K600F

معرفی کمک فرایند اکریلیکی PVC – گرید K600F

گرید K600F محصول شرکت Indofill هند است که در خانواده کمک فرایندهای اکریلیکی PVC با وزن مولکولی بسیار بالا قرار می گیرد. وزن مولکولی بسیار بالای K600F منجر به کاربرد گسترده آن در محصولات با ساختار فوم شده است. در حقیقت K600F در کنار مزایای یک کمک فرایند عادی، مانند فیوژن یکنواخت و سریع، افزایش استحکام مذاب و بهبود براقیت سطحی، دستیابی به اندازه یکنواخت سلول های فومی را تسهیل می کند و دانسیته محصول نهایی را کاهش می دهد.

K600F

بیشترین کاربرد گرید K600F در تولید ورق های فوم برد یا همان ورق فومیزه PVC، لوله های حاوی لایه فوم، زیره کفش و کامپوزیت های چوب پلاست حاوی فوم است. K600F به صورت پودر سفید رنگ در بسته بندی های 20 و 25 کیلوگرمی عرضه می شود و بر اساس کاربری مورد نظر، در غلظت های 8-16 phr مورد استفاده قرار می گیرد. وزن مولکولی بسیار بالا در کنار اندازه ذرات ریز یکنواخت، K600F را به انتخاب اول تولید کنندگان ورق های فومیزه تبدیل کرده است.

بسته بندی

روش های ارزیابی استحکام دوخت بسته بندی های پلیمری

در چند بخش مجزا در ارتباط با بسته بندی های چندلایه و مهمترین مزایای آن ها صحبت کردیم. لینک زیر مطالبی را در ارتباط با چسب های بین لایه ای و مواد اولیه مورد مصرف در تولید بسته بندی های چند لایه در بر دارد.

همچنین در بخش زیر در ارتباط با یکی از مهمترین خواص بسته بندی های چندلایه و در حقیقت استحکام دوخت این بسته بندی ها، و پارامترهای موثر در انتخاب لایه دوخت نکاتی گفته شد. اما در این قسمت روش های ارزیابی لایه دوخت را مرور می کنیم و مواد اولیه مورد استفاده در این لایه ها را معرفی می کنیم.

اگر فرض کنیم بسته بندی چندلایه مطابق با الزامات کالای مورد نظر تولید شده است و هر لایه به درستی انتخاب شده است، ایستگاه آخر دوخت مناسب بسته بندی و مهر و موم کردن کالا است. مهمترین روش هایی که تا کنون برای دوخت بسته بندی ها توسعه داده شده اند، عبارتند از:

  • دوخت حرارتی
  • دوخت فرکانس رادیویی
  • دوخت با فرکانس بالا
  • دوخت اولتراسونیک

دوخت بسته بندی

در بین تمامی انواع، دوخت حرارتی محبوب ترین روشی است که تجاری سازی شده است. از جمله مهمترین پارامترهایی که در دوخت حرارتی بایستی مورد توجه قرار بگیرد، می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • استحکام دوخت در حالت گرم
  • استحکام دوخت در حالت سرد
  • دمای آغاز فرایند دوخت
  • سرعت دوخت

بر اساس استحکام دوخت مورد نیاز و همچنین شرایط دوخت، بایستی از مواد اولیه مناسب در لایه دوخت استفاده کرد. مهمترین پلیمرهایی که برای اصلاح خواص دوخت پذیری لایه دوخت مورد استفاده قرار می گیرند، در لیست زیر قرار گرفته اند:

  • کوپلیمرهای بر پایه اتیلن با دیگر کومنومرها مانند بوتن و اکتن (POE)
  • پلی اتیلن های متالوسنی (m-lldpe)
  • کوپلیمرهای قطبی بر پایه اتیلن مانند EVA (Ethylene Vinyl Acetate), EMA (Ethylene Methyl Acrylate), EAA (Ethylene Acrylic Acid), EMAA (Ethylene Methacrylic Acid)
  • کوپلیمرهای پلی پروپیلنی (Co-PP, Ter-PP)
  • پلی اتیلن های حاوی یون ها (Ionomer)

بسته بندی

استحکام دوخت در برخی از کاربردهای بسته بندی، مانند بسته بندی مواد غذایی نیمه آماده (Retort)، بسته بندی غذاهای مایکروفری و … اهمیت بالایی دارد و یک حفره چند میکرونی می تواند سلامت و ارزش غذایی محصولات درون بسته بندی را تهدید کند. به منظور دستیابی به استحکام دوخت مناسب، بایستی لایه دوخت به صورت کامل ذوب شود. به همین دلیل یکی از مهمترین پارامترهای موثر در حین انتخاب پلیمر مورد استفاده در لایه دوخت، خواص حرارتی و دمای ذوب آن است. در کاربری هایی که نیاز به استحکام دوخت در حالت گرم نیز دارند ( مانند Flow Pack های عمودی و افقی)، علاوه بر خواص حرارتی، ویژگی های رئولوژیکی پلیمر مورد استفاده در لایه دوخت نیز اهمیت پیدا می کند. در واقع پلیمر مورد استفاده بایستی است در دمای دوخت استحکام مذاب کافی داشته باشد. جدول زیر دمای دوخت و ذوب برخی پلیمرهای مورد استفاده در بسته بندی ها را نشان می دهد:

مای دوخت و ذوب برخی پلیمرها

اما در آخرین مبحث در حوزه دوخت پذیری بسته بندی های پلیمری به بسته بندی های آسان باز شو می رسیم. در حقیقت در برخی از بسته بندی ها، مانند سالاد و غذاهای نیمه آماده، نوشیدنی و دسرها و …، به بسته بندی هایی نیاز است که درب آن ها به راحتی باز شود. از یک طرف این بسته بندی ها بایستی کاملا مهر و موم باشند و کوچکترین آلودگی و عوامل فساد مواد غذایی از آن ها عبور نکند، و از طرف دیگر باید به کمک نیروی کمی توسط مصرف کننده باز شوند. نام این گروه از بسته بندی ها Easy Open یا آسان باز شو است. در بخش بعدی ویژگی های پلیمرهای مورد استفاده در این سیستم ها را مرور خواهیم کرد.

 

polymer aging

آیا قطعات پلیمری نیز پیر می شوند؟ منظور از Aging قطعات پلیمری چیست؟

قطعات تولید شده از جنس پلیمرهای مختلف در بسیاری از کاربری ها در معرض تابش اشعه فرابنفش موجود در طول موج نور خورشید قرار می گیرند. همانطور که در بخش های قبلی در ارتباط با راهکارهای افزایش مقاومت پلیمرهای مختلف در برابر اشعه فرابنفش صحبت شد، با توجه به پارامترهای مختلفی همچون نوع ترکیب پلیمری مورد استفاده، هندسه قطعه تولیدی، منطقه جغرافیایی و شدت تابش اشعه فرابنفش، هر قطعه مدت زمان معینی می تواند در برابر تابش اشعه فرابنفش مقاومت داشته باشد و پس از آن نقائص مکانیکی در ساختار آن ایجاد ( برای مثال ترک برداشتن، رنگ پریدگی، شکستن و …) می شود. چنانچه در ارتباط با مبحث پایداری در برابر اشعه UV نیاز به اطلاعات بیشتری دارید به لینک زیر مراجعه و مقالات مربوطه را مطالعه کنید.

اما این بخش بیشتر در ارتباط با روش هایی صحبت خواهد کرد که به کمک آن ها می توان پایداری پلیمرهای مختلف را در برابر اشعه فرابنفش ارزیابی کرد و در برخی موارد طول عمر مفید برای آن ها پیش بینی کرد. برای ورود به این بحث لازم است در ابتدا با مفهوم پیرشدگی قطعات پلیمری یا Aging آن ها آشنا شویم. منظور از Aging کاهش خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی قطعات پلیمری با سپری شدن طول عمر کاربری آن ها است. اما عواملی که منجر به Aging این قطعات می شود عبارتند از:

  • تابش نور خورشید ( به ویژه اشعه UV)
  • دمای کاربری
  • رطوبت
  • اکسیژن

پیر شدن پلیمر

در بین چهار عامل ذکر شده در بالا، تابش نور خورشید و به خصوص اشعه UV با داشتن طول موج بسیار کم و به دنبال آن انرژی بسیار زیاد و البته کافی برای تخریب ساختار شیمیایی زنجیره پلیمر، به عنوان مهمترین عامل Aging قطعات پلیمری شناخته می شود. در حقیقت سه عامل بعدی تسریع کننده تخریب ساختار پلیمر هستند. برای مثال اشعه UV با در اختیار داشتن انرژی کافی برای ایجاد نقص ساختاری در پلیمر، این نقص را ایجاد، و به دنبال آن دمای کاربری بالا و همچنین حضور ترکیباتی چون اکسیژن و رطوبت باعث تسریع در واکنش های تخریبی ساختار پلیمر می شود. برای مثال نوسان های دمایی با ایجاد انبساط و انقباض منجر به اعمال تنش های مکانیکی به قطعه می شود. یا رطوبت با نفوذ خود به قطعه پلیمری و سپس تبخیر رطوبت منجر به ایجاد تنش های باقیمانده در قطعه پلیمری می شود و اعمال این تنش ها همزمان با تابش اشعه فرابنفش و ایجاد نقائص ساختاری منجر به شکست کامل قطعه و خارج شدن آن از سرویس دهی می شود. در صورتیکه نتوان طول عمر سرویس دهی قطعه مورد نظر را در چنین شرایط کاربری پیش بینی کرد، در صورت ایجاد نقص در قطعه خسارات جبران ناپذیری به سیستم مورد نظر که قطعه پلیمری بخشی از آن است، وارد خواهد شد. برای مثال ارزیابی اثرات ناشی از فرایند Aging در قطعات صنعتی مانند پمپ و سیستم های هیدرولیکی، قطعات خودرو، بسته بندی ها، فیلم های پوشش دهی گلخانه ها و بسیاری از کاربردهای دیگر حائز اهمیت است. به همین منظور روش های استانداردی برای ارزیابی مقاومت پلیمرها در برابر عوامل Aging، از جمله اشعه UV به عنوان مهمترین عامل، تدوین شده اند که در بخش بعدی این مقاله با آن ها آشنا خواهیم شد. اگاهی از این روش های برای مهندسی طراح قطعات بسیار کاربری و مهم است.

polymer aging

روغن موتور

بهبود کیفیت روغن موتور به کمک پلیمرها

یکی از پدیده های انقلاب صنعتی موتورهای درون سوز است. امروزه این موتورها به صورت گسترده در وسایل نقلیه، و همچنین کاربردهای کشاورزی – صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. دمای کاربری بالا ( معمولا بین 70 تا 100 درجه سانتیگراد) و تعداد زیاد قطعات فلزی متحرک دو شاخصه اصلی این موتورها است. به منظور جلوگیری از آسیب دیدن این موتورها به دلیل وجود دو شاخصه ذکر شده از روغن موتور به عنوان روانکار در این موتورها استفاده می شود. در حقیقت حجم خالی این موتورها با روغن های مناسب پر می شود و این روغن نقش اساسی در خنک کاری و کاهش اصطکاک بین اجزای متحرک دارد.

روغن موتور

اما اگر بخواهیم بررسی های تخصصی روغن موتور را به اهل آن واگذار کنیم و باز هم در مورد پلیمرها بگوییم، باید از اشتراک ساختاری پلیمرها و روغن ها صحبت کنیم و ارزش افزوده این مشابهت را شرح دهیم.

روغن موتورها می توانند از برش های تقطیر شده نفت خام تولید شوند یا از گازهای فرآوری شده به صورت سنتزی تولید شوند و در حقیقت به کمک فرایند پلیمریزاسیون ایجاد شوند. گروه اول را روغن ها مینرال (معدنی) و گروه دوم را روغن های سنتتیک نام گذاری کرده اند و مخلوط این دو روغن نیز امروزه تجاری شده است. از طرف دیگر پلیمرها نیز با پلیمریزاسیون منومرهای مختلف که در برخی موارد از پالایش گاز بدست می آیند، تولید می شوند. در حقیقت می توان به عنوان نتیجه گیری اعلام کرد می توان پلیمرهایی را انتخاب کرد که از نظر ساختاری مشابه روغن های مینرال و به خصوص روغن های سنتتیک هستند. اما این شباهت چه کمکی می تواند کند؟

می توان گفت حدود 80-90% ترکیب یک روغن موتور را پایه روغنی آن ( که می تواند از منابع نفتی حاصل شود یا به صورت سنتزی تولید شود)، و 10-20% باقیمانده را افزودنی ها تشکیل می دهند. سبد افزودنی های مورد استفاده حدود 50% قیمت هر لیتر روغن را تشکیل می دهند و نقش حیاتی در عملکرد روغن دارند. گروه مهمی از افزودنی های مورد استفاده در فرمولاسیون روغن موتورها خانواده ای از پلیمرها هستند. در حقیقت به دلیل مشابهت ساختاری موجود میان برخی پلیمرها و روغن موتورها، از پلیمرها به عنوان بهبود دهنده ویسکوزیته روغن(Polymer Viscosity Modifier (VM))  استفاده می شود. روغن ها باید شاخص ویسکوزیته ( معادل فارسی ویسکوزیته گرانروی است و شاخص ویسکوزیته به اختصار VI (Viscosity Index) است.) بهینه شده ای داشته باشند. برای مثال در دمای پایین روغن باید به اندازه کافی روان باشد و شرایط را برای استارت زدن و روشن شدن ماشین مهیا کند و از طرف دیگر در دماهای بالای کاری موتور نیز به اندازه کافی باید ویسکوز باشد تا بتواند عملیات روانکاری را به خوبی انجام دهد. می توان گفت روغن ها با ساختار عادی خود نمی توانند محدوده مناسبی از ویسکوزیته را ایجاد کنند. پلیمرها با داشتن جرم مولکولی بالاتر از روغن ها می توانند با اضافه شدن درصد کمی به پایه روغن اولیه محدوده ویسکوزیته ترکیب نهایی را در حالت بهینه قرار دهند. اولین بار انجمن نفت آمریکا (API) محدوده های مجاز ویسکوزیته را برای روغن های مختلف تدوین کرد و در ادامه مهندسین طراح فرمولاسیون روغن ها برای دستیابی به محدوده های مجاز ویسکوزیته پلیمرهای مختلف را به فرمولاسیون روغن اضافه کردند. در بخش های بعدی این مقاله با پلیمرهای مورد استفاده در این کاربری بیشتر آشنا خواهیم شد.

کوپلیمرهای استایرنی

تلفیق شفافیت، ضربه پذیری و سفتی در فیلم های بسته بندی به کمک کوپلیمرهای استایرن (SBC)

استایرن یکی از قدیمی ترین منومرهایی است که در تولید پلیمرهای مختلفی مانند پلی استایرن (PS) و الاستومر استایرن بوتادی ان  (Styrene Butadiene Rubber – SBR)استفاده شده است. امروزه تولید به صرفه و سازگاری منومر استایرن با دیگر منومرها، مانند، بوتادی ان، ایزوپرن، اتیلن و … سبب توسعه طیف گسترده ای از پلیمرها، مانند HiPS (High Impact Poly Styrene)، SBS (Styrene Butadiene Styrene)، SEBS (Styrene Ethylene Butylene Styrene)، SIS (Styrene Isoprene Styrene) و … شده است. این بخش در ارتباط با نوع خاصی از کوپلیمرهای استایرن و بوتادی ان صحبت خواهد کرد که به کمک خواص ویژه خود توانسته اند صنعت بسته بندی را متحول کنند. این خانواده تحت عنوان Styrene Butadiene Copolymer، یا به اختصار SBC شناخته می شوند.

 کوپلیمرهای استایرنی

SBC ها توسط کمپانی کورون-فیلیپس، فعال در حوزه مواد شیمیایی (Chevron Philips)، در ابتدای دهه 70 میلادی توسعه داده شدند. امروزه کمپانی های بزرگی چون Ineos و Basf نیز در تولید SBC ها سهم بازار قابل توجهی دارند.

SBC ها را می توان در هر یک از فرایندهای فیلم دمشی، ریخته گری فیلم، تزریق، ترموفرمینگ و اکستروژن استفاده کرد. همچنین دانسیته بسیار کم در کنار مناسب بودن برای کاربردهای پزشکی و غذایی، منجر به توسعه گسترده این گروه از پلیمرها در صنعت بسته بندی شده است. SBC ها می توانند خواص ضربه پذیری PS را با حفظ شفافیت، بهبود دهند و در تولید کاپ و لیوان ها، سینی و ظروف به کار می روند. SBC ها استعداد تبدیل شدن به فیلم های بسته بندی را نیز دارند. فیلم های تولید شده با استفاده از SBC ها مقاومت مثال زدنی را در برابر سورخ شدن نشان می دهند و دیگر مزایای آن ها به شرح زیر است:

  • چاپ پذیری
  • قابلیت جمع شدن (Shrink)
  • عبور پذیری بالا در برابر بخار آب
  • پایداری حرارتی بالا
  • قابلیت پیچانده شدن در بسته بندی کالاهایی مانند شکلات
  • خاصیت الاستیک و برگشت پذیری

SBC

SBC ها با برخورداری از ویژگی های بالا در بسته بندی مواد غذایی، تولید لیبل و فیلم های شرینک کاربرد گسترده ای دارند. یکی از ویژگی های منحصر بفرد SBC ها مقاومت بالای آن ها در برابر خم شدن های متناوب است. این قابلیت که به Hinge Strength معروف است، در بسته بندی هایی که درب به بدنه متصل است و مدام باز و بسته می شود، بسیار مهم است. شفافیت و استحکام مکانیکی فوق العاده، پای SBC ها را به بخش بسته بندی های صلب نیز باز کرده است. علاوه بر صنعت بسته بندی، SBC ها در تولید قطعات تجهیزات پزشکی و آزمایشگاهی و صنعت خودرو نیز به کار می روند.

در پایان باید اشاره کرد که کوپلیمرهای استایرنی SBC معرفی شده در این بخش از نظر ساختار و ترکیب با گروه ترموپلاستیک های الاستومرهای استایرنی (Thermoplastic Styrene – TPS)، مانند SBS, SIS, SEBS, SEPS متفاوت هستند و فناوری تولید ویژه ای برای هر گروه به کار می رود.

تیتان

انتخاب پیگمنت تیتان مناسب چه تاثیری بر پایداری قطعات UPVC دارد؟

دی اکسید تیتانیوم یا به اختصار تیتان، یکی از اجزای اصلی مورد استفاده در تولید کامپاندهای UPVC است که در کاربری هایی چون پروفیل درب و پنجره، مبلمان شهری و دیگر پروفیل ها به کار می روند. معرفی این پیگمنت های پر کاربرد در لینک زیر صورت گرفته است و این بخش نقش این پیگمنت ها را در صنعت UPVC مورد بررسی قرار می دهد.

تیتان

مهمترین دغدغه تولیدکنندگان پروفیل های UPVC که در محیط های بیرونی و در معرض تابش آفتاب قرار می گیرند، تغییر رنگ و زرد شدن محصول، کاهش براقیت و در نهایت شکننده شدن و تضعیف خواص مکانیکی است. تیتان علاوه بر ایجاد رنگ سفید مسئولیت حفاظت از این محصولات را در برابر تشعشع خورشید دارد. در حقیقت پرتو فرابنفش و همچنین گرمای نور خورشید می توانند منجر به تخریب ساختار مولکولی PVC شوند. دی اکسید تیتانیوم یا همان تیتان می تواند نور خورشید را پخش و از نفوذ آن به PVC جلوگیری کند، پرتو فرابنفش را جذب کند و به پایداری PVC کمک کند. انواع تیتان روتایل به دلیل خاصیت پخش نور بیشتر، نسبت به نوع آناتاس برای این کاربرد مناسب تر هستند. هر چند بایستی مراقب فعالیت های کاتالیستی تیتان با پرتو فرابنفش نیز بود. در واقع تیتان های معمولی می توانند در واکنش های خود کاتالیستی با نور فرابنفش شرکت کنند و منجر به تخریب ساختار PVC شوند. به همین دلیل از انواع خاص و پوشش داده شده تیتان بایستی استفاده کرد. تمامی تولیدکنندگان مطرح تیتان هر دو گرید پوشش داده شده (Non-chalking titan) و گریدهای عادی را عرضه می کنند. معمولا از پوشش سطح تیتان با سیلیکا برای تولید گریدهای مقاوم در برابر پرتو فرابنفش استفاده می شود. از آنجاییکه سیلیکا در اسیدها نامحلول است، می توان با استفاده از تست انحلال پذیری در اسید، میزان مقاومت تیتان در برابر پرتو فرابنفش را ارزیابی کرد. در حقیقت چنانچه انحلال پذیری تیتان در اسید کمتر از 10 درصد وزنی باشد، می توان گفت گرید مورد نظر در برابر پرتو فرابنفش پایدار است و منجر به تخریب PVC نمی شود. همچنین اگر انحلال پذیری در اسید بیش از 30 درصد شود، می توان نتیجه گرفت گرید مورد نظر تیتان برای کاربری هایی که در معرض پرتو فرابنفش است، مناسب نیست.

علاوه بر دقت در انتخاب انواع تیتان پوشش داده شده به منظور جلوگیری از تخریب PVC به دلیل خاصیت فوتوکاتالیستی تیتان، در حین انتخاب گرید مناسب بایستی به نکات زیر توجه شود:

  • اندازه ذرات و توزیع آن ها
  • اندازه مش ذرات
  • رنگ
  • وجود آلودگی ها و ناخالصی ها
  • دانسیته
  • عدد روغن (DOP or oil number)

همچنین می توان آزمون های پایداری در برابر نور خورشید را با توجه به شرایط آب و هوایی که قطعات UPVC به مصرف می رسند، روی قطعات تولید شده با گریدهای مختلف تیتان اجرا کرد و میزان تغییر رنگ یا کاهش در خواص مکانیکی را اندازه گیری و در نهایت گرید مناسب را انتخاب کرد.

تیتان در بخش های مختلف صنعت PVC شامل کاربردهای زیر به مصرف می رسد:

  • پروفیل های درب و پنجره، 3-10 phr
  • ورق ها، 1-5 phr
بسته بندی سوسیس و کالباس

پوشش های چندلایه سوسیس و کالباس از چه پلیمرهایی تشکیل و چگونه تولید می شوند؟

دنیای فیلم های پلیمری بسیار متنوع و در عین حال پیچیده است. همین پیچیدگی سبب شده است یکی از استراتژی های اصلی بازیگران زنجیره تامین این فیلم ها، مانند پتروشیمی ها، تولیدکنندگان افزودنی و سایر اجزای فرمولاسیون، سازندگان ماشین آلات تولید و مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی، توسعه سبد محصولاتشان در این حوزه باشد. برخی از فیلم های پلیمری جنبه عمومی تری دارند و می توان طیف وسیعی از فیلم ها را به کمک یک دستگاه تولید و تنها با تغییر دادن مواد اولیه مورد استفاده و شرایط فرایندی، تولید کرد. با این حال گروه های خاصی نیز در بین فیلم های پلیمری وجود دارند که برای تولید آن ها نیاز به دستگاه خاص و مواد اولیه ویژه است. پوشش های چندلایه سوسیس و کالباس از جمله فیلم های پلیمری خاص هستند که تولید آن ها به کمک خطوط اکستروژن فیلم خاص و منحصر بفرد صورت می گیرد و ارزش این خطوط گاهی تا چند ده برابر یک دستگاه عادی تولید فیلم می رسد. در این بخش فرایند تولید فیلم های چندلایه مورد استفاده در پوشش دهی سوسیس و کالباس (Sausage Casing) را مرور خواهیم کرد. لینک زیر بخش قبلی این مقاله را در خصوص پلیمرهای مورد استفاده در این پوشش ها، در بر دارد.

هر یک از لایه های فیلم های چندلایه، یک پلیمر خاص با رفتار فرایندی متفاوت است. برای شکل دهی و تبدیل این لایه ها به ساختار چندلایه از فرایند اکستروژن هم زمان (Co-Extrusion) استفاده می شود. در حقیقت خطوط تولید پوشش های چندلایه سوسیس و کالباس حاوی 3 تا 7 و در برخی خطوط تا 11 اکسترودر مجزا برای هر لایه است. به منظور دستیابی به فیلم یکنواخت، با کیفیت و عاری از هر گونه نقص، پلیمرهای مورد استفاده بایستی خواص فرایندپذیری ویژه ای ( برای مثال ویسکوزیته) داشته باشند.

بسته بندی سوسیس و کالباس

به منظور کنترل بهتر، تولید این فیلم ها به روش دمش فیلم (Blown Film Extrusion) صورت می گیرد و فیلم به صورت حباب تولید می شود. در مرحله بعد خنکسازی فیلم به صورت کامل انجام می شود ( معمولا به کمک حمام آب سرد) و پس از آن برای کنترل آبرفتگی و خاصیت جمع شدن فیلم (Shrinkage) واحد دوم تولید قرار دارد. در این واحد فیلم تولیدی مجددا حرارت ( دمای 80 تا 90 درجه سانتیگراد) می بیند و برای دومین بار مورد دمش قرار می گیرد و حباب دوم شکل می گیرد. دلیل اصلی این کار ایجاد کشش همزمان در جهت طولی و عرضی فیلم است. در واقع با این کار فیلم چندلایه تولیدی قابلیت جمع شدگی (shrinkage) پیدا می کند و با اعمال حرارت، شکل محصول بسته بندی شده را به خود می گیرد. به دلیل استفاده از دو حباب، نام این فرایند تولید Double Bubble است. امروزه با پیشرفت فناوری تولید از سه حباب نیز برای کنترل خواص مکانیکی و جمع شدگی استفاده می شود. فناوری تولید این ماشین آلات در اختیار تعداد محدودی از سازندگان بنام اکسترودرهای تولید فیلم است.

ماشین آلات بسته بندی سوسیس و کالباس

فیلم های چندلایه تولید شده با روش Double Bubble در مقایسه با انواع عادی استحکام مکانیکی فوق العاده ای دارند و نفوذ پذیری آن ها در برابر اکسیژن کمتر است، هر چند بایستی مراقب مقاومت پارگی آن ها بود. پس از اتمام تولید فیلم، عملیات چاپ و برش فیلم انجام می شود. امروزه گریدهای خاص پلی آمید برای تولید پوشش های چندلایه سوسیس کالباس توسعه داده شده اند. با این حال برای دستیابی به خواص ویژه می توان پلی آمید را همراه با با سایر گریدهای آن به صورت آلیاژ شده استفاده کرد. همچنین افزودنی های خاص، مانند آنتی میکروبیال، مقاوم کننده در برابر اشعه فرابنفش و رنگدانه ها نیز در تولید این پوشش ها استفاده می شوند.

افزودنی های بهبود دهنده ضربه

چگونه گریدهای مختلف ایمپکت مودیفایر را ارزیابی کنیم و غلظت مناسبی از آن ها را انتخاب کنیم؟

یکی از گروه های مهم افزودنی های مورد استفاده در فرمول های مختلف PVC، خانواده ایمپکت مودیفایر یا همان بهبود دهنده ضربه می باشد. در لینک زیر سعی کردیم شما را با این خانواده از افزودنی ها آشنا کنیم و در این بخش تصمیم داریم روش هایی را معرفی کنیم که به کمک آن ها بتوانیم عملکرد این افزودنی ها را در بهبود مقاومت به ضربه فرمول های مختلف PVC بسنجیم.

افزودنی های بهبود دهنده ضربه

به منظور ارزیابی کلی می توان آزمون های معمول را برای ایمپکت مودیفایرها انجام داد. این آزمون ها شامل دانسیته، دمای ذوب، شاخص انکسار و ویسکوزیته هستند. اما همانطور که از نام افزودنی های ایمپکت مودیفایر بر می آید، رسالت اصلی این گروه افزایش مقاومت به ضربه قطعات پایه PVC است. خوشبختانه آزمون های استانداردی به منظور ارزیابی استحکام ضربه پلاستیک ها تدوین شده است. اولین بار E.G Izod روشی را ابداع کرد که به کمک آن توانست مقاومت به ضربه یک پلاستیک را اندازه گیری کند. در این آزمون قطعه ای با ابعاد استاندارد از جنس پلیمر مورد نظر تولید می شود و در محفظه دستگاه قرار می گیرد. با توجه به حدود استحکام ضربه قطعه مورد نظر، از پاندول های ضربه با انرژی های مشخص استفاده می شود و پاندول مورد نظر از زاویه ای معین رها شده و با قطعه برخورد می کند. استحکام ضربه قطعه مورد نظر بر اساس انرژی مکانیکی که پاندول صرف شکست قطعه می کند، محاسبه می شود.

همین روش را می توان برای فرمول های مختلف پایه PVC که حاوی افزودنی ایمپکت مویفایر است، اجرا کرد و عملکرد ایمپکت مودیفایر مورد نظر را ارزیابی کرد. در مرحله بعد و پس از انتخاب گرید مناسب ایمپکت مودیفایر، بایستی درصدهای مصرف مختلف آن را آزمون کرد و مقدار بهینه مصرف را یافت. در ادامه روش های آزمون دیگری مانند چارپی نیز توسعه داده شد و این آزمون ها روی نمونه عادی و نمونه حاوی Notch یا شکاف نیز اجرا شد. دیگر روشی که از نظر اجرا و شرایط آزمون با روش های چارپی و آیزود متفاوت است، روش تعیین مقاومت ضربه به روش سقوط آزاد وزنه گاردنر است. در این روش یک وزنه با جرم و ارتفاع مشخص روی صفحه ای که از پلیمر مورد نظر تهیه شده است، رها شده و وضعیت شکست آن بررسی شده و همچنین میزان مقاومت به ضربه نیز به کمک انرژی مصرف شده برای شکست محاسبه می شود. این روش برای برخی از لوله های PVC به کار می رود. در تمامی روش های ذکر شده کیفیت قطعه مورد آزمون و اجرای روش تکرار پذیر برای تست از اهمیت بالایی برخوردار است و در واقع آزمون تعیین مقاومت به ضربه به متغیرهای آزمون و محیط حساسیت بالایی دارد.

Impact Modifier

در واقع بر اساس نوع بارهای مکانیکی وارد شده بر قطعه و به منظور شبیه سازی شرایط کاربری، بایستی روش آزمون مناسب را انتخاب کرد. در ادامه دمای آزمون را نیز می توان به کمک فریزر یا آون تنظیم و شرایط کاربری شبیه سازی شده را ایجاد نمود و به این ترتیب تقریب های واقع گرایانه تری از عملکرد افزودنی های ایمپکت مودیفایر بدست آورد.

 

لاتکس

لاتکس ها، لاستیک هایی خاص برای کاربردهای ویژه

می گویند در حدود 500 سال پیش، کریستوفر کلومبوس پس از دومین سفر دریایی خود یک توپ از جنس لاستیک طبیعی را از هندوستان به همراه خود آورد. این اولین ورود رسمی لاستیک ها به دنیای انسان ها بود. لاستیک طبیعی یا کائوچو یا همان لاستیک هند، در کشورهایی چون هند، تایلند، کلومبیا و … از درختان هوآ و فیکوس (Hevea, Ficus) بدست می آید. این لاستیک به صورت شیرابه ای مشابه شیر گاو، از تنه درختان جمع آوری می شود و پس از عمل آوری های خاص، برای تولید کالاهای مختلف آماده می شود. این حالت فیزیکی، لاتکس  (Latex) یا شیرابه لاستیک نام دارد. لاتکس ها به کمک فرایند انعقاد به قطعات نهایی تبدیل می شوند. گرچه لاستیک طبیعی (Natural Rubber) برای اولین بار در حالت لاتکسی وجود داشت، اما حالت فیزیکی لاتکس و امکان استفاده از آن در فرایندهای شکل دهی خاص، باعث شده است امروزه برخی از لاستیک های سنتزی نیز به صورت لاتکس تولید شوند. در واقع به کمک فرایند پلیمریزاسیون امولسیون برخی از لاستیک ها به صورت Latex تولید می شوند و کاربردهای خاصی دارند. در این بخش با Latexهای سنتزی آشنا خواهیم شد.

لاتکس های سنتزی جایگاه ویژه ای در صنایع بهداشتی و پزشکی، چسب و رنگ، راه و ساختمان … دارند. در حین انتخاب Latex مناسب برای یک کاربری همانند لاستیک عادی، بایستی به نوع منومرهای استفاده شده، درصد محتوی جامد و عوامل انعقاد لازم دقت شود. در ادامه مهمترین Latex های سنتزی و پرمصرف این روزهای بازار رابرها را معرفی می کنیم.

لاتکس

لاتکس NBR: همانند NBR عادی، Latex های این رابر پر کاربرد نیز با درصدهای مختلف آکریلونیتریل تولید می شوند. همچنین برای کاربردهای ویژه گریدهای کربوکسیله شده با مقاومت بسیار بالا در برابر سایش و همچنین HNBR (Hydrogenated NBR) با خواص مکانیکی و جوی عالی نیز وجود دارند. لاتکس های NBR در تولید نوارهای کاغذی، دستکش، تسمه، شلنگ، واشر، جدا کننده های باتری، پوشش دهی پارچه و تولید لوازم آرایشی به کار می روند.

لاتکس های اکریلیکی: این خانواده، مانند لاتکس ACM، کاربرد گسترده ای در تولید لباس و پارچه دارند.

لاتکس SBR: این Latex با قیمت معقول و ارزانتر از انواع دیگر در دسترس مهندسین مواد است. لاتکس های SBR کاربرد گسترده ای در اصلاح مصالح ساختمانی، مانند عایق سازی در برابر آب، افزایش مقاومت شیمیایی و مقاومت در برابر ضربه انواع بتن و سیمان دارند.

لاتکس CR: همانطور که کلروپرن عادی، رابری با خواص مکانیکی فوق العاده است، Latexهای آن نیز در گروه لاتکس های مهندسی قرار دارد. این Latex ها در چسب ها کاربرد گسترده ای دارند و همچنین در صنعت نساجی و کاغذ نیز به کار می روند.

لاتکس پیریدین: VP لاتکس (Vinyl Pyridine Latex)، لاتکسی خاص و حاصل از کوپلیمریزاسیون منومرهایی مانند پیریدین، استایرن و بوتادی این است. این لاتکس به صورت اختصاصی در صنعت تولید تایر به منظور بهبود چسبندگی بین الیاف و کامپاند رابری به کار می رود.

در مورد دیگر رابرها نیز به منظور تولید و تجاری سازی Latexهای آن ها تلاش هایی صورت گرفته است، اما مهمترین Latexهای تجاری شده انواع بالا هستند. برای مثال لاتکس PBR به صورت محدود در صنایع نساجی به کار گرفته شده است. این بخش Latex های سنتزی را معرفی کرد و به دلیل پر کاربرد بودن و اهمیت بالا، بخش جداگانه ای برای معرفی Latex لاستیک طبیعی تدوین خواهد شد.

ساختار شیمیایی این گروه ها و قابلیت چسبندگی آن ها به لایه های مختلف

نکات مهم انتخاب گرید چسب بین لایه ای (Tie layer adhesive) مناسب

در دو بخش قبلی سعی کردیم به خوبی با فلسفه شکل گیری بسته بندی های چند لایه آشنا شویم و مواد اولیه مصرفی در این ساختارها را شرح دهیم. همانطور که می دانیم لایه حیاتی که اتصال دهنده دیگر لایه های ناسازگار موجود در این ساختارها است، چسب های بین لایه ای، Tie layer adhesive هستند. چسب های بین لایه ای که حاوی گروه های قطبی در زنجیره پلیمری غیر قطبی هستند، در دیگر صنایع نیز کاربرد دارند. اما این بخش چسب بین لایه ای (Tie layer adhesive) مورد مصرف در صنعت بسته بندی را از نظر ساختار و مهمترین ویژگی هایی که بایستی در حین انتخاب آن ها مدنظر قرار گیرد را بررسی می کند. لینک زیر حاوی توضیحات مقدماتی در ارتباط با ساختار بسته بندی های چند لایه است.

تاریخچه پیدایش چسب های بین لایه ای در صنعت بسته بندی به حدود 40 سال پیش بر می گردد. خواستگاه تولید این چسب ها شرکت های معظم و بزرگ آمریکایی چون Lyondellbasell، DOW و Dupont بوده است. اولین و مهمترین معیار انتخاب چسب های بین لایه ای مناسب، ساختار بسته بندی مورد نظر، شامل تعداد و نوع لایه ها و ضخامت هر کدام از آن ها است. همانطور که می دانیم چسب بین لایه ای از زنجیره پلی الفینی و گروه های قطبی تشکیل می شوند. نوع زنجیره پلی الفینی بایستی بر اساس نوع پلی الفین های موجود در ساختار ( برای مثال پلی اتیلن یا پلی پروپیلن) انتخاب شود و گروه های قطبی با توجه به لایه های ناسازگار موجود در بسته بندی چند لایه معین می شود. مهمترین گروه های قطبی مورد استفاده در تولید چسب های بین لایه ای، شامل گروه های زیر است:

  • وینیل استات
  • مالئیک انهیدرید
  • آکریلیک اسید
  • متیل آکریلات

برخی از این گروه ها واکنش شیمیایی با لایه های قطبی مانند PA, EVOH می دهند و چسبندگی بسیار مناسبی ایجاد می کنند. چسب های بین لایه ای حاوی مالئیک انهیدرید از جمله این گروه ها هستند. جدول زیر ساختار شیمیایی این گروه ها و قابلیت چسبندگی آن ها به لایه های مختلف را نشان می دهد.

ساختار شیمیایی این گروه ها و قابلیت چسبندگی آن ها به لایه های مختلف

چسب های بین لایه ای حاوی مالئیک انهیدرید به خوبی با گروه های آمینی و الکلی موجود در PA و EVOH واکنش می دهند و چسبندگی بینظیری را ایجاد می کنند. اما در مورد فیلم های بسته بندی حاوی لایه آلومینیوم بهتر است از چسب های بین لایه ای حاوی دیگر گروه های قطبی مانند آکریلیک اسیدها استفاده شود. جدول زیر چسبندگی لایه های مختلف مورد استفاده در چسب های بین لایه ای را نشان می دهد. در تمامی موقعیت هایی که چسبندگی ضعیف است بایستی از چسب بین لایه ای استفاده شود.

چسبندگی لایه های مختلف مورد استفاده در چسب های بین لایه ای

اما از جمله نکات دیگری که در حین انتخاب گرید مناسب چسب بین لایه ای بایستی به آن ها دقت کرد، می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • فرایند تولید فیلم چند لایه ( دمش فیلم، ریخته گری (Cast film)، لمینیشن و …)، در واقع چسب بین لایه ای مانند سایر لایه ها بایستی فرایند پذیر باشد.
  • شرایط فرایند تولید ( دما، زمان فرایند و …)
  • ویژگی های خاص مورد نظر بسته بندی ( شفافیت و …)

انتخاب یک چسب نامناسب می تواند خسارت های جبران ناپذیری را به بار آورد و تمامی ویژگی های مثبت حاصل از بسته بندی های چند لایه را زیر سوال ببرد.