های گلخانه ای است. پلیمرهای تولید شده توسط پتروشیمی ها چنانچه به صورت خالص در تولید پوشش های گلخانه ای به کار گرفته شوند، ماندگاری بیش از 3 ماه را در برابر تابش اشعه ماوراء بنفش نخواهند داشت. افزودنی های آنتی یو وی از جمله مهمترین افزودنی هایی هستند که در تولید پوشش های گلخانه ای به کار می روند.

آنتی یو وی

علاوه بر آنتی یو وی ها، برای عملکرد بهتر پوشش های گلخانه ای افزودنی های دیگری نیز در تولید این محصولات استفاده می شود. آنتی فاگ ها یا ضد مه، جاذب های اشعه فرو سرخ و کمک فرایندها مهمترین افزودنی هایی هستند که در تولید فیلم های گلخانه ای به کار می روند.

در بخش های بعدی با هریک از افزودنی ها بیشتر آشنا خواهیم شد.

 

افزودنی های کمک فرایند

کاربردهای افزودنی های کمک فرآیند | بخش دوم – کاربردهای مستربچ کمک فرایند

همانطور که در بخش قبلی ذکر شد افزودنی های کمک فرآیند مانند بسیاری از افزودنی های دیگر به سبب خوراک دهی راحت تر، ابتدا به مستربچ تبدیل می شوند و سپس بر اساس غلظت ماده موثره کمک فرایند و غلظت نهایی مورد نظر در محصول، که عموما حدود 500 ppm است، به محصول نهایی به صورت مخلوط خشک (Dry Blend) اضافه می شود. فرایند تبدیل پودر کمک فرایند به مستربچ در واحد های صنعتی به نام کامپاندر و مستربچ ساز انجام می گیرد.

در صورتی که بخش اول را مطالعه نکردید، بهتر است مطالعه این مقالات را از بخش اول افزودنی های کمک فرایند شروع کنید.

پلیمر پایه مستربچ کمک فرایند بر اساس الزامات محصول نهایی تعیین می شود. انتخاب این پلیمر به شدت بر خواص فیزیکی-مکانیکی محصول، فرایند تولید و عملکرد افزودنی کمک فرایند موثر است. در ادامه کاربردهای مختلف مستربچ های کمک فرایند ذکر خواهد شد:

  • فیلم های پلی اتیلنی

افزودنی های کمک فرآیند

فیلم پلی اتیلن

فارغ از نوع فرایند تولید فیلم، ریخته گری (Cast) یا دمشی (Blown film)، افزودنی های کمک فرآیند در تولید فیلم های پلی اتیلنی استفاده می شود. بخصوص اگر فرمولاسیون فیلم حاوی درصد بالایی از LLDPE باشد، به علت پدیده شکست مذاب استفاده از این افزودنی ها ضروری است. پایه مستربچ در این کاربری بایستی از انواع LDPE یا LLDPE بر حسب نوع کاربرد باشد. از جمله مهمترین بخش های این کاربرد می توان به فیلم های مورد استفاده در صنایع بسته بندی غذایی و صنعتی و فیلم های پوشش دهی گلخانه ها (فیلم های کشاورزی) اشاره نمود.

  • عایق های سیم و کابل

افزودنی های کمک فرایند

عایق های سیم و کابل

بخش مهمی از کامپاندهای مورد مصرف در صنایع سیم و کابل از جنس پلی اتیلن ها هستند. در فرایند تولید این محصولات نیز برای دستیابی به سطح صیقلی و تولید با انرژی کمتر از مستربچ کمک فرایند استفاده می شود.

  • صنایع تیپ (Tape)، لوله و ورق

افزودنی های کمک فرایند

لوله های تولیدی

به دلیل وزن مولکولی خیلی بالای پلیمرهای مورد استفاده در تولید لوله، تیپ یا نوارهای آبیاری و ورق (ژئوممبران) های پلی اتیلنی و جهت دوری از پدیده شکست مذاب و از طرفی فشار کمتر به تجهیزات تولید، افزودنی های کمک فرایند جایگاه ویژه ای در تولید این محصولات دارند. حضور این افزودنی ها آنقدر مهم است که پتروشیمی های تولید کننده پلی اتیلن های گرید لوله، این افزودنی ها را در مرحله گرانول کردن پودر خروجی راکتور اضافه می کنند. درصورت لزوم و برای استفاده از این افزودنی ها به صورت مستربچ، پایه مستربچ بایستی از گرید لوله باشد تا کاهش استحکام هیدرولیکی در محصول نهایی رخ ندهد.

  • محصولات تولیدی به روش دمشی (Blow molding)

افزودنی های کمک فرایند

محصولات تولیدی به روش Blow molding

سطح انواع بطری، مخزن و سایر مصنوعاتی که به روش قالبگیری دمشی یا Blow molding تولید می شوند، در معرض انواع اعوجاج و نایکنواختی است. دلیل این امر پدیده شکست مذاب به دلیل ویسکوزیته مذاب پلی اتیلن های مورد استفاده در این فرایند ها است. به کمک مستربچ های کمک فرایند می توان سطح صاف و فرایند راحت تری را در این روش داشت.

  • الیاف ها و نت ها

افزودنی های کمک فرایند

الیاف ها و نت ها

امروزه نت های پلی اتیلنی و همچنین الیاف پلی اتیلنی در کاربردهای مختلف به کار می روند. از جمله این کاربردها می توان به تور و نت های مورد استفاده در گلخانه ها و الیاف هایی که در توربافی ها استفاده می شود، اشاره نمود. جهت تولید با سرعت بالاتر و مصرف کمتر انرژی در فرایند تولید از مستربچ های کمک فرایند استفاده می شود.