اختصاصی بسپار/ پژوهش و نوآوری در مقیاس آزمایشگاهی/ آینده آمیزه سازی و الزامات جدید

بسپار/ایران پلیمر تجهیزات نوین آمیزه‌سازی آزمایشگاهی دارای قابلیت‌هایی هستند که برای محتوای بازیافتی طراحی شده‌اند، کاربری آسان دارند و فرمول‌بندی و تولید را تسهیل می‌کنند.
صنعت آمیزه‌سازی پلاستیک‌ها پیشرو در نوآوری است و به چالش‌ها و فرصت‌هایی که ناشی از الزامات زیست‌پایداری، کارکرد و مقررات هستند، پاسخ می‌دهد. آمیزه‌سازی آزمایشگاهی، که امکان انجام آزمایش‌ها و فرمول‌بندی مواد سفارشی را پیش از عرضه در مقیاس تجاری فراهم می‌سازد، همواره نقش مهمی ایفا کرده و هم‌چنان در حال پیشرفت است. درحالی‌که صنایع مختلف در سراسر جهان به دنبال راهکارهایی زیست‌پایدار، سازگار با محیط‌زیست و کارآمدتر هستند، تجهیزات آمیزه‌سازی آزمایشگاهی نه‌تنها باید همگام با این تحولات باشند، بلکه باید به‌عنوان محرک اصلی در پاسخگویی به این نیازهای در حال تحول، ایفای نقش کنند.
رانشگرهای کوچک مقیاس، مانند رانشگر دوماردان‌ مدل Process 16 از شرکت Thermo Scientific در حوزه‌ی رو به رشد بازیافت پلاستیک‌ها، با افزایش تقاضا مواجه شده‌اند. یکی از مزایای اصلی این نوع رانشگرهای کوچک مقیاس، توانایی آن‌ها در مدیریت کارآمد مقادیر محدودی از مواد است. در بسیاری از طرح‌های بازیافت، به‌ویژه در مراحل اولیه‌ی توسعه‌ی آمیزه‌های بازیافتی یا در مواجهه با مواد نوظهور، تنها مقادیر اندکی از جریان‌های ورودی در دسترس است. مدیر محصول در شرکت Thermo Scientific، می‌گوید: «رانشگر دوماردان‌ Process 16 با ظرفیت فراورش به‌مقدار کم در حدود ۵ تا ۱۰ کیلوگرم ماده، به‌خوبی برای چنین شرایطی مناسب است. این قابلیت به‌ویژه در محیط‌های دانشگاهی که پروژه‌های دانشجویی و مطالعات امکان‌سنجی متکی به نمونه‌های محدود هستند، بسیار ارزشمند است. سهولت کار که امکان بهره‌برداری توسط تنها یک نفر را فراهم می‌آورد، کاربرد آن را در محیط‌های آموزشی و پژوهشی می‌افزاید.»
رانشگر Process 16 توانایی تولید پلاستیک‌های بازیافتی با خلوص زیاد را دارد. کنترل دقیق فراسنج‌های (پارامترهای) فرایندی تضمین می‌کند که کیفیت بالای مواد بازیافتی حفظ می‌شود و اغلب با پلاستیک‌های نو قابل مقایسه است. این موضوع برای توسعه سامانه‌های بازیافت حلقه بسته که در آن‌ها هدف بازگرداندن مواد بازیافتی به چرخه‌ی تولید بدون افت کارکرد است، حیاتی می‌باشد.
رانشگر دوماردان‌ Process 16 از تطبیق‌پذیری زیادی نیز برخوردار است. این ماشین قادر است انواع گوناگونی از بسپارها را فراوری کند، از جمله مواد چالش‌برانگیزتر مانند پلی‌استر بازیافتی از منسوجات یا خرده بسپارها (foil shred polymer). این انعطاف‌پذیری به پژوهشگران اجازه می‌دهد انواع مختلفی از پلاستیک‌ها و افزودنی‌ها را آزمایش کنند، رفتار فرایندی آن‌ها را بررسی و راهبردهای بازیافت را بهینه‌سازی نمایند. امکان انجام چنین آزمایش‌هایی در مقیاس کوچک موجب کاهش پسماند و هزینه‌ها می‌شود و کل فرایند پژوهش را به اجرایی شدن نزدیک‌تر می‌کند.
طراحی فشرده‌ی رانشگر Process 16، آن را برای استفاده در محیط‌های آزمایشگاهی مناسب ساخته است. جای‌گیری آن در فضاهای محدود، فضای باارزشی را برای سایر تجهیزات و فعالیت‌ها آزاد می‌کند. این ویژگی با رابط کاربری ساده و کاربرپسند ماشین تکمیل می‌شود، که بهره‌برداری را آسان‌تر کرده و زمان یادگیری برای کاربران جدید را می‌کاهد در نتیجه سرعت پژوهش و نوآوری افزایش می‌یابد.
شرکت Eurexma، از اعضای گروه Syncro و متخصص در فناوری آزمایشگاهی و آزمایشی، به نتایج مشابهی در خصوص نحوه‌ی استفاده کنونی از تجهیزات رسیده است. این شرکت اظهار می‌دارد :«در سال‌های اخیر، بازار شاهد افزایش علاقه‌مندی به راهکارهای متمرکز بر بازیافت و فرایافت ((upcycling بسپارها، هم‌چنین توسعه‌ی آمیزه‌هایی بر پایه زیست‌بسپارهای پوسانش‌پذیر (compostable) بوده است.»
در نمایشگاه NPE 2024 که در ایالات متحده برگزار شد، Eurexma خط Microex خود را معرفی کرد. این مجموعه شامل ماشین‌های رانشگر رومیزی است که برای کنترل کیفیت مواد بازیافتی، مستربچ‌ها و افزودنی‌ها طراحی شده‌اند. این ماشین‌ها قادرند فرایندهای گوناگون رانشگر را با استفاده از مقادیر کم ماده و مصرف انرژی کاهش‌یافته شبیه‌سازی نمایند. به‌منظور بهبود بیش‌تر بهره‌وری، خط Microex می‌تواند به سامانه‌ی بازرسی دیداری (Eyes) متعلق به شرکت Syncro، برای کنترل کیفیت درون‌خطی (in-line) مواد، مجهز شود.
نیازهای متنوع

شرکت Eurexma اعلام کرده است که در حال حاضر با شرکای گوناگونی در پروژه‌های پژوهشی پیشرفته‌ای همکاری دارد که با هدف بهبود فرایندهای بازیافت بسپارها صورت می‌گیرد. این شرکت هم‌چنین اشاره می‌کند که تقاضا برای موادی که دارای پرکننده‌های آلی هستند، مانند الیاف طبیعی و محصولات جانبی صنایع غذایی و کشاورزی، افزایش یافته است. تمرکز روزافزون بر بسپارهای نوآورانه‌ای هم‌چون پلی‌هیدروکسی‌آلکانوات‌ها (PHAs) که در محیط‌های مختلف زیست‌تخریب‌پذیر هستند، چالش‌های فنی تازه‌ای را به همراه دارند و مستلزم آزمایش‌های گسترده‌ی آزمایشگاهی برای حفظ خواص این مواد در فرایند آمیزه‌سازی با سایر بسپارهای زیست‌پایه یا پرکننده‌هاست. هم‌چنین این شرکت مشارکت فعالی در پژوهش‌های پیشرفته در زمینه‌ی وابسپارش (Depolymerisation) پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) دارد.
در اوایل سال جاری، شرکت تایلندی Labtech Engineering که از مشتریان آن می‌توان به Tosaf، Clariant، LG و BASF اشاره کرد، با معرفی رانشگر تک‌ماردان مخروطی کوچک‌مقیاس (mini conical single-screw extruder) ویژه‌ی مواد بازیافتی، بر تعهد مداوم صنعت به زیست‌پایداری تاکید کرد. این شرکت بیان داشت: «در جهانی که به‌طور روزافزونی بر راهکارهای دوستدار محیط‌زیست تمرکز دارد، ما نیز سرافرازیم که به جریان جهانی استفاده از مواد بازیافتی بپیوندیم. رانشگر مخروطی کوچک ما با قطر ماردان ۱۶ میلی‌متر و سازگار با واحدهای پایین دستی (downstream) گوناگون مانند فیلم دمشی، فیلم تخت (cast)، رانشگر رشته‌ساز (filament)، خطوط دانه‌سازی (pelletising)و نیز خطوط جدید COMBI، کارایی و تنوع زیادی را در فرایند بازیافت فراهم می‌آورد.» در حالی که تمرکز کنونی شرکت بر خط رانشگر کوچک‌مقیاس است، Labtech Engineering هم‌چنین رانشگرهای مخروطی تک‌ماردان بزرگ‌تر را برای خطوط استاندارد خود ارائه می‌دهد.
این رانشگر مخروطی کوچک، راهکاری بهینه برای فرآوری نمونه‌های کوچک‌مقیاس محسوب می‌شود و نیازهای متنوع مشتریان، از جمله تحقیق و توسعه (R&D) در زمینه مواد بازیافتی، کنترل کیفیت (QC) مواد و محصولات و هم‌چنین نیاز دانشگاه‌ها را که به دنبال تجهیزات آزمایشگاهی کوچک و چندکاره هستند، برآورده می‌سازد. این رانشگر با دامنه‌ی وسیعی از مواد بسپاری بازیافتی رایج مانند پلی‌اتیلن ترفتالات (PET)، پلی‌اتیلن کم‌چگالی (LDPE)، پلی‌پروپیلن (PP)، پلی‌آمید (PA) و پلی‌لاکتیک‌اسید (PLA) سازگار است.
عمق زیاد کانال در ناحیه خوراک، ظرفیت دریافت ماده را می‌افزاید که به‌ویژه برای پلاستیک‌های بازیافتی کم‌چگالی و نسبت حجم به جرم زیاد بسیار سودمند است. این ویژگی هم‌چنین از گرفتگی یا پل‌زدن مواد جلوگیری و جریان یکنواخت مواد را تضمین می‌کند. طراحی مخروطی، تطبیق‌پذیری را از طریق دو گزینه فراهم می‌سازد: ماردان با نیروی برشی کم برای مواد حساس به گرما که به منظور کاهش تخریب گرمایی طراحی شده است و ماردان با نیروی برشی زیاد برای آمیخته‌ها (blends) و مواد چندسازه (composite materials) مناسب است و اختلاط و همگن‌سازی کارآمد را تضمین می‌کند.

رانشگر دوماردان ۱۶ اینچی شرکت Thermo Scientific می‌تواند موادی با وزن ۵ تا ۱۰ کیلوگرم را فراورش کند.
بهبودها و توسعه‌ها
بخش آمیزه‌سازی آزمایشگاهی همواره در حال تحول است. رانشگر ZSK 18 MEGAlab از شرکت Coperion که سال‌ها در بازار حضور داشته، اخیرا دستخوش بهبود‌های گسترده‌ای شده است، از جمله: استفاده از گرم‌کن‌های کارتریجی قابل‌اتصال به‌جای نمونه‌های سیم‌کشی‌شده‌ی قدیمی، که امکان پیکربندی سریع سیلندر و تعویض آسان گرم‌کن‌ها را فراهم می‌آورند. نصب درِ تعمیراتی با قفل برقی بر روی محفظه‌ی جعبه‌دنده که ایمنی کارکردی را افزایش می‌دهد و دسترسی سریع را ممکن می‌سازد. طراحی و ارائه‌ی یک سکوی خوراک جدید قابل ثبت اختراع که می‌تواند تا چهار خوراننده را به صورت افقی جابه‌جا کند، چرخان باشد و بالا یا پایین ببرد. این انعطاف‌پذیری در جای‌گذاری خوراننده‌‌ها موجب برتری در نوشتن اجزای آمیزه و ورود آنها می‌شود. چون خوراک‌دهی (feeding) می‌تواند به صورت انعطاف‌پذیر در نقاط مختلف مطابق با الزامات فرایند قرار گیرد.
به‌عنوان بخشی از طراحی دوباره، اجزای مکانیکی و برقی از یکدیگر جدا شده‌اند و تابلوی کنترل به‌صورت جانبی بر روی شاسی (base frame) نصب شده است، به‌طوری که تعمیرات مکانیکی بدون نیاز به حضور برق‌کار قابل انجام است. برای افزایش بیش‌تر انعطاف‌پذیری، تابلو کنترل در طراحی‌های متنوعی از جمله جعبه اتصال نیز قابل ارائه است، به‌ویژه در مواردی که به‌دلیل الزامات ATEX نیاز به تابلو خارجی وجود دارد. طراحی شاسی اصلی نیز اصلاح شده است. پایه‌های تنظیم ارتفاع و سامان‌دهی مسیر کابل‌ها به‌گونه‌ای انجام شده که محیط اطراف رانشگر خلوت باقی بماند. تمامی خطوط خوراننده به‌صورت مرکزی به پشت ماشین متصل شده و از درون شاسی توزیع می‌شوند تا موانع به حداقل برسند.

مهندس گلرخ فرد ذوالفقاری
fard.zolfaghari@gmail.com

(ادامه دارد …)

متن کامل این  مقاله را در شماره 276 ماهنامه بسپار که در نیمه مهر 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.