110

شفاف کننده پلی پروپیلن

(سه شنبه ۱۵ خرداد ۱۳۹۷) ۰۸:۰۰

شفافیت در صنایع بسته بندی و تزئینی جایگاهی ویژه و با اهمیت دارد. این مهم به همراه ویژگی ها و قیمت پایینتر پلی الفین ها باعث شده تا صنایع به دنبال شفاف کردن این پلیمرها برای جایگزینی آنها با پلیمرهای مهندسی باشند.

به ­علت مزایایی که قطعات شفاف نسبت به قطعات غیرشفاف دارند و صرفه­ جویی هایی که در اثر استفاده از آنها ایجاد می­شود، هر روز پلیمرهای بیشتری به پلیمرهای شفاف تبدیل می­شود. سبکی، خواص مکانیکی و حرارتی فوق­العاده، مقاومت در برابر خوردگی، سختی، انعطاف پذیری، مقاومت شیمیایی، برتری رقابتی و مواردی از این دست تنها بخشی از مزایایی هستند که تولیدکنندگان را به ­سمت استفاده از پلی­ پروپیلن ­های شفاف سوق می­دهند. پلی­ پروپیلن شفاف­ شده بدین طریق یک انتخاب ارزان­ تر در مقایسه با سایر پلیمرهای شفاف و یا شیشه است.

پلیمرها بسته به میزان انعطاف­پذیری، نظم، درازا یا حجم زنجیرهای مولکولی خود، دارای ساختار حالت جامد بی­شکل، نامنظم و یا تا حدی بلوری هستند. مواد بی­ شکل بدلیل برخورداری از آرایش همگن و فقدان نظم کوتاه برد و بلندبرد، معمولا شفاف هستند. متاسفانه، اینگونه پلیمرها در دماهای پایین ­تر از درجه حرارت انتقال شیشه ­ای خود ( که بیشتر در این دماها بکار برده می­شوند) بسیار شکننده هستند. از سوی دیگر، پلیمرهای تا حدی بلوری یا نیمه بلوری، عموما در هر دو سطح مولکولی و سوپرا مولکولی نظم پیدا می­ کنند؛ بطوریکه جزء بلوری بصورت ورقه­ های جهت­ گیری شده شعاعی (که غالبا اسفرولیت نامیده می­شوند) که بوسیله نواحی بی­شکل از یکدیگر جدا شده ­اند، سازمان­دهی می­شود. ساختار اسفرولیتی معمول کریستال ­های پلیمری، پرتوی نور را به نحو موثری پراکنده می­ کند. علت این پدیده، اندازه اسفرولیت­ها (که عموما یک مرتبه بزرگتر از طول موج نور است) و خصلت آنیزوتروپیکی نوری آنها (ناشی از شیوه جهت­ گیری بلورهای ورق ه­ای در داخل اسفرولیت­ها) است. این حالت باعث می­شود که موادی با سطح تیرگی بالا و شفافیت پایین ایجاد شوند. با کاهش اندازه اسفرولیت­ها، می­توان ویژگیهای نوری مذکور را تا حدی بهبود بخشید. ولی سیستم­ هایی که دارای یک پیکربندی میله مانند تصادفی از ورقه­ های پلیمری بلوری هستند، قدرت پراکندگی بسیار کمتری داشته و بدین­ ترتیب از ویژگی های نوری بهتری برخوردار می­باشند. مشخص شده است که ایجاد یک تغییر خاص در مورفولوژی پلیمر از طریق یک ماده افزودنی به منظور شفاف­ سازی مواد بسیار کارآمد است. یک ماده هسته­ زا مطلوب، تنها باعث تشکیل اسفرولیت­هایی با اندازه کوچکتر شده و بدین­ منظور کافی نیست. با شناسایی تغییر ایجاد شده از مورفولوژی اسفرولیتی به مورفولوژی میله مانند (بعنوان پدیده لازم جهت شفاف ­سازی)، راه کارهای تازه ­ای در راستای ارایه مواد شفاف ­کننده جدید، هم برای پلی­پروپیلن ایزوتاکتیک و هم برای سایر پلیمرهای نیمه بلوری در اختیار قرار می­ گیرند. بعلاوه می­ توان ساختار میله مانند اینگونه جامدات پلیمری را جهت دستیابی به ویژگی های مطلوب در مواد مورد استفاده در سایر زمینه­ ها بکار گرفت.

براین اساس کاربرد مواد هسته ­زا در تعدادی از پلیمرهای نیمه بلوری بطور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. یکی از این پلیمرها که بطور خاص مورد توجه قرار گرفته است، پلی ­پروپیلن ایزوتاکتیک نام دارد. پلی ­پروپیلن ایزوتاکیک به علت دارا بودن خواص مکانیکی مطلوب و قیمت پایین، یک پلیمر جالب و پرکاربرد محسوب می ­شود. با این حال بدلیل اینکه i-PP در مقایسه با (مثلا) پلی ­اتیلن (PE) دارای زنجیرهای حجیم ­تر و آرایش سلول واحد بلوری پیچیده ­تری است، بنابراین برای متبلور شدن به ابرسرمایش شدیدی نیازمند است. درنتیجه مواد هسته­ زا در کوتاه شدن زمان­ های فرآوری صنعتی بسیار مفید و سودمند بوده و همچنین برروی ساختار حالت جامد i-PP تاثیر زیادی دارند.

با افزودن مواد هسته ­زا؛ این امکان وجود دارد که مورفولوژی کریستالی با افزایش ذرات مصنوعی به پلیمر مذاب اصلاح و کنترل شود. مواد هسته­ زا قادر به کریستاله کردن پلیمر و کریستالیزاسیون آن تحت شرایط برابر، در یک سرعت برابر و دمای بالاتر نسبت به پلیمر بدون مواد هسته­زا می­باشند. مواد هسته­زا با ایجاد هسته­های کریستالیزاسیون در ساختار داخلی پلی­پروپیلن سرعت کریستالیزاسیون پلیمر را افزایش می­دهند. این مواد باعث شروع کریستالیزاسیون در دمای بالاتر نسبت به پلی­ پروپیلن خالص می­شوند و بدلیل افزایش تعداد هسته­های کریستالیزاسیون، تعداد گویچه ­های تشکیل شده افزایش یافته و بنابراین اندازه گویچه­ ها کاهش می­یابد. تحقیقات اخیر درباره مواد هسته ­زای جدید، بطور عمده برای ترکیب i-PP، بیشتر بر روی مواد افزودنی حل­شونده در پلیمر مذاب در طی عملیات ترکیب متمرکز شده ­اند، زیرا اینگونه مواد حالت پراکنش فوق ­العاده­ ای را ایجاد می ­کنند. از آنجا که اینگونه مواد تاحدی در داخل پلیمر حل می­ شوند، بنابراین رفتار آنها به شکل نمودار فازی سیستم دوتایی پلیمر/ ماده افزودنی بستگی دارد. در محدوده غلظتی مطلوب، ماده هسته ­زا بصورت سوزن­ های ریز و یا یک شبکه فیبریلی متبلور شده و سپس پلیمر مربوطه بر روی آنها هسته ­دار می­شود. این سوزن ­ها یا شبکه ­ها بدلیل مساحت سطح بالای خود، مجموعه بی­ نظیری از جایگاه ­های هسته ­زایی با چگالی بالا را تحت شرایط بهینه ایجاد می­کنند.

مواد هسته ­زا با تغییر دادن ساختار حالت جامد (مورفولوژی) پلیمر، بر روی خواص ماکروسکوپی آن تاثیر می­ گذارند. حضور اینگونه مواد باعث افزایش درجه بلورینگی، بالا رفتن دمای تبلور و کاهش اندازه اسفرولیت شده که برطبق گزارشات موجود، منجر به اصلاح خصوصیات مکانیکی مواد پلیمری بصورت افزایش مدول کشسانی، نقطه تسلیم، مقاومت کششی و مقاومت ضربه ­ای می­ شوند. برخی از مواد هسته ­زای خاص نیز بدلیل دارا بودن ساختار همگن ­تر، سبب افزایش پایداری بعدی اجسام قالب­ گیری شده تزریقی می­شوند. بعلاوه، ویژگی های نوری نیز بوسیله مواد افزودنی انتخابی تحت تاثیر قرار گرفته و بدین­ ترتیب موادی با شفافیت بیشتر حاصل می­ شوند. پیشرفت­های انجام شده در شفاف­ سازی پلی ­پروپیلن منجر به کاهش قابل توجه ماتی در پلی­ پروپیلن ­های شفاف نسل ­های امروزی گردیده است.

شکل1- روند پیشرفت تحولی در شفافیت پلی­پروپیلن

پژوهش  

پلی­ پروپیلن شفاف شده کاربرد گسترده­ای در کالاهای مصرفی و بازار تولیدات انبوه دارد؛ مثلا در ساخت بسته­ بندیهای غذایی استریل و مخصوص مایکروویو، بطری­ های پرشونده با مواد داغ، جعبه­ های مواد غذایی، شیشه ­های مواد آرایشی و بسته­ بندی دارویی. در اینگونه کاربردها باید انواعی از افزودنی­ های مواد پلاستیکی مورد استفاده قرار بگیرند که در طی فرآوری و عملیات ثانویه تخریب نشوند و از پوشش بسته ­بندی نیز خارج نگردند.

 

 

پژوهششکل2- پلی ­پروپیلن ­های شفاف شده با مواد شفاف­کننده

ویژگیهای منحصر به فرد مواد شفاف شده، آنها را به جزیی لاینفک از صنایع گوناگون بدل نموده است. آنچنانکه شرکت های بزرگ در استفاده از قطعات پلیمری شفاف در محصولات خود پیشگام شده و این صنعت را توسعه داده ­اند. از اینرو و با توجه به رویکرد وسیع بین­ المللی به تکنولوژیهای جدید به ویژه در صنایع پلیمر، انتظار می­رود که صنعت پلیمری داخل نیز اهتمامی ویژه و شایسته نسبت به این امر داشته باشد.

در داخل کشور شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی به دانش تولید شفاف­ کننده­ ها و شفاف ­سازی پلیمرها دست یافته است که می­ تواند نوید بخش و دلگرم کننده باشد. نمونه شفاف­ کننده تولیدی در شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی از جمله آخرین نسل­ های شفاف­ کننده ­های پلی ­پروپیلن به­ شمار می­ آید که قدرت بالایی در شفاف ­سازی پلی ­پروپیلن دارد. با تولید پلی­ پروپیلن شفاف، علاوه بررفع مشکل شفافیت؛ خواص فیزیکی، مکانیکی و سرعت تولید قطعه نیز بهبود می ­یابد و بدین­ ترتیب cPP به دلیل داشتن خواصی از قبیل فرآیندپذیری آسان‏ و مقاومت شیمیایی بالا قابل مقایسه با ترموپلاستیکهای مهندسی شفاف می ‏باشد. این محصول به لحاظ خواص و کیفیت کاملا قابل رقابت با نمونه خارجی وارداتی می­باشد با دستیابی به دانش فنی تولید شفاف کننده توسط شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی؛ علاوه بر بومی سازی دانش فنی، چرخه تولید پلی­پروپیلن شفاف نیز در کشور تکمیل می­گردد.

در حال­ حاضر تمامی مصرف بازار داخلی از طریق واردات تامین می­شود. پیش­ بینی  می گردد در آینده نزدیک میزان مصرف به مقدار قابل توجهی افزایش یابد. براین اساس و با توجه به بازار بالقوه و قابلیت رقابت آن با دیگر پلیمرهای شفاف، تولید انبوه این محصول در مقیاس صنعتی منطقی بنظر می­رسد

.

نویسنده: علی شریف پاکدامن

 

منابع:

Nucleating and Clarifying Polymers

گزارش نهایی پروژه تولید شفاف­ کننده های پلی ­پروپیلن شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی

 

تعداد بازدید : ۱۰۵



پست الکترونیک را وارد کنید
تعداد کاراکتر باقیمانده: 500
نظر خود را وارد کنید