گرچه عمر پلیمرها به زحمت به 200 می رسد، اما در همین مدت کم توانسته اند با نرخ رشد بالا، سهم بزرگی از مواد اولیه مصرفی در تولید کالاهای مختلف را از آن خود کنند. هم اکنون پلیمرها در مقایسه با فلزات، به عنوان پر مصرف ترین مواد اولیه در سراسر دنیا، سهم 20 درصدی را بر مبنای وزن و سهمی در حدود 30 درصد را بر مبنای حجمی دارند. در سال 2019 میلادی در سراسر دنیا در حدود 1600 میلیون تن انواع فلز تولید و به مصرف رسید و در همین مدت در حدود 370 میلیون تن نیز پلیمر تولید شد. در این بخش آمار و ارقام کلی مصرف پلیمرها و محل های مصرف آن ها را بررسی خواهیم کرد. برای آشنایی با ابعاد دنیای رنگارنگ پلیمرها دانستن این اعداد لازم است.

پلیمرها از منابع نفتی و گازی، مواد شیمیایی، منابع طبیعی و تجدید پذیر مانند گندم و نشاسته تولید می شوند. پلیمرها از زنجیره های مولکولی بزرگ ( بیش از چند صد هزار واحد) تشکیل می شوند و بر اساس ساختار زنجیره ها در دو گروه زیر قرار می گیرند:

• ترموپلاستیک ها
• ترموست ها

زنجیره های ترموپلاستیک ها مستقل و جدا از یکدیگر هستند و در ترموست ها این زنجیره ها به یکدیگر متصل هستند و ساختار یکپارچه ایجاد می کنند. با این تفسیر می توان گفت ترموپلاستیک ها قابل شکل دهی مجدد هستند، اما ترموست ها با تبدیل شدن به کالای نهایی ساختار غیر قابل بازگشتی را ایجاد می کنند.

آسیا با 51 درصد، آمریکای شمالی و مرکزی با 18 درصد، اروپا 17 درصد، حوزه خاورمیانه با 7 درصد، آمریکای لاتین و آفریقا با 4 درصد و نهایتا حوزه CIS با 3 درصد در تولید پلیمرها نقش بازی می کنند. ترموست ها در حدود 10 درصد تولید پلیمرها را شامل می شوند و به آن ها الاستومر، رابر یا لاستیک نیز اطلاق می گردد. همچنین نیمی از حجم تولید رابرها را لاستیک طبیعی (Natural Rubber) تشکیل می دهد که از شیره و صمغ درختان در برخی نقاط دنیا مانند مالزی، اندونزی و … بدست می آید. در سال 2018 میلادی حدود 30 میلیون تن انواع رابر در سراسر دنیا به کالاهای مختلف تبدیل شد. از جمله مهمترین رابرهای مورد استفاده در تولید قطعاتی همچون تایر خودرو، شلنگ و کفپوش، ضربه گیرها و … که عموما در صنایع خودروسازی، پزشکی و … به کار می روند، می توان به SBR (Styrene Butadiene Rubber)، سیلیکون، NBR (Nitrile Butadiene Rubber)، PBR (Polybutadiene Rubber)، EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer)، FKM (Fluro Elastomer)، ACM و … اشاره کرد.

اما از رابرها که بگذریم به دنیای بزرگ ترموپلاستیک ها، یا به اختصار پلاستیک ها، می رسیم. هر ساله بیش از 300 میلیون تن انواع پلاستیک در دنیا به مصرف می رسد. بخش اصلی پلاستیک ها را صنعت بسته بندی به مصرف می رساند. این صنعت هر ساله مسئولیت مصرف بیش از 35 درصد پلاستیک ها را بر عهده دارد. پس از بسته بندی، صنعت ساختمان با 20 درصد، خودرو 10 درصد، برق و الکترونیک 6 درصد، لوازم خانگی و شخصی 4 درصد و کشاورزی 3 درصد از پلیمرها را استفاده می کنند. پلی پروپیلن (PP)، پلی اتیلن با دانسیته کم (LLDPE, LDPE)، پلی اتیلن با دانسیته بالا (HDPE)، PVC، پلی یورتان، PET (Polyethylene Terephthalate) و PS (Polystyrene) به ترتیب بیشترین سهم تولید را در بین پلاستیک ها دارند.

بخش قبلی در مورد فوم های پلیمری و عوامل فوم زا ( لینک زیر) به صورت مختصر صحبت کرد. باید اعتراف کرد که فوم های پلیمری محصولات بسیار پیچیده ای هستند و نکات بسیاری در مورد انتخاب مواد اولیه و شرایط فرایند تولید آن ها وجود دارد که تنها مهندسین حرفه ای و با تجربه از پس آن ها بر می آیند. اما این مقاله تصمیم دارد مقدمه را کوتاه کند و ما را با نسل نوینی از عوامل فوم زا آشنا کند که ساختارهای فومی بی مانندی را در شرایط تولید ساده و قابل کنترل ایجاد می کنند. این عوامل فوم زای نوین میکرواسفر نام دارند.

ایجاد ساختارهای بی نظیر در پلیمرها به کمک عامل فوم زا

میکرواسفر یا میکرو کپسول، ساختار هسته – پوسته ای است که به کمک آن یک مایع فرار هیدروکربنی توسط یک پوسته ترموپلاستیکی پوشش داده شده است. مایع هیدروکربنی دمای جوش پایینی دارد و در حین فرایند شکل دهی با ذوب شدن پوسته ترموپلاستیکی، تبخیر می شود و با فشار ایجاد شده حجم چندین برابری نسبت به حالت اولیه ایجاد شده و ساختار فومی ایجاد می شود. یکی از دغدغه های مهندسین فرایند در تولید فوم های پلیمری، استحکام مذاب پلیمر است. در واقع در مرحله ایجاد سل های فوم، چنانچه استحکام مذاب پلیمر پایین باشد، ساختار فوم به خوبی شکل نمی گیرد. دغدغه دیگر در تولید فوم ها، دستیابی به ساختارهای فومی سلول بسته است. هر چند فوم های سلول باز نیز کاربرد زیادی دارند، اما در کاربردهای مهندسی این فوم های سلول بسته هستند که خواص ارتجاعی و ضربه پذیری بی نظیری را ایجاد می کنند و آن را برای مدت زمان طولانی حفظ می کنند. فناوری میکرواسفر بر خلاف دیگر روش های ایجاد فوم، بسیار کنترل شده است و حتی در پلیمرهای با استحکام مذاب کم نیز می تواند فوم های یکنواخت با ساختار سلول بسته را ایجاد کند.

یکی دیگر از مزیت های میکرواسفرها، امکان تبدیل آن ها به مستربچ های پلیمری است. این ویژگی باعث می شود افزودن این عوامل به پلیمر بدون آلودگی محیطی، با پخش یکنواخت تر و با حداکثر دقت در خوراک دهی انجام شود. معمولا میکرواسفرها به کمک پلیمرهایی مانند EVA و PE مستربچ می شوند. انواع پلیمرها از جمله PE, PP, PVC, PET, TPU, TPE, TPV, PA, PC, PBT، همچنین رزین هایی مانند اپوکسی و فنولیک و نهایتا رابرهایی چون EPDM, NR, SBR می توانند به کمک میکرواسفرها به فوم هایی با ساختار سلول بسته، با سطحی کاملا نرم و یکنواخت تبدیل شوند.

علاوه بر مزایای ذکر شده، میکرواسفرها در مقایسه با عوامل فوم زای عادی، درصد استفاده کمتری نیز دارند. در حین انتخاب مستربچ میکرواسفر بایستی به درصد میکرواسفر موجود در مستربچ، نوع پایه مستربچ، دمای آغاز انبساط میکرواسفر و همچنین حداکثر دمای شکل دهی آن و در نهایت به چگالی میکرواسفر پس از انبساط دقت کرد. امروزه میکرواسفرها در تولید کامپوزیت های چوب – پلاستیک، کاغذ دیواری های سه بعدی، ضربه گیرها، چسب و درزگیرها، روکش های کابل، چرم مصنوعی و زیره کفش کاربرد پیدا کرده اند.

بدون شک پلیمرها در قرن بیستم و بیست و یکم توانستند بزرگترین و اثربخش ترین تغییرات را در بسته بندی کالاهای مختلف ایجاد کنند. در حقیقت پلیمرها درجه آزادی بالایی را پیش روی طراحان فنی و همچنین طراحی فیزیکی و زیبایی بصری بسته بندی ها قرار داده اند. بسته بندی مواد غذایی نیز تحت تاثیر حضور پلیمرها شکل و شمایل جدیدی به خود گرفته است و علاوه بر افزایش زمان ماندگاری مواد غذایی، جلوه های بصری فوق العاده ای را نیز تجربه می کند. یکی از مهمترین گروه های مواد غذایی، که پلیمرها به خوبی توانسته اند از پس الزامات بسته بندی آن ها برآیند، خانواده سوسیس و کالباس است که با کلیات بسته بندی آن ها در بخش قبلی آشنا شدیم و شما می توانید با مراجعه به لینک زیر این مقدمه را مطالعه و با ادامه بحث در خصوص معرفی فیلم های پلیمری چند لایه مورد استفاده در پوشش های سوسیس و کالباس همراه باشید.

پوشش های مصنوعی سوسیس و کالباس

فیلم ها یا پوشش های پلیمری که به منظور بسته بندی سوسیس و کالباس یا همان پوشش های مصنوعی سوسیس و کالباس، به کار می روند به صورت تک و چند لایه مورد استفاده قرار می گیرند. مهمترین فیلم هایی که در پوشش های تک لایه سوسیس و کالباس استفاده می شود، فیلم های پلی اتیلنی و انواع فیلم های پلی آمیدی، شامل PA6, PA6.66, PA11, PA12 هستند. با مراجعه به دو بخش زیر می توانید به اطلاعات کامل تری را در ارتباط با پلی آمیدهای مورد مصرف در صنعت بسته بندی دست پیدا کنید:

کاربرد پلی آمیدها در صنایع بسته بندی و تحول این صنعت

گرید های کاربردی پلی آمید در صنعت بسته بندی

پوشش های تک لایه جایگاه ویژه ای در بین پوشش های سوسیس و کالباس ندارند. معمولا پلی اتیلن های تک لایه برای نگهداری این محصولات در شرایط فریز شده به کار می روند و ضخامت بالایی نیز ( حدود 100 تا 200 میکرون) دارند. پلی آمیدهای تک لایه نیز از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیستند و همچنین فرایند تولید سختی دارند. گروه پر مصرف پوشش های سوسیس و کالباس خانواده پوشش های چند لایه هستند.

پوشش های چند لایه با ضخامت حدودی 30 تا 60 میکرون تولید می شوند و عموما پنج لایه هستند. هر چند انواع هفت، نه، یازده و پونزده لایه نیز امروزه تجاری شده اند. مهمترین پلیمرهایی که در لایه های مختلف این پوشش ها به کار می روند، عبارتند از:

• پلی اتیلن
• پلی پروپیلن
• پلی آمیدها، شامل
  • PA6
  • 66
  • Amorphous PA
• اتیلن وینیل الکل (EVOH)، برای آشنایی بیشتر با EVOH به لینک زیر مراجعه کنید:

اتیلن وینیل الکل ( EVOH )، نفوذ ناپذیر در برابر اکسیژن

• پلی وینیل دین کلراید (PVDC)
• آیونومرها (Ionomer)

هدف اصلی از تولید این پوشش ها به صورت چند لایه، دست یابی به خواص هم افزای این لایه ها است. در بخش قبلی به خوبی با الزامات پوشش های سوسیس و کالباس آشنا شدیم و باید گفت ساختارهای چند لایه برآورده کننده این الزامات هستند. برای مثال یک ساختار معمولی پنج لایه می تواند مطابق تصویر زیر باشد:

منظور از Tie Resin نیز چسب های بین لایه ای مورد مصرف در صنعت بسته بندی است که در بخش های قبلی معرفی شدند.

چسب بین لایه ای در صنعت بسته بندی ( Tielayer Adhesive )

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

در بخش بعدی با روش تولید پوشش های چند لایه سوسیس و کالباس بیشتر آشنا خواهیم شد و سایر اجزای موجود در این پوشش ها را معرفی خواهیم کرد.