چسب های بین لایه ای

چسب های بین لایه ای ، Tie Layer Adhesive ، جزء لاینفک بسته بندی های چند لایه

شاید با کمی تاخیر این مقاله آماده شده باشد، اما مطابق وعده ای که در بخش قبلی این نوشتار داده شد، می خواهیم انواع چسب های Tie layer مورد مصرف در صنعت بسته بندی را معرفی کنیم. می توانید مقدمه این نوشتار را در لینک زیر مطالعه کنید.

چسب بین لایه‌ای در صنعت بسته بندی ( Tielayer adhesive )

این روزها عبارت بسته بندی های چند لایه به کرات به گوش ما می خورد. شاید جالب باشد بدانید که یک بسته بندی چند لایه از ترکیب ۳ تا ۱۱ و این روزها تا ۱۵ لایه ی چند میکرونی تشکیل می شوند. هر یک از این لایه ها یک وظیفه به خصوص بر عهده دارند و بر اساس الزامات محصول درون بسته بندی انتخاب می شوند. با توجه به امکان تنظیم عبور دهی بسته بندی در برابر انواع گازها و امکان تنظیم ترکیب گاز درون بسته بندی، اولین بار بسته بندی های چند لایه در بسته بندی مواد غذایی فرآوری شده به کار گرفته شدند و امکان افزایش زمان ماندگاری این محصولات به کمک بسته بندی ها مهیا شد. اما باید گفت نقطه عطف گسترش بسته بندی های چند لایه در سال ۱۹۸۵ میلادی و با ابداع چسب های بین لایه ای رخ داد. در حقیقت بسته بندی های چند لایه حاوی لایه های پلیمری، سلولزی و آلومینیومی هستند که به خودی خود این لایه ها با یکدیگر نامتجانس و ناسازگار هستند و به کمک چسب های Tie layer اتصال آن ها به یکدیگر و ایجاد یک ساختار یکپارچه مهیا می شود. این نوشتار و بخش های بعدی آن انواع چسب های بین لایه ای را توضیح خواهند داد.

چسب های بین لایه ای

در بسته بندی های چند لایه، لایه های مختلفی از جنس پلی اتیلن (PE)، پلی پروپیلن (PP)، پلی استر (PET)، اتیلن وینیل الکل (EVOH)، پلی آمید (PA)، پلی استایرن (PS)، پلی وینیل کلراید (PVC) و پلی وینیلدین کلراید (PVDC)، آلومینیوم، کاغذ و … به کمک چسب های بین لایه ای در کنار یکدیگر قرار می گیرند. هدف از ترکیب این لایه های مختلف، دستیابی به خواص هم افزای آن ها است. برای مثال تنظیم میزان عبور دهی گازهای مختلف بسته بندی مانند بخار آب و اکسیژن، افزایش خواص مکانیکی بسته بندی مانند استحکام مکانیکی، انعطاف، مقاومت در برابر سوراخ شدن و پاره شدن، کاهش هزینه و خواصی از این دست، از جمله مهمترین اهداف تولید بسته بندی های چند لایه است.

چسب های بین لایه ای

مهمترین مشخصه چسب های بین لایه ای قابلیت اتصال لایه های قطبی و غیر قطبی توسط آن ها در ساختار بسته بندی و همچنین امکان شکل دهی آن ها در فرایندهای شکل دهی فیلم و ورق های بسته بندی مانند دمش فیلم (Film Blowing)، ریخته گری فیلم (Casting)، اکستروژن ورق (Sheet Extrusion)، اکستروژن تیوب و بطری (Tube and Bottle Extrusion) است.

در حقیقت چسب های بین لایه ای پلیمرهای غیر قطبی حاوی گروه های قطبی هستند. امروزه گونه های مختلف چسب های بین لایه ای با ساختارهای شیمیایی مختلف توسعه داده شده اند. انتخاب نوع صحیح چسب و گرید مناسب آن با توجه به لایه های موجود در بسته بندی و الزامات فرایند شکل دهی صورت می گیرد. در بخش بعدی این نوشتار با انواع چسب های بین لایه ای و راهنمای انتخاب این چسب ها بیشتر آشنا خواهیم شد.

استابلایزر PVC

پایدارکننده های حرارتی – استابلایزر PVC ، خانواده ای وسیع و متنوع

اگر هنوز با خانواده های مختلف پایدارکننده های حرارتی PVC و انواع آن ها کاملا بیگانه هستند، به دو مقاله قبلی این موضوع در لینک های زیر رجوع کنید. در این بخش ها سعی شد به صورت مقدماتی انواع پایدارکننده های حرارتی، نحوه انتخاب و تاثیر مقررات زیست محیطی بر توسعه آن ها شرح داده شود.

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

پایدار کننده های حرارتی PVC – بخش دوم : انواع پایدار کننده ها

برای آنکه PVC بتواند در دمای فرایند شکل دهی طاقت بیاورد، حداقل باید با یک پایدارکننده حرارتی مناسب یا همان استابلایزر مخلوط شود. وجود استابلایزرها در فرمولاسیون کامپاند PVC محصولات مختلف از جدا شدن اتم کلر جلوگیری می کند، اسید هیدروکلریک تولیدی را خنثی می کند، مانع از تغییر رنگ محصول می شود و امکان شکل دهی محصول در دماهای بالا را فراهم می کند.

این روزها دو گروه مهم، پر مصرف و پر بازده پایدارکننده ها، شامل پایدارکننده های پایه سرب و کادمیوم، به دلایل محدود کننده زیست محیطی و مخاطرات سلامتی، کمتر مورد اقبال صنایع پیشرو هستند. گروه های جایگزین این استابلایزرها انواع کلسیم/ زینک، باریم/ زینک، منیزیم/ زینک، کلسیم/ منیزیم/ زینک، پتاسیم/ زینک، قلع، پایدار کننده های آلی و … هستند. انتخاب استابلایزر مناسب و جایگزین برای استابلایزرهای سربی و کادمیومی کار سختی است و به شرایط فرایند تولید، الزامات کاربردی محصول ( مانند شفافیت، قرار گرفتن در تماس با مواد غذایی، تابش نور خورشید، حضور دیگر افزودنی ها، نوع PVC پایه و …)، الزامات اقتصادی و محیط زیستی بستگی دارد.

اما این نوشتار و بخش بعدی آن سعی دارد گستردگی و تنوع انواع استابلایزرهای هر گروه را بررسی کند. باید دقت داشت، برای مثال خانواده پایدارکننده های حرارتی سربی خود شامل چند گرید و گونه مختلف هستند و برای کاربری مورد نظر بایستی گونه مناسب را انتخاب کرد.

پایدارکننده های پایه سرب

این پایدارکننده ها به صورت مخلوط ترکیبات پایه سرب با انواع وکس ها و روان کننده ها عرضه می شوند. بخش سربی مخلوط به صورت ترکیبات سرب استئارات، سرب سولفات، سرب فتالات، سرب فسفیت و سرب فومارات ( Lead fumarate) تولید می شوند. درصد سرب در مخلوط نهایی و نوع ترکیب سرب دو پارامتر مهم تعیین کننده کارایی استابلایزر است. برای مثال استابلایزر های سرب فومارات اثر پایدارکنندگی بسیار قوی دارند، یا انواع سرب فسفیت همراه با پایدارکنندگی حرارتی، افزایش دهنده مقاومت نوری محصول در برابر تابش اشعه خورشید نیز هستند. پایدارکننده های سربی در تمامی صنایع مصرف کننده PVC سابقه حضور دارند. گرچه پایدارکننده های سربی در بسیاری از کشورهای جهان با محدودیت هایی برای استفاده روبرو هستند، اما نسبت عملکرد به هزینه بالایی دارند و گزینه های جایگزین آن ها را باید با درصد های بیشتری به مصرف رساند.

استابلایزر PVC

مخلوط های فلزی

گروه مهمی از پایدارکننده های پر رونق امروزی و قابل جایگزین با انواع سربی، گروه مخلوط های فلزی مانند کلسیم/ زینک ها هستند. دیگر انواع مورد استفاده در این بخش، فلزاتی مانند منیزیم، باریم و … هستند. این گروه به صورت پودرهای جامد و مایع وجود دارند و به صورت مخلوط های نهایی همراه با روان کننده ها و وکس ها، اصطلاحا به صورت One pack عرضه می شوند. ترکیبات فلزی موجود در این پایدارکننده های حرارتی انواع استئارات، اولئات (Oleate)، اوکتات (Octotate) یا بنزوات هستند. مانند پایدارکننده های سربی دقت در انتخاب گرید مناسب الزامی است. این پایدارکننده ها اکثر کاربردهای PVC را مانند پروفیل و لوله، کفپوش، سیم و کابل، و … پوشش می دهند.

استابلایزر PVC

در بخش بعدی این نوشتار با جزئیات دیگر گروه های پایدارکننده حرارتی PVC 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.

فرمولاسیون قطعات خودرویی بر پایه رابر EPDM

فرمولاسیون قطعات خودرویی بر پایه رابر EPDM

در بخش های قبلی در ارتباط با مزیت های EPDM های تولید شده با کاتالیست های متالوسنی و کاربردهای آن ها در تولید قطعات خودرویی صحبت هایی شد. پیشنهاد می شود ابتدا به لینک های زیر مراجعه کنید و این نکات را مطالعه کنید و ادامه فرمولاسیون های قطعات خودرویی مبتنی بر EPDM را در این بخش دنبال کنید.

فرمولاسیون EPDM

EPDM متالوسنی

بخش مهمی از قطعات لاستیکی مورد استفاده در تولید خودروها به دلایل مختلفی همچون سبکی، عایق بودن در برابر صوت و گرما، انعطاف و شکل پذیری خوب و مسائلی از این دست، به صورت فوم و در اصطلاح اسفنجی تولید می شوند. از جمله این قطعات نوارهای اسفنجی حاشیه درب خودروها است که نقش مهمی در عایق سازی کابین خودرو در برابر نفوذ مایعات، صدا، گرما، سرما و همچنین جذب ضربات دارند. مهندسی ترین گزینه لاستیکی برای تولید این قطعات EPDM است و تصویر زیر نمونه ای از این قطعات را نشان می دهد.

فرمولاسیون قطعات خودرویی بر پایه رابر EPDM

علاوه بر الزامات عملکردی ذکر شده در بالا، به دلیل اینکه این قطعات در معرض دید کاربر هستند بایستی سطحی کاملا صاف و بدون برآمدگی و شکفتگی (Blooming) داشته باشند. بنابراین در انتخاب گرید EPDM پایه و مجموعه افزودنی های تقویت کننده، فوم زا و پخت بایستی دقت کافی به کار گرفته شود. مهمترین وجه تمایز این کاربری EPDM با دیگر کاربردهای ذکر شده در قبل، قابلیت گرید انتخابی در میزان بازگشت به شکل اولیه و تغییر شکل ندادن در اثر بار وارده از سوی درب خودرو است و در حقیقت مانایی فشار این قطعات بایستی بسیار کم باشد. معمولا EPDM های حاوی زنجیره های پلیمری با شاخه های بلند برای این کاربری استفاده می شوند. سرعت پخت این قطعات نیز بالا باید باشد و بنابراین از گریدهای EPDM با ترپلیمر بالا (High Norbornene) استفاده می شود.

به صورت کلی فرمولاسیون تولید این قطعات شامل اجزا با غلظت های ذکر شده در زیر است.

  • EPDM (Oil extended (10-20 part)): 100-120 part
  • Zinc oxide: 5 part
  • Stearic acid: 2 part
  • Carbon black: 80-100 part
  • Paraffinic oil: 70-90 part
  • Calcium carbonate: 30-50 part
  • Calcium oxide: 5 part
  • Curing agents:
    • MBT: 2 part
    • ZnEDC: 1 part
    • DPTT: 1 part
    • CBS: 1 part
    • TeEDC: 0.3 part
    • Sulfur: 1.5 part

آخرین گروه مهم قطعات خودرویی که EPDM بخش لاستیکی آن ها را تشکیل می دهد، مجموعه شلنگ ها و جنت های انتقال آب مورد استفاده در قطعات زیر کاپوت خودرو است.

فرمولاسیون قطعات خودرویی بر پایه رابر EPDM

مهمترین الزامات این قطعات که EPDM به خوبی آن ها را برآورده می کند، عبارتند از:

  • انعطافپذیری بسیار عالی در دماهای پایین
  • مقاومت حرارتی بالا به دلیل قرارگیری در معرض دمای موتور
  • فرایندپذیر بودن و شکل پذیری خوب
  • حفظ خواص بالا برای طولانی مدت

EPDM های مناسب برای این کاربری بایستی انعطافپذیری خوبی داشته باشند و بتوان آن ها را با روغن به خوبی کامپاند و شکل دهی کرد. سرعت پخت این قطعات معمولی است و درصد کومنومر بالایی نیاز ندارند.

به صورت کلی فرمولاسیون تولید این قطعات شامل اجزا با غلظت های ذکر شده در زیر است.

  • EPDM (Oil extended (10-20 part)): 110 part
  • Zinc oxide: 5 part
  • Stearic acid: 1 part
  • Carbon black: 130 part
  • Paraffinic oil: 65 part
  • Polyethylene glycol (PEG 4000): 1 part
  • Calcium carbonate: 30 part
  • Calcium oxide: 7 part
  • Curing agents:
    • ZnBDC: 1.5 part
    • EU: 0.5 part
    • CBS: 0.5 part
    • TMTD: 0.5 part
    • Sulfur: 0.3 part
    • Dithiodimorpholine: 1.5 part

سختی چنین شلنگی در حدود ۷۰ shore A خواهد بود و مانایی فشار بسیار کمی باید داشته باشد.

افزایش مقاومت خزشی فیلم گلخانه

پوشش های پلی اتیلنی ارتقاء یافته برای افزایش مقاومت خزشی نایلون گلخانه

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.

افزایش مقاومت خزشی فیلم گلخانه

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 ۱۰*۱۴۰ mm، در دمای ۲۳ °C، تحت بار ۴ MPa برای مدت زمان ۱۰۰ ساعت قرار می دهند. میزان خزش یا همان ازدیاد طول نمونه در این شرایط نبایستی بیشتر از ۳۰ درصد طول نشانه گذاری شده روی نمونه باشد.

پلی اتیلن متالوسن افزایش مقاومت خزشی

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.

پوشش های گلخانه

الزامات پوشش های گلخانه بر اساس استاندارد ملی ایران – بخش دوم

در بخش قبلی این نوشتار با کلیات استاندارد ملی پوشش های گلخانه با عنوان “پلاستیک ها – فیلم های چندلایه گرمانرم مورد استفاده در کشاورزی و باغبانی – الزامات و روش های آزمون، شرایط نصب، استفاده و جمع اوری – قسمت ۱: فیلم های پوششی گلخانه” آشنا شدیم و بخش های کلی آن را مرور کردیم.

در قسمت اول استاندارد مهمترین پارامترهای ابعادی یک پوشش یا همان فیلم گلخانه، مانند ضخامت، عرض، طول، طول عمر مفید و … معرفی و تعریف شده اند. میزان قرار گیری پوشش در معرض تابش نور خورشید نیز به عنوان مقدار تابش کل در طول مدت قرارگیری در معرض تابش تعریف شده است و بر حسب ژول بر متر مربع اندازه گیری می شود. در ادامه دو گروه از پوشش های گلخانه ای با عملکردهای ویژه، مطابق زیر معرفی شده اند:

  • فیلم های نور پخش (Light diffusing film)
  • فیلم های گرما پخش (Thermal diffusing film)

فیلم های گلخانه ای بر اساس کاربرد مطابق جدول زیر در این استاندارد تقسیم بندی شده اند:

استاندارد پوشش گلخانه

یکی از مهمترین بخش های این استاندارد تعیین دوام پوشش های گلخانه است. این طول عمر بر اساس مدت زمان قرار گیری در معرض هوازدگی (Weathering) با استفاده از لامپ زنون یا دیگر منابع نوری تعیین می شود. معیار تعیین طول عمر پوشش، کاهش ۵۰ درصدی یا کمتر کرنش کششی فیلم در نقطعه شکست نسبت به مقدار اولیه است. دوام پوشش بایستی توسط تولید کننده آن اعلام شود و بر اساس جدول زیر گروه دوام مشخص شود.

استاندارد پوشش گلخانه

اگر طبقه بندی دوام پوشش توسط تولید کننده اعلام شود، می توان به کمک برخی روابط تجربی طول عمر واقعی پوشش را در شرایط کاربری تخمین زد. برای مثال در پیوست “ب” این استاندارد برخی از این رابطه ها و همچنین استفاده از سایر منابع نوری در تعیین دوام پوشش ها قرار داده شده است.

در ادامه و در بخش هفتم این استاندارد مهمترین الزامات این پوشش ها برای هر یک از انواع فیلم ها مطرح شده است. برای مثال رواداری ضخامت و سایر ابعاد، خواص مکانیکی فیلم مانند تنش و کرنش در نقطه شکست، مقاومت به ضربه در محل های تا نخورده و تا خورده، مشخصات نوری مانند عبور پذیری نور مرئی، و نهایتا مقادیر باقیمانده کودها و سمومی که حاوی کلر و گوگرد هستند، در این بخش قرار داده شده است.

در بخش هشتم استاندارد روش ها و استانداردهای مورد استفاده در اندازه گیری کلیه پارامترهای نامبرده شده در بخش هفتم قرار داده شده است. این بخش مهمترین و حجیم ترین قسمت این استاندارد است. از روش های اندازه گیری ابعادی تا تعیین خواص مکانیکی مانند خواص کششی و ضربه در این بخش توضیح داده شده است. در قسمت دیگر این بخش روش های اندازه گیری خواص نوری پوشش مانند عبور پذیری نور مرئی، کدری و اثر بخشی مادون قرمز معرفی شده است. اما مهمترین قسمت این بخش روش های اندازه گیری دوام پوشش و هوازدگی فیلم است.

در نهایت روش های بسته بندی، نشانه گذاری، انبارش، نصب و جمع آوری این پوشش ها در استاندارد معرفی شده است. قسمت انتهایی و مهم این استاندارد پیوست های آن هستند که به ترتیب لامپ های مورد استفاده در هوازدگی و تعیین دوام پوشش، ارتباط بین هوازدگی مصنوعی و طول عمر واقعی پوشش، روش های شیمیایی تعیین کلر و گوگرد باقیمانده در فیلم ناشی از استفاده از سموم، و نهایتا راهنمایی های نصب، استفاده و جمع آوری پوشش را معرفی و به تفصیل توضیح می دهد. این نوشتار سعی کرد کلیات این استاندارد را توضیح دهد، اما برای مطالعه دقیق و کامل هر بخش استاندارد و استفاده از مراجع آن، به لینک زیر مراجعه فرمایید.
استاندارد پوشش های گلخانه

پلیمرها در سال ۲۰۲۰

پلیمرها در سال ۲۰۳۰ میلادی دنیای پیرامون ما را چه شکلی خواهند کرد؟

قرن ۲۱، قرن شگفتی ها و عصر ارتباطات است. همانطور که مواد اولیه دنیای پیرامون ما را تشکیل می دهند، پیشرفت های امروزی نیز مرهون متولد شدن مواد اولیه شگفتی ساز است. پلیمر ها خانواده مهمی از مواد اولیه هستند و فناوری های امروزی مهمی همچون، چاپگرهای سه بعدی، باتری، صنعت هوا – فضا، نانو و بیوتکنولوژی، پوشش های خود ترمیم شونده و بسیاری از فناوری های دیگر بدون پلیمرها قابلیت تجاری سازی ندارند. در حقیقت در این نوشتار خواهیم گفت پلیمرها چگونه المان اصلی مواد اولیه در سال ۲۰۳۰ خواهند بود.

پلیمرها در سال ۲۰۲۰

هر ساله بیش از ۲٫۵ میلیون اختراع و نوآوری در حوزه پلیمرها ثبت می شود تا بتواند به نیازها و چالش های امروزی صنایع مختلف پاسخ دهد. مهمترین بخش هایی که پیشران نوآوری های حوزه پلیمر ها هستند، عبارتند از:

  • کشاورزی: پلاستیک ها توانسته اند تحولی عظیم در افزایش راندمان کشاورزی به کمک استفاده از فناوری پوشش های مالچ، گلخانه، کشت های هیدروپونیک و طبقاتی، آبیاری قطره ای و زیر سطحی، نوارهای بذر محلول در آب، روکش دهی کود و بذر ایجاد کنند. در حقیقت در این بخش پلیمرها تولید غذا در هر هکتار زمین های کشاورزی را به چندین برابر افزایش داده اند.
  • بسته بندی: سالیان طولانی است که صنایع غذایی دریافته اند پلیمرها تنها مواد اولیه ای هستند که به کمک آن ها می توانند بسته بندی های هوشمندی را مختص هر محصول غذایی طراحی کنند و به این ترتیب زمان ماندگاری انواع مواد غذایی را افزایش و از میزان هدر رفت و اتلاف آن ها کاهش دهند. باید گفت پلیمرها صنعت بسته بندی را متحول کرده اند.
  • استفاده بهینه از منابع آب در دسترس: لوله های پلیمری نقش بسزایی در ایجاد شبکه های آب رسانی برای مصارف کشاورزی، صنعتی و آبرسانی شهری هستند. به کمک شبکه های تاسیساتی تشکیل شده از پلیمرها هدر رفت آب به حداقل می رسد و لوله ها و غشاهای پلیمری در تصفیه پساب های مختلف نقش کلیدی دارند. پلیمرها تضمین کننده تامین آب بهداشتی و سلامت در قرن حاضر هستند.
  • صنعت حمل و نقل: کامپوزیت ها و پلیمرهای مهندسی با وزن بسیار کم خود صنعت حمل و نقل را متحول کرده اند و یکی از راهکارهای موثر در راستای کاهش مصرف سوخت های فسیلی و تولید گازهای گلخانه ای در سراسر جهان هستند. تولید خودروهای سبک تر به کمک پلیمرها به افزایش راندمان این وسایل کمک شایانی خواهد کرد.
  • ذخیره انرژی گرمایی در خانه ها: سیستم های عایق سازی فضاهای صنعتی و مسکونی بر پایه پلیمرها هستند. همچنین پلیمرها جزء اصلی سیستم های گرمایش/ سرمایش خانه های ما خواهند بود. بدین ترتیب خانه های آینده به کمک پلیمرها عایق و از نظر مصرف انرژی بهینه خواهند بود.
  • لباس های تنفس پذیر: به لطف پلیمرهای با نفوذ پذیری قابل تنظیم در برابر هوا و همچنین امکان ایجاد قابلیت ایجاد گرمایش / سرمایش در الیاف های هوشمند پلیمری در آینده ای نزدیک لباس های بهینه شده برای اقلیم های مختلف تولید خواهند شد.
  • پایش علائم حیاتی و سطح سلامت افراد: امروزه سنسورهای هوشمند بر پایه پلیمرها توسعه داده شده اند و قادرند علائم حیاتی افراد را به همراه سطح سلامتی آن ها دائما ثبت و به دستگاه های الکترونیکی مانند ساعت و گوشی های هوشمند ارسال کنند. به این ترتیب روند بیماری ها و پیش بینی آن ها ممکن خواهد شد.
  • سیستم های رسانش دارو: داروهای پوشش داده شده با پلیمرهای خواص می توانند با قرار گرفتن در سیستم گوارش از طریق رهگیری شاخص های بدن، مانند PH، خود را به محل مورد نظر بیماری برسانند و با تزریق دارو در محل موثر روند درمان را سرعت ببخشند و از آسیب رسیدن به سایر بافت ها جلوگیری کنند.
  • تحول در تولید اندام های مصنوعی: توسعه پلیمرهای سازگار به بدن انسان از یک سو، و تجاری شدن چاپگرهای سه بعدی از سوی دیگر، تولید پروتزهای ارتوپدی و دیگر اندام های داخلی بدن انسان را در آینده ای نزدیک متحول خواهد کرد و تحولی در درمان افراد درگیر با ضایعه های ارتوپدی و نیازمند به پیوند عضو خواهد بود.

پلاستیک ها مواد اولیه قرن ۲۱ هستند.

بسته بندی پلیمری

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.

روش غوطه وری

میزان ژل شدن PVC تعیین کننده خواص قطعات تولیدی

همه می دانیم PVC سومین پلاستیک پر مصرف در سراسر جهان است. اگر قوانین محدوده کننده کاربردهای این پلاستیک به دلیل مسائل زیست محیطی و مخاطرات سلامتی وضع نمی شد، شاید الان PVC پر مصرف ترین پلاستیک دنیا بود. این پلاستیک محبوب نسل های گذشته و البته ارزان قیمت فعلی، فرایند تولید خاص و پیچیده ای دارد. در حقیقت PVC به دلیل مقاومت حرارتی کم و همچنین خاصیت چسبندگی به دیواره ماشین آلات تولید قطعات، فرایند تولید ویژه ای دارد و به افزودنی های خاص در ترکیب خود به منظور دست یابی به خواص فیزیکی – مکانیکی مناسب، نیاز دارد. یکی از مهمترین معیارهای ارزیابی مناسب بودن فرایند شکل دهی PVC، درجه ژل شدن آن است.

در تمامی کاربردهای PVC کیفیت قطعه تولید شده به شدت به نحوه ذوب شدن PVC و اختلاط آن با سایر افزودنی ها و اجزای موجود در فرمولاسیون بستگی دارد. کیفیت فرایند تولید PVC تعیین کننده درجه ژل یا ذوب آن است که این پارامتر به صورت مستقیم کیفیت قطعات تولیدی را تعیین می کند. علاوه بر نوع فرایند شکل دهی (مانند تزریق، اکستروژن لوله، اکستروژن فیلم و …)، دمای عملیات شکل دهی موثرترین پارامتر تعیین کننده درجه ژل شدن PVC است. برای مثال اگر دمای فرایند شکل دهی پایین باشد، میزان ژل شدن PVC کم خواهد بود و همچنین اگر این دما بالا باشد، می تواند منجر به تخریب ساختار PVC و کاهش خواص فیزیکی – مکانیکی آن شود.

به دلیل اهمیت بالای درجه ژل در تعیین خواص قطعات تولیدی بر پایه PVC، امروزه روش های کمی جهت محاسبه این پارامتر توسعه داده شده اند. در ادامه این نوشتار با این روش ها آشنا می شویم، چراکه تعیین درجه ژل PVC می تواند معیاری برای انتخاب افزودنی های مناسب نیز، برای مثال کمک فرایندها، باشد.

روش غوطه وری

این روش مطابق استاندارد ASTM D2152 انجام می شود. به این منظور تکه ای از قطعه تولیدی بدون وارد شدن شوک دمایی، جدا شده و در استون با کیفیت و بدون رطوبت، برای بیست دقیقه قرار داده می شود. پس از پایان آزمون قطعه بایستی عاری از هر گونه نفوذ حلال به بخش های مختلف قطعه و انحلال PVC باشد. در روشی دیگر و بر اساس استاندارد ISO 9852 از حلال دی کلرومتان به جای استون استفاده می شود. در حقیقت قطعه به مدت ۳۰ دقیقه در حلال قرار داده می شود و نبایستی آثاری از حمله دی کلرومتان بر سطوح مختلف قطعه مورد نظر وجود داشته باشد. تصویر زیر نمونه ای از تخریب های حاصل از حلال را نشان می دهد.

روش غوطه وری

استفاده از DSC

روش های ذکر شده در بالا به استفاده از حلال های سمی نیاز دارند، اما به کمک دستگاه پر کاربرد DSC، یا همان گرماسنجی روبشی تفاضلی که ترجمه شده عبارت Differential Scanning Calorimetry است، روشی مطمئن و با قابلیت کمی سازی به منظور محاسبه درجه ژل PVC پس از فرایند تولید توسعه داده شده است. در این روش مقدار بسیار کمی از قطعه مورد نظر در دستگاه DSC از دمای اتاق تا ۲۴۰ °C با نرخ حرارت دهی ۲۰ °C/min حرارت داده می شود. در حقیقت باید گفت دستگاه DSC می تواند میزان بلورچه یا همان کریستال های ناشی از فرایند ذوب و همچنین بخشی از ساختار که در فرایند تولید ذوب یا ژل نشده است را مشخص کند. به این ترتیب می توان درجه ژل PVC را تعیین کرد. همانطور که در نمودار حاصل از DSC در شکل زیر دیده می شود، بخش A مربوط به قسمت های ذوب شده در فرایند تولید و بخش B جزئی از ساختار است که به صورت ژل نشده باقی مانده است. درجه ژل نیز بر اساس فرمول ارائه شده در زیر محاسبه می شود.

 

استفاده از DSC

فرمول محاسبه درجه ژل:

فرمول محاسبه درجه ژل

تعیین دمای مناسب شکل دهی و دست یابی به میزان ژل بالا در قطعات PVC تعیین کننده کیفیت محصولات تولیدی و خواص فیزیکی – مکانیکی آن است.

استرچ هود

حمل و نقل ایمن کالاها به کمک فناوری بسته بندی استرچ هود

بسته بندی های ثانویه مجموعه ابزار آلات بسته بندی، مانند کارتن، پالت و فیلم های پلیمری هستند که به منظور حفاظت فیزیکی بیشتر از کالای مورد نظر، به خصوص در مراحل حمل و نقل ترانزیتی، مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از مهمترین نهاده های مورد استفاده در بسته بندی های ثانویه مجموعه پالت و فیلم های پلیمری هستند. در حقیقت پالت های چوبی، فلزی یا پلاستیکی پس از قرار گرفتن کالاهای مورد نظر با فیلم های پلیمری پوشانده می شوند و از این طریق از سقوط کالاها جلوگیری می شود و حفاظت صد در صدی کالای مورد نظر تا مقصد نهایی تضمین می شود. فیلم های پلیمری تحت عنوان فیلم های شرینک و استرچ در بسته بندی های امروزی کاربرد فراوانی پیدا کرده اند. اما این مقاله نسل جدیدتر این بسته بندی ها را تحت عنوان استرچ هود (Stretch Hood) بررسی خواهد کرد.

استرچ هود

در حقیقت استرچ هود فیلم بسته بندی است که به صورت یک کلاه روی کالای چیده شده روی پالت، به کمک دستگاه های مخصوص کشیده می شود. امروزه این فناوری کاربرد فراوانی در بسته بندی کالاهای مختلف مانند کیسه های سیمان، مواد پلیمری، کاشی و سرامیک، بتن و بطری های نوشیدنی و … پیدا کرده است. استرچ هود فیلم پلیمری چند لایه با خواص ویژه است که در مقایسه با فناوری های قدیمی تر، مانند استرچ رپ (Stretch Wrap) و شرینک هود (Shrink hood)، سرعت اعمال بسیار بالا، استفاده کمتر از فیلم های پلاستیکی و ایمنی بالاتری دارد. برای مثال یک دستگاه استرچ هود قادر است در هر ساعت بالغ بر ۱۰۰ عدد پالت را بسته بندی کند، این عدد برای فناوری استرچ رپ تنها ۶۰ عدد است. همچنین هر رل فیلم استرچ هود برای بسته بندی حدود ۱۰۰۰ عدد پالت کافی است، باید ذکر کرد که هر رل فیلم استرچ رپ تنها برای ۱۵۰ پالت کفایت می کند. مزیت مهم دیگر استرچ هودها در مقایسه با دیگر فناوری هایی چون استرچ رپ، یکپارچه بودن بسته بندی های مبتنی بر آن ها است. در حقیقت استرچ هودها یک تکه هستند و بر خلاف استرچ رپ ها قسمت فوقانی پالت را نیز می پوشانند و در برابر باران و آلودگی های محیطی محافظت بسیار خوبی از کالا دارند.

در این فناوری فیلم پلیمری تولید شده ابتدا در دستگاه مخصوص اعمال استرچ هود قرار می گیرد، به اندازه لازم برای پوشش دهی کالا برش می خورد و قسمت بالایی فیلم دوخت حرارتی می خورد. سپس این فیلم که به صورت کلاه درآمده است به کمک بازوهای دستگاه بسته بندی کشیده می شود و روی کالا و تا انتهای پالت قرار می گیرد. در مرحله نهایی فیلم کشیده شده توسط بازوهای دستگاه رها می شود و به دلیل خواص الاستیک و کشسانی فوق العاده، متناسب با حجم کالای قرار گرفته روی پالت، جذب کالا می شود. در حقیقت می توان گفت ابعاد فیلم مورد استفاده برای پوشش پالت کمتر از اندازه اصلی پالت و کالاهای قرار گرفته روی آن است و به کمک خواص کشسانی و الاستیک فیلم است که عملیات بسته بندی صورت می گیرد.

نحوه عمل استرچ هود

در بخش های بعدی این نوشتار با ساختار و انواع فیلم های مورد استفاده در فناوری استرچ هود به صورت کامل آشنا خواهیم شد.