FDA-Phthalates

تصمیم جدید FDA در خصوص استفاده از ترکیبات فتالاتی در محصولات در تماس با مواد غذایی

سازمان غذا و داروی آمریکا یا به اختصار FDA، مسئول حفظ و ارتقای سطح سلامت جامعه از طریق تنظیم مقررات و استانداردها و نظارت بر ایمنی مواد غذایی است. بخشی از نظارت بر ایمنی مواد غذایی از طریق کنترل بسته بندی های مورد استفاده در صنعت تولید مواد غذایی صورت می گیرد که پلیمرها بخش مهمی از مواد اولیه مورد مصرف در این صنعت هستند. بنابراین تمامی مواد اولیه مورد استفاده در تولید بسته بندی های پلیمری صنعت مواد غذایی زیر ذره بین FDA است.FDA-Phthalates

 

کامپاندهای نرم شده PVC گروهی از این محصولات هستند که گونه های مختلف نرم کننده های فتالاتی در آن ها استفاده می شود. در مرداد ماه گذشته FDA یک تصمیم مردمی در خصوص ممنوع کردن استفاده از هشت گونه ارتو فتالات را برای کاربری های در تماس با مواد غذایی، رد کرد. این گروه شامل فتالات هایی چون DIBP, DBP, BBP, DCHP, DnHP, DIOP, DEHP و DiNP در کاربری های در تماس با مواد غذایی بوده است. همچنین FDA مجدد محدودیت استفاده از BPBG, DEP, EPEG, DEHP و DIOP را تمدید کرد. همواره FDA بر اساس آخرین اطلاعات و تحقیقات، استفاده از گروه های مختلف مواد اولیه مورد مصرف در صنعت تولید مواد غذایی را به روز رسانی می کند. شما می توانید با مراجعه به لینک زیر در خصوص آخرین وضعیت استفاده از فتالات ها در محصولات در تماس با مواد غذایی آشنا شوید:

آنتی فاگ

غلبه بر چالش مه گرفتگی در فیلم های استرچ رپ PVC با انتخاب آنتی فاگ

فیلم های استرچ PVC برای بسته بندی مواد غذایی تازه ای چون میوه و سبزیجات، انواع گوشت تازه و نیمه آماده به کار می روند. بیشتر این محصولات حین فروش یا مصرف در دمای یخچال نگهداری می شوند و در این شرایط بخار آب موجود در بسته بندی پس از میعان به صورت قطرات آب در بسته بندی جمع می شوند. این اتفاق کیفیت بصری بسته بندی را کاهش می دهد و حتی می تواند فرایند فاسد شدن غذا را تسریع کند. برای غلبه بر مشکل فوق افزودنی هایی با نام آنتی فاگ (Anti fog) یا ضد مه توسعه داده شده اند.

آنتی فاگ

انتخاب صحیح گرید مناسب این افزودنی ها و توجه به نکات فنی که در استفاده از آن ها مهم است، می تواند عملکرد آنتی فاگ ها را تضمین کند. این افزودنی ها بر پایه Surfactant ها توسعه داده شده اند و با مهاجرت به سطح فیلم باعث آبدوست شدن فیلم و به دنبال آن پخش یکنواخت قطرات آب می شوند.

غلظت مورد نیاز بر اساس فرمولاسیون، مدت زمان سرویس دهی، ضخامت فیلم استرچ و نوع آنتی فاگ تعیین می شود و در محدوده 2-4 phr است. گلیسرول استرها، سوربیتول استرها، اتوکسیلات ها یا ترکیبی از آن ها گزینه های Anti fog مناسبی برای فیلم های PVC هستند. همچنین باید در نظر داشت در خصوص فیلم های استرچ مورد استفاده در بسته بندی مواد غذایی مانند گوشت، بایستی از گریدهای بهداشتی و مناسب برای قرار گیری در تماس با مواد غذایی استفاده کرد.

 

PVC Kicker

فعال کننده های فوم یا کیکر برای تولید چرم مصنوعی

محصولات فومی پایه PVC کاربردهای مختلفی همچون تولید چرم های مصنوعی، لوله های چند لایه حاوی فوم، فوم بردها و … دارند. یکی از راه های دستیابی به ساختار فوم استفاده از عوامل فوم زا در فرمولاسیون این محصولات است. برای ایجاد ساختار فوم یکنواخت در کنار عوامل فوم زا استفاده از افزودنی های فعال کننده فوم یا کیکر (Kicker) ضروری است.

PVC Kicker

کیکر یا فعال کننده های فوم ایجاد سلول های یکنواخت را در فوم نهایی ممکن می کنند و به بهبود فرایند اختلاط این عوامل و ذوب یکنواخت PVC نیز کمک می کنند. از دیگر مزایای استفاده از کیکرها افزایش بازدهی عوامل فوم زا و درصد فوم و همچنین جلوگیری از ایجاد زود هنگام فوم ها است. Kicker ها معمولا در دو حالت جامد و مایع موجود هستند و پایه فلز روی (Zn) هستند. ترکیبات کلسیم روی و باریم روی از جمله مهمترین کیکرهای مورد استفاده در تولید محصولات مختلف هستند.

PVC Pipe

کدام ساختارهای شیمیایی به عنوان روان کننده PVC به کار می روند؟

پس از معرفی لوبریکنت ها یا همان روان کننده PVC و همچنین توضیح لزوم استفاده از آن ها در فرمولاسیون های PVC، در این بخش می خواهیم به دلیل گستردگی ساختارهای شیمیایی این افزودنی ها، آن ها را معرفی کنیم و ویژگی های هر گروه را نام ببریم.

PVC Pipe

الکل های چرب:  این گروه ساختار خطی حاوی 8 تا 22 اتم کربن دارند و به صورت سنتزی یا طبیعی در دسترس هستند. به دلیل فراریت بالا برای کاربری های دمای بالا مناسب نیستند و همچنین دمای وایکات محصول را کاهش می دهند.

کربوکسیلیک اسید: ساختار این گروه شباهت بسیاری به نرم کننده ها دارد و Distearyl phthalate معروفترین ساختار شیمیایی این خانواده است. این گروه برای محصولاتی که حاوی درصد بالایی از پرکننده هستند، کاربرد فراوانی دارد.

اسیدهای چرب: استئاریک اسید و اولئیک اسید معروفترین اعضای این گروه هستند. اسیدهای چرب در منابع طبیعی نیز وجود دارند و به همین دلیل در بسیاری از موارد ترکیبی از ساختارهای مختلف هستند. برخی از ساختارها مانند هیدروکسیل استئاریک اسید برای کاربردهایی که نیاز به شفافیت دارند کاملا مناسب هستند. اسیدهای چرب بازدهی بسیار خوبی بعنوان روان کننده خارجی دارند.

آمید – اسیدهای چرب: EBS (Ethylene Bis Stearamide) معروفترین آمید چربی است که به عنوان روان کننده در PVC به کار می رود. اما امروزه EBS به دلیل تاثیر منفی روی پایداری حرارتی PVC، کاربرد زیادی ندارد و بیشتر همراه با پایدارکننده های حرارتی پایه قلع به کار می رود.

صابون های فلزی: این گروه در نتیجه واکنش اکسیدهای فلزی با اسیدهای چرب بدست می آیند. کاربرد اصلی صابون های فلزی در پایدارسازی حرارتی PVC است، اما برخی از گونه های آن با زنجیره چرب بلند، می توانند به عنوان روان کننده خارجی عمل کنند. منیزیم، روی و کلسیم مهمترین فلزهایی هستند که در تولید صابون های فلزی به کار گرفته می شوند.

استرهای چرب – الکل ها: اگر الکل ها در واکنش Esterification شرکت کنند، ساختارهای استر – الکل، مانند مونو اتیلن گلایکول بدست می آید. با ادامه واکنش و استفاده از عوامل دیگر، ساختارهای پیچیده استری بدست می آیند که عمکرد روان کنندگی خارجی بسیار عالی را به خصوص در فرایند کلندرینگ دارند. در واقع وکس های استری امروزه کاربرد بسیار فراوانی به عنوان روان کننده خارجی/ داخلی دارند.

استرهای چرب – اسیدها: استرها آنقدر بازدهی خوبی در روان کنندگی دارند که ترکیبات آن ها با اسیدها نیز مورد توجه قرار گرفته است. هر چند قیمت این گروه بالا است، اما به دلیل عملکرد بی نظیر مورد نظر هستند. این گروه در سایر پلاستیک ها نیز کاربرد دارند.

روان کننده

وکس های پلی اتیلن: این گروه در حقیقت همان پلی اتیلن ها، تنها با وزن مولکولی کمتر هستند و به عنوان روان کننده خارجی به کار می روند. به دلیل قیمت مناسب حجم مصرف بالایی را این گروه تجربه می کنند. اما در حین انتخاب بایستی به نوع پلی اتیلن پایه وکس و وزن مولکولی آن دقت شود.

وکس های پلی اتیلن اکسیده شده: اگر وکس های پلی اتیلن عادی در دمای بالا و تحت شرایط خاص، در معرض گاز اکسیژن قرار بگیرند، گروه های قطبی در ساختار وکس پلی اتیلن تشکیل می شود. این نکته کاربرد وکس های پلی اتیلن را گسترده تر کرده و آن ها را برای طیف وسعی از کاربرد روان کننده داخلی/ خارجی آماده می کند.

پارافین: پارافین که از منابع طبیعی و سنتزی بدست می آید، رفتاری مشابه با وکس های پلی اتیلنی دارد. اما پارافین معمولا وزن مولکولی، دمای ذوب و ویسکوزیته کمتری دارد. پارافین نیز به عنوان روان کننده خارجی در فرمولاسیون PVC به کار می رود.

در کنار گروه های اصلی معرفی شده در بالا، وکس های پلی پروپیلنی، وکس وینیل استات و پلیمرهای فلوئورینه نیز به عنوان روان کننده PVC سابقه استفاده دارند، اما کمتر تجاری سازی شده اند. دنیای روان کننده ها امروزه کمتر خانواده شیمیایی جدیدی را به خود می بیند و رویکرد اصلی به سمت ترکیب ساختارهای مختلف و بهره مند شدن از خواص هم افزای گروه های مختلف است.

بهبود خواص و شکل دهی راحت تر PVC به کمک روان کننده ها

بهبود خواص و شکل دهی راحت تر PVC به کمک روان کننده ها – بخش دوم

با توجه به وجود طیف گسترده ای از افزودنی های روان کننده یا همان لوبریکنت، برای شکل دهی محصولات مختلف بر پایه PVC، تصمیم گرفتیم در سلسله مقالاتی با این افزودنی ها و خانواده های مختلف آن ها بیشتر آشنا شویم. به همین منظور بخش اول این مقاله که لینک آن در ادامه قرار داده شده است، عملکرد و انواع روان کننده های PVC را توضیح داد و در این قسمت با مکانیسم عملکرد این افزودنی ها آشنا خواهیم شد. به همین ترتیب در بخش های بعدی به صورت اختصاصی در مورد هریک از خانواده های روان کننده ها توضیح داده خواهد شد.

بهبود خواص و شکل دهی راحت تر PVC به کمک روان کننده ها

اگر بخواهیم مکانیسم عملکرد روان کننده ها را توضیح دهیم، ابتدا باید اشاره کنیم که PVC یک پلیمر قطبی است. برای مثال پلیمرهایی چون PE و PP غیر قطبی هستند. قطبی بودن یک پلیمر به معنای تمایل آن به اختلاط با اجزای قطبی و بالعکس است. بنابراین در حین انتخاب روان کننده مناسب بایستی به میزان قطبیت آن دقت شود. از طرف دیگر باید به خاطر داشته باشیم که برخی پلیمرها، مانند PVC، دچار سرخوردگی در دیواره اکسترودر می شوند. این نکته باعث می شود هیچگونه انتقال حرارت و تنشی بین ذرات PVC و ماردون اکسترودر رخ ندهد و عملیات ذوب و اختلاط PVC صورت نگیرد. علاوه بر اینکه انتقال تنش و حرارت بین اکسترودر شکل دهی و ذرات PVC ضعیف است، این انتقال ما بین خود ذرات PVC نیز ضعیف است. برای رفع این ایراد وارد بر PVC و به جهت بهبود فرایند ذوب و اختلاط آن از روان کننده ها استفاده می شود.

روان کننده ها بر اساس مکانیسم عملکرد، مطابق زیر به دو گروه مهم روان کننده های داخلی و خارجی تقسیم می شوند:

  • روان کننده های خارجی(External lubricant) : این گروه از لوبریکنت ها در مرز مذاب PVC و اکسترودر شکل دهی قرار می گیرند و خاصیت چسبندگی ذرات PVC به ماشین شکل دهی را بهبود می دهند. با استفاده از این افزودنی ها به فرایند ژل شدن و ذوب PVC کمک می شود. (مطابق تصویر شماتیک زیر)

بهبود خواص و شکل دهی راحت تر PVC به کمک روان کننده ها

 

 

 

  • روان کننده های داخلی(Internal lubricant) : این لوبریکنت ها بین ذرات پی وی سی و سایر افزودنی و اجزای موجود در فرمولاسیون قرار می گیرند. حضور این روان کننده ها علاوه بر کمک به فرایند ذوب، موجب پخش بهتر و یکنواخت تر افزودنی ها می شود. (مطابق تصویر شماتیک زیر)

بهبود خواص و شکل دهی راحت تر PVC به کمک روان کننده ها

 

باتوجه به مکانیسم عملکرد معرفی شده و توضیح ارائه شده در ابتدا، می توان گفت روان کننده های خارجی بایستی سازگاری کمی با PVC داشته باشند و به محض قرار گرفتن در اکسترودر شکل دهی به مرز میان PVC و اکسترودر شکل دهی مهاجرت کنند. بنابراین با توجه به ماهیت قطبی PVC، این گروه را بایستی از میان روان کننده های غیر قطبی انتخاب کرد. در مقابل روان کننده های داخلی بایستی با PVC سازگار باشند و حاوی گروه های قطبی باشند.

هر چند روان کننده ها را به دو گروه داخلی و خارجی، بر اساس عملکرد و ماهیت شیمیایی تقسیم بندی می کنند، اما باید در نظر داشت مرز بندی مشخص بین گروه های مختلف کار سختی است و پارامتر هایی مانند قطبیت و سازگاری، نسبی هستند و در شرایط مختلف ممکن است تغییر کنند. اما با وجود چنین محدودیتی همچنان روان کننده ها را در دو گروه داخلی و خارجی قرار می دهند. در بخش های بعدی این مقاله با هریک از گروه ها کاملا آشنا خواهیم شد.

روان کننده PVC

چگونه عملکرد روان کننده های مورد استفاده در تولید محصولات PVC را ارزیابی کنیم؟

در بخش ابتدایی این مقاله با ساختارهای شیمیایی روان کننده ها یا همان لوبریکنت های مورد استفاده در بخش های مختلف صنعت PVC آشنا شدیم. برای آشنایی با عملکرد و ساختار روان کننده ها به لینک زیر مراجعه کنید و جهت آشنایی با روش های ارزیابی عملکرد این افزودنی ها، این بخش را دنبال کنید.

بهبود خواص و شکل دهی راحت تر PVC به کمک روان کننده ها

آزمون های فیزیکی و شیمیایی مختلفی برای ارزیابی عملکرد و انتخاب گرید مناسب روان کننده ها می توان قرار داد. در این میان یک نکته بسیار مهم وجود دارد و این است که هرگز نباید دو گرید مختلف روان کننده را ( چه از نظر پایه شیمیایی و چه گریدهای با ساختار شیمیایی یکسان اما با خواص فیزیکی مختلف) در درصدهای مصرف یکسان ارزیابی کرد. در حقیقت مبنای اصلی درصد استفاده از هر گرید در آزمون ارزیابی، بایستی پیشنهاد و توصیه تولید کننده روان کننده باشد. برای مثال روان کننده های پایه استری در درصد های استفاده بالا می توانند تاثیرات منفی بر محصول و دستگاه تولید ( برای مثال تولید اسید) بگذارند.

مهمترین پارامترهای فیزیکی که می توان در حین انتخاب روان کننده ها بررسی کرد، عبارتند از:

  • دانسیته
  • شاخص پراکنش نور
  • نقطه ذوب
  • نقطه ریزش و جاری شدن
  • نقطه جامد شدن
  • اندازه و توزیع ذرات
  • ویسکوزیته مذاب
  • رنگ
  • فراریت
  • ناخالصی های مشهود
  • خالص بودن شیمیایی
  • وزن مولکولی و توزیع آن

در کنار خواص فیزیکی ذکر شده در بالا، مهمترین خواص شیمیایی که می توان در مورد روان کننده ها اندازه گیری کرد، عبارتند از:

  • میزان اسیدیته و اسید آزاد موجود در ساختار
  • مقدار گروه های استری
  • عدد یدین (Iodin number) که نشانگر تعداد پیوندهای دوگانه موجود در ساختار روان کننده است و تعیین کننده رنگ روان کننده است.
  • عدد هیدروکسیل

اندازه گیری مشخصه های معرفی شده در بالا شاید زمان بر، مشمول هزینه و نیازمند دانش تخصصی برای تفسیر نتایج آن ها باشد. روش های ساده تری که به کمک آن ها می توان کیفیت روان کننده های مورد استفاده در محصولات PVC را بررسی کرد عبارتند از:

  • اندازه گیری درجه ژل ساختار PVC، روان کننده مورد استفاده نه تنها نباید میزان و زمان ژل شدن محصول را تحت تاثیر قرار دهد، بلکه باید فرایند ژل شدن را تسریع کند و همچنین مقدار آن را افزایش دهد. روش های تعیین درجه ژل محصولات PVC را می توانید در لینک زیر مطالعه کنید.

میزان ژل شدن PVC ، تعیین کننده خواص قطعات پلیمری تولیدی

  • اندازه گیری گشتاور لازم برای ذوب و اختلاط کامپاند PVC در دستگاه شکل دهی یا در مخلوط کن داخلی، صرفنظر از نوع روان کننده که می تواند داخلی یا خارجی باشد، گریدهای کارای روان کننده بایستی بتوانند گشتاور لازم برای شکل دهی کامپاند PVC مورد نظر را کاهش دهند.
  • بهبود کیفیت سطح محصول و افزایش براقیت
  • بهبود پخش دیگر افزودنی ها مانند پایدارکننده حرارتی، کمک فرایند، تقویت کننده، رنگدانه، و …

باید دقت داشت روان کننده تنها بخش کوچکی از فرمولاسیون محصول تولیدی است و برای دستیابی به خواص مورد نظر و محصول با کیفیت، بایستی تمامی اجزا به درستی انتخاب شده باشند و شرایط تولید در بهینه ترین حالت ممکن باشد.

روان کننده PVC

بهبود خواص و شکل دهی راحت تر PVC به کمک روان کننده ها

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.

روان کننده PVC

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.