کاربرد روزافزون جایگزین های طبیعی در صنعت پلیمر
بسپار/ ایران پلیمر در حال حاضر، در طیف وسیعی از کاربردهایی نهایی از الیاف طبیعی گرفته شده از منابع مختلف استفاده میشود تا تقویت و سایر ویژگیهای عملکردی را ایجاد کند. در این مقاله به برخی از این موارد اشاره شده است.
امروزه آمیزهسازان برای دستیابی به اهداف زیست محیطی و تقاضای مصرفکنندگان نهایی برای مواد ماندگارتر (sustainable) و همچنین کمک به دستیابی به الزامات نظارتی و اهداف بازیافتی در اقتصاد چرخشی، به طور فزایندهای از الیاف طبیعی در فرمولبندی های خود استفاده میکنند.
تجربه و تخصص برای کنترل و مخلوط کردن الیاف طبیعی به سرعت در حال بهبود است. در نتیجه، بازار چندسازه های زیستی (biocomposites)، پلاستیکهای حاوی الیاف طبیعی و یا نانوالیاف به عنوان تقویتکننده، مدام در حال رشد است.
سازمان تحقیقاتی مستقر در نروژ، RISE PFI، مشاهداتی در زمینه های در حال گسترش کاربردهای متنوع، شامل قطعات داخلی خودرو، ساختمان سازی و مبلمان را گزارش داد. این آمیزهها بیشتر برای قالبگیری تزریقی ساخته میشوند، اما پیشرفت های قابل توجهی در چاپ سه بعدی به روش لایه نشانی رایانشی (fused deposition modelling)، وجود دارد. نمونه ای از این توسعه در شکل 1 نشان داده شده است.
چندسازه های زیستی تقویت شده با الیاف، مستحک متر از پلاستیک های تقویت نشده هستند. شاید آنها بسته به نوع الیاف مورد استفاده بسیار ارزانتر باشند و همچنین عامل محیط زیستی وجود دارد که نیرو محرکهی توسعهی آنها است. کاهش پلاستیک در محصولات حاوی الیاف طبیعی، میتواند برای محیط زیست مفید باشد. اگرچه این بسیار وابسته به نوع کاربرد است. برای کاربردهای طولانی مدت مانند قطعات خودرو، ساخت و ساز و مبلمان، این مواد کاملا گزینهای مناسب است. اگرچه بازیافت چندسازه های زیستی موضوعی است که هنوز نیاز به توجه بیشتری دارد.
تعدادی از مسائل فنی در مورد فرمولبندی، وجود دارد که نشان میدهد سازگاری الیاف با بعضی از بسترهای بسپاری مخصوصا در مورد بعضی از پلاستیکهای زیستی مانند پلی لاکتیک اسید (PLA) پوسیدنی (compostable) هنوز چالش برانگیز است. به علاوه، سازگاری سطح مشترک بین الیاف و بستر ممکن است جذب آب مواد یا محصولات را تحت تاثیر بگذارد.
الیاف طبیعی تمایل به جذب آب دارند و رطوبت را جذب میکنند. برای کاربردهای چندسازه های زیستی ساختاردار، این ویژگی یک عیب محسوب میشود، چون این مواد ممکن است پایداری ابعادی محدودی داشته باشند. همچنین جذب آب وابسته به بستر مورد استفاده نیز میباشد، برای مثال پلی اتیلن با چگالی زیاد نسبت به پلی لاکتیک اسید و پلی پروپیلن (PP) جذب آب کمتری دارد. اصلاح سطحی الیاف طبیعی، برای بسترهای بسپاری خاصی، طراحی میشوند، برای مثال پلی لاکتیک اسید هنوز یک زمینه برای تحقیق و توسعه است. این اصلاح سطحی میتواند شامل روشهای شیمیایی و زیست فناوری باشد که با توجه به قیمت و عملکرد زیست محیطی تغییر میکند.
دیگر زمینه های فنی جالب، شامل آمیزه سازی به روشی مناسب برای حفظ طول الیاف و بهبود توزیع فضایی الیاف در بستر بسپار است. همچنین با کاهش کسر پلاستیک، نقش الیاف برای بهبود خواص مکانیکی محصول نهایی مهم میشود. الیاف طبیعی مستحکم هستند و برای ایجاد استحکام توسط الیاف در بستر بسپار، ضروری است که الیاف طول و ضریب منظر خود را حفظ کنند. در آمیزه سازی با بعضی از رانشگرها (اکسترودرها)، طول الیاف به طور قابل توجهی تحت تاثیر قرار میگیرد و بیش از حد (بیش از 2 میلیمتر تا کمتر از 400 میکرون برای الیاف چوب) کوتاه میشود. استحکام مکانیکی چندسازه های زیستی، وقتی الیاف با فرایند رانشگری کوتاه میشوند، هنوز زیاد است. اگرچه این میتواند با حفظ طول الیاف حتی بیشتر نیز باشد. صنعت این محدودیت را درک کرده است و رانشگرهای جدید درصورتی مطلوب تعریف میشوند که پراکنش خوب الیاف در بستر بسپار را بدون کوتاه کردن یا تخریب الیاف فراهم کنند. این مسئله برای تولیدکنندگان چندسازه های زیستی مهم است.
فرایند کردن الیاف
کنترل الیاف طبیعی در فرایند آمیزه سازی به شدت به نوع آمیزه ساز وابسته است. در مورد الیاف چوب مهم است که الیاف به درستی دانهای شوند و الیافی که چگالی دانه خوب دارند به رانشگر خوراکدهی شوند. اگرچه این موضوع وابسته به نوع سامانه آمیزهسازی است. برای بعضی آمیزه سازان، ممکن است که داشتن دانه های الیاف پرزدار (fluffy) مزیت باشد، در حالی که برای دیگر سامانه ها ضروری است که دانههای الیاف برای داشتن چگالی بیشتر، کاملا فشرده باشند. همین مورد دربارهی مقدار رطوبت الیاف نیز صدق میکند که باید به طور متفاوت با آمیزه سازهای مختلف دارای واحد گاززدایی یا بدون واحد گاززدایی کنترل شود. عامل دیگر، روش تجهیزات برای دانه سازی آمیزه است.
شرکتRISE PFI با همکاری شرکت Norske Skog تولیدکننده الیاف چوب و کاغذ، کارهایی برای کشف پتانسیل الیاف خمیر چوب مخصوصا خمیر گرمایی- مکانیکی (TMP) انجام داده است که برای فرایندهای آمیزه سازی استفاده میشود. یکی از زمینههای کلیدی مورد توجه، چسبندگی بین سطحی بین الیاف و پلاستیک و اصلاح الیاف برای کاهش جذب آب است. شرکتRISE PFI در همکاری با دیگر گروه های اروپایی، روشی سازگار و دوستدار محیط زیست برای اصلاح الیاف خمیر چوب و افزایش چسبندگی بین سطحی با بستر بسپار، برای مثال پلی اتیلن و پلی لاکتیک اسید و نیز کاهش جذب آب چندسازه های زیستی را توسعه داده است. این، فرایندی با پتانسیل اجرای صنعتی است. این محصولات میتوانند الیاف اصلاح شده برای آمیزه سازی یا حتی آمیزه های با پتانسیل اقتصادی، باشند.
برگردان : مهندس مهسا امیرشاهرخی
(ادامه دارد…)
متن کامل این مقاله را در شماره 209 ماهنامه بسپار که در نیمه اسفند 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 سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق فیدیبو قابل دسترسی است.
