وبلاگ
انواع پلیمرها و کاربرد آنها + مشخصات هر یک
پلیمرها میتوانند ظاهری مشابه هم داشته باشند؛ اما عملکرد یکسانی نداشته و ویژگی های هر کدام نیز متفاوت باشد. ساختار شیمیایی، مقاومت حرارتی، استحکام، مقاومت در مقابل رطوبت، گاز و سازگاری با مواد داخل بسته بندی مشخص میکند که هر پلیمر برای چه کاربردی مناسب تر است. به همین علت، ممکن است، پلیمری که برای تولید بطری نوشیدنی عملکرد خوبی دارد، انتخاب مناسبی برای بسته بندی مواد شیمیایی یا محصولات غذایی نباشد. در این مقاله با انواع پلیمرهای کاربردی، مشخصات، کاربردها و تفاوت های هر کدام آشنا خواهید شد و با مثالی ساده نشان میدهیم که هر پلیمر در چه شرایطی انتخاب مناسبی خواهد بود.
پلیمر چیست؟
پلیمر ماده ای است که از به هم پیوستن مقدار زیادی واحد شیمیایی کوچک به نام مونومر ساخته میشود و زنجیره هایی با طول و ساختارهای متفاوت به وجود میآورد. ویژگی هایی مثل انعطاف پذیری، میزان نفوذ پذیری پلیمر، استحکام، مقاومت شیمیایی و حرارتی به نوع مونومر و ساختار زنجیره ها و طرز آرایش آنها بستگی دارد.
در صنعت، پلیمرها به عنوان مواد اولیه اصلی در تولید محصولاتی مثل ظروف، قطعات خودرو، فیلم و لفاف بسته بندی و تجهیزات صنعتی به کار میروند؛ پس شناخت ساختار و ویژگی هر پلیمر اولین قدم در انتخاب مواد مناسب و متناسب با کاربرد نهایی خواهد بود.
انواع پلیمرها بر اساس رفتار حرارتی
یکی از روش های کاربردی در دسته بندی پلیمرها بررسی رفتار آنها در مقابل حرارت است. این رفتار مشخص میکند این ماده ها زمان گرم شدن چطور تغییر پیدا میکنند و آیا میتوان آنها را دوباره شکل دهی کرد یا خیر! با این روش به سه گروه اصلی یعنی ترموپلاست ها، ترموست ها و الاستومرها تقسیم بندی میشوند. این دسته بندی ها هم پایه و اساس بررسی انواع پلیمرها در ادامه مقاله خواهد بود تا به درک بهتر تفاوت ویژگی ها کاربردها و روش فرآوری و قابلیت بازیافت هر دسته کمک کند.
1. ترموپلاستیک ها
پلیمر ترموپلاستیک با بالا رفتن دما شکل پذیر و نرم میشود و بعد از سرد شدن مجدد حالت جامد پیدا میکند؛ به همین علت میتوان آنها را در فرآیندهای مختلف چندین بار گرم و قالب گیری کرد و این ویژگی موجب شده ترموپلاستیک ها بخش مهمی از مواد اولیه صنایع بسته بندی، تولید بطری، فیلم های پلیمری و قطعات پلاستیکی باشند.
2. ترموست ها
پلیمر ترموست بعد از شکل گیری و پخت یا شبکه ای شدن دارای ساختار پایداری شده و دیگر مثل ترموپلاستیک ها با گرم کردن مجدد ذوب و قالب گیری نمیشود. افزایش زیاده از حد دما معمولا به جای نرم کردن دوباره آن باعث تجزیه یا تخریب ساختار پلیمر میشود. این ویژگی موجب میشود، ترموست ها برای کاربردهایی که به مقاومت حرارتی شیمیایی و پایداری ابعادی بالا نیاز دارند، مناسب باشند.
3. الاستومرها
الاستومرها پلیمرهایی با ویژگی های ارتجاعی بالا هستند؛ یعنی میتوانند تحت کشش یا فشار تغییر شکل قابل توجهی پیدا کنند و بعد از برداشتن نیرو تا حد زیادی به شکل اولیه خود برمیگردند. برخلاف ترموپلاستیک ها که با گرم شدن نرم و قالب پذیر میشوند، ترموست ها بعد از پخت دیگر ذوب نمیشوند. ویژگی مهم الاستومرها انعطاف پذیری و بازیابی شکل است که به همین دلیل در محصولاتی مثل آب بندها، واشرها، شیلنگ ها و قطعات پلاستیکی کاربرد دارند.
معرفی پرکاربردترین پلیمرها و مشخصات هر یک
برای انتخاب از انواع پلیمر در یک محصول صنعتی تنها شناخت نام و دسته بندی آن کافی نبوده بلکه باید مشخص شود هر ماده دارای چه ویژگی هایی است و این ویژگی ها دارای چه کاربرد و مزیتی هستند. در این قسمت پلیمرهای پرمصرف را طبق ویژگی های فنی رفتار و در فرآیند تولید و کاربرد واقعی ارزیابی میکنیم تا ارتباط میان مشخصات ماده و انتخاب آنها در صنایع مختلف روشن شود.
4. پلی اتیلن (PE)
از پرمصرفترین ترموپلاستیک ها، پلی اتیلن ها هستند که به دلیل وزن کم، مقاومت مناسب در مقابل رطوبت و بسیاری از مواد شیمیایی به فرآیند پذیری مناسب و انعطاف پذیری در صنایع مختلف کاربرد دارند و خاصیت آن طبق نوع ساختار مثل LDPE و HDPE قابل تغییر است. برای مثال LDPE به علت انعطاف پذیری برای تولید کیسه و فیلم های بسته بندی مناسب هستند، در حالی که HDPE به علت استحکام و مقاومت زیاد در تولید ظروف، گالن ها و لوله های انتقال آب و مواد شیمیایی استفاده میشوند.
5. پلی پروپیلن (PP)
از پلیمرهای سبک پلی پروپیلن است که مقاومت حرارتی و شیمیایی مناسب، مقاومت خوب در مقابل خستگی، استحکام قابل قبول و خم شدن مکرر را دارد؛ به همین علت در بسته بندی برای تولید ظروف، درپوش و قطعات بسته بندی بسیار کاربرد دارد و در صنایع مختلف هم برای ساخت قطعاتی مثل اجزای خودرو، تجهیزات و قطعات صنعتی به کار میرود.
6. پلی اتیلن ترفتالات (PET)
پلی اتیلن ترفتالات یا PET به علت شفافیت، مقاومت و استحکام مناسب و وزن کم و توانایی بازیافت از کاربردی ترین پلیمرها در صنعت بسته بندی ها است. این پلیمر مخصوصا برای تولید بطری های PET، روغن های خوراکی و بعضی از محصولات آرایشی و بهداشتی و مواد شوینده استفاده میشود؛ زیرا به وسیله آن میتوان با وزن پایین بسته بندی هایی مقاوم و شفاف تولید کرد.
7. پلی وینیل کلراید (PVC)
از انواع پلیمرها، پلیمری با مقاومت مناسب در مقابل رطوبت، خوردگی و شیمیایی با قدرت تولید در دو حالت انعطاف پذیری و سخت را دارد، پلیمر PVC است. نوع سخت این پلیمر به علت پایداری و استحکام با ابعاد مناسب در لوله های فاضلاب و آب، اتصالات و پروفیل های ساختمانی کاربرد گسترده ای دارد و به دلیل انعطاف پذیری، در محصولاتی مثل روکش کابل و کفپوش هم استفاده میشود.
8. پلی استایرن (PS)
نوع دیگر پلیمرها، پلی استایرن است که سبک، سخت و نسبتا شکننده است و به راحتی قالب گیری و فراوری میشود و در نوع فوم شده هم عایق حرارتی مناسبی را به وجود میآورد؛ به همین علت در تولید ظروف یکبار مصرف، سینی ها و لیوان های بسته بندی، بعضی از ظروف مواد غذایی و بسته بندی های محافظ بسیار کاربرد دارد. به طور مثال PS فوم شده در بسته بندی محصولات که به وزن کم، محافظت در مقابل ضربه نیاز دارند، استفاده میشوند.
9. پلی کربنات (PC) و ABS
پلیمر پلی کربنات PC به علت شفافیت، مقاومت ضربه ای بالا، پایداری و استحکام حرارتی مناسب در ساخت قطعاتی که سبک بوده و در مقابل ضربه مقاومت دارند، استفاده میشود. مثل قطعات ایمنی و بعضی از اجزای صنعتی، محفظه تجهیزات الکتریکی و ABS که به دلیل ترکیبی از مقاومت ضربه ای، سختی و فرآیند پذیری مناسب و شکل پذیری به صورت گسترده در تولید محفظه لوازم برقی و الکتریکی، قطعات خودرو و تجهیزات صنعتی استفاده میشود. به طور مثال از ABSیک وسیله الکتریکی معمولا از قاب بیرونی انتخاب شده و برای قطعه ای که مقاومت ضربه ای یا شفافیت بالاتر نیاز دارد، از PC استفاده میشود که گزینه مناسب تری است.
جدول مقایسه ویژگی پلیمرها
برای انتخاب پلیمر یک ویژگی تنها تعیین کننده نخواهد بود و باید مجموعه ای از خاصیت ها را در کنار کاربرد نهایی مورد بررسی قرار داد. در جدول زیر پلیمرهای معرفی شده را از لحاظ شفافیت، وزن، قابلیت بازیافت و مقاومت شیمیایی مقایسه خواهیم کرد تا تفاوت آنها را برای کاربردهای بسته بندی و صنعتی مشخص کنیم.
| پلیمر | شفافیت | وزن | مقاومت شیمیایی | قابلیت بازیافت | کاربرد |
| PE | کم تا نیمه شفاف | کم | بالا | دارد | کیسه و فیلم بسته بندی، بطری، لوله |
| PP | نیمه شفاف تا شفاف | کم | بالا | دارد | ظزوف غذایی، درپوش و بسته بندی، قطعات خودرو |
| PET | بالا | کم | مناسب تا بالا | دارد | بطری آب و نوشیدنی، بطری شوینده و بطری آرایشی بهداشتی، روغن خوراکی |
| PVC | شفاف تا کدر | متوسط | بالا | دارد بسته به نوع و افزودنی ها | لوله، اتصالات، پروفیل، روکش کابل و کفپوش |
| PS | شفاف درنوع معمولی | کم | متوسط | دارد اما بازیافت کم | ظروف یکبار مصرف، سینی، لیوان، بسته بندی محافظ |
| PC | بالا | متوسط | متوسط | دارد اما بازیافت آن نسبت به پلیمرهای دیگر محدودتر | قطعات ایمنی، محفظه تجهیزات الکتریکی و قطعات مقاوم در برابر ضربه |
| ABS | کدر | متوسط | متوسط | دارد اما بازیافت آن به ترکیب و جریان جمع آوری بستگی دارد | محفظه لوازم برقی، قطعات خودرو و تجهیزات صنعتی |
کدام پلیمر برای بسته بندی مواد غذایی و نوشیدنی مناسب تر است؟
انتخاب پلیمر برای بسته ندی مواد غذایی و نوشیدنی به نوع محصول، دمای فرآیند، تماس مستقیم با مواد غذایی، مقاومت مکانیکی، نیاز به شفافیت و میزان نفوذ پذیری در مقابل رطوبت و گازها بستگی دارد. پس یک پلیمر را نمیتوان برای تمام کاربردهای غذایی مناسب دانست.
برای مثال PET در بطری های نوشیدنی و روغن خوراکی کاربرد زیادی دارد. ولی پلیمر PE و PP در ظروف، درپوش ها، بسته بندی های مختلف مواد غذایی و فیلم ها کاربرد زیادی دارند و به جز خاصیت فنی مقررات مربوط به تماس با مواد غذایی هم باید در زمان انتخاب گرید پلیمری مورد بررسی قرار بگیرد.
1. چرا PET گزینه اول بطری های نوشیدنی و مواد غذایی است؟
به علت ویژگی های و عملکرد قابل اعتماد PET در بسته بندی مواد غذایی و نوشیدنی کاربرد زیادی دارد و گریدهای ویژه تماس با مواد غذایی هم طبق الزامات ایمنی مربوط به PVC و PET در تولید انجام میشود که در مقایسه با بطری های شفاف مواد غذایی و نوشیدنی انتخاب رایج تری هستند؛ زیرا شفافیت خوب و مسیر بازیافت شناخته شده تری دارند. البته ایمنی بسته بندی، گرید پلیمر و الزامات قانون تماس با غذا هم مرتبط بوده و تنها نام پلیمر تضمین کننده کیفیت بطری های PET ایمنی نیست.
2. نقش طراحی و استاندارد تولید در انتخاب محصول نهایی
انتخاب کردن یک پلیمر مناسب فقط به نوع مواد اولیه محدود نمیشود. طراحی بطری یا ظرف، ضخامت دیواره، نوع محتوای داخل بسته بندی، حجم و ابعاد محصول، روش تولید و شرایط نگهداری هم باید همزمان مورد بررسی قرار بگیرد. به طور مثال یک بطری نوشیدنی گازدار به طراحی و استحکام مقاومتی بیشتری نسبت به بطری یک ماده شوینده نیاز داردT حتی اگر هر دو از یک خانواده پلیمری تولید شوند. رعایت استانداردهای تولید و الزامات مربوط به نوع محتوا در ایمنی عملکرد و پایداری بسته بندی لازم و ضروری است.
پلیمرهای قابل بازیافت کداماند؟
بیشتر ترموپلاستیک ها از لحاظ فنی قدرت بازیافت دارند؛ زیرا با گرم شدن مجدد دوباره نرم میشوند و میتوان آنها را فراوری کرد. در بین پلیمرهای پرکاربرد، پلیمرهای PET، PP، LDPE، HDPE وPVC قابلیت بازیافت را دارند و کدهای شناسایی رزین آنها با جداسازی نوع ماده انجام میشود. با این وجود توانایی فنی بازیافت با بازیافت شدن واقعی در یک منطقه یکسان نبوده و وجود افزودنی ها، آلودگی ها، چند لایه بودن بسته بندی و ترکیب چند پلیمر و دسترسی به زیرساخت جمع آوری و فرآوری میتواند بر امکان بازیافت محصول نهایی تاثیر بگذارد.
همچنین بخوانید: انواع افزودنی های پلیمری
کلام آخر
انواع پلیمرها از لحاظ رفتار حرارتی، انعطاف پذیری، مقاومت شیمیایی، استحکام و سایر ویژگی ها با هم تفاوت های مهمی دارند و با این تفاوت ها مشخص میشود که هر کدام برای چه محصولی مناسب تر هستند. پلیمرهای PE و PP در انواع بسته بندی و قطعات صنعتی کاربرد زیادی دارند. پلیمر PVC در لوله و ساختمان نقش مهمی ایفا میکند و پلیمرهای PC، PS و ABS هم طبق ویژگی های خاصی که در بسته بندی و قطعات مختلف دارند به کار گرفته میشوند.
در بین پلیمرهای مورد بررسی PET به علت شفافیت، استحکام مناسب، وزن کم و قدرت بازیافت در تولید بطری های نوشیدنی، آب معدنی، روغن های خوراکی و بعضی محصولات دیگر جایگاه خاصی دارد. با این وجود انتخاب بسته بندی مناسب تنها با شناخت نوع پلیمر انجام نمیگیرد و باید نوع محتوا، حجم، طراحی، ضخامت و شرایط نگهداری هم در نظر گرفته شوند. اگر هدف انتخاب بطری PET برای محصول مشخص است، بهتر از است که پیش از تصمیم گیری مشخصات فنی بطری، نوع PET، ظرفیت، ضخامت و طراحی و سازگاری آن با محتویات هم مورد بررسی قرار بگیرد.
سوالات متداول
- تفاوت ترموپلاستیک و ترموست چیست؟
ترموپلاستیک ها با حرارت نرم قابل قالب گیری مجدد هستند؛ اما ترموست ها بعد از شکلگیری اولیه با حرارت دیگر ذوب نمیشوند و شکل نهایی خود را حفظ میکنند.
- کدام پلیمر برای بطری مناسب است؟
پلی اتیلن ترفتالات یا PET به علت شفافیت، وزن کم، مقاومت مناسب و قدرت بازیافت رایج ترین پلیمر برای تولید بطری های نوشیدنی و مواد غذایی هستند.
- انواع پلیمرهای قابل بازیافت کداماند؟
پلیمرهایی مثل PET و پلی اتیلن از جمله پلیمرهای رایجی هستند که به راحتی و در مقیاس صنعتی بازیافت میشوند.
- چرا PET در صنعت بسته بندی پرکاربرد است؟
پلیمر PET به دلیل شفافیت بالا، وزن کم مقاومت مناسب در مقابل فشار و امکان بازیافت یکی از رایجترین مواد برای بسته بندی نوشیدنی، مواد غذایی و محصولات آرایشی و بهداشتی است.
- ویژگی های پلیمر PET چیست؟
پلیمر PET شفاف، سبک، مقاوم در مقابل ضربه و فشار و قابل بازیافت است؛ به همین علت برای تولید بودجه های مختلف انتخاب مناسبی محسوب میشود.