اختصاصی بسپار/ بهبود زیست‌پایداری و قابلیت بازیافت در فراورش فیلم با مستربچ‌هایی که حفره ایجاد می‌کنند

بسپار/ایران پلیمر افزودنی‌‌هاي جديد، در فیلم در حین آرایش‌یافتگی حفره‌های هوا ایجاد می‌کند و مقدار بسپار مورد نیاز را ضمن افزایش میزان کدری، خواص مکانیکی و قابلیت بازیافت، می‌کاهد.
فناوری افزودنی جدید به فرایندکنندگان فیلم این امکان را می‌دهد که از پلاستیک کم‌تری استفاده کنند و قابلیت بازیافت را با ایجاد حفره‌های هوا یا حفره‌هایی در مقیاس نانو در فیلم افزایش دهند، حفره‌ها زمانی ایجاد می‌شوند که فیلم از طریق دستگاه یا تجهیزات جهت‌گیری دو محوره کشیده می‌شوند. جهت فیلم بسیار مهم است زیرا افزودنی‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که از بسپار در حین کشش جدا شوند تا این حفرات در مصرف مواد صرفه‌جویی ایجاد کنند. فرایندکنندگانی که از این فناوری استفاده می‌کنند، می‌توانند انتظار داشته باشند که بین حفره‌زایی و جهت‌گیری، مصرف بسپار خود را تا یک سوم کاهش دهند.
شرکت VOID Technologies، توسعه دهنده ی افزودنی VO+، که به صورت مستربچ دانه‌ای در دسترس است، می‌گوید، این فناوری توسط Kimberly-Clark به عنوان بخشی از یک نواوری پژوهشی برای ترویج کاربردهای زیست‌پایداری بسپار ایجاد شد. در سال 2015، شرکت VOID به عنوان یک شرکت مستقل با هدف گسترش فناوری در مقیاس آزمایشگاهی به یک محصول تجاری راه اندازی شد. این شرکت امروزه دارای یک آزمایشگاه تحقیق و توسعه به مساحت ft225000 و تاسیسات تولیدی در آمریکا است که مجهز به رانشگرهای دو ماردان همسوگرد در مقیاس آزمایشگاهی و تجاری برای بخش تحقیق و توسعه و تولید و یک خط تولید فیلم‌های دمشی جهت‌‌یافته‌‌ی ماشین‌‌سو (MDO) در مقیاس آزمایشگاهی برای امور پژوهشی و آزمایشی است.
یکی از بنیان‌گذاران و مدیرعامل شرکت VOID، گفت: «Kimberly-Clark این فناوری را توسعه داد و من با آن‌ها رابطه‌‌ی خوبی داشتم زیرا قبلا روی پروژه‌های دیگر با یکدیگر کار کرده بودیم. آن‌ها فکر می‌کردند که این فناوری واقعا هیجان‌انگیز و نوآورانه است، اما هم‌چنین احساس می‌کردند که بیش‌تر به بازارهای خارج از تمرکز اصلی آن‌ها مرتبط است.»
این امر منجر به چیزی شد که وی به عنوان یک طرح رشد دو ساله توصیف می‌کند که «در آن ما ارزش پیشنهاد قرار دادن حفرات در بسپارها و اینکه آیا کسی در جهان به آن اهمیت می‌دهد را دریافتیم.» نظرات مهمی که او از بازدید سراسر شرکت‌های در زنجیره تامین بسته‌بندی انعطاف‌پذیر دریافت، این بود که بسپارهای سبک وزن بدون از دست رفتن خواص مکانیکی بسیار جذاب بودند. وی می‌گوید: «باید خیلی سریع متوجه می‌شدم که قرار است روی کدام بخش از صنعت بزرگ پلاستیک تمرکز کنیم و بعد از بررسی‌های متعدد، تصمیم گرفتیم روی فیلم‌های مات، در درجه اول پلی‌اتیلن متمرکز شویم.»

شکل1. کارخانه VOID در آمریکا دارای رانشگرهای دو ماردان آمیزه‌ساز برای بخش تحقیق و توسعه و تولید است.
مدیرعامل شرکت خاطرنشان می‌کند که در چند سال گذشته، بیشتر فرایندکنندگان فیلم تجهیزات جهت‌یافتگی را به خطوط تولید خود اضافه می‌کنند تا برنامه‌های بسته‌بندی پلی‌اتیلن آماده برای بازیافت را توسعه دهند. وی توضیح می‌دهد: «ما شاهد پذیرش گسترده‌‌ی فناوری MDO در بازار فیلم هستیم. برخی از فرایندکنندگان فیلم در حال حاضر خط سوم و چهارم خود را راه‌اندازی کرده‌اند و تعداد بیش‌تری سفارش در پیش دارند.»
این فناوری توسط تقریبا 35 گروه ثبت اختراع با بیش از 300 ثبت اختراع پوشش داده شده است. مدیرعامل شرکت ابراز نمود که فرمول‌بندی مستربچ اختصاصی آن‌ها برای ایجاد حفره‌ها بر پایه‌ی چندین بسپار با شیمی متفاوت است، که به گفته‌ی او منجر به کاهش چگالی می‌گردد. علاوه بر این، حفره‌های موجود در بسپار نور را پخش می‌کنند، که به گفته او سطوح بالایی از کدری را بدون نیاز به TiO2 ایجاد می‌کند.
مدیرعامل شرکت می‌افزاید: «آن‌چه که در مورد مستربچ، منحصر به فرد است، این است که بخش‌های مختلف فرمول‌بندی را می‌توان برای دستیابی به ویژگی‌های مختلف تنظیم کرد. بنابراین می‌توانید برای کاهش بیشتر چگالی یا کدری آن را طراحی کنید و به همین دلیل است که ما فکر می‌کنیم حفره‌زایی بسپاری واقعا خاص است. مستربچ به صورت کروی موجود است و معمولا در حدود 10 درصد از وزن فرمول‌بندی کلی مصرف می‌شود و شما در نهایت تنها حدود 6 درصد افزودنی غیر پلی‌اتیلنی در ساختار فیلم نهایی خواهید داشت و این موضوع برای بازیافت‌پذیری بسیار مهم است.»
اجرای آزمایشی

شرکت VOID چندین آزمایش تحقیق و توسعه در مقیاس تجاری را با استفاده از فناوری VO+ در آلمان انجام داده است. مدیرعامل شرکت توضیح می‌دهد که با استفاده از خطوط فیلم دمشی مجهز به MDO در خط تولید، این آزمایش بر روی انواع ساختارهای فیلم پلی‌اتیلن برای کاربردهایی مانند ورق‌‌های تمام پلی‌اتیلن (فیلم‌های درزبندی و لایه میانی)، کیسه‌های ورقه‌ای و لفاف‌های بسته‌بندی متمرکز شد. خواص این لایه‌ها بسته به پلی‌اتیلن استفاده شده و شرایط خاص تولید، مانند رانش‌گر و نسبت کشش MDO به دما متفاوت است.

شکل2. شرکت VOID در Wisconsin تجهیزات فیلم‌های دمشی و آرایش‌یافته در ابعاد آزمایشگاهی را برای فرمول‌بندی‌های آزمایشی قرار داده است.
وی می‌گوید: «به عنوان مثال، ما آزمایش‌های متعددی را روی تجهیزات W&H و Alpine به منظور تولید فیلم‌هایی برای کاربردهایی مانند شبکه‌های میانی، فیلم‌های درزبندی و کیسه‌های حلقوی انجام داده‌ایم. این کاربردها معمولا بر پایه‌‌ی ساختار فیلم‌های غنی از LLDPE/m-LLDPE هستند. در طول این آزمایش‌ها، ما فیلم‌های دارای حفره 25 الی90 میکرومتری با چگالی کم ( g/cm380/0 الی 85/0) و مات بدون TiO2 (50 الی70 درصد بسته به سنجش فیلم) تولید کرده‌ایم. این فیلم‌ها هم‌چنین توانسته‌اند عملکرد عالی در آزمون پيکان افتان (Dart Drop) را به دست آورند (به عنوان مثال، بیش از 1000 گرم در یک فیلم 50 میکرومتری)، که می‌تواند مشتریان را قادر سازد تا از مواد کم‌تری استفاده کرده و بیش‌تر صرفه‌جویی کنند.
ما هم‌‌چنین آزمایش‌هایی را برای تولید ساختارهای فیلم به منظور تولید لفاف‌های بسته‌بندی‌ برای بسته‌های شیرینی‌پزی انجام دادیم. این کاربرد به سفتی و ماتی به نسبت زیاد در یک لایه‌‌ی نازک نیاز دارد، بنابراین ما از بسپار HDPE (برای سفتی) و مقدار کمی TiO2 برای افزایش شفافیت استفاده کردیم. در این آزمایش‌ها، ما توانسته‌ایم فیلم‌های 30 تا 40 میکرومتری با چگالی بین 83/0 تا 90/0 گرم بر سانتی‌متر مکعب و شفافیت تا 70 درصد تولید کنیم.»
نکته‌‌ی مهم برای این کاربرد، در فیلم‌های نازک‌تر از 35 میکرومتر، دستیابی به نیازهای فیلم با شفافیت زیاد تنها با TiO2 بدون افزایش چگالی بالاتر از حد مجاز برای نحوه بازیافت تعیین‌شده توسط انجمن بازیافت‌کنندگان پلاستیک/ How2Recycle (g/cm3 996/0) و RecyClass (g/cm3 970/0) امکان‌پذیر نیست. مدیرعامل شرکت بیان کرد که در محدوده ی ضخامت کمتر از 35 میکرومتر، فرایندکنندگان فیلم‌هایی که به سطح بالایی از شفافیت در ساختار خود نیاز دارند، طبق دستورالعمل قبل مقادیر به نسبت بالایی TiO2 را اضافه می‌کنند. این امر موجب می‌گردد که چگالی فیلم به محدوده ی g/cm3 00/1 الی 97/0 برسد. به گفته‌‌ی او، چنین فیلم‌هایی توسط APR یا RecyClass در سامانه‌‌ی جداسازی شناور قابل بازیافت نیستند. فرایندکنندگان، فیلم‌های نازک با شفافیت بالا می‌خواهند، اما نمی‌توانند تنها با TiO2 به این مهم برسند زیرا TiO2 سنگین است.

برگرداننده: مهندس پوریا نفعی
[email protected]

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره 249 ماهنامه بسپار که در نیمه خرداد ماه 1404 منتشر شده است، می خوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه  و  فیدیبو  قابل دسترسی است.