فناوری تولید خودروهای سواری و تجاری در بخش های مختلف کابین و قوای محرکه آنقدر پیشرفت کرده است که در سال های اخیر و پس از معرفی خودروهای الکتریکی و خودران، شاهد تغییر بزرگی در این زمینه نبوده ایم. اما پیشرفت های کوچک و از جنس بهبودهای مستمر عملکردی همچنان در جریان است. برای مثال در بخش قوای محرکه مهندسین طراح در هر سال نسل های بهینه موتورها را عرضه می کنند و تمام بخش های یک موتور را به روز رسانی می کنند. روغن موتورها بخش جدایی ناپذیر موتورهای بنزینی و دیزلی هستند که امروزه تنها یک روغن ساده نیستند. هر یک از روغن موتورهای امروزی از یک یا حتی چند روغن پایه تشکیل می شوند و بر اساس نوع موتور و نسل آن، مجموعه ای از افزودنی ها به آن اضافه می شود. در بخش قبلی این نوشتار که لینک آن در ادامه قرار داده شده است با گروه اول افزودنی های روغن موتور (اصلاح کننده ویسکوزیته – Viscosity Modifier)، آشنا شدیم و دو گروه مهم این خانواده را که EPDM و پلیمرهای اکریلیک مانند PAMA بودند را معرفی کردیم. در این بخش با دو پلیمر دیگر که به عنوان اصلاح کننده ویسکوزیته به کار می روند آشنا خواهیم شد و معیارهای مهم انتخاب یک اصلاح کننده ویسکوزیته مناسب را معرفی می کنیم.

• اصطلاح بهبود دهنده ویسکوزیته در صنعت روغن موتور به چه معناست؟

کوپلیمرهای استایرنی: کوپلیمرهای استایرن با بوتادی ان یا ایزوپرن، گروهی از اصلاح کننده های ویسکوزیته هستند. این کوپلیمرها به منظور افزایش حلالیت در روغن به صورت کامل هیدروژنه می شوند و پیوندهای آن ها اشباع می شود و همچنین این گروه حاوی درصد کمی از استایرن به منظور افزایش مقاومت حرارتی هستند. از طرفی به منظور جلوگیری از کریستال شدن آن ها در دماهای پایین و به دنبال آن افزایش ویسکوزیته روغن، با ساختارهای شاخه ای و ستاره ای تولید می شوند.

پلی ایزوبوتن ها: پلی ایزوبوتن

یا PIB، شامل درصد بالایی منومر ایزوبوتیلن است و به صورت گسترده در تولید روغن کمپرسورها، جعبه دنده و گریس ها به عنوان اصلاح کننده ویسکوزیته ( از نوع غلظت دهنده) به کار می رود. امروزه گستره کاربرد PIB ها به دلیل مقاومت کم آن ها در برابر اکسیداسیون محدود است.

به منظور ایجاد خواص هم افزا، استفاده از مخلوط اصلاح کننده های ویسکوزیته رایج شده است. برای مثال به دلیل سازگاری شیمیایی بالا، آلیاژهای کوپلیمرهای اتیلنی و اکریلیکی با یکدیگر استفاده می شوند. چنین مخلوطی به صورت همزمان خواص مختلف روغن پایه شامل ویسکوزیته، پایداری حرارتی و تنشی را در گستره وسیعی از دماها بهبود می دهد. علاوه بر این نکته امروزه اصلاح کننده های ویسکوزیته، تنها به منظور بهبود جریان پذیری روغن در دماهای مختلف به کار نمی روند. در واقع به لطف پیشرفت فناوری های تولید اصلاح کننده هایی چون انواع کوپلیمرهای اتیلنی و اکریلیکی با ریزساختارهای مختلف، گریدهای ویژه ای تولید می شوند که می توانند به عنوان کاهش دهنده حداقل دمای جریان پذیری روغن عمل کنند. در واقع با اضافه شدن این خانواده، روغن می تواند در دماهای بسیار کم نیز جریان پذیر باشد. نام این خانواده PPD (Pour Point Depressant) است و با ساختارهای شاخه ای خود مانع از ایجاد بلورهای روغن در دماهای پایین و به دنبال آن عدم جریان پذیری روغن می شوند. همچنین گونه های خاص اصلاح کننده ویسکوزیته قادر به کاهش ضریب اصطکاک بین اجزای موتور هستند و همچنین در جلوگیری از ایجاد آلودگی ها و چسبیدن آن ها به بدنه موتور موثر هستند. در واقع اصلاح کننده های ویسکوزیته امروزی افزودنی های چند کاره و با استعداد صنعت روانکاری هستند.

هر ساله گریدهای مختلف پلی اتیلن شامل LLDPE و LDPE ها برای تولید فیلم های شرینک و استرچ به کار می روند. این محصولات مصرف بالایی را در بسته بندی ثانویه کالاهای مختلفی همچون بطری نوشیدنی ها، کاشی و سرامیک، سیمان، مواد پتروشیمی و دیگر کالاها دارند. LDPE با خواص شرینک منحصربفرد و LLDPE ها با خواص مکانیکی فوق العاده خود دو جزء جدایی ناپذیر فرمولاسیون فیلم های شرینک و استرچ هستند. در دو بخش قبلی که لینک آن ها در ادامه قرار داده شده است، با ساختار و کاربردهای فیلم های شرینک و استرچ رپ پلی اتیلنی آشنا شدیم و در این قسمت به تکنیک های جدیدی که امروزه تولید کنندگان این محصولات دنبال می کنند، می پردازیم.

• استرچ رپ چند لایه برای بسته بندی کالای مورد نظر ما مناسب است؟
• پلی اتیلن سبک (LDPE) متحول کننده بسته بندی های شرینک

مهمترین نکته ای که در خصوص فیلم‌های شرینک و استرچ وجود دارد، توانایی این فیلم ها در حفاظت از کالایی است که بسته بندی شده است. در واقع این فیلم ها بایستی بتوانند نیروی لازم برای نگهداری کالا را در طول مسیر حمل و نقل حفظ کنند و این نیرو دچار تغییر نیز نشود. پارگی و شل شدن فیلم نیز مستقیما تحت تاثیر این نیروی نگهداری و کیفیت فیلم انتخابی است. ضمن حفظ این خاصیت تولید کنندگان فیلم‌های استرچ و شرینک به دنبال کاهش ضخامت فیلم های تولید با حفظ خواص مکانیکی هستند. به منظور کاهش ضخامت فیلم های تولیدی، مهندسین طراح فرمولاسیون این فیلم ها به استفاده از پلی اتیلن های متالوسن روی آورده اند. در واقع LLDPE های تولیدی با کاتالیست های متالوسنی با ریزساختار ویژه خود خواص مکانیکی همچون استحکام و مقاومت پارگی بالاتری نسبت به انواع تولیدی با کاتالیست زیگلر ناتا دارند. با قرار گرفتن حدود 20 تا 40 درصد از LLDPE های متالوسنی (m-LLDPE) در فرمولاسیون لایه های این فیلم ها می توان تا 20 درصد از ضخامت فیلم های تولیدی را کاهش داد. در مورد فیلم های شرینک با قرار گرفتن متالوسن ها بایستی مراقب کاهش خاصیت شرینک بود و به کمک سهم LDPE فرمولاسیون این مهم را تنظیم نمود.

دومین رویکرد مهمی که این روزها تولید کنندگان فیلم های استرچ و شرینک آن را دنبال می کنند، توجه به مسائل زیست محیطی است. به همین منظور تولید کنندگان این فیلم ها به دنبال استفاده از پلی اتیلن هایی هستند که با استفاده از منابع تجدید پذیر تولید شده اند. برای مثال پتروشیمی Braskem پلی اتیلن هایی را عرضه می کند که از گندم و نیشکر بدست می آیند و وابستگی به منابع نفت و گازی ندارند. اما از آنجاییکه قیمت تمام شده محصولات تولیدی با منابع تجدید پذیر بالا و غیر رقابتی است، استراتژی دیگر صنعتگران حوزه فیلم های استرچ و شرینک استفاده از مواد بازیافتی است. در واقع به کمک بازیافت این فیلم های مستعمل شده و احیای خواص آن ها به کمک افزودنی ها و پلی اتیلن های نو، بخش قابل توجهی از پسماندهای پلاستیکی مجددا به چرخه مصرف در کاربری های مشخص وارد می شود.

هم اکنون جمعیت جهان در حال نزدیک شدن به مرز 8 میلیارد نفر است، این افزایش جمعیت و در کنار آن تغییر الگوی مصرف این 8 میلیارد نفر، رشد بی سابقه جمعیت شهر نشین، بروز چالش هایی در حوزه بهداشت فردی و اجتماعی، تغییرات سریع اکوسیستم زمین و بروز نتایج آن به صورت سیل، آتش سوزی، بالا آمدن سطح آب های آزاد، سونامی و …، کمبود شدید در بخش زیرساخت های اساسی، محدود شدن هر روزه منابع انرژی و زمان بر و پر هزینه بودن دسترسی به منابع جدید و مواردی از این دست، باعث بروز مشکلات و چالش هایی برای زندگی انسان ها شده است. تمامی این موارد ابر چالش هایی هستند که در قرن حاضر با آن ها روبرو هستیم. فارغ از لیست و دلایل ظهور این ابر چالش ها، در این بخش می خواهیم در ارتباط با توانایی های پلیمرها به جهت غلبه بر این ابر چالش های جهانی صحبت کنیم.

پلیمرها بدون شک تنها گروهی از مواد اولیه هستند که می توانند ما را در تامین غذای بیشتر و سالم تر یاری دهند. در اولین حلقه از زنجیره تامین غذا، این پلیمرها هستند که می توانند به کمک فیلم ها، گلخانه هایی با بازدهی بیش از 90 درصد ایجاد کنند، توسط لوله و نوارهای آبیاری بهره وری آبیاری را افزایش دهند و بالاخره روکش و غشاهای پلیمری هستند که سموم و آفت کش ها را هوشمندانه و با حداقل مقدار به گیاهان می رسانند. سپس در مرحله بسته بندی پلیمرها علاوه بر توجه به الزامات زیست محیطی، می توانند بسته بندی های نوینی را (مانند بسته بندی های چند لایه) ایجاد کنند که علاوه بر حفظ ارزش غذایی محصولات، زمان ماندگاری را تا 3 برابر نسبت به حالت عادی افزایش دهد.

پلیمرها در حفظ خاک و آب به عنوان دو منبع حیاتی نیز سر بلند بوده اند. ژئوممبران های پلیمری و انواع لوله ها نقش قابل توجهی را در استفاده بهینه از منابع و جلوگیری از پدیده های نامطلوبی همچون فرسایش خاک ایفا می کنند. فراموش نکنیم پلیمرها جزء اصلی و ثابت انواع وسایل بهداشتی مانند پوشک، نوارهای بهداشتی، ماسکاستفاده از پلیمرها برای غلبه بر چالش های جهانی، پروتزها و اندام های مصنوعی، گان و لباس های پزشکی و … هستند و سطح بهداشت جوامع را ارتقاء داده اند.

پلیمرها برعکس جنگ زیست محیطی که گروه خاصی علیه آن ها ترتیب داده اند، خیلی هم دشمن محیط زیست نیستند و حتی علاوه بر کمک در حفظ منابع آبی و خاکی که در بالا صحبت شد، با نقش بی بدیل خود در ساخت سلول های خورشیدی در تولید انرژی های پاک موثر هستند. همچنین امروزه پلیمرهایی توسعه داده شده اند که با استفاده از منابع تجدید پذیر تولید می شوند و وابستگی به سوخت های فسیلی ندارند. پلیمرها در بخش حمل و نقل نیز با جایگزین کردن فلزات در راستای سبک سازی وسایل نقلیه و به دنبال آن کاهش مصرف سوخت و آلاینده های هوا، موفق عمل کرده اند. همچنین پلیمرها در تجاری سازی خودروهای هیبریدی و الکتریکی نقش پر رنگی دارند و سرانه مصرف پلیمرها در این خودروهای نوین بیش از انواع درون سوز است.

در آخرین بخش باید بگوییم پلیمرها علاوه بر استفاده در بخش های ذکر شده در بالا، در توسعه فناوری های نوین و نسل چهارمی همچون، هوش مصنوعی، رباتیک، سنسورها و … نیز به کار می روند و در خدمت مهندسین طراح هستند. پلیمرها بخش غیر قابل جایگزین مواد اولیه هستند. شاید روزی شاهد جایگزین شدن سرامیک ها و فلزات با پلیمرها باشیم، اما مسیر برعکس آن خیلی منطقی به نظر نمی رسد.

این مقاله یکی از جنجالی ترین و پر چالش ترین موضوعاتی را در حوزه کامپاندینگ PVC بررسی می کند که دغدغه تمامی مهندسینی است که با فرایندهای اختلاط و کامپاندینگ PVC و افزودنی های آن سر و کار دارند. نام این پدیده Plate-Out است و شاید بهترین ترجمه در دسترس برای آن که بار فنی این ترکیب را نیز برساند، رسوب افزودنی ها است. مکانیسم Plate-Out به صورت کامل شناخته نشده است، اما در این بخش سعی می کنیم این پدیده و اثرات آن را بازگو کنیم و مهمترین پارامترهایی که بر آن موثر است را نام ببریم.

Plate-Out یا رسوب افزودنی، پدیده ای رایج در اکستروژن محصولات مختلف بر پایه PVC است. در واقع در حین تولید محصولات مختلف به کمک فرایند اکستروژن، مانند انواع لوله و پروفیل، در مقاطع زمانی مختلف ناخالصی های ناهمگونی روی سطح قطعه ایجاد می شود و باعث می شود از نظر ظاهری و عملکردی قطعه تولیدی در گروه محصولات بی کیفیت قرار بگیرد. Plate-Out در اثر رسوب افزودنی ها و سایر اجزای موجود در فرمولاسیون PVC بر روی دیواره بخش های مختلف خط تولید، مانند پیچ اکسترودر، کالیبراتور و قالب، و سپس جدا شدن این رسوب ها و قرار گرفتن در سطح محصول تولیدی، ایجاد می شود.

تا کنون تلاش های بسیار زیادی به منظور شناسایی این پدیده و عوامل موثر بر آن صورت گرفته است. اثر حضور هر یک از افزودنی ها مانند استابلایزرهای جامد و مایع، کمک فرایندها، نرم کننده، پرکننده های معدنی و … به همراه ارزیابی اثر شرایط فرایندی مانند دما و دور اکسترودر بر میزان وقوع Plate-Out بررسی شده است. بنظر می رسد مهمترین عامل تاثیر گذار بر وقوع Plate-Out و شدت آن، امتزاج ناپذیری و سازگاری کم افزودنی های مورد استفاده در کامپاند پایه PVC با ماتریس PVC است. این نکته به خصوص در مورد کمک فرایندها، استابلایزر و پرکننده ها مهم است و در انتخاب گرید مناسب برای هر کاربری بایستی دقت کرد و از طرف دیگر مهمترین عاملی که می تواند شدت Plate-Out را کاهش دهد، انتخاب گرید مناسب و با کیفیت وکس و روان کننده های خارجی مناسب برای کاربری مورد نظر ما است. هر چند برخی از منابع اشاره کرده اند تیتان و کربنات کلسیم می توانند منجر به کاهش Plate-Out نیز شوند. شرط این اتفاق انتخاب گریدهای تیتان و کربنات کلسیم با خواص سایشی کافی است.

معمولا افزایش دمای کامپاندینگ و شکل دهی منجر به شدیدتر شدن میزان Plate-Out و افزایش دور اکسترودر باعث کاهش شدت Plate-Out می شود. شرایط انبارداری مواد اولیه و افزودنی ها و همچنین افزایش مدت زمان آماده سازی فرمولاسیون و اختلاط در مراحل Cold mixing و Hot mixing نیز می تواند منجر به وقوع Plate-Out شود. به دلیل گستردگی عوامل موثر بر این پدیده و پیچیدگی برهمکنش بین اجزا، در هر مورد بایستی به دقت اثر هر یک از عوامل را با ثابت نگهداشتن سایر پارامترها بررسی کرد. در بخش اکسترودر نیز به دقت بایستی قسمت های پیچ اکسترودر، ناحیه گازگیری، کالیبراتور و قالب را بررسی کرد و رسوب افزودنی ها را دنبال کرد. در هر مرحله نکات زیر را در حین بررسی ها باید مد نظر قرار داد:

• آیا افزودنی جدیدی وارد فرمولاسیون شده است، یا تامین کننده افزودنی تغییر کرده است؟
• آیا تمامی اجزای فرمولاسیون به خوبی خشک شده اند و عاری از رطوبت هستند؟
• آیا بخش گازگیری اکسترودر به خوبی کار می کند؟
• آیا ممکن است در بخش کالیبراتور و قالب رسوب افزودنی ایجاد شده باشد؟

در واقع به دلیل پیچیدگی پدیده Plate-Out بایستی به دقت تغییرات را دنبال کرد و اثر هر یک از اجزای فرمولاسیون و شرایط تولید را بررسی کرد.