اگر به نامگذاری برخی گریدهای پلی اتیلن دقت کافی کرده باشید، احتمالا حرف لاتین ام کوچک (m) را در ابتدای آن ها و به صورت mPE دیده اید. همین ام کوچک می تواند تغییرات بزرگ و شگرفی را در خواص مکانیکی محصولات تولیدی با آن ها ایجاد کند. در حقیقت mPE نسل جدید پلی اتیلن ها، موسوم به پلی اتیلن متالوسن هستند، که در فرایند تولید و در واقع پلیمریزاسیون آن ها، از کاتالیست های ویژه متالوسنی استفاده می شود. پلی اتیلن های متالوسنی در برابر پلی اتیلن های عادی، خواص فیزیکی و مکانیکی برتری دارند که در بخش های بعدی به آن پرداخته خواهد شد. اما این بخش قصد دارد کاربرد این پلی اتیلن های ارتقاء یافته را در بهبود مقاومت خزشی نایلون گلخانه ای توضیح دهد.

همانطور که در بخش قبلی مطرح شد نایلون گلخانه در زمان کاربری خود دچار پدیده خزش می شود. خزش یا Creep در نتیجه رفتار ویسکوالاستیک پلیمرها است و با اعمال بار ثابت رخ می دهد. در صورت وقوع این پدیده نقصان هایی مانند پارگی در نایلون گلخانه رخ می دهد و می تواند کاربری این پوشش را مختل و بی فایده کند. ما در مقاله‌ای به طور کامل به اثر خزش در پوشش های گلخانه‌ پرداختیم.

اهمیت پدیده خزش در نایلون گلخانه آنقدر مهم است که این پارامتر در استاندارد ملی تعیین الزامات پوشش های گلخانه نیز قید شده است.

برای ارزیابی مقاومت خزشی نایلون گلخانه، باریکه ای از نایلون تولید شده در جهت ماشین (Machine Direction – MD) را با ابعاد 10*140 mm، در دمای 23 °C، تحت بار 4 MPa برای مدت زمان 100 ساعت قرار می دهند. میزان خزش یا همان ازدیاد طول نمونه در این شرایط نبایستی بیشتر از 30 درصد طول نشانه گذاری شده روی نمونه باشد.

استفاده از گریدهای مختلف پلی اتیلن های متالوسن مناسب برای تولید نایلون های گلخانه ای می تواند مقاومت خزشی نایلون را تا چندین برابر بهبود دهد. پلی اتیلن های متالوسن می توانند به صورت خالص در یکی از لایه های نایلون های چند لایه به کار گرفته شوند، یا به صورت مخلوط های آلیاژی با پلی اتیلن های سبک و سبک خطی (LLDPE/ LDPE) به کار روند. مهمترین ویژگی پلی اتیلن های متالوسنی که منجر شده است بتوانند مقاومت خزشی نایلون گلخانه را بهبود دهند، ریزساختار مولکولی یکنواخت و تحت کنترل آن ها است. در واقع پلیمریزاسیون اتیلن در حضور کاتالیست های متالوسنی امکان تنظیم ریزساختار را مهیا می کند و برعکس پلی اتیلن های عادی که امکان دست یابی به خواص مکانیکی دلخواه در آن ها وجود ندارد و واکنش پلیمریزاسیون به صورت خودکار متوقف می شود، در پلی اتیلن های متالوسنی مدول و استحکام مکانیکی بالاتری حاصل می شود و همین نکته منجر به افزایش مقاومت خزشی پلی اتیلن های متالوسن در مقایسه با پلی اتیلن های عادی می شود.

یکی از مهمترین افزودنی های مورد استفاده در فرمولاسیون محصولات مختلف PVC، خانواده روان کننده ها یا همان لوبریکنت ها هستند. نام دیگر این خانواده، البته به اشتباه، وکس نیز می باشد. می توان گفت هیچ کاربری برای PVC نمی توان متصور شد که به لوبریکنت نیازی نداشته باشد. در برخی اوقات لوبریکنت ها به صورت ترکیب شده با استابلایزر و به اصطلاح، One pack، به کار می روند و در دیگر موارد به صورت جداگانه به فرمولاسیون اضافه می شوند. با توجه اهمیت انتخاب لوبریکنت مناسب و همچنین متنوع بودن ساختار این گروه از افزودنی های PVC، در سلسله مقالاتی با لوبریکنت ها آشنا خواهیم شد.

مهمترین مزایای استفاده از لوبریکنت ها در کامپاندهای PVC عبارتند از:

• افزایش محدوده دمایی فرایند شکل دهی
• بهبود فرایند ذوب و ژل شدن PVC
• بهبود خواص فیزیکی – مکانیکی محصولات تولیدی
• بهبود رفتار چسبندگی به دیواره اکسترودر
• بهبود جدا شدن از قالب
• کاهش گشتاور و تنش برشی لازم برای اختلاط اجزا
• کاهش فشار عملیاتی در فرایند شکل دهی
• کاهش ویسکوزیته مذاب
• بهبود یکنواختی و اختلاط اجزا
• بهبود کیفیت سطح قطعات تولیدی، مانند براقیت
• کاهش رسوب افزودنی ها و مشکلات رهایش آن ها (Plate out)
• بهبود پایداری ابعادی قطعات و تورم دای
• بهبود آب رفتگی و یکنواخت تر شدن آن

همانطور که از لیست بالا بر می آید مشخص است که لوبریکنت ها با اضافه شدن مقدار بسیار کمی به فرمولاسیون مورد نظر، اثرات بسیار مهمی می توانند ایجاد کنند و در حقیقت در مقایسه با دیگر افزودنی ها می توان گفت اثر پروانه ای دارند. به همین دلیل انتخاب مجموعه لوبریکنت ها بسیار مهم است.

همانطور در ابتدا گفته شد در برخی موارد به خانواده لوبریکنت ها به اشتباه وکس نیز اطلاق می شود. اما باید گفت وکس ها خانواده محدودی از لوبریکنت ها هستند و دارای ویژگی های زیر و متمایز با لوبریکنت ها می باشند:

• در دمای پایین، برای مثال ۲۰°C قابلیت شکل دهی دارند.
• شکننده و جامد هستند.
• ساختار بلورین دارند.
• کدر یا شفاف هستند، اما درخشنده نیستند.
• ویسکوزیته بسیار کمی دارند.

خانواده لوبریکنت ها بسیار بسیار متنوع است و تقریبا می توان گفت هیچ لوبریکنتی را نمی توان یافت که به صورت خالص و از یک پایه شیمیایی و مشابه با نوع دیگر باشد. برای مثال اکثر لوبریکنت ها از منابع طبیعی مانند چربی ها و روغن ها به دست می آیند. بنابراین ساختار آن ها به شدت به منبع استخراج بر می گردد. همچنین در مورد وکس های پلی اتیلن که گروهی از لوبریکنت ها هستند، وزن مولکولی و توزیع آن ها در گونه های مختلف متفاوت است و کمتر می توان دو وکس مشابه پیدا کرد.

مهمترین گروه های روان کننده ها به لحاظ ساختار شیمیایی عبارتند از:

• الکل های چرب (Fatty alcohols)، مانند Stearyl alcohol
• اسید استرها (Dicarboxylic acid ester)، مانند Distearyl phthalate
• اسیدهای چرب (Fatty acid)، مانند اسید استئاریک و Montanic acid
• اسید – آمیدها، مانند EBS (Ethylene Bis Stearamide)
• صابون های فلزی، مانند کلسیم استئارات، زینک استئارات، منیزیم استئارات
• استرها مانند Pentaerythritol adipate stearate
• وکس های پلی اتیلن اکسیده شده (Oxidized PE wax)
• وکس های پلی اتیلن (PE wax)
• پارافین وکس ها (Paraffin wax)

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

واقعیت این است که در ابتدای این نوشتار نیز باید بگوییم نایلون گلخانه یا همان پوشش گلخانه یک محصول فوق مهندسی است! این بخش در ارتباط با یکی از ویژگی های لازم و مهم در نایلون های گلخانه ای صحبت خواهد کرد. اگر تا کنون در ارتباط با این محصول به اندازه کافی مطالعه نکرده اید به لینک های زیر مراجعه کنید:

• الزامات پوشش های گلخانه بر اساس استاندارد ملی ایران
• خزش در پوشش های گلخانه
• فیلم گلخانه ای چند لایه ، پاسخی جامع به تمامی الزامات
• چالش برطرف کردن مه گرفتگی در گلخانه ها به کمک افزودنی آنتی فاگ
• مقاوم سازی پلاستیک ها در برابر نور خورشید
• افزودنی های فیلم کشاورزی

این روزها بسیاری از مناطق جغرافیایی مختلف در ایران با اثرات پدیده گرد و غبار به خوبی آشنا هستند. علاوه بر آسیب های معمول ناشی از گرد و غبار مانند ایجاد مشکلات تنفسی برای شهروندان، این گرد و غبارها یکی از دردسرهای اصلی برای صاحبان گلخانه های بزرگ هستند. در حقیقت در زمان کاربری پوشش های گلخانه، در اثر وزش باد تجمع الکتریسیته ساکن در سطح نایلون رخ می دهد و این عامل منجر به جذب گرد و غبار محیط بر روی سطح بیرونی نایلون گلخانه خواهد شد.

با جمع شدن گرد و غبار در سطح بیرونی پوشش گلخانه، عبور پذیری نور این پوشش ها تا ۴۰ درصد می تواند کاهش پیدا کند و این نکته مستقیما منجر به کاهش راندمان تولید و کیفیت محصولات تحت کشت خواهد شد. همچنین وجود گرد و غبار می تواند سطح پوشش را تخریب کند و از طول عمر سرویس دهی آن بکاهد. به همین منظور گلخانه داران به جهت بازیابی عبور پذیری نور پوشش گلخانه خود، در مقاطع زمانی مختلف مجبور به شستشوی سطح پوشش با آب هستند.

وجود پلیمرهای خاص، مانند (EVA (Ethylene Vinyl Acetate نیز می تواند تجمع الکتریسیته ساکن و به دنبال آن چسبیدن گرد و غبار به سطح نایلون گلخانه را افزایش دهد. از آنجاییکه شستشوی مداوم نایلون گلخانه وقت گیر است و همچنین باعث آسیب به سطح نایلون می شود، چند سالی است راه حل مناسب تری برای جلوگیری از تجمع گرد و غبار در سطح نایلون گلخانه توسعه داده شده است.

در حقیقت گونه خاصی از افزودنی ها به ترکیب نایلون در حین تولید اضافه می شوند و می توانند میزان تجمع گرد و غبار را کاهش دهند. این افزودنی ها آنتی استاتیک (Anti-static) نام دارند و به منظور ایجاد سهولت و افزایش دقت در خوراک دهی و اضافه شدن به فرمولاسیون پوشش تولیدی، به صورت مستربچ تولید و توسط تولید کنندگان پوشش های گلخانه به مصرف می رسند. مستربچ های آنتی استاتیک حاوی مقدار بسیار زیادی افزودنی های افزایش دهنده رسانایی الکتریکی پوشش گلخانه هستند و در زمان کاربری با مهاجرت خود به سطح پوشش گلخانه منجر به کاهش تجمع گرد و غبار و بهبود عبور پذیری نور پوشش می شوند. رطوبت نسبی محیط کاربری پوشش برای عملکرد صحیح افزودنی های آنتی استاتیک بسیار مهم است و در حین انتخاب مستربچ بایستی مد نظر قرار گیرد.

باید اضافه کرد که تنها لازم است مستربچ های آنتی استاتیک در لایه های خارجی پوشش های گلخانه قرار گیرند. برای مثال این مستربچ ها تنها در یک لایه  ۵ µm سطح بیرونی اضافه می شوند و درصد استفاده حدود ۱۵ تا ۳۰ درصد در این لایه دارند. باید اشاره کرد این مستربچ ها نباید تداخلی با افزودنی های پایدارکننده در برابر نور فرابنفش ایجاد کنند.

فیلم های پلی الفینی، مانند فیلم های پلی اتیلنی و پلی پروپیلنی، به صورت رل های چند تا چند صد کیلوگرمی به کمک فرایندهای فیلم دمشی (Film Blowing) و ریخته گری (Casting) تولید می شوند و سپس در واحدهای کانورتینگ به انواع لفاف و بسته بندی های تک لایه، چندلایه و چاپ شده تبدیل می شوند. یکی از بزرگترین مشکلاتی که در حین باز کردن رل ها یا بسته بندی های تولید شده از این فیلم ها پیش می آید، نیاز به اعمال نیروی زیاد برای باز کردن رل و بسته بندی، و همچنین چسبیدن لایه های مجاور به یکدیگر است. این اتفاق در اصطلاح بلاکینگ (Blocking) نام دارد و در حقیقت میزان نیروی لازم برای جدا کردن دو لایه فیلم که روی یکدیگر قرار دارند را نشان می دهد. طبیعی است از نظر تجربه کاربری بایستی فیلم های رل شده، به صورت تیوب و همچنین بسته بندی، بایستی با کمترین نیروی لازم و به راحتی باز شوند. به همین منظور در حین تولید فیلم های پلی الفینی و به خصوص در فرایند فیلم دمشی و تولید به صورت تیوب، از مستربچ آنتی بلاک استفاده می شود.

افزودنی های آنتی بلاک به منظور سهولت در خوراک دهی حین تولید فیلم به صورت مستربچ به فرمولاسیون تولید اضافه می شوند. انتخاب پایه مستربچ این افزودنی ها به منظور جلوگیری از کاهش خواص فیزیکی – مکانیکی فیلم تولیدی بایستی با نهایت دقت صورت گیرد و معمولا مشابه گریدهای پلیمری مورد استفاده در تولید فیلم ها انتخاب می شود. همچنین کیفیت مستربچ تولیدی تعیین کننده میزان پخش افزودنی های آنتی بلاک و در نتیجه عملکرد این افزودنی ها در فیلم تولیدی است. اما افزودنی ها آنتی بلاک از لحاظ ساختار شیمیایی در دو گروه افزودنی های آلی و معدنی قرار می گیرند. امروزه آنتی بلاک های معدنی بیشترین کاربرد را در بین سایر گروه ها دارند. این افزودنی ها پس از تولید فیلم به سطح آن مهاجرت می کنند و یک الگوی زبری در مقیاس میکرومتر تشکیل می دهند و بدین ترتیب از چسبیدن لایه ها به یکدیگر جلوگیری می کنند. شکل زیر به صورت شماتیک این پدیده را نشان می دهد:

آنتی بلاک های آلی، مانند آمیدهای چرب، کاربرد کمتری دارند و قیمت بالاتری نیز دارند. به همین دلیل تمرکز بیشتر بر آنتی بلاک های معدنی است. مهمترین شاخصه آنتی بلاک های معدنی خنثی بودن ساختار شیمیایی و نداشتن بر همکنش با پلیمر و دیگر افزودنی های موجود در آن، و همچنین اندازه ذرات آن ها است. اندازه ذرات افزودنی های آنتی بلاک مستقیما بر خواص نوری فیلم تولیدی، مانند کدری، اثر گذار است.

هر چند آنتی بلاک ها در فیلم های پلی الفینی بیشترین کاربرد را دارند، اما امروزه برخی از گریدها برای دیگر فیلم های مورد استفاده در بسته بندی مانند فیلم های PET, PVC و PA نیز توسعه داده شده اند. غلظت استفاده از افزودنی های آنتی بلاک در حدود ۲۰۰۰ تا  ppm5000، با توجه به پایه شیمیایی افزودنی است. از جمله مهمترین آنتی بلاک های توسعه داده شده می توان به خانواده های سیلیکا، تالک، متیل متااکریلات (MMA) اشاره کرد.