اختصاصی بسپار/ نوآوری در الیاف طبیعی و پرکننده‌ها
بسپار/ایران پلیمر بسپارهای تقویت شده و عامل‌‌دار با مواد پایه زیستی محبوبیت بیشتری یافته‌‌اند. در این مقاله افزودنی‌‌های افزایش‌‌دهنده عملکرد بر پایه لیگنین، کنف، سلولز و سایر محصولات طبیعی گزارش شده است.
—————-
الیاف و ذرات حاصل از چوب و محصولات جانبی گیاهی و محصولات کشاورزی و هم‌‌چنین پسماند آن‌ها، از دیرباز به عنوان پرکننده و تقویت‌کننده در آمیزه‌‌های گرمانرم‌‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند. آن‌ها اغلب چندسازه‌های چوب-پلاستیک یا چندسازه‌های الیاف طبیعی نامیده می‌شوند و در حال حاضر آن‌ها را زیست‌‌چندسازه نیز می‌نامند. تلاش امروزی برای کاهش ردپای کربن محصول با استفاده از مواد با منابع تجدیدپذیر، باعث توسعه بیشتر این الیاف و پرکننده‌های طبیعی شده‌است.
به عنوان مثال، شرکت خودروسازی Ford برای چندین دهه، تحقیقاتی را روی پرکننده‌های طبیعی برای پلاستیک‌‌های خودرو انجام داده و پروژه‌های متعددی را تجاری‌سازی کردهاست. آخرین پروژه تحقیقاتی مهندسان فورد، پروژهCOMPOlive است که مواد پسماند را از باغ‌های زیتون در اندلس، اسپانیا تامین میکند. آمیزه‌‌ای از 40 درصد الیاف درخت زیتون و 60 درصد پلی‌پروپیلن بازیافت شده برای قالب تزریقی زیرپایی Ford Focus استفاده شد که با توجه به گزارش‌ها پس از بهینه‌سازی به خوبی کار می‌کرد (شکل 1).
شکل 1: به عنوان بخشی از پروژه تحقیقاتی COMPOlive، آمیزه‌‌ای از 40 درصد الیاف درخت زیتون و 60 درصد پلی‌پروپیلن بازیافت شده برای قالب تزریق زیرپایی Ford Focus استفاده شد.
شرکت آمریکایی Heartland Industries، شروع به تولید مقادیر تجاری محصول جدید Imperium خود کردهاست که شامل یک افزودنی مهندسی شده از الیاف کنف و بدون افزودنی کربنی می‌‌باشد تا ردپای کربن از گرمانرم‌‌ها و سایر مواد کاهش دهد. اولین مرکز تولید در مقیاس صنعتی این شرکت در حال حاضر در میشیگان واقع شده‌است و اولین برداشت کنف در مقیاس بزرگ در سال 2023 آغاز شد.
شرکت Heartland Industries، تقریبا 5 میلیون پوند پرکننده Imperium را برای انجام قراردادهای تجاری برای سال 2025 تولید کرد. این شرکت در حال برنامهریزی سریع افزایش مقیاس اولین کارخانه خود است که در سال 2023 این شرکت برای 2100 هکتار زمین کشاورزی کنف با کشاورزان قرارداد بسته بود و در سال 2024 انتظار برداشت 14000 هکتار در چهار ایالت میشیگان، اوهایو، تنسی و ایلینوی را داشت. بنا به گفته مدیر ارشد بازاریابی، این شرکت در حال برنامهریزی برای فراورش مضاعف جهت تولید مستربچ کنفی از مواد برداشت شده‌است. راهبرد تامین منابع تمام کنف در فاصله 150 مایلی از محل تولید می‌تواند مزایای عملیاتی قابل توجهی داشته باشد و به ساده‌‌سازی زنجیره تامین، کاهش هزینه‌ها کمک کند.
در حالی که این شرکت در ابتدا این افزودنی را به شکل پودر تولید می‌کرد، در حال حاضر Imperium عمدتا به شکل دانه مستربچ حاوی مقادیر زیاد الیاف (تقریبا 98 درصد الیاف کنف) را عرضه میکند. گفته می‌شود که این الیاف در آزمایش با مواد پلی‌پروپیلن و پلی‌اتیلن پرچگالی عملکرد مناسبی داشتند و آزمایش روی بسپارهای دیگر مانند پلی‌وینیل کلرید و پلیآمیدها در حال انجام است که می‌توانند در کاربردهای خودروسازی یا ساختمانی و ساخت و ساز استفاده شوند. نتایج اولیه در بسپارهای مقاوم در دمای بالاتر (مانند پلیآمیدها) بسیار امیدوارکننده بوده‌است. یک چالش رایج با محصولات طبیعی این است که نسبت به محصولات مصنوعی سازگاری کمتری دارند. با این حال، شرکتHeartland روش‌های اختصاصی را با موفقیت توسعه داده‌است تا افزودنی این شرکت سازگاری مناسبی داشته باشد.
چالش‌ها
تمرکز اولیه شرکتHeartland تامین‌‌کنندگان خودرو بود. وسایل نقلیه از بسپارهای مختلف با خواص مختلف مانند رسانایی یا مقاومت گرمایی یا شیمیایی استفاده می‌کنند، بنابراین فرمول‌های مختلفی بررسی شده‌است که می‌توانند این نیازها را برآورده کنند. امروزه، علاوه‌‌بر توسعه این آمیزه‌‌ها برای قطعات خودرو، این مواد در تولید مواردی مانند بسته‌بندی صنعتی به خوبی عمل می‌کنند، که بازارهای بیشتری را برای بسپارهای با درصد کربن پایین‌تر باز میکند.
یکی از بنیانگذاران و مدیر عملیات شرکت Insight Polymers & Compounding مستقر در تنسی، علاقه روزافزون به الیاف و پرکننده‌های طبیعی را وسیله‌ای برای افزایش محتوای زیستی در قطعات پلاستیکی برای طیف گسترده‌ای از کاربردها، از کارد و چنگال یک‌‌بار مصرف از جنس پلی‌لاکتیک اسید (PLA) گرفته تا قطعات داخلی خودرو می‌داند. آمیزه‌‌ساز سفارشی با انواع بسیاری از پرکننده‌ها و الیاف در انواع بسپارهای مختلف کار میکند.
برگردان: مهندس هلیا حیدری نسب
[email protected]
