اختصاصی بسپار/ آخرین تحولات در فرآیند گرماشکلدهی پلاستیک ها
بسپار/ایران پلیمر در این مقاله، تحولات اخیر در گرماشکلدهی مانند گونه جدید پلی‌اتیلن ترفتالات که امکان پرکردن داغ (Hot filling)، حتی با وجود مواد بازیافتی را فراهم می‌کند، آورده شده است. افزون بر این، این تحولات استفاده از پلی‌پروپیلن را در صنعت بسته‌بندی آسان می‌کند.
سال 2023، همایشی به نام Thin Wall Packaging در آلمان توسط AMI سازماندهی و برگزار شد. بازدیدکنندگان، از فرصت‌هایی که پلی‌پروپیلن (PP) و پلی‌استر (Polyester) می‌توانند در صنعت بسته‌بندی با گرماشکلدهی به‌‌وجود آورند، آگاه شدند.
مدیر بخشِ توسعه کسب‌وکار شرکتِ سوئدی Perstorp به بازدیدکنندگان نشان داد که چطور می‌توان با استفاده از مواد مختلفِ این شرکت، از روش پرکردن داغ برای بسته‌بندی قابل بازیافت استفاده کرد. این مواد شامل پلی‌استر گرمانرم با نام تجاری Akestra، پایدارکننده‌ی کمکی پلی‌وینیل کلرید (PVC) با نام تجاری Holtac، چندین پلی‌اُل به عنوان پاداکسنده (antioxidant)، پایدارکننده‌ها‌ی نوری و کمک فرایندها هستند.
صرفه‌جویی در انرژی و چرخشی شدن (circularity) از مزیت‌های پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) در این حوزه هستند. اخیرا، پیشرفت‌هایی در زمینه بازیافت PET مانند روشهای پیشرفته سواچینی (sorting) و شست‌وشو و آلاینده‌‌زدایی مواد صورت گرفته است.
مزیت کلیدی گونه جدید Akestra در مقایسه با پلی‌اتیلن ترفتالات متداول، داشتن قابلیت استفاده از روش پرکردن داغ است، که نوع متداولِ آن قادر نیست. شرکت Perstorp به عنوان مثال به یک ظرفِ سه‌لایه‌ای گرماشکلدهی شده اشاره کرد که لایه‌ی میانی آن از پلی‌اتیلن ترفتالاتِ بازیافتی (rPET)، و لایه‌های بیرونی، از محصول Akestra، تشکیل شده بودند. تا 80 درصد مواد بازیافتی می‌توان استفاده کرد و مقاومت گرمایی 80 تا 90 درجه سلسیوس است. ورقی که برای تهیه ظرف به کاربرد میشود را می‌توان از روشهای متداول رانشگری (extrusion) تهیه کرد.
هم‌‌چنین فارغ از این‌‌که مقدار مواد بازیافتی پسامصرفی (PCR) چقدر باشد، مقاومت گرمایی تنظیم‌پذیر است. با توجه به این‌‌که مقدار مواد بازیافتی پسامصرفی بین 30 تا 90 درصد متغیر است، حداکثر مقاومت گرمایی ماده 75 تا 95 درجه سلسیوس میشود.
هم‌‌چنین احتمالِ کم شدن ردپایِ کربن توسط این محصول نسبت به پلی‌استایرن متداول وجود دارد. در حالی که 100000 تن بسته‌بندی پلی‌استایرن حدود 365000 تن دی‌اکسید کربن منتشر می‌کند، محصول Akestra با 30 درصد مواد بازیافتی پسامصرفی، 24 درصد کاهش و محصول Akestra با 80 درصد مواد بازیافتی پسامصرفی تا 56 درصد انتشارات دی‌اکسید کربن را کاهش می‌دهد. از این رو، امکان تنظیم مقاومت گرمایی پلی‌اتیلن ترفتالات، ضمن حفظ شفافیت و صلبیت (rigidity) فراهم میشود.
تک مادهای
مدیر بخش فناوری تجاری شرکت Gripa Axoty Polyolefins در لهستان گفت پلی‌پروپیلن (PP) کاربری‌هایِ نوآورانه‌ای در بسته‌بندی لایه نازک دارد.
او هم‌‌چنین اشاره کرد که می‌توان با استفاده از PP بسته‌بندی‌های تک مادهای (Mono-material) تهیه کرد، لیوان‌های یک‌بار مصرف قهوه یک مثال از این نوع مواد است. به‌‌طور معمول این لیوان‌ها متشکل از یک بدنه‌ی مقوایی، آستر پلی‌اتیلنی (PE) و درپوش از جنس پلی‌استایرن (PS) هستند. به گفته وی، این یکپارچه‌سازی محصول به تفکیک کردن مواد به هنگام بازیافت کمک می‌کند.
به همین منوال، بسته‌بندی غذایی به یک پوشش برای محافظت از آن نیاز دارد، درست همانند سینی‌های مقوایی که برای حمل لیوان قهوه استفاده می‌شوند. آن‌ها هم ممکن است به محافظ در برابر روغن یا رطوبت نیاز داشته باشند.
مزایای پلی‌پروپیلن شاملِ چگالی کم، امکان فراورش با سرعت بالا، مثلا با استفاده از گرماشکلدهی و کم‌تر گرم کردن زمین نسبت به بسپارهای دیگر می‌باشد. هم‌‌چنین می‌توان آن را در طی فرایند بازیافت به آسانی سوا و تمیز کرد. به گفته شرکت، پلی‌پروپیلن بهترین ماده اولیه برای فرایندهای پیشرفته بازیافت محسوب میشود.
در ادامه گفت، در بعضی فرایندهای پیشرفته بازیافت، مثل بازیافت اِنحلالی (dissolution، فرایندی که در آن بسپار مورد نظر توسط حلالی از بقیه‌ی پسماند جدا میشود، مترجم)، می‌توان با آن، به کیفیتی نزدیک به یک ماده نو رسید.
شرکت گونه‌های قالب‌‌گیری تزریقی جداره نازک (Thin wall) عرضه کرده است و در حال توسعه گونه‌های جدید پلی‌پروپیلن برای گرماشکلدهی است.
ارتقا زیستپایداری پلی‌پروپیلن
مدیر بخش توسعه بازار جهانی و نماینده خدمات فنیِ شرکت Synthomer، به بازدیدکنندگان گفتند که نوآوری در بخش بسته‌بندی‌های گرماشکلدهی شده منجر به رسیدن شرکت‌ها به اهداف زیستپایداری (Sustainability) میشود.
افزودنی‌‌های این شرکت را می‌توان برای اصلاح بسپارها به منظور امکان‌پذیر کردنِ طراحی مواد تک مادهای استفاده کرد. به این منظور، می‌توان بسپار پلی‌پروپیلن را اصلاح کرد تا عملکردی همانند پلی‌استایرن داشته باشد، اما با عملکرد زیستپایداری بهتر.
به گفته شرکت، گرماشکلدهی پلی‌پروپیلن کار آسانی نیست. مشکلاتی مثل شکم دادن (Sagging) ورق، محدوده دمایی کم، چرخه‌‌های تولید آهسته‌‌تر و احتمالِ جمع‌شدگی نابرابر وجود دارد. برای حل این مشکلات می‌توان افزودنیِ Plastvalence T را به پلی‌پروپیلن اضافه کرد تا مثل پلی‌استایرن رفتار کند. با این کار پلی‌پروپیلن سفت‌‌تر و محدوده دمای فرایندی وسیع‌‌تر و ضربه‌‌‌‌پذیری (ductility) متوسط ایجاد میشود.
در عملی آزمایشی، این محصول در خط رانشگری ورق Battenfeld-Cincinnati با سرعت زیاد فراورش شد و سپس در دستگاه شکل‌‌دهی پرکردن آب‌‌بندی Hassia P500 گرماشکلدهی، شد. در این فرایند، ورق پلی‌پروپیلن با ضخامت نیم میلی‌‌متر، با استفاده از گونه‌ی ورق شرکت Sabic و 16 درصد افزودنی Plastvalence T، تولید شد. محصول با ورق 6/0 میلیمتری تولید شده با پلی‌استایرن با مقاومت ضربه زیاد (HIPS) مقایسه شد. لیوان‌های گرماشکلدهی شده هیچ‌گونه اُفت عملکردی از خود نشان ندادند. این درحالی‌‌ست که حتی نسبت به لیوان‌های پلی‌استایرنی برتری‌هایی مثل تحمل بار بیشتر، براقیت بهتر، و بازیافت‌‌پذیری آسان‌تر به همراه 36 درصد کاهش وزن را داشتند. همین باعث کاهش انتشارات گازهای گل‌خانه‌ای شد، درحالی که یک سوم هزینه‌ی سالانه‌ی مواد مورد صرفه‌جویی قرار گرفت.
در آزمایش دوم، برای جایگزینی پلی‌اتیلن ترفتالات، یک ورق مشابه با ورق 4/0 میلیمتری شفاف A-PET مورد مقایسه قرار گرفت. لیوان‌های گرماشکلدهی شده 30 درصد تحمل بار بیشتر، کمی براقیت بهتر، سدگری فوق‌العاده و 38 درصد کاهش وزن داشتند. این موضوع باعث کاهش 55 درصدی انتشارات کربنی، به همراه کاهش 8 درصدی هزینه‌ی سالانه مواد شد. به گفته شرکت می‌توان پلی‌پروپیلن را بدون تغییرات در دستگاه‌ها جایگزین کرد، که همین باعث دستیابی به اهداف زیستپایداری شرکت‌ها میشود.
آینده‌ی اسفنجی
برگردان: مهندس عمادالدین درانی
[email protected]
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 264 ماهنامه بسپار که در نیمه شهریورماه 1403 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
