وبلاگ
انواع افزودنی های پلیمری + معرفی پرکننده ها
شاید تصور شود که در تولید محصولات پلیمری، رزین پایه، به تنهایی میتواند تمام خاصیت مورد نیاز محصول را تامین کند. اما در عمل اینطور نیست! انواع افزودنی های پلیمری برای اصلاح رفتار پلیمر در فرایند و عملکرد محصول نهایی به کار گرفته میشوند و پرکننده ها نیز نسبت به نوع و کاربرد میتوانند خواصی مثل سختی، پایداری ابعادی یا هزینه های تمام شده را تحت تاثیر قرار دهند. در کنار این دو مفهوم، مستربچ نیز به عنوان روشی برای وارد کردن و توزیع کنترل شده مواد فعال در پلیمر به کار میرود.
در این مقاله انواع پلیمر افزودنی ها، نقش پرکننده ها و تفاوت فنی آنها با مستربچ را بررسی خواهیم کرد و اینکه چرا نمیتوان افزودنی، فیلر و مستربچ را معادل یکدیگر در نظر گرفت. این دو موضوع مهم برای واحدهای تولید، کنترل کیفیت و تحقیق و توسعه اهمیت داشته و تفاوت مستربچ افزودنی با فیلر و تاثیر افزودنی ها بر قابلیت بازیافت محصولات پلیمری هم موضوعاتی هستند که تاثیر مستقیمیدر انتخاب مواد اولیه و همچنین ارزیابی عملکرد محصول دارند که در این مقاله به آن ها میپردازیم.
افزودنی پلیمری چیست؟
افزودنی پلیمری ماده ای است که در میزان مشخصی به پلیمر پایه اضافه میشود تا یک یا چند ویژگی آن را در مراحل فراوری و یا در محصولات نهایی تغییر داده، تقویت کند و یا از افت آن جلوگیری کند. این مواد در ساختار محصول نقش اصلی نداشته اما میتواند بر عواملی مثل پایداری حرارتی، در مقابل نور و اکسیداسیون، انعطاف پذیری، اصطکاک سطح، فرایندپذیری و دوام پلیمر تاثیر بگذارد.
به طور مثال در تولید یک بطری PET احتمال دارد که افزودنی ها برای بالا بردن پایداری ماده در مقابل شرایط فرایندی یا کنترل یک ویژگی مشخص محصول به کار برود. پس افزودنی را نباید تنها ماده ای برای اصلاح خواص پلیمر دانست و انتخاب آن باید طبق نوع رزین، فرایند تولید مقدار مصرف و مشخصات مورد انتظار محصول انجام شود.
تفاوت افزودنی، پرکننده و مستربچ چیست؟
افزودنی، پرکننده و مستربچ هر سه در فرمولاسیون و تولید محصولات پلیمری دیده میشوند ولی نمیتوان آنها را جایگزین یکدیگر قرار داد. افزودنی طبق نقشی که در پلیمر دارد، تعریف شده و پرکننده هم بر اساس ساختار و عملکرد ماده ای که به ماتریس پلیمری اضافه میشود، معرفی شده و مستربچ هم شکل ارائه و روش وارد کردن ماده به پلیمر را ارائه میکند که همین تفاوت، جهت تشخیص درست این سه مفهوم در خرید و تولید مهم است.
1. افزودنی به چه معناست؟
افزودنی مادهای است که معمولاً در میزان کم به پلیمر پایه اضافه میشود تا یک ویژگی مشخص آن را بهبود بخشیده و یا کنترل کرده یا از افت آن در زمان فراوری و مصرف جلوگیری کند. برای مثال آنتی اکسیدانت برای کاهش تخریب پلیمر در اثر اکسیداسیون و پایدار کننده uv برای بالا بردن مقاومت در مقابل تابش فرابنفش به کار میرود پس میزان مصرف کم به تنهایی معیار تشخیص افزودنی نبوده و نقش و عملکرد ماده در فرمولاسیون نیز باید مورد توجه قرار بگیرد.
2. پرکننده به چه معناست؟
فیلر یا پرکننده ها هم ماده ای هستند که معمولا در میزان و حجم زیادتری نسبت به بیشتر افزودنی های عملکردی به پلیمر اضافه میشوند و قادر هستند با هدف کاهش مصرف رزین و هزینه فرمولاسیون یا تغییر خواص فیزیکی و مکانیکی محصول به کار بروند. موادی مثل کربنات کلسیم و تالک از پرکننده های رایج هستند و نسبت به نوع، اندازه ذرات و میزان مصرف میتوانند بر سختی، استحکام و پایداری ابعادی و دیگر ویژگی های پلیمر تاثیر بگذارند.
3. مستربچ چیست و چه نقشی دارد؟
مستربچ به صورت کنستانتره شده از افزودنی یا پرکننده در یک پلیمر حامل است که برای وارد کردن و توزیع یکسان ماده فعال در پلیمر پایه به کار میرود. در بیان ساده، مستربچ خود یک افزودنی یا فیلر نبوده بلکه روشی برای عرضه و انتقال آنها به فرایند تولید است. برای مثال یک تولید کننده میتواند آنتی اکسیدانت یا پرکننده معدنی را به صورت مستربچ دریافت کرده و زمان تولید میزان معینی از آن را با پلیمر پایه ترکیب کند.
انواع افزودنی های پلیمری
افزودنی ها طبق کاری که در پلیمر انجام میدهند، هر کدام برای یک نیاز مشخص در فرایند تولید با محصول نهایی استفاده میشوند. انتخاب آنها باید طبق نوع پلیمر، دمای فرایند و شرایط استفاده و خصوصیات مورد انتظار محصول انجام شود. برای مثال ماده ای که برای محافظت پلیمر در مقابل UV مناسب است، لزوما برای کنترل تخریب حرارتی در زمان فرایند انتخاب مناسب نیست.
| نوع افزودنی | نقش اصلی | مثال کاربردی در صنعت |
| آنتی اکسیدانت | کاهش تخریب پلیمر در اثر اکسیداسیون | محافظت پلیمر در فرایند حرارتی و اکستروژن |
| پایدارکننده هاUV | کاهش اثر تخریبی تابش فرابنفش | محصولات و قطعات پلیمریمورد استفاده در فضای باز |
| روان کننده ها | کاهش اصطکاک داخلی یا اصطکاک تجهیزات | بهبود جریان مذاب و خروج قطعه از قالب در قالب گیری |
| بازدارنده ها | کاهش قابلیت اشتعال یا سرعت گسترش شعله | قطعات پلاستیکی تجهیزات برقی و الکترونیکی |
| اصلاح کننده های ضربه | افزایش مقاومت دربرابر ضربه وشکست | قطعات تزریقی که در معرض ضربه مکانیکی هستند |
1. پایدار کننده ها و آنتی اکسیدان ها
پایدار کننده ها و آنتی اکسیدان ها برای کاهش تخریب پلیمر در اثر حرارت و واکنش های اکسیداسیون استفاده میشوند. این مواد در زمان فرآوری مخصوصا در دمای بالا از کاهش خاصیت پلیمر و آسیب به زنجیره های آن جلوگیری کرده و با سرعت این تخریب را کمتر میکنند.
2. روان کننده ها
روان کننده ها با کمتر شدن اصطکاک بین زنجیره های پلیمر و همچنین بین مذاب و سطح تجهیزات به بهبود جریان و فراوری پلیمر کمک میکند. استفاده درست از آنها میتواند عبور مذاب از دستگاه قالبگیری و خارج شدن محصول از قالب را راحت تر کند.
3. رنگدانه ها
رنگدانه ها برای ایجاد یا تغییر رنگ، شفافیت و ظاهر بصری محصول نهایی به پلیمر اضافه میشوند. انتخاب نوع و میزان رنگدانه باید بر اساس نوع پلیمر، روش فرآوری و رنگ مورد نظر انجام بگیرد؛ زیرا پراکنش نامناسب میتواند موجب ناهماهنگی رنگ یا ایجاد لکه و تغییر ظاهر سطح محصول شود.
4. اصلاح کننده های ضربه
اصلاح کننده های ضربه برای بالا بردن مقاومت محصولات پلیمری در مقابل ضربه و کاهش احتمال شکست یا ترک خوردگی استفاده میشود. این یکی از انواع افزودنی های پلیمری است که با تغییر رفتار زمان وارد شدن نیروی ناگهانی به محصول کمک میکند که انرژی ضربه را هم بهتر تحمل کند. به طور مثال در بعضی قطعات تزریقی خودرو یا بستهبندی های پلیمری که احتمال افتادن یا ضربه دیدن وجود دارد از اصلاح کننده های ضربه در کمتر شدن شکنندگی استفاده میشود.
5. بازدارنده های UV
بازدارنده های پایدار کننده UV در کاهش تخریب پلیمر در مقابل نور خورشید و تابش فرابنفش استفاده میشود. تابش UV میتواند به مرور موجب تغییر رنگ، کاهش استحکام و شکننده شدن بعضی از محصولات پلیمری شود. این افزودنی ها با جذب یا محدود کردن تاثیر تابش فرابنفش سرعت این تغییرات را کمتر میکنند.
معرفی پرکننده های پلیمری پرکاربرد
پرکننده ها موادی هستند که برای تغییر ویژگی فیزیکی و مکانیکی پلیمر به افزایش پایداری ابعادی یا در بعضی فرمولاسیون ها برای کاهش مقدار مصرف رزین استفاده میشوند. عملکرد فیلر تنها به نوع ماده وابسته نبوده و اندازه و شکل ذرات، میزان مصرف پراکنشی در ماتریس سازگاری سطحی آن نیز میتواند نتیجه نهایی را تغییر بدهد. در بین پرکننده های پلیمری موادی مثل کربنات کلسیم، تالک، کائولن، سیلیکا و الیاف شیشه کاربرد زیادی دارند هر کدام اثر متفاوتی روی محصول میگذارند. برای مثال یک فیلر ممکن است که سختی و مدول را بالاتر ببرد در حالی که نوع دیگری بیشتر برای بهبود پایداری ابعادی و یا افزایش استحکام مکانیکی به کار میرود.
1. کربنات سدیم
کربنات سدیم از پرکننده های رایج در ترکیبات پلیمری بوده که میتواند با جایگزین کردن قسمتی از رزین، هزینه فرمولاسیون را کمتر کند و همزمان سفتی و سختی محصول را هم افزایش دهد. میزان مصرف، انرژی سطحی ذرات و کیفیت پراکنش در نتیجه نهایی نقش مهمیدارد؛ زیرا میزان زیاد یا پراکنش نامناسب میتواند به کاهش بعضی خواص مکانیکی و فرایندی باعث شود.
2. تالک
تالک هم به عنوان پرکننده معدنی قادر است که سفتی و مقاومت حرارتی ترکیبات پلیمری را بالا ببرد و در نتیجه پایداری محصول را در مقابل تغییرات دما بهتر کند. به همین علت در بعضی از قطعات پلیمری مخصوصا قطعات تزریقی برای بالا بردن سختی و کاهش تغییر شکل در دماهای بالا به کار میرود.
3. سیلیکا
سیلیکا هم از پرکننده های معدنی است که میتواند با بالا بردن سختی و تقویت ساختار ترکیب پلیمری مقاومت آن را در مقابل سایش و فرسایش سطحی بهبود ببخشد؛ به همین علت در بعضی از ترکیبات که سطح محصول در مقابل اصطکاک مداوم قرار میگیرد، به کار گرفته میشود.
4. الیاف شیشه
از دیگر پرکننده های تقویت کننده، الیاف شیشه است که برای افزایش استحکام مکانیکی، سختی و پایداری محصولات پلیمری به کار میرود. این الیاف با تقویت کردن ماتریس پلیمری مقاومت محصول را در مقابل نیروهای کششی و خمشی بالا میبرد؛ به همین دلیل در قطعات صنعتی، خودرو و تجهیزات مهندسی کاربرد دارد.
افزودنی ها در تولید بطری PET
در تولید بطری PET انتخاب انواع افزودنی ها به کاربرد نهایی مورد نظر محصول و شرایط فرایند بستگی دارد. نسبت به اینکه بطری برای آب و نوشیدنی، مواد غذایی، محصولات آرایشی یا فرآورده های دارویی به کار میرود، این احتمال وجود دارد که از بعضی از افزودنی های مجاز برای کنترل بعضی ویژگی هایی مثل شفافیت، مقاومت و عملکرد مناسب در طول عمر محصول استفاده شود.
به طور مثال در بسته بندی هایی که در برابر نور قرار میگیرند، کنترل اثر تابش UV میتواند اهمیت زیادی داشته باشد و در فرایند تولید نیز پایداری مناسب PET در مقابل حرارت و اکسیداسیون هم اهمیت دارد. با این حال در بطری های پت موارد مورد استفاده برای مواد غذایی، نوشیدنی و محصولات دارویی انتخاب افزودنی تنها بر اساس عملکرد فنی صورت نمیگیرد و مجاز بودن ماده برای کاربرد مورد نظر میزان مصرف و لازمه تماس با محتوا هم باید بررسی شود.
تاثیر افزودنی ها بر قابلیت بازیافت محصول
وجود افزودنی در یک محصول پلیمری به معنی از بین رفتن و یا کاهش قدرت بازیافت آن نبوده و اثر افزودنی بر بازیافت به نوع ماده، مقدار مصرف، پایداری حرارتی و سازگاری با پلیمر و فرایند بازیافت بستگی دارد. پس پاسخ درست و دقیق اینطور است که انواع افزودنی های پلیمری میتوانند بر قابلیت و کیفیت بازیافت تاثیر بگذارند؛ اما این تاثیر قطعی و یکسان نیست. به طور مثال رنگ، مواد خارجی، ترکیبات غیر PET و بعضی افزودنی های موجود در جریان ورودی میتواند کیفیت ماده بازیافتی و امکان استفاده دوباره را تحت تاثیر قرار دهد.
همچنین بخوانید: مزایای بازیافت مواد پلیمری
اهمیت انتخاب محصول نهایی با کیفیت
در انتخاب بطری PET شناخت نوع رزین و جزئیات افزودنی های مورد استفاده اهمیت دارد؛ اما برای خریدار نهایی، کیفیت و عملکرد خود بطری تعیین کننده تر است. استاندارد و الزامات تولید نیز باید با کاربرد بطری متناسب بوده و مورد بررسی قرار بگیرد.
برای مثال بطری مورد استفاده برای یک نوشیدنی ممکن است که از لحاظ مقاومت مکانیکی و عملکرد در خطوط پرکنی اهمیت خاص داشته باشد در حالی که برای یک محصول دارویی یا آرایشی الزامات مرتبط با تماس محصول با محتوا و سازگاری با بستهبندی اهمیت بیشتری دارد.
کلام آخر
افزودنی ها و پرکننده ها هر دو برای اصلاح عملکرد پلیمر استفاده میشوند؛ اما نقش یکسانی ندارند. انواع افزودنی های پلیمری معمولا برای کنترل یک ویژگی مشخص مثل پایداری حرارتی، مقاومت UV یا فرایند پذیری به کار میرود، در حالی که پرکننده های پلیمری معمولا با درصد زیادی برای تغییر خواص فیزیکی و مکانیکی و کاهش مصرف رزین به فرمولاسیون اضافه میشوند.
مستربچ هم خود یک فیلر یا افزودنی نبوده؛ بلکه به طور کنستانتره شده و کنترل شده برای وارد کردن این مواد به پلیمر پایه به کار میرود. در نهایت کیفیت محصول پلیمری تنها به نوع مواد اولیه وابسته نبوده مثل فرمولاسیون، فرایند تولید کنترل کیفیت و تناسب محصول با کاربرد نهایی اهمیت دارد. اگر برای کسب و کار خود بطری PET نیاز دارید بهتر است مشخصات فنی بطری و الزامات کاربردی آن را بررسی کنید و بعد با توجه به نوع محصول غذایی، نوشیدنی، آرایشی یا دارویی برای انتخاب بطری متناسب با نیاز مشاوره دریافت کنید.
سوالات متداول در مورد انواع افزودنی های پلیمری
- افزودنی پلیمری چیست؟
افزودنی پلیمری ماده ای است که در میزان مشخصی به پلیمر پایه اضافه میشود تا یک یا چند ویژگی آن را در مراحل فراوری و یا در محصولات نهایی تغییر داده، تقویت کند و یا از افت آن جلوگیری کند
- پرکننده پلیمری چه کاربردی دارد؟
فیلر یا پرکننده ها هم ماده ای هستند که معمولا در میزان و حجم زیادتری نسبت به بیشتر افزودنی های عملکردی به پلیمر اضافه میشوند، قادر هستند با هدف کاهش مصرف رزین و هزینه فرمولاسیون یا تغییر خواص فیزیکی و مکانیکی محصول به کار بروند
- تفاوت مستربچ، افزودنی و فیلر چیست؟
افزودنی طبق نقشی که در پلیمر دارد، تعریف شده و پرکننده هم بر اساس ساختار و عملکرد ماده ای که به ماتریس پلیمری اضافه میشود، معرفی شده و مستربچ هم شکل ارائه و روش وارد کردن ماده به پلیمر را ارائه میکند
- چرا افزودنی ها در بطری های PET استفاده میشوند؟
نسبت به اینکه بطری برای آب و نوشیدنی، مواد غذایی، محصولات آرایشی یا فرآورده های دارویی به کار میرود، احتمال دارد از بعضی از افزودنی های مجاز برای کنترل بعضی ویژگی هایی مثل شفافیت، پایداری حرارتی و نوری، مقاومت و عملکرد مناسب در طول عمر محصول استفاده شود.
- آیا افزودنی ها بر قابلیت بازیافت تاثیر میگذارند؟
بله، وجود افزودنی در یک محصول پلیمری به معنی از بین رفتن و یا کاهش قدرت بازیافت آن نبوده و اثر افزودنی بر بازیافت به نوع ماده، مقدار مصرف، پایداری حرارتی و سازگاری با پلیمر و فرایند بازیافت بستگی دارد.