آخرین پیشرفت ها در مواد با خاصیت سدگری
بسپار/ ایران پلیمر تحقیق برای درک اصول رفتار مواد با خاصیت سدگری (barrier) همچنان برای ارایه بینشهای تازه و تولید مواد جدید ادامه دارد. در این مقاله، جدیدترین پیشرفتهای مواد سدگر آورده شده است. سدگری گاز یک خاصیت کلیدی ماده است که شامل برهمکنش فیزیکی و شیمیایی پیچیده است و ممکن است به همین دلیل باشد که هنوز تعداد تحقیقهای بنیادی زیادی در این زمینه ادامه دارد.
محققان در دانشگاه ایالت کارولینای شمالی آمریکا ریختشناسی (مورفولوژی) مجموعه لایه به لایه (LBL) تشکیل شده از ذرات رس و بسپارهای برق کاف (polyelectrolyte) را مطالعه کردهاند. ذرات رس، مونتموریلونیت (MMT، نام نوعی رس) بودند، در حالیکه دو بسپار برقکاف PEI و PET سولفونه شده (PETi نامیده شده) بودند.
نهشت لایه به لایه عمدتا با غوطه وری متناوب زیرلایه (substrate) در محلولهایی با بارهای مخالف انجام میشود که میتواند منجر به فیلمهای چندلایه با ضخامت چند نانومتر (nm) شود.
نمونه هایی که با این نوع از پوششها روی پلیاستایرن تهیه میشوند، تراوایی (permeability) کم در مقابل گازهایی همچون اکسیژن نشان میدهند. آزمون با استفاده از روشهایی مثل میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، پراشسنجی پرتو ایکس، در کمتر از محدوده مشخصی از غلظت MMT در آب یونزدوده (deionized)، افزایش مقدار میانافزوده (intercalation) و جهت یافتگی برهم نهشته چندلایه را نشان میداد. درحالیکه در بیش از این غلظت، بهبود خاصی در سدگری گاز چندلایه برهم نهشته دیده نمیشد.
مقایسه مجموعه لایه به لایه شکل گرفته از دو بسپار برقکاف نشان داد آنهایی که از بسپار PEI هستند، جهتگیری بهتر و سطوح منظمی دارند که ممکن است به دلیل برهمکنشهای قابل توجه PEI با سطوح پولکیهای (platelets) رس نسبت به PETi باشد.
همچنین جادادن پوشش LBL بین 2 لایه از فیلمهای بسپار میتواند پوشش بسیار سدگر را از رشد نقصهایی که ممکن است در اثر تنشهای سایشی (abrasive) خارجی ایجاد شود، محافظتکند.
مقاومت به گریس (روغن)
شرکت Nova Chemical خانوادهای از فیلمهای HDPE بسیار مقاوم در برابر روغن تولید کرده است که آنها را متناسب کاربردهای بستهبندی موادغذایی ساخته است. به عنوان قسمتی از فرایند این شرکت یک روش نیمه کمی برای اندازهگیری مقدار تراوایی چربی یا روغن ابداع کرده است.
به گفته شرکت درحال حاضر امکان توسعه ساختارهای بستهبندی فیلم PE قابل بازیافت و مقرونبهصرفه با عملکرد سدگری خوب در برابر روغن با استفاده از بسپار PE که با یاریگر تکموضعه (single site catalyst) بسپارش شده وجود دارد.
در بستهبندی های پلاستیکی مقاوم در برابر روغن معمولا از بسپارهای با خواص عالی مثل EVOH استفاده میشود. اما این بسپارها بازیافت را دشوارتر میسازد.. شرکت Nova شروع به مطالعه برای دستیابی به بسپارهای PE مقاوم در برابر روغن کرده است و در بخشی از این پروژه روش اندازهگیری جدیدی را ابداع کرده است.
Nova تعدادی از فیلمهای سهلایه و نهلایه از بسپارهای قابل بازیافت و غیرقابل بازیافت شامل مواد بسیار سدگر نظیر EVOH و همچنین بسپارهای HDPE و LLDPE را آزمایش کرد.
این یافتهها نشان داد برخی از ترکیببندیهایی که فقط دارای پلیالفینها بودند سدگری قابل مقایسهای با EVOH داشتند و آنهایی که دارای HDPE بودند اثری بسیار قوی نشان دادند.
حفاظت EVOH
شرکت آمریکایی A. Schulman اظهار داشت ساختارهای چندلایه سدگر میتوانند سادهتر شوند درصورتی که EVOH (لایه سدگر اکسیژن) با روش متفاوتی محافظت شود.
EVOH (اتیلنوینیل الکل) به علت سدگری خوب اکسیژن، معمولا در ساختارهای سدگر استفاده میشود. با این حال حساسیت به رطوبت آن باعث میشود معمولا در یک ساختار چند لایه از خودش محافظت شود که این موضوع ساختن فیلم را پیچیدهتر میکند.
به جای انجام این کار که معمولا به معنی ساختن حداقل ساختار 5 لایه است، شرکت پیشنهاد کرد که EVOH را با آمیخته بسپاری دیگر محافظت کند. آمیختهکاری بسپار با بسپار بسیار سدگر دیگر، روشی سنتی برای بهبود خاصیت سدگری گاز یک بسپار است.
این روش با روشهای قبلی متفاوت است. شرکت از یک فرایند پیشآمیزهکاری استفاده کرد تا اطمینان حاصل کند که ریختشناسی چندلایه بعد از اینکه بسپار در داخل فیلمهای نازک رانشگری (اکسترود) میشود، شکل میگیرد. این به دلیل انتخاب آمیزه های بسپار (در این مورد EVOH و یک پلی الفین بسیار قابل پراکنش با سازگاری مناسب و گرانروی یکسان) است که تضمین میکند که آنها وقتی رانشگری میشوند، با هم پیوند تشکیل میدهند.
یک ترکیب بهنام B24 خواص سدگری مشابه با فیلم های چندلایه میدهد (شکل 1). این فیلم بهراحتی میتواند داخل فیلم های چندلایه دیگر جاسازی شود.
[EasyDNNGallery|10393|Width|800|Height|800|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]
شکل 1: تصویر AFM آمیخته B24 رانشگری شده (چپ) که ساختار مشابه با فیلم چندلایه رایج دارد (سمت راست)
عملکرد سدگری
فیلم سدگر به طور رایج برای بستهبندی مواد غذایی تولید شده است، اما همچنین میتواند در فیلمهای کشاورزی برای حفظ گونههایی مثل سمدود (fumigant، ماده‌ای جامد یا مایع که از بخار آن برای از بین بردن آفت‌ها استفاده میشود) و مواد شیمیایی دیگر استفاده شود.
شرکت Kuraray در همایش فیلمهای کشاورزی گفت که چگونه خواص سدگری برای فیلم کاملا ناتراوا (TIF،total impermeable film) حیاتی است و این فیلمها با اطمینان از اینکه بعد از چندهزنی (dosing) به محیط زیست وارد نمیشوند، کمک میکنند استفاده از سمدود کاهش پیدا کند. برای مثال، متیل برومید به عنوان سمدود استفاده میشود (شکل 2)، اما توانایی ازونکاهی (ozone-depleting) گاهی استفاده از آن را محدود میکند.
شرکت یک ساختار TIF هفت لایه شامل یک لایه میانی EVOH ارایه کرده است. برای دستیابی به خواص مکانیکی خوب باید لایه EVOH کمتر از 10 درصد کل ساختار باشد. برای مثال، آزمایشهای انجام شده توسط دانشگاه کالیفرنیا نشان داد که فیلم TIF کمک میکند تا مقدار نگهداری (retention) خاک متیل یدید را در حدود ppm 2000 پس از 180 ساعت، نگه دارد، این درحالی است که برای فیلم LDPE بعد از یک دوره مشابه ppm 100 بود.
به همین ترتیب فیلمهای بسیار سدگر میتوانند برای بهبود عملکرد فیلم علوفهپیچی (silage) (جلوگیری از تخریب مواد غذایی مثل ذرت مرطوب) استفاده شوند. همچنین میتواند از کپک (mould)، آلودگی به حشرات (infestation) و از دست دادن عطر محصولاتی نظیر غلات (grains) جلوگیری کند.
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 190ام 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.
