دنیای PVC به عنوان یکی از 3 پلاستیک پر مصرف در دنیا، آنقدر بزرگ است که می توان هزاران صفحه در مورد نکات فنی مرتبط با افزودنی ها و فرمولاسیون های قطعات مختلف آن نوشت. در حدود 20 سال پیش که تنوع استابلایزرهای حرارتی، کمک فرایندها، نرم کننده و … به زحمت به تعداد انگشتان دست می رسید، تصور مهندسین طراح فرمول قطعات مبتنی بر PVC، استفاده حداکثری از افزودنی ها بود. برای مثال میزان مصرف استابلایزرهای سربی هرچقدر بالاتر می رفت، پایداری حرارتی محصول بیشتر می شد و رویکرد به سمت استفاده بیشتر از افزودنی ها بود. اما تا به امروز چهار اتفاق مهم در این حوزه رخ داده است که مهندسین را مجبور می کند افزودنی مطابق با الزامات کاربری را انتخاب کنند و درصد بهینه ای از آن را در فرمولاسیون قرار دهند. این چهار اتفاق عبارتند از:

• توجه فعالان محیط زیست به منابع مخرب و آلوده کننده ( مانند استابلایزرهای حرارتی سربی)
• ایجاد رقابت قیمتی شدید در محصولات
• متولد شدن افزودنی های جدیدی که درصد بهینه مصرف دارند و در صورت افزایش غلظت اثرات جانبی به جای می گذارند. ( مانند استابلایزرهای حرارتی پایه روی)
• وضع استانداردهای خاص عملکردی برای هر محصول

بنابراین برایند این موارد مهندسین فعال در واحدهای تحقیق و توسعه را به سمت طراحی روش هایی برای ارزیابی و آزمون کارایی افزودنی ها، و همچنین بدست آوردن درصد بهینه مصرف آن ها سوق داده است. تلاش می کنیم در این بخش و قسمت های بعدی آن، مهمترین آزمون هایی را که برای ارزیابی کارایی افزودنی های مورد مصرف در صنعت PVC به می روند، معرفی کنیم. با این بخش به عنوان مقدمه این موضوع همراه باشید.

در مرحله اول و قبل از ارزیابی هر یک از خواص، بایستی نمونه مناسب تولید شود. برای این کار می توان از مخلوط کن های داخلی (Internal Mixer) مقیاس آزمایشگاهی استفاده کرد. بایستی تمامی اجزا را آماده کرد و برای مدت زمان 5 تا 8 دقیقه در مخلوط کن داخلی قرار داد. دمای کامپاند در این حالت به حدود 90 تا 130 درجه سانتیگراد می رسد. همچنین از فرمول زیر برای محاسبه وزن کامپاند مورد نیاز استفاده می شود:

OFL= 0.7 V BD

OFL:Optimum Filling Level, V: Mixer Volume, BD: Bulk Density of Dry Blend

پس از پایان زمان اختلاط کامپاند خروجی را می توان در دمای 15 تا 30 درجه سانتیگراد خنک کرد. به منظور دستیابی به نتایج تکرار پذیر بهتر است 24 ساعت به نمونه خروجی از مخلوط کن داخلی استراحت داده شود.

دومین روش کاربردی و مهم برای تهیه نمونه های لازم برای آزمون ها، استفاده از غلتک است. به کمک روش شکل دهی با غلتک می توان به راحتی اجزای مورد نیاز فرمولاسیون را با یکدیگر مخلوط کرد و به کمک غلتک آن ها را به فیلم پلیمری تبدیل کرد. در این حالت دمای غلتک در حدود 150 تا 190 درجه سانتیگراد می تواند باشد و زمان اختلاط 3 تا 5 دقیقه ای با توجه به نوع کامپاند مناسب است.

توصیه می شود روش مخلوط کن داخلی برای کامپاندهای سخت PVC و روش غلتک، برای کامپاندهای حاوی نرم کننده استفاده شود. حالا که روش های تهیه نمونه معرفی شدند آماده ایم تا در بخش های بعدی با روش های ارزیابی عملکرد افزودنی ها آشنا شویم.

حدود یک دهه است که عضو جدیدی به درب های مورد استفاده در ظروف بسته بندی اضافه شده است. اگر دقت کرده باشید درب ظروف غذاهای آماده و نیمه آماده، لبنیات، برخی از محصولات پروتئینی، سبزی و میوه های برش خورده یک نوع فیلم پلیمری است که در صنعت بسته بندی آن ها را Lid یا درب پوش می نامیم. در این بخش در ارتباط مکانیسم های چسبیدن این درب پوش ها به ظرف پایه صحبت خواهیم کرد و در مورد گروه خاصی از آن ها موسوم به درب های آسان باز شو یا Easy Open Lid صحبت خواهیم کرد.

مزیت اصلی فیلم های Lid در بسته بندی هایی که نیاز به یک ظرف دارند، امکان حفظ یکپارچگی بسته بندی است. این نکته به کمک یک درب عادی که پیچ می شود یا روی ظرف قرار می گیرد، یا در برخی حالات به کمک پیچاندن فیلم های پلیمری به دست نمی آید. در حقیقت تمامی راه حل های ذکر شده نمی توانند عملکرد بسته بندی را به منظور حفاظت از محتوای درون آن ضمانت کنند. این مورد در خصوص بسته بندی مواد غذایی بسیار حائز اهمیت است. در واقع به کمک درب پوش ها می توان تمامی خواصی که ظرف بسته بندی دارد را حفظ نمود و از طرفی به کمک دوخت مناسب درب پوش به ظرف پایه، عملکرد بسته بندی نیز تضعیف نشود.

اما به منظور حفظ یکپارچگی مطرح شده در بالا این درب پوش ها بایستی بتوانند با ظرف پایه توسط عملیات حرارتی دوخت شوند و استحکام دوخت کافی ایجاد کنند. در بخش قبلی در ارتباط با پلیمرهای مورد استفاده در لایه دوخت صحبت کردیم.

ظروف مورد استفاده در بسته بندی ها معمولا به کمک پلیمرهایی چون PE, PP, HIPS, PET, PVC, PBT, … تولید می شوند. این ظروف حتی می توانند به صورت چند لایه و متشکل از پلیمرهای مختلفی به منظور دست یابی به خواص ویژه در بسته بندی ها، مانند نفوذ ناپذیری در برابر گازهایی چون اکسیژن، باشند و به منظور افزایش زمان ماندگاری محصولات مورد استفاده قرار گیرند. بر اساس الزامات بسته بندی و خواص مورد نیاز، جنس درب پوش نیز مشخص می شود. این فیلم ها نیز می توانند به صورت تک لایه یا چند لایه و حاوی پلیمرهایی چون PE, PP, PET, PA, EVOH باشند یا در مواردی حتی از انواع ورق های فلزی تشکیل می شوند. پس از مشخص شدن جنس درب پوش بایستی میزان استحکام دوخت مورد نیاز بر اساس کاربری تعیین شود.

در بسیاری از مواد غذایی نیمه آماده و آماده به درب پوش هایی نیاز است که با نیروی کمی باز شوند. این درب پوش ها که در صنعت بسته بندی به درب پوش های آسان باز شو یا Easy Open معروفند، از نظر میزان استحکام چسبندگی به ظرف پایه در محدوده ای قرار می گیرند که با نیروی حداقلی باز شوند که همزمان یکپارچگی بسته بندی حفظ شود و همچنین کاربر به راحتی بتواند درب بسته بندی را باز کند. این کار دانش وسیعی نیاز دارد و پارامتر کلیدی است. به همین منظور شرکت های پلیمری معظم و بزرگ که در حوزه بسته بندی فعال هستند، پلیمر یا رزین هایی را طراحی کرده اند که با قرار گیری آن ها در درب پوش، چسبندگی به ظرف پایه تنظیم می شود. در هر مورد بایستی بر اساس جنس ظرف و درب پوش انتخاب مهندسی صورت گیرد و مقدار استفاده تنظیم شود. علاوه بر زیبایی ظاهری و حفظ کارایی بسته بندی، درپوش های Easy Open دوستدار محیط زیست نیز هستند و منجر به صرفه جویی مصرف پلاستیک ها نسبت به روش های دیگر، از جمله پیچاندن ظرف در فیلم پلاستیکی می شوند.

بدون شک صنعت بسته بندی بزرگترین بازار مصرف پلیمرهای مختلف است و متنوع ترین طیف کالایی در این صنعت وجود دارد. همین تنوع بسته بندی های مورد نیاز برای کالاهای مختلف، باعث شده است فرایندهای مختلفی نیز برای تبدیل پلیمرها به بسته بندی نهایی ابداع شود. زنجیره ارزش یک بسته بندی پلیمری از مرحله تولید پلیمر پایه در پتروشیمی شروع و در ادامه در واحدهای شکل دهی به انواع فیلم و دیگر محصولات پلیمری تبدیل می شود و سپس در واحدهای موسوم به کانورتینگ یا تبدیل، به نهاده های بسته بندی نهایی شامل انواع کیسه، ساشه و غیره تبدیل می شود. در این بخش و قسمت های بعدی آن با دو عملیات مهم صنعت کانورتینگ، یعنی کوتینگ و لمینیت آشنا خواهیم شد.

در واحدهای کانورتینگ عملیات های مختلفی شامل برش، چاپ، لمینیت لایه های دیگر به لایه بستر اولیه و … انجام می شود تا جنبه های کارایی و زیبایی به بسته بندی نهایی اضافه شود. کانورتینگ در دنیای بسته بندی های منعطف پلیمری قرار دارد و ظرافت و زیبایی مهمترین پارامتر کنترل کیفیت این بخش است. فیلم زیرایند یا Substrate، می تواند از انواع PE, BOPP, CPP (Cast-PP), PET, PVC, PA باشد و بر اساس الزامات مورد نظر مانند نفوذ ناپذیری در برابر گازها، نور و رطوبت، یا دستیابی به خواصی مانند آنتی فاگ و چسبندگی، لایه های مختلف روی این بستر اصلی لمینیت یا کوتینگ می شوند.

لمینیت به کمک انواع چسب های لایه گذاری پایه حلال و آب انجام می گیرد و در مورد کوتینگ تمامی اجزا، شامل افزودنی ها و رنگدانه ها، حلال، عوامل چسب و … به کمک روش های مختلف روی زیرایند قرار می گیرد. از جمله مهمترین روش های صنعتی شده برای کوتینگ می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• Rolls (Forward and Reverse)
• Gravure (Forward and offset)
• Knife over roll
• Doctor blade
• Extrusion coating

بر اساس نوع کوتینگ، خواص مورد نظر و جنس زیرایند، روش مناسب برای کوتینگ انتخاب می شود. جنس و بافت سطح، خواص مکانیکی، میزان کشسانی و جمع شدن مهمترین خواصی هستند که در حین انتخاب زیرایند بایستی به آن ها دقت نمود. انواع فیلم های پلیمری، کاغذ، پارچه و فلز می توانند بعنوان زیرایند باشند.

مهمترین خواصی که به کمک روش کوتینگ در فیلم های پلیمری مورد استفاده در بسته بندی های منعطف اصلاح می شوند، عبارتند از:

• اصلاح دوخت پذیری در حالت گرم و سرد (Hot and cold sealing)
• ایجاد خواص ظاهری و براقیت به کمک وارنیش ها
• ایجاد سطوح آنتی فاگ در حالت سرد و گرم
• بهبود خواص چسبندگی به ظروف ( مانند تولید درب های آسان باز شو – Easy Peel)
• ایجاد خواص نفوذ ناپذیری در برابر گازهای مختلف
• بهبود خواص چسبندگی به سطوح فلزی ( مانند فیلم های محافظتی)

در بسیاری از موارد نیز، مانند تولید لباس ها و کاغذهای پوشش داده شده از فناروی کوتینگ پلیمرها روی زیرایندهای مختلف استفاده می شود. در بخش بعدی با فناوری لمینیشن، چسب و ماشین آلات مورد استفاده در این تکنیک آشنا خواهیم شد.