مواد افزودنی پلیمر و مستربچ افزودنی (افزودنی پلاستیک)

در این مقاله از سایت چاپم کن به بررسی همه چیز درباره مواد افزودنی پلیمر و مستربچ افزودنی (افزودنی پلاستیک) می پردازیم. هر فردی که میخواهد در صنعت چاپ و پلاستیک فعالیت کند یا به چگونه کار این صنایع علاقه داشته باشد, می تواند این مقاله را از سایت چاپم کن دنبال کند. شما می توانید سئوالات و پیشنهادات خود را از طریق فرم "تماس با ما " یا کامنت برای ما ارسال کنید. کارشناسان ما در اسرع وقت پاسخگوی شما خواهند بود. از همراهی شما ممنونیم.

حتما برای شما هم رخ داده است که در حین کار با وسیله‌ای پلاستیکی از سختی، زبری، شکنندگی یا بوی بد آن حس نامطلوبی به شما دست داده است.رفع این مشکل ارتباط مسقیمی با افزودنی های پلاستیک یا همان افزودنی های پلیمر دارد.

مواد افزودنی پلیمر چیست؟

مواد افزودنی مواد شیمیایی اضافه شده به پلیمر پایه برای بهبود فرآیند ، افزایش طول عمر و / یا دستیابی به خصوصیات فیزیکی یا شیمیایی مورد نظر در محصول نهایی هستند. در حالی که محتوای مواد افزودنی به طور معمول تنها چند درصد است ، تأثیر آنها بر عملکرد و پایداری پلیمر قابل توجه است. پس از افزودن مواد افزودنی ، مخلوط پلیمر به عنوان مستربچ گفته می شود و بر این اساس پردازش می شود. مواد پلیمری اصلی اغلب کاربرد ضعیفی نشان می دهند و در نتیجه به شکست تجاری منجر می گردد. افزودنی ها نقش بسیار مهمی درقابلیت پردازش مواد پلاستیکی و کاربردشان دارند. الحاق افزودنی ها مواد پلیمری را برای کاربردهای گوناگون درتجارت پلاستیک مناسب می سازد.

اضافه کردن افزودنی ها به صورت مولکولی یا ذره ای به پلیمر خام می تواند اکثر ویژگی های محصول را بهبود بخشد. برای مثال پلی پروپیلن (عمدتا پلی افیل ها) بدون افزودنی ها محصولی که بطور گسترده قابل مصرف باشد نخواهد بود و درواقع درطی چند هفته به علت پایداری حرارتی کم تنزل می یابد. طبق تعریف انجمن اروپایی، افزودنی عبارت است از:

“ماده ای که در پلاستیک گنجانده می شود و بخش ضروری از ذرات را تشکیل می دهد تا بر بهبودی محصول نهایی تاثیر گذارد." تولید پلاستیک با گذشت زمان به طور چشمگیری تکامل یافته است. پلاستیک در ابتدا با استفاده از چند ماده طبیعی تولید می شد اما اکنون هزاران پلاستیک از طیف گسترده ای از مواد طبیعی و مصنوعی تهیه شده است. یکی از تغییرات بزرگ در طول زمان در فرمولاسیون های پلاستیکی استفاده از افزودنی های پلیمری است.

کاربرد افزودنی‌ های پلیمری

از پرکاربرد ترین صنایع مورد استفاده از این افزودنی‌ ها می‌توان به صنعت پلاستیک اشاره کرد. در واقع با تغییر دادن این مواد می‌توان محصولاتی متنوع مانند: تایر، جعبه باتری، نوار‌های کشسان، پاکن و .. تولید کرد. دیگر صنعت های مورد استفاده از این افزودنی ها به شرح ذیل است

• لوازم خانگی
• قطعات خودرو
• لوازم الکتریکی
• قطعات صنعتی
• صنایع بسته بندی
• صنایع گونی بافی
• لوله های آب و فاضلاب
• تولید انواع فیلم های پلیمری
• تولید قطعات تزریقی و بادی

از پرکاربردترین صنایع مورد استفاده از افزودنی‌های پلیمری می‌توان به صنعت پلاستیک اشاره کرد.

معرفی انواع افزودنی های پلاستیک

برای درک اهمیت مواد افزودنی در صنعت پلاستیک سازی کافی است بدانید که تقریبا تمام قطعات و محصولات پلاستیکی از یک یا چند پلیمر پایه به همراه مقداری مواد افزودنی ساخته می شوند. دامنه کاربرد مواد افزودنی در مورد مواد ترموپلاستیک حتی از این هم فراتر رفته و مواد اولیه را نیز دربر می گیرد، به صورتی که مواد اولیه نیز اغلب حاوی مقادیری افزودنی هستند.

خواص پلاستیک ها تحت تاثیر شرایط تولید و استفاده از مواد افزودنی به میزان قابل توجهی قابل تغییر است. ترکیب پلیمر پایه و مواد افزودنی با فرمولهای مشخص علاوه بر تعیین ویژگی های ظاهری مانند رنگ و درخشندگی می تواند باعث بهبود مقاومت حرارتی، مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی، مقاومت به ضربه و بسیاری دیگر از خواص محصول تولیدی شود. همچنین برخی از مواد افزودنی مانند پرکننده ها (Fillers) به منظور کاهش هزینه مواد اولیه مورد استفاده قرار می گیرند. در ادامه این مقاله مواد افزودنی پرکاربرد در صنعت پلاستیک و پلیمر به اختصار معرفی می شوند.

• افزودنی پیشگیرنده شعله (Flame Retardant)

اکثر مواد پلیمری حاوی کربن قابل اشتعال هستند چرا که کربن تمایل زیادی برای ترکیب شدن با اکسیژن موجود در هوا و تشکیل کربن دی اکسید و کربن مونواکسید دارد و این ویژگی در کاربردهایی که محصول پلاستیکی با دمای بالا یا جریان الکتریسیته سر و کار داشته باشد دردسر آفرین می شود. برای رفع این مشکل گروهی از مواد افزودنی مورد استفاده قرار می گیرند که تحت عنوان پیشگیرنده شعله و یا ضد شعله شناخته می شوند.

این افزودنی های عموماً از ترکیبات گروه هالوژن عناصر مانند برم یا کلر ساخته می شوند که به صورت طبیعی از تشکیل شعله جلوگیری می کنند. برخی از ترموپلاستیک ها مانند پی وی سی (PVC) که در ساختار مولکولی خود چنین عناصری را دارند به طور ذاتی ضد شعله هستند. نقطه ضعف افزودنی های ضد شعله هالوژنی این است که می توانند دود و بخارات سمی تولید کنند. گروه دیگری از افزودنی های پیشگیرنده شعله وجود دارند که غیر هالوژنی بوده و بر پایه فسفرقرمز یا اکسیدهای فلزی مانند آلومینیوم هیدروکسید ساخته می شوند.

افزودنی های ضد شعله غیر هالوژنی مشکل تولید دود سمی را ندارند، اما باید با درصد وزنی بیشتری با ماده اولیه ترکیب شوند تا تاثیر قابل قبولی در پیشگیری از شعله داشته باشند و این مساله باعث تغییر قابل توجهی در خواص ماده اولیه می شود. علاوه بر این بعضی از افزودنی های غیر هالوژنی مانند آلومینیوم هیدروکسید در دمای فراوری پلاستیک تجزیه می شوند. افزودنی هایی که بر پایه فسفر یا سیلیکون هستند چنین اشکالی را به وجود نمی آورند، به همین دلیل استفاده از آنها به طور روز افزونی در حال افزایش است.

• پرکننده ها و تقویت کننده ها (Fillers and Reinforcements)

این دسته از مواد افزودنی شامل گستره ی وسیعی از انواع الیاف و پودرهای معدنی می شود و با هدف افزایش استحکام و یا کاهش هزینه مواد اولیه مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال ترکیب پلی آمید با الیاف شیشه به عنوان افزودنی تقویت کننده باعث افزایش مدول الاستیسیته شده و نوعی بهبود در خواص مکانیکی پلیمر محسوب می شود. استفاده از مواد تقویت کننده در ارتقاء خواص مواد پلیمری به حدی موثر است که مثلا پلی پروپیلن که نوعی پلاستیک کالایی (Commodity plastics) محسوب می شود در صورت کامپاند شدن با الیاف در رده پلاستیک های مهندسی (Engineering plastics) رده بندی می شود.

مواد پرکننده مانند کلسیم کربنات، آلومینیوم هیدروکسید، پودر تالک و سیلیکا عموماً به منظور کاهش هزینه استفاده می شوند اما همچنین در مواردی می توانند خواص محصول را نیز ارتقا ببخشند. به عنوان مثال افزودن آلومینیوم هیدروکسید به پلاستیک می تواند باعث پیشگیری از بروز شعله شود. بعضی از پرکننده های معدنی به شدت ساینده بوده و عمر قالب و سیلندر و ماردون را کم می کنند، در صورت استفاده از چنین موادی بایستی تمهیدات ویژه ای مانند استفاده از آلیاژهای مقاوم به سایش و خوردگی و تجهیز دستگاه تزریق پلاستیک به سیلندر و ماردون بای-متالیک اتخاذ شود.

• افزودنی روان کننده (Plasticizer)

این دسته از مواد افزودنی معمولاً در حالت مایع هستند و از ترکیبات فتالات DOP و DIOP ساخته می شوند. کاربرد عمده ی روان کننده ها در فراوری PVC یا تولید فیلم و روکش کابل است. افزودنی های روان کننده دمای فراوری PVC را تا جایی پایین می آورند که در آن دما این ماده دچار تجزیه حرارتی نمی شود.

روان کننده ها همچنین باعث افزایش انعطاف پذیری و دوام PVC می شوند. PVC نرم یا دنبه ای (PPVC) از ترکیب مقدار قابل توجهی از این مواد افزودنی با PVC خام ساخته می شود که در مقایسه با PVC سخت یا UPVC از انعطاف پذیری بسیار بالایی برخوردار بوده و تزریق آن نیز ساده تر است.

• مستربچ رنگی (Color Masterbatch)

بدون شک پرکاربردترین ماده افزودنی در تزریق پلاستیک مستربچ رنگی است. مستربچ های رنگی معمولا به صورت گرانول تولید شده و حاوی مقداری پلیمر پایه به همراه رنگ دانه هستند و برای رنگ کردن محصول مورد استفاده قرار می گیرند، اگرچه مستربچ ها ممکن است علاوه بر رنگ دانه دارای افزودنی های دیگری نیز باشند.

متداول ترین روش استفاده از مستربچ رنگی به این صورت است که بر اساس شدت رنگ مورد انتظار درصد مشخصی از آن را با گرانول ماده اولیه مخلوط کرده و به صورت دستی یا با استفاده از دستگاه مواد کش اتوماتیک به داخل قیف دستگاه تزریق پلاستیک منتقل می کنند.

این روش بسیار اقتصادی است و باعث حذف مرحله تهیه کامپاند می شود، البته مشکلاتی نیز ایجاد می کند که مهمترین آن ها تغییر شدت رنگ محصول تولیدی در گذر زمان است. این پدیده به دلیل جدا شدن تدریجی دانه های مستربچ از دانه های ماده اولیه در داخل قیف دستگاه تزریق پلاستیک رخ می دهد و برای رفع آن راه حل های مختلفی مانند استفاده از دستگاه دوزر و یا مستربچ رنگی مایع ارائه شده است.

• الاستومرها (Elastomers)

لاستیک ها یا الاستومرها نیز می توانند به عنوان افزودنی با پلیمرهای ترموپلاستیک ترکیب شوند. این گروه از افزودنی ها باعث افزایش چقرمگی و مقاومت به ضربه می شوند و یکی از افزودنی های پرکاربرد در ساخت قطعات خودرو مانند سپر به شمار می روند. برای تولید قطعاتی از جنس پلاستیک های مهندسی که باید مقاومت به ضربه بسیار بالایی داشته باشند از افزودنی های الاستومری استفاده می شود. البته استفاده از الاستومرها تنها به پلاستیک های مهندسی محدود نمی شود و ترکیب این افزودنی با پلاستیک ها مانند پلی پروپیلن نیز باعث ارتقاء ضربه پذیری می شود.

• افزودنی های ضد پوسیدگی (Anti-Aging Additives)

پدیده پیری یا پوسیدگی پلاستیک ها ناشی از تاثیرات عوامل طبیعی مانند تابش نور فرابنفش، تغییرات دمایی و واکنش با اکسیژن و اوزون موجود در هوا است که در گذر زمان باعث بروز تغییرات نامطلوبی در ساختار و خواص پلاستیک ها می شوند. پدیده پوسیدگی یا پیری در پلی اولفین ها مانند پلی اتیلن (PE) و پلی پروپیلن (PP) در اثر اکسید شدن با اکسیژن موجود در هوا اتفاق می افتد و برای جلوگیری از آن از افزودنی های آنتی اکسیدان استفاده می شود.

پوسیدگی PVC به دلیل واکنش هیدروکلر زدایی و با سرعت زیادی رخ می دهد و افزودنی های ضد پوسیدگی مخصوص PVC واکنش هیدروکلر زدایی را محدود می کنند. تابش نور فرابنفش علاوه بر PVC بر گستره وسیعی از پلاستیک ها اثر می گذارد و برای جلوگیری از پوسیدگی محصولات پلاستیکی که در فضای باز و تحت تابش آفتاب به کار می روند از افزودنی های پایدار کننده آنتی یو وی استفاده می شود.

پیری ناشی از اوزون بیشتر در لاستیک ها دیده می شود و به وسیله استفاده از افزودنی های ضد اوزون می تواند مهار شود.

• افزودنی های تجزیه پذیر کننده (Degradants)

یکی از نکات منفی پیرامون استفاده از پلاستیک ها تولید زباله هایی است که تجزیه و بازگشت آن ها به طبیعت قرن ها به طول می انجامد. بسیاری از محصولات پلاستیکی مانند ظروف یکبار مصرف پس از استفاده دور انداخته می شوند و از این رو نیازی به عمر و دوام طولانی ندارند. یکی از راه های غلبه بر این مشکل تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر مانند پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB) است که نوعی پلیمر ترموپلاستیک نیمه کریستالی و دارای خواصی شبیه پلی پروپیلن است.

این پلیمر زیست تخریب پذیر به طور طبیعی توسط گروهی از باکتری ها تولید می شود که از گلوکز تغذیه می کنند. علاوه بر این گروهی از مواد افزودنی می توانند به روند طولانی تجزیه پلاستیک سرعت ببخشند که نشاسته یکی از این مواد است.