نوآوری در پلی الفین ها

  بسپار/ایران پلیمرآخرین پیشرفت ­ها در مواد پلی­ الفینی، شامل هر تغییری از فرایندپذیری آسان گرفته تا بهره­ وری بیشتر می­شود که در این مقاله این پیشرفت ­ها گزارش شده است.

 

پلی ­الفین ­ها یکی از پرمصرف­ترین بسپارها هستند که در کاربردهایی از قبیل انرژی خورشیدی و فیلم­ها با قابلیت جمع ­شدگی (shrink) تا بسته ­بندی مواد غذایی و سینی­ های (trays) گرماشکل ­دهی شده (thermoformed) استفاده می­شوند.

اخیرا شرکت Borealis با همکاری شرکت Borougeگروهی از پلی ­اتیلن ­­های کم چگالی خطی (LLDPE) نوع بسته ­بندی با نام Anteo را برای کاربردهای فیلم چندلایه­ معرفی کرده­ است.

پلی ­الفین Anteo دارای فرایندپذیری خوب در فشار رانشگر (اکسترودر) کم، آب­بندی یکپارچه بهتر و مقاومت بیشتر در برابر سوراخ شدن (puncture) به همراه خواص نوری و زیبایی ظاهری بیشتر است. بیشتر از 100 مشتری Borealis و Borougeدر سراسر جهان تا حالا این ماده را آزمایش کرده­اند. اولین نوع این پلی ­الفین ها با نام FK1820 و FK1828 عرضه شد.

این مواد با فناوری Borstar Bimodal Terpolymer (BBT) در واحد تولیدی Ruwais در امارات متحده عربی (UAE) تولید شده ­اند. فناوری BBT با ترکیب دو هم ­تکپار (co-monomer) با استفاده از یک یاریگر (catalyst) جدید و سامانه دوواکنشگاهی (two-reactor) ایجاد شده است تا پلی­اتیلن­ها با خواص عملکردی عالی تولید شود.

بعضی از مزایای Anteo عبارتند از: فرایندپذیری آسان، 15% فشار رانشگر کمتر نسبت به عوامل درزبندی (sealants) LLDPE متالوسنی رایج، آب­بندی یکپارچه خوب و سرعت آب­بندی زیاد (در نتیجه مصرف انرژی کمتر و ضایعات مواد کمتر)، مقاومت سوراخ ­شدگی عالی و خواص نوری زیاد به منظور افزایش زیبایی ظاهری.

 

پلی پروپیلن (PP) برای پشت ­ورق­ها (backsheet)

هم­چنین شرکت Borealis یک پروپیلن هم­رانشگری شده برای پشت­ورق خورشیدی در کاربردهای نیروزای نوری (photovoltaic, PV) تولید کرده است. لایه­ های مغزی و خارجی فیلم پشت­ ورق Icosolar CPO 3G با استفاده از محصول جدید Borealis برای محصولات و انواع خورشیدی با نام Quentys ساخته داده است (شکل 1). دو نوع Quentys با اسامی SF700CL و SF900WL مستقیما به شریک سازنده جدید آن، شرکت Isovoltaic، فروخته شد که بعدا پشت­ورق­های نوری را در کارخانه خود در نزدیکی Graz اتریش تولید کرد. شرکت Borealis اظهار داشت که این پشت­ورق­ها قابلیت اطمینان عملکردی پودمان­های (modules) PV را به دلایل زیر افزایش می­دهند:

افزایش برونداد پودمان، بازتابش (reflectivity) زیاد، آهنگ انتقال بخار آب عالی (WVTR) و تراوایی اسید استیک و خواص نارسانایی و پایداری آبکافتی زیاد.

از آن­جاکه هیچ لایه چسبی وجود ندارد، خطر ورقه ورقه شدن (delamination) در لایه داخلی وجود ندارد. هم­چنین PP هم­رانشگری شده با فناوری تولید تک­مرحله ­ای، کیفیت و همگنی زیاد محصول را اطمینان می­دهد و پیچیدگی فرایند تولید را کاهش می­دهد که باعث جذابیت بیشتر برای جایگزینی پشت­ورق­های رایج بر پایه PET شده است.

علاوه­بر پشت­ورق­های نوری، Borealis قصد دارد تا پلی­الفین­های دیگری برای صنایع نوری شامل انواع بسپارها برای تولید فیلم­های دوربند (encapsulant) را معرفی کند.

 

[EasyDNNGallery|26322|Width|800|Height|800|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل 1: دو نوع Quentys پلی پروپیلن شرکت Borealis که در پشت­ورق­های نوری هم­رانشگری شده به­کار می­روند.

 

تقویت با استفاده از بوتن (Butene)

شرکتNova Chemical  سه نوع بسپار فیلم پلی­اتیلن بوتن­دار (سِری­های Novapol PF-Y818) را تولید کرده است (شکل 2) که ادعا می­کند می­تواند در مقایسه با پلی­اتیلن کم­چگالی خطی بوتن­دار رایج، برای تولیدکنندگان فیلم، افزایش برونداد و عملکرد را فراهم کند.

[EasyDNNGallery|26323|Width|800|Height|800|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

[EasyDNNGallery|26324|Width|800|Height|800|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل 2: کاربردهای بسپارهای Novapol PF-Y818 شرکت Nova.

 

هر بسپار، خواص عملکردی یکسانی دارد، اما با مجموعه متفاوتی از افزودنی­ها با توجه به نیازهای خاص رانشگرهای فیلم ترکیب­بندی می­شود. این فیلم­ها می­توانند در انواع فیلم­های منعطف برای کاربردهایی نظیر بسته­بندی مواد غذایی، فیلم کشیدنی (stretch)، آسترهای (liners) صنعتی و جمع­شونده هم­بند (collation shrink) استفاده شوند.

طبق ادعای شرکت با استفاده از این فیلم، بهره­وری برونداد تا 20% افزایش خواهد داشت. این افزایش سود باعث درآمد بیشتر هر خط تولید فیلم و کاهش هزینه در راه­اندازی خطوط جدید فیلم دمشی می­گردد.

استحکام مذاب بیشتر بسپارها، پایداری حباب (bubble) را در خطوط تولید فیلم دمشی افزایش می­دهد که باعث تسریع تولید آن می­گردد. هم­چنین این مزیت اجازه می­دهد تا ساختار رانشگر ساده­تر باشد و نیاز به پلی­اتیلن کم­چگالی (LDPE) را کم یا حذف کند.

هم­زمان، شرکت Nova سه بسپار درزبند با عملکرد عالی را برای ساختارهای فیلم چندلایه تولید کرده است: VPsK914، برای کاربردهای بسته­بندی، SPs919 برای بازار کیسه ­های کالاهای سنگین و SPs116 یک نوع چندکاره برای بسیاری از کاربردها.

تمام بسپارهای جدید خواصی نظیر آب­بندی و چسبناکی گرم (hot tack) که باعث بهبود عملکرد بسته ­بندی می­گردد، شفافیت زیاد به همراه کاهش مه­گونی (haze) و افزایش براقیت و تعادلی از سفتی و چقرمگی دارند که امکان بازطراحی ساختاری برای بهبود دوام و یکپارچگی بیشتر بسته ­بندی را فراهم می­کند.

 

مقاومت به گریس (روغن)

به غیر از این محصولات، شرکت Nova گروهی از فیلم­های HDPE با مقاومت زیاد در برابر روغن تولید کرده است که آن­ها را برای کاربردهای بسته­ بندی مواد غذایی مناسب می­سازد. به عنوان قسمتی از فرایند، این شرکت روش کمی برای اندازه­گیری مقدار تراوایی روغن پیشنهاد داده است.

شرکت در همایش Antec سال گذشته بیان کرد که تولید ساختارهای بسته ­بندی فیلم PE با قیمت مناسب و قابل بازیافت با خواص سدگری خوب در برابر روغن با استفاده از یک نوع یاریگر خاص امکان­پذیر است.

در بسته­ بندی­ های پلاستیکی مقاوم در برابر روغن معمولا از بسپارها با خواص عالی مانند EVOH استفاده می­شود، اما این بسپارها بازیافت را دشوارتر می­سازد. شرکت Nova شروع به مطالعه برای دستیابی به بسپار PE مقاوم در برابر روغن کرد و در بخشی از این پروژه روش اندازه­گیری جدیدی را ابداع کرد.

در آزمون­های فعلی عموما یک طرف فیلم در معرض روغن قرار می­گیرد و تحت شرایط کنترل شده­ای (معمولا در دمای زیاد) برای مدت زمان معین تا این­که روغن در طرف دیگر فیلم مشاهده شود، آزمایش می­شود.

در روش Nova، ابتدا زمان آزمون به 48 ساعت محدود شد. با این کار نیاز به دستکاری تجهیزات در زمان انجام آزمون حذف شد و از طرفی این مدت به قدر کافی طولانی بود تا فیلم­ها با مقاومت کم در برابر روغن جدا شوند. هم­چنین Nova فرایند عکس­برداری را (نسبت به روش شناسایی چشمی) برای ارزیابی مقدار تراوایی روغن به­کار می­برد.

برای این منظور، Nova از یک نرم­افزار رایانه­ای برای محاسبه سطحی که با روغن لک شده در مقایسه با ابزار چشمی استفاده می­کند. در این روش یک نمونه cm 20 در cm 20 از فیلم مورد آزمایش روی یک صفحه سوانگاری (کرموتوگرافی) لایه نازک (TLC) cm 10 در cm 20 قرار می­گیرد که سیلیکای آن حاوی یک آشکارساز فلورسنت است. سپس این دو به یکدیگر فشرده می­شوند و در  گرمخانه (آون) قرار می­گیرند. پس از آن، صفحه TLC عکس­برداری می­شود و با استفاده از نرم­افزار پردازش تصویر تجزیه و تحلیل می­گردد. روغن نور را در nm 254 جذب می­کند و به صورت نواحی تیره روی صفحه ظاهر می­شود. نواحی تیره­ی تصویر با کسر پیشرفت روغن مطابقت دارد.

شرکت Nova تعدادی از فیلم­های سه­لایه و نه­لایه را که حاوی بسپارهای قابل بازیافت و غیرقابل بازیافت شامل مواد بسیار سدگر رایج نظیر EVOH و بسپارهای HDPE و LLDPE شرکت با نام Surpass بود مورد آزمایش قرار داد. در این آزمایش مشاهده گردید که بعضی از ترکیب­بندی­هایی که فقط دارای پلی ­الفین­ ها بودند سدگری قابل مقایسه­ای نسبت به EVOHدر برابر روغن­ها داشتند و آن­هایی که HDPE داشتند اثری بسیار قوی نشان دادند. در واقع، بدون وجود HDPE در ساختار فیلم، مقدار تراوایی روغن بسیار زیاد است.

 

افزودن چقرمگی

شرکت Topas تعدادی از فیلم­های چندلایه با هم ­بسپار الفینی حلقوی (COC) را تولید کرده است که می­تواند چقرمگی، استحکام و سفتی را افزایش دهد.

بسپارهای COCدر انواع بسته ­بندی­ها شامل جمع­شو نرم، چنته­ های آسان بازشو (easy tear pouches)و سینی­ های گرماشکل­ داده صلب به­ کار می­رود.

این شرکت یک سِری آزمایش­ها برای مطالعه چگونگی دمای گذار شیشه­ای COC، اصلاح و نسبت دمش (blow-up) که عامل کلیدی تاثیرگذار در خواص فیلم دمشی فیلم­های بسته­بندی سه­لایه که عمدتا از پلی­اتیلن ساخته شده­اند، است طراحی کرد.

Paul Tatarka مقاله­ای در این زمینه در همایش Antec منتشر کرد که در آن اظهار داشت با تقسیم COC به داخل حداقل دو لایه از ساختارهای پنج­لایه، افزایش قابل توجهی در خواص، بدون تغییر درصد COC امکان­پذیر است.

در این مقاله طراحی آزمایش (DOE) برای بهینه­سازی فیلم برای یک کاربرد خاص استفاده نشده، بلکه برای نشان دادن چگونگی تاثیر COC بر خواص فیلم PE که در تمام محصولات بسته­بندی منعطف اهمیت دارد، استفاده شده است. برای مثال:

• زمانی­که یک لایه­ی مجزا از COC به فیلم PE اضافه می­شود، در خواص فیلم چه اتفاقی می­افتد؛
• آیا تغییرات در فیلم تحت تاثیر دمای گذار شیشه­ای COC است؛ و
• آیا رقیق کردن COC با PE مزیت استفاده از آن را در اولین مرحله به خطر می­اندازد.

مطالعات نشان می­دهد که افزودن یک یا چند لایه مجزا از COC اَریخت (amorphous) به فیلم دمشی پایه LLDPE ، مقدار مه­ گونی را کاهش می­دهد. هم­زمان، مقدار سفتی بیش از دوبرابر افزایش یافته و مقاومت پارگی تقویت می­شود.

 

پیشرفت­ها در ترکیب­ بندی

سخن­رانان در آخرین همایش فیلم­های پلی ­الفینی که توسط AMI برگزار شد، انواع جدید و پیشرفت­های فرایند را بیان کردند.

شرکت LyondellBasell اخیرا LDPE با نام Petrothene NA321 معرفی کرده است و شاخص ذوب زیاد 2 و هم­چنین پایداری حباب و خواص نوری بسیار زیاد و فرایندپذیری آسانی دارد.

این نوع جدید در یک واکنشگاه لوله ­ای ساخته می­شود، درحالی­که نوع قبلی آن با نام NA345 در واکنشگاه اتوکلاوی تولید می­شد. با این­که انواع تولید شده در اتوکلاو معمولا خواص نوری بهتری دارند، با این حال در بعضی از رانشگرهای فیلم دمشی با خوراک­دهنده شیاردار مشکلاتی در فراورش دارند.

کاربردهای مورد هدف برای این مواد جدید شامل بسته­بندی مواد غذایی (محصولاتی مانند کیسه­های نان) و دیگر فیلم­های مقاوم در برابر ضربه است.

طبق اظهارات شرکت، کارایی این مواد جدید در رانشگرها با خوراک­دهنده شیاردار با دیگر انواع اتوکلاو قبلی قابل مقایسه است. زمانی­که این نوع با 20% LLDPE بوتن­دار آمیخته می­شود، خواص آن مانند استحکام کششی افزایش می­یابد، اگر چه تعادل خواص نوری و پارگی ترکیب می­شود.

به­طور کلی، نوع جدید پیشنهادی مستعد افزایش برونداد (به علت کاهش قابل توجه در فشار رانشگر)، مستعد افت درجه­ بندی (downgrading) با افزایش مدول، تعادل بهتر پارگی و عملکرد پارگی در جهت عرضی (TD) و حساسیت کمتر خواص فیزیکی به آمیخته­کاری با LLDPE بوتن­دار است.

شرکت Dover Chemical می­گوید که انتخاب مناسب پایدارکننده (stabilisers) به غلبه بر مشکلاتی از قبیل روآیی (bloom) و کثیفی ریژه (دای) (plate-out) کمک می­کند. کثیفی ریژه در حین تولید می­تواند باعث تاخیر ­شود در حالی­که روآیی از بسپار پس از تولید باعث مشکلات کیفی می­گردد.

فسفات­های جامد که معمولا به عنوان پایدارکننده استفاده می­شوند، اغلب باعث این اثرات می­شوند و سه روش اصلی برای حل این مشکل وجود دارد: کاهش بارگذاری تا مقداری که سازگار گردد؛ جایگزینی با افزودنی­های سازگار و استفاده از فناوری ضدروآیی. اولین روش آسان­ترین روش است، اما باعث افت عملکرد می­گردد.

دومین روش، جایگزینی با فسفیت مایع با جرم مولکولی زیاد مانند LGP11 است که سازگاری بهتری با بسپار دارد. سازگاری این ماده در حین تولید فیلم تخت (cast film) را می­توان با یک آسیای دوغلتکی (two-roll mill) آزمایشگاهی شبیه­سازی کرد. مقداری رنگدانه قرمز به ترکیب­ بندی ­ها اضافه می­شود و اگر افزودنی مهاجرت کند به غلتک می­چسبد. بسپار LLDPE بدون افزودنی مستقیم فرایند می­شود و مقدار رنگدانه­ای که اضافه می­شود متناسب با مقدار کثیفی ریژه خواهد بود. یکی از راه­های افزایش بارگذاری LGP11، استفاده از رباینده (scavenger) اسید معدنی مانند ZnO و DHT4V است.

سومین روش، استفاده از افزودنی ضدروآیی است که نقطه ذوب (و پتانسیل بلورینگی) پایدارکننده فسفیتی مانند SP2 را کاهش می­دهد.

حذف پدیده کثیفی ریژه و روآیی مزایایی دارد که در زمانی­که مقدار فسفیت بیشتر است باعث کاهش نیاز به تمیزکاری و افزایش ایمنی و کارکرد دستگاه در سرعت و دمای بیشتر می­گردد.

 

(ادامه دارد …)

 

متن کامل این مقاله را در شماره 189ام ماهنامه بسپار که در نیمه خرداد ماه منتشر شده است بخوانید. 

 

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد .تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.