کمک فرآیندها پایه زیستی می شوند

بسپار/ ایران پلیمر کمبود مواد اولیه اخیر، برخی از تولیدکنندگان موم (واکس) را به دنبال جایگزین ­ها­ و معرفی گزینه­ های پایه زیستی و بهبود عملکرد واداشته است. در مقاله حاضر، پیشرفت ­ها در این زمینه آورده شده است.

موم­ های خاص، جزء اصلی آمیزه­ کاری پلاستیک­ها هستند که هم برای بهبود خواصی از قبیل جریان­ پذیری و براقیت (Gloss) و هم برای بهبود پراکنش رنگدانه­ ها و سایر افزودنی­ ها، استفاده می­شوند. گونه­ های متعددی از این موم­­ ها در دسترس هستند و بیشتر از مواد خام پایه فسیلی (معمولا نفت برای موم­ های بسپاری با جرم مولکولی کم و زغال سنگ قهوه­ای (Lignite) برای موم­های سخت معدنی (Montan Wax)) مشتق می­شوند. با قدمتی طولانی و موفق، این محصولات نقشی حیاتی را در جعبه ابزار (Toolbox) آمیزه­ کارها ایفا می­کنند؛ اما تولیدکنندگان هم­چنان به دنبال دلایل مختلفی برای تامین سلامت محیط زیست و یافتن جایگزین­ هایی هستند.

تولید محصولاتِ سنتیِ موم معدنی، بر اساس استخراج حلال از لیگنیت می­باشد. ذخایر قابل دوام لیگنیت به ­طور تجاری تنها در چند مکان شامل آلمان در اروپا، کالیفرنیا در ایالات متحده وYunnan  و Jilin در چین وجود دارد. کمبود جهانی مواد خام موجود در ابتدای این دهه، موجب شروع پژوهشی برای یافتن جایگزین شده است که تاکنون بعضی از آن­ها وارد بازار شده ­اند.

شرکت آلمانی Völpker Spezialprodukte یکی از تولیدکننده ­های پیشتاز موم ­های معدنی است که محصولات خود را تحت نام تجاریWaradur می­فروشد. این شرکت حدود سه سال پیش، زمانی­که تجارت موم­ های معدنی شرکت BASF را به ­دست آورد، عرضه­ ی خود را افزایش داد. شرکت اظهار داشت به دلیل خواص ویژه این مواد، موم­ های معدنی برای دهه­ ها به عنوان افزودنی­های چندعاملی در صنعت پلاستیک، خیلی با ارزش شده­ اند. این مواد به عنوان کاهنده­ های گرانروی بسیار کارا (بهبوددهنده­ های جریان)، عوامل رهاساز قالب و کمک پاشنده­ ها پراکنش­ها (Dispersing aids) برای رنگدانه ­ها و سایر افزودنی­ها، عمل می­کنند. موم­ های اسیدی و استری معدنی در PVC، پلی ­آمیدها (PA)، پلی­کربنات (PC)، پلی­یورتان­های گرمانرم (TPU) و استایرن ­مالئیک انیدرید (SMA) استفاده می­شوند.  

استفاده از مشتقات موم معدنی در فراورش پلاستیک­های مهندسی ارجحیت دارد، زیرا مزیت­های آن­ها می­تواند سبب برتری در فرآیند PVC شود؛ به ویژه در جایی­که محصول نهایی باکیفیت مورد تقاضا است. برای مثال، از لحاظ شیمیایی این مواد شبیه به استرهای اسید چرب هستند؛ اما از زنجیر­های کربنی بسیار طولانی­تری برخوردارند؛ در نتیجه، استرهای معدنی فراریت (Volatility) کمتری نشان می­دهند و این همراه با سازگاری بسیار خوب آن­ها با PVC، بدان معناست که آن­ها تمایل کمتری به رسش (مهاجرت) از خود نشان می­دهند. حتی در آهنگ­های افزودن بیشتر در کاربردهای PVC نیز، این مواد تمایل بسیار کمی به تشکیل روکشی بر قطعه­ ی نهایی دارند.

رهاسازی و جریان­یافتگی

در PVC، عمدتا موم­های معدنی به علت ایجاد روان­کنندگی خارجی به عنوان عوامل رهاساز عمل می­کنند؛ هم­چنین، آن­ها کیفیت و صافی سطح را بهبود می­بخشند و محصول نهایی با براقیت عالی را فراهم می­کنند. استرهای مونتانیک (Montanic Esters) در قالب­گیری تزریقی و دیگر کاربردها جایی­که شارش مذابِ خوب نیاز است، استفاده می­شوند؛ هم­چنین آن­ها گرانروی مذاب را کاهش می­دهند (روان­کننده داخلی). در رانشگری (اکستروژن) کابل با سرعت زیاد، این مواد خواص روان­کنندگی سودمندی را به ویژه در نوک ماردان نشان می­دهند.

گونه­ ی OP Waradur شرکت Völpker نسبت به E Waradur، تاثیر روان­کنندگی خارجی نسبتا کمتری دارد؛ از سویی دیگر، گرانروی مذاب را کمی بیشتر کاهش می­دهد که در نتیجه فشارهای رانشگری را می­کاهد (جدول 1).

[EasyDNNGallery|10978|Width|900|Height|900|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

موم­ های معدنی به ویژه در PVC جایی­که تاثیر آن­ها بر گرانروی مذاب خیلی بیشتر از منواستئارات­های گلیسرول و استرهای کمپلکس است، سودمند هستند (شکل 1). این مزیت عملکرد به ویژه در کاربردهایی که نیروهای برشی بیشتر رخ می­دهد، جالب توجه است؛ برای مثال در قالب­گیری تزریقی یا هم­رانشگری پروفیل­های پنجره.

[EasyDNNGallery|10979|Width|800|Height|800|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل 1: تاثیر موم­های مختلف بر گرانروی مذاب PVC.

در طول رانشگری پروفیل­های پنجره PVC، موم­های معدنی براقیت را بهبود می­بخشند (شکل 2) و هم­چنین اگر این مواد تا اندازه­ای جایگزین روان­کننده­های خارجی از قبیل پارافین­های Fischer-Tropsch یا موم­­ها PE شوند، می­توانند مشکلاتی از قبیل تق تق کردن (Chattering) یا لق بودن پروفیل (Juddering) را برطرف کنند. این اثر به کاهش گرانروی مذاب بسپار مربوط می­شود. از این طریق، جمع­شدگی محصول رانشگری شده در طول درجه­بندی بهبود یافته است.

[EasyDNNGallery|10980|Width|800|Height|800|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل 2: تاثیر موم­­های مختلف بر براقیت PVC.

مزیت دیگر موم­های معدنی، نقطه­ی ذوب نسبتا زیاد آن­هاست؛ این بدان معناست که آن­ها نقطه­ی نرمی Vicat را در کاربردهایی مثل قالب­گیری تزریقی PVC بسیار کمتر از استرهای اسید چرب رایج، که نقطه ذوب به مراتب کم­تری دارند، کاهش می­دهند (شکل 3).

[EasyDNNGallery|10981|Width|800|Height|800|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل 3: تاثیر موم­های مختلف بر دمای نرمی وایکات PVC.

محصولات به تازگی تجدید شده

شرکت Velox توزیع­ کننده­ ی انحصاری موم­ های شرکت Völpkerبرای کاربردهای پلاستیک ­ها در کشورهای مختلف اروپایی می­باشد که عرضه­ی نه تنها موم­های معدنی بلکه گونه­ های دیگر را نیز بر عهده دارد. محصول جدید Voelker Wax 4418 یک استر آلی بر پایه­ ی موم­های گیاهی تجدیدپذیر (renewable) است و به طور بهینه­ای ویژگی­های یک افزودنی پلاستیک­های چندمنظوره­ از مواد خام پایه زیستی را دارد. این امر باعث می­شود که این گونه برای استفاده در بسپارهای گرمانرم مشتق­شده از منابع تجدیدپذیر مناسب باشد. شرکت Velox می­گوید که Voelker Wax 4418 شامل زنجیرهای بلندِ اسیدهایِ چربِ طبیعیِ اصلاح­شده است. این­ها عمدتا از اسیدها و الکل­ها در بازه­ی کربنی 30-26 مشتق می­شوند.

شرکت متخصص مواد شیمیایی Clariant، دیگر تامین­کننده­ی پیشتاز موم­ها برای بهبود فرآیندپذیری پلاستیک­های مهندسی و مصرفی است که گونه­های متعددی را ارایه می­کند. این­ها شامل موم­های معدنی، پلی­ الفین­ های قطبی و غیرقطبی با جرم مولکولی­ کم و متوسط (که به یاریگری (کاتالیز) متالوسن بسپارش شده) و موم ­­های آمیدی است. نام­های تجاری محصولات این شرکت عبارتند از Licowax، Licolub، Licocene و Licomont.

در اوایل سال جاری، شرکت Clariant خانواده­ای از موم­­ها با کارایی عالی بر پایه­ی یک ماده­ی تغذیه­شونده­ی اولیه (Feedstock) تجدیدپذیر که برای استفاده­ی احتمالی به عنوان جایگزینی برای موم­های معدنی در نظر گرفته شده­اند، معرفی کرد. افزودنی­های چندمنظوره­ی Licocare RBW بر پایه­ی موم سبوس برنج خام (Crude rice bran) می­باشد. این ماده، محصول جانبی فرآیند تولید روغن سبوس برنج است که با زنجیره­ی تامین مواد غذایی رقابت نمی­کند و در مقادیر زیادی موجود می­باشد. استفاده و ارتقاء جزءِ غیر خوراکیِ روغن بدان معناست که این ماده به طور کامل می­تواند مورد استفاده قرار بگیرد. کاربردهای اصلی Licocare RBW شامل اپوکسی­ها و گرمانرم­های مهندسی می­شود.

آزمون­های کاربردی انجام­شده توسط شرکت Clariant نشان می­دهد که محلول­های Licocare RBW می­توانند به سطوح عملکردی بیشتری در مقایسه با دیگر محلول­های موجود در بازار برسند. طبق گفته­ی شرکت، دو گونه برای کاربرد در گرمانرم­ها (Licocare RBW 300 TP و Licocare RBW 102 TP) هدف­گذاری شده­اند تا نیازهای مبرمی که توسط صنایع حمل و نقل، برق و الکترونیک تعیین شده­اند را برآورده کنند.

Clariant محصولات Licocare RBW برای پلاستیک­ها را در بازار ژاپن معرفی کرده است. شرکت اظهار داشت بازار پلاستیک­ های بسیار خلاقانه ژاپن، همراه با نقش­آفرینان زیاد در حوزه­ی گرمانرم­های مهندسی و اجزاء قالب­گیری شده از اپوکسی، عرصه­ی کاملی برای ارایه­ی راه­حل­های جدید است. شرکت برنامه­ریزی کرده است که در آینده، گونه­هایی را در دیگر مناطق انتخاب­شده به بازار معرفی کند. این محصولات اواخر آوریل 2018 در بازار چین در نمایشگاه Chinaplas شانگهای عرضه شده است.

Licocare RBW 300 TP یک گونه موم است که به­ طور جزئی صابونی­شده (Partially saponified) و Licocare RBW 102 TP گونه­ای موم با قطبیت متوسط است. هر دو گونه­ی Licocare روان­کننده­های داخلی و خارجی بسیار کارایی هستند. هم­چنین، آن­ها پراکنش پرکننده­ ها و رنگدانه­ ها در غلظت کم را بهبود می­بخشند، شارش مذاب را ارتقا می­دهند، مقدار نیروی لازم برای رهایش قطعات از قالب ­ها را می­کاهند و یکنواختی بیشتری در توزیع افزودنی­ ها تضمین می­دهند.

به دلیل پایداری گرمایی عالی، فراریت بسیار کم و جزء فلزی ناچیز، این مواد پایداری فرآیندی عالی در دماهای زیاد ارایه می­دهند. Licocare RBW، انعطاف­پذیری در شکل­دهی، خواص مکانیکی و سطح نهایی را بهبود می­دهد. این امر موجب کاهش نرخ رد شدن (Rejection rate) و چنده‏گذاری (dosage) کاراتر می­شود.

محصولات بر پایه مواد زیستی

برگردان: شهاب استاد حسین آهنگر

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره 191ام ماهنامه بسپار که در نیمه تیرماه 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.