آخرین پیشرفت های پرکننده ­های خویشکار (functional) در آمیزه سازی/ بازار میلیارد دلاری

بسپار/ ایران پلیمر پرکننده­های خویشکار (functional) می­توانند کارایی بسپارها را ارتقاء داده، آمیزه ­سازها را قادر سازند حوزه­های کاربردی جدیدی را توسعه دهند. این مقاله، نگاهی به تعدادی از آخرین پیشرفت­ها داشته است.

انواع بسیار متنوعی از پرکننده­ های خویشکار- اعم از پرکننده­ های معدنی تا ساختارهای شیشه ­ای مهندسی- می­توانند به پلاستیک­ها افزوده شوند تا کارایی و کاربردها را در حوزه­ هایی که با مواد اصلاح نشده قابل دست­یابی نیستند، افزایش دهند. این بازار چند میلیارد دلاری روندی رو به رشد دارد و با این­که بعضی از پرکننده ­های خویشکار برای دهه­ها در یک یا چند شکل دیگر وجود داشته­اند، پیشرفت­های جدید در کاربرد و اصلاح و هم­چنین ظهور محصولات پرکننده جدید، هنوز هم با سرعت قابل توجهی رخ می­دهند.

یک کارشناس فنی که توجه زیادی روی این پیشرفت­ها داشته (و در تعداد بسیار زیادی از آن­ها مشارکت دارد) و در زمان­ های مختلف مشاور شرکت­های مهم تولیدکننده پرکننده­ های خویشکار مانند Minerals LKAB، Applied Minerals و Hybrid Plastics بوده است، یکی از حوزه ­های بسیار جالبی که مورد تاکید قرار می­دهد، پرکننده­ هایی با مقادیر کم کوارتز است.

پرکننده­ های معدنی رایج مانند کربنات کلسیم، تالک و میکا به ایجاد رفتگی (wear) حین فرایندکاری معروف هستند، اما این خود مواد معدنی نیستند که مشکل ایجاد می­کنند، زیرا نسبتا نرم هستند. ناخالصی­ های سخت مخصوصا کوارتز است که باعث رفتگی دستگاه می ­شود. به همین دلیل، مقادیر اندک کوارتز همیشه مطلوب می­باشد. با نگرانی­هایی که در ارتباط با اثرات زیان­آور احتمالی کوارتز موجود در پرکننده­ های معدنی بر سلامتی وجود دارد، توجهات فزاینده­ ای در سال­های اخیر روی پرکننده ­های معدنی حاوی کوارتز کم متمرکز شده است.

افزایش ناگهانی در تقاضای پرکننده­ های خویشکار وجود دارد و گونه­ های جدیدی به منظور برآوردن این نیاز به ظهور رسیده ­اند. به عنوان مثال شرکت Artic Minerals، از شرکت­های زیرمجموعه Kish، پرکننده­های پرشماری با مقادیر سیلیکای بلوری کمتر از 1/0 درصد تولید کرده است. این مواد شامل اکسید آهن DenzFlex و FiberFlex، یک لیف معدنی تولید شده با خواصی مشابه ولاستونیت (wollastonite) است.

سولفات باریم پرکننده­ای استاندارد با چگالی زیاد است که برای کاهش و تعدیل لرزش­ها و ارتعاشات استفاده می­شد. حتی هنگامی که چگالی بیشتری مورد نیاز باشد، اکسیدهای آهن انتخاب می­شوند (چگالی سولفات باریم g/cm³ 5/4-4 است در حالی که چگالی اکسید آهن خالص g/cm³ 2/5 می­باشد). اکسید آهن سال­های زیادی توسط شرکت­های بزرگ خودروسازی مورد استفاده قرار می­گرفته، اما هزینه آن مانع پذیرش گسترده ­تر آن در کاربردهایی از قبیل ماشین­ لباس­شویی (شکل 1)، شده است. شرکت Artic Minerals امیدوار است که این موضوع با معرفی محصول DenzFlex، اکسید آهن سرخ Fe₂O₃ با خلوص زیاد، که در اوایل سال 2018 عرضه شده بود، تغییر کند.

اکسید آهن DenzFlex به عنوان محصولی بر پایه هماتیت و با خلوص زیاد توصیف شده و گفته شده است اساسا قیمت کمتری نسبت به اکسیدهای آهن رایج در حال فروش دارد و می­تواند با سولفات باریم رقابت کند. با رسانایی گرمایی W/(m.K) 1250، ممکن است کاربردی در تولید آمیزه­های رسانای گرمایی نیز پیدا کند. هم­چنین می­تواند پرتو ایکس، مهارکننده رادار و گرمایش ریزموج (microwave) را نیز فراهم کند.

الیاف ولاستونیت

در حال حاضر ولاستونیت پرکننده معدنی غالب در بازار است، اما مصرف ­کنندگان دنبال جایگزین­های دیگر هستند. شرکت Arctic Minerals انتظار دارد بتواند به زودی محصول جدید آزمایشی خود را که یک لیف معدنی اَریخت (amorphous) به نام FibraFlex است، نشان دهد. گفته می­شود که این محصول نسبت منظر بیشتر از ولاستونیت دارد (که به این معنی است که خواص مکانیکی برتری را ارایه می­دهد)، اما حاوی سیلیکای بلوری قابل­ تشخیص نیست. گفته می­شود که هدف اصلی به ­کارگیری آن به عنوان تقویت­کننده یا ایجاد مقاومت در برابر خراش در قطعات خودرویی پلی ­پروپیلن است.

هم­چنین شرکت Arctic خدمات آسیاب (milling) سفارشی و آمایش سطح ارایه می ­دهد. سطح پرکننده­ های معدنی اغلب با عوامل پراکنش­ (dispersants) یا تخریب­کننده­ها (spoiling) آمایش می­شود تا عملکرد بیشتری میسر شود. به طور مثال، عوامل پراکنش می­توانند به براقیت (gloss) بیشتر، مقاومت در برابر ضربه و افزایش طول در نقطه شکست کمک کنند، در حالی که این امکان را می­دهند که مقادیر پرکننده بیشتری نیز به یک بسپار با گرانروی مذاب مشخص اضافه شود. عوامل اتصال (Coupling) به حفظ خواص الکتریکی و مکانیکی مرطوب و در دمای زیاد مواد چندسازه (composite) کمک می­کنند. شرکت می­گوید گزینه ­های استاندارد در دسترس هستند اما تاکنون گزینه ­های متداول مقرون به صرفه کمی جهت آمایش سطح پیشنهاد شده است.

شرکت یک فرایند درون­خطی جدیدی که سطح جدیدی از انعطاف­ پذیری و مقرون به صرفه بودن را ارایه می­دهد، توسعه داده است. شرکت اکنون می­تواند افزودنی­ها و مواد معدنی را تا رسیدن به مشخصات معین آسیاب کند و سطح را تا اندازه­ای که نیاز است آمایش کند. هم­چنین برای تولید تالک و سایر پرکننده­های معدنی که حاوی مقادیر بسیار کم آب هستند، گزینه آسیاب با رطوبت کم پیشنهاد شده است. این مسئله خصوصا برای پلاستیک­های حساس مانند پلی­استرها و مواردی که رطوبت­گیری حین آمیزه­ کاری امکان­پذیر نیست، مهم است.

پیشرفت­ها در زمینه تالک

شرکت Huber Carbonate دیگر تولیدکننده پرکننده خویشکار است که پاسخگوی افزایش تقاضا برای افزودنی­هایی با مقادیر کم سیلیکای بلوری است. تعداد زیادی از انواع کربنات کلسیم صنعتی در سه منطقه راهبردی در آمریکا استخراج و تولید می­شوند: Marble Hill در ایالت جورجیا، Quincy در ایالت ایلینوی و Marble Falls در ایالت تگزاس. این شرکت، پرکننده Hubercarb W325 را که یک گونه آسیابی (ground) از CaCO₃ معرفی کرده است

برگردان: مهندس سپیده آذرمگین

[email protected]

(ادامه دارد…)

متن کامل این مقاله را در شماره 211 ماهنامه بسپار که در نیمه اردیبهشت 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.