افزودنی های پلی آمید
استفاده از افزودنی ها در تولید محصولات پلیمری، مناسب ترین و ارزان ترین راه برای دستیابی به محصولی با خواص ویژه و متفاوت از سایر محصولات مشابه می باشد. در این بین کیفیت افزودنی، قیمت متناسب با کیفیت، دسترسی همیشگی به افزودنی و خدمات پس از فروش آن از اهمیت به سزایی برخوردار است.
در ادامه لیست افزودنی های مخصوص پلی آمید که قابل ارائه توسط شرکت بازرگانی لطیفی پلیمر می باشد آورده شده است:
کمک فرایند
لیزکننده و آنتی بلاک
پایدارکننده و جاذب اشعه فرابنفش (آنتی یووی)
آنتی اکسیدانت
مات کننده
شفاف کننده و بهبود دهنده خواص مکانیکی
افزایش دهنده نفوذپذیری پلی آمید در برابر بخار
افزایش دهنده مقاومت پلی آمید در برابر عبور گاز
از بین برنده زردی پلی آمید
نحوه انتخاب افزودنی های پلیمری
اگر تولید مستربچ کاری تخصصی باشد آنگاه تولید افزودنی های پلیمری امری فوق تخصصی است زیرا حساسیت ها و قابلیت های خاص خود را دارد یکی از دلایل حساسیت این موضوع تست کیفیت این محصول بوده که از طریق مؤلفه‌های ظاهری قابل تشخیص نبوده و تنها در آزمایشگاه های پیشرفته میسر میشود. با توجه به هزینه بر بودن این آزمایشات که به نوبه خود در هزینه تولید تاثیر گذار است، مصرف کنندگان این افزودنی، تمایل به خرید از تولید کنندگان معتبری را دارند که این محصولات را پس از انجام آزمایشات دقیق و با کیفیت مطلوب و پایداری عالی به بازار عرضه می‌کنند. یک افزودنی پلیمری با کیفیت، فرصت های چشمگیری را برای بهبود عملکرد محصولات پلیمری ارائه می‌دهد.
میزان استفاده از افزودنی های پلیمری
میزان مصرف افزودنی های پلیمری بر اساس غلظت افزودنی‌های درون پایه ترموپلاستیک و بر اساس نیاز مشتری می‌تواند متغیر باشد. مهم‌ترین پارامتر در کنار کیفیت آنها، بحث اقتصادی بودن آن است. تولید کنندگان می‌توانند با انتخاب پایه مناسب از مواد اولیه، طرح اختلاط ویژه و استفاده از تجهیزات مناسب، محصولی بر اساس نیاز بازار تولید و در کنار آن مصرف کننده را در جهت ایجاد ارزش افزوده مناسب یاری کنند.
برخی از افزودنی‌ها قیمتی به مراتب بالاتر از مواد اولیه دارند بنابراین اکثر مصرف کنندگان ممکن است در نگاه اول علاقه ای به استفاده از این افزودنی های پیدا نکنند، این درحالیست که استفاده بیش ازحد برخی از این محصولات تا حد زیادی می‌تواند هزینه های تولید، استهلاک تجهیزات و کیفیت نهایی محصول را افزایش دهد. استفاده مناسب از افزودنی های پلیمری موجب بهبود ویژگی‌های بسیاری از مواد پلیمری از قبیل دوام، سختی، وضوح، جلوگیری از فرسایش و … میشود.
همچنین خواص پلیمرها را می‌توان با افزودنی های مناسب به میزان قابل توجهی تغییر داد که چگونگی استفاده از افزودنی های پلیمری بسته به نوع پلیمر و کاربرد آن متفاوت است.
کاربرد افزودنی‌های پلیمری
در ادامه با بعضی از افزودنی ها آشنا خواهیم شد.
۱-افزودنی‌های پرکننده (فیلرها)
به مجموعه مواد جامد با پایه‌ی معدنی، سنتزی و آلی که با درصدهای بالای ۵ درصد به پلیمر افزوده میشود به صورت کلی پرکننده می‌گویند. هدف از استفاده از پرکننده ها در درجه ی اول، کاهش قیمت و در وهله بعد اصلاح خواص فیزیکی و مکانیکی خواهد بود.
۱-۱) انواع پرکننده ها
پرکننده ها اصولاً به سه دسته زیر تقسیم می‌شوند :
- آنهاییکه پلیمر را تقویت کرده و باعث بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمر میشود.
- آنهاییکه فقط حجمی از ماده را اشغال کرده تا از پلیمر کمتري در ساخت نمونه استفاده شود.
- نوع سومی نیز وجود دارد که کمتر رایج است و آن پرکننده هایی هستند که در زمینه پلیمر، پخش شده تا هدایت الکتریکی ماده پلیمري را بهبود دهند.
۲-۱) خصوصیات پرکننده ها
از جمله خصوصیات این افزودنی که بر خواص مواد پلیمری تأثیر می‌گذارد می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- افزایش مقاومت حرارتی
- افزایش استحکام مکانیکی
- افزایش پایداری ابعادی
- القا خاصیت الکتریکی
- افزایش رنگ پذیری و پوشش سطح
- کنترل وزن مخصوص خوب
- آبدوست یا آبگریز کردن قطعه
با توجه به تعریف پرکننده ها (فیلرها) می توان هوا را به عنوان ارزان ترین پرکننده که در تولید فوم ها مورد استفاده قرار می گیرد معرفی نمود که باعث سبکی قطعه و کاهش قیمت نهایی آن میشود.
۲-روان کننده ها
روان کننده ها افزودنی هایی هستند که نقش کاهنده جاذبه و اصطحکاک بین سطوح داغ دستگاه های تشکیل دهنده و سطح پلیمر مذاب را دارند. این افزودنی ضریب اصطحکاک بین لایه های فیلم و یا فیلم با هر سطح دیگری که با آن در تماس است را کاهش داده و سبب جدایش بهتر وآسان تر فیلم از سطح میشود. هدف از این عمل آسیب نرسیدن به دستگاه و محصولات در حین فرآیند است.
۱-۲) انواع روان کننده ها
به طور خلاصه روان کننده‌ها از نظر عملکرد در دو گروه طبقه بندی می شوند:
روان کننده داخلی (Internal Lubricant):
کاربرد این روان کننده ها برای کاهش اصطحکاک بین مواد مذاب پلیمری بوده و با از بین بردن نیروهای بین مولکولی در بین زنجیرهای پلیمری گرانروی آنها را کاهش می دهند تا فرآیند تولید به سهولت صورت پذیرد. در واقع این مواد با کاهش گرانروی ماده مذاب، کمک شایانی به تسهیل در حرکت جریان ماده مذاب می‌کنند. برای مثال روان کننده های داخلی که برای پی وی سی استفاده میشود باید با پی وی سی سازگار باشند تا در اثر افزایش حرارت و فشار از آمیزه پلیمری خارج نشوند.
روان کننده خارجی (External Lubricant) :
برای کاهش تماس و اصطحکاک پلاستیک مذاب با سطوح داغ دستگاه‌ها از روان کننده خارجی استفاده میشود. روان کننده خارجی باید به گونه‌ای باشد که با ماده اولیه سازگار نبوده تا بتواند از دستگاه بیرون آمده و سطح خارجی محصول را بپوشاند. روان کننده خارجی که در مخلوط پلیمری مورد استفاده قرار می‌گیرد بدین صورت عمل می‌کند که در دمای فرایند ذوب شده و خود را به سطح تماس قطعه و قالب می‌رساند و قطعه را از تماس مستقیم با قالب و از چسبیدن به آن محافظت می‌کند.
۲-۲) ترکیبات شیمیایی روان کننده‌ها
روان کننده‌ها عموماً ترکیبات آلی هستند که در گروه های زیر تقسیم بندی می‌شوند:
- الکل های چرب (Fatty alcohols)
- اسید استرها (Dicarboxylic acid ester)
- اسیدهای چرب (Fatty acid)
- اسید – آمیدها
- صابون های فلزی مانند استئارت ها
- استرها
- وکس های پلی اتیلن اکسیده شده
- وکس های پلی اتیلن
- پارافین وکس ها
۳-۲) مشخصات روان کننده ها
روان کننده ها را به مقدار کم و به صورت جامد، پودری و یا مایع شکل به مخلوط پلیمری اضافه می‌کنند. میزان روان کننده در فرمولاسیون بین ۰.۲۵ تا ۱درصد است که این مقدار منوط به دستگاه شکل دهنده و ظاهر نهایی قطعه مورد نظر است.
تاثیر یک روان کننده بستگی به میزان پخش شدن ذرات در سراسر قطعه و جذب توسط محصول پلیمری دارد.
به عنوان مثال مقدار کم یک روان کننده باعث گرانروی بالا و تخریب ماده مذاب پلیمری میشود که دلیل آن وجود جاذبه بین مولکول ها، و نیز کشش بین آمیزه و سطح داغ دستگاه است، و از طرفی افزایش شدید روان کننده باعث لغزندگی بسیار زیاد مواد پلیمری و کاهش تولید میشود. البته شرط سازگاری ماده روان کننده با ماده پلیمری در انجام این فرآیند باید رعایت شود.
از فواید دیگر استفاده از روان کننده ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ایجاد ظاهری براق
- جدایش خوب از قالب
- آنتی بلوکه شدن (جلوگیری از به هم چسبیدن لایه های پلیمری)
- کاهش کند شدن تجهیزات فرآیند
۳- افزودنی‌های تقویت کننده
به افزودنی های پلیمری که در اثر افزودن به پلیمر ها باعث تقویت خواص مکانیکی یا حرارتی آنها میشود افزودنی تقویت کننده می‌گویند.
مکانیزم اثربخشی این مواد به صورت خلاصه در ایجاد برهم کنش های قوی با پلیمر و در نتیجه بهبود خواص پلیمر است. معمولاً برای ایجاد بر هم کنش قوی بین عامل تقویت کننده و ماده پلیمری از روشهایی چون اصلاح سطحی پرکننده و یا استفاده از عوامل سازگارکننده بهره گرفته میشود.
از جمله معروف‌ترین پرکننده های تقویت کننده می توان به الیاف شیشه، دوده، الیاف کربن، پودر شیشه، نانوذرات، ولاستونیت و الیاف های طبیعی اشاره کرد.
۴- افزودنی‌های آنتی اکسیدان
محصولات پلیمری معمولاً با قرار گرفتن در معرض اکسیژن استحکام اولیه خود را از دست می‌دهند و پس از مدتی اکسیژن باعث پیرشدگی و کاهش کیفیت محصولات و مات شدن آنها میشود. حال این افزودنی باعث جلوگیری از اکسید شدن و کاهش اثرات نامطلوب اکسیژن بر روی محصولات پلیمری میشود.
۵- افزودنی‌های آنتی استاتیک (ضد الکتریسیته ساکن)
الکتریسیته ساکن ممکن است در اثر برخورد قطعات پلاستیکی هنگام حمل و نقل و یا سایش مواد پلیمری با مواد افزودنی هنگام تولید به وجود بیاید. این الکتریسیته ساکن امکان جذب گرد و غبار و ذرات معلق در هوا را فراهم می‌کند علاوه بر این امکان به وجودآمدن حوادثی مانند آتش سوزی و یا ایجاد برق گرفتگی کارگران نیز وجود دارد. مکانیزم این افزودنی بدین صورت است که با ایجاد لایه ای بر روی محصولات پلیمری از تولید الکتریسیته و در پی آن از بروز چنین حوادثی جلوگیری خواهد کرد.
۶- افزودنی‌های شفاف کننده
تمیز کردن سیلندر، ماردون و سایر قطعات دستگاه‌های تولید پلیمر، امری بسیار زمانبر است از این رو با استفاده از این افزودنی این کار با سرعت بیشتری انجام می‌گیرد. این افزودنی قادر به پاک کردن دستگاه از مواد قبلی و رنگ ها بوده تا دستگاه را برای تولید محصولات بعدی آماده کند.
۷- افزودنی‌های براق کننده
ظاهر و نمای محصولات برای هر مشتری حائز اهمیت است. این افزودنی قادر است تا شفافیت و جلوه خاصی را به محصولات تولید شده ببخشد و همچنین ظاهر آنها را بهبود دهد.
۸- افزودنی‌های ضد مه یا ضد شبنم (آنتی فاگ)
یکی از چالش های موجود در زمینه کاربرد فیلم های پلیمری، تولید مه (یا شبنم) است. علت تشکیل مه ناشی از میعان بخار آب روی سطح است. در فیلم های گلخانه ای یا بسته بندی مواد غذایی به دلیل وجود رطوبت بالا، این پدیده محتمل تر است.
این قطرات به دلیل تفاوت کشش سطحی آب با پلیمر ناقطبی تشکیل دهنده فیلم، بر روی سطح آن تشکیل می‌شوند.
برای رفع این مشکل، تولید کنندگان از افزودنی ضد مه (Anti-Fog) در فرمولاسیون فیلم های پلیمری استفاده می‌کنند. افزودنی ضد مه عمدتاً به صورت مستربچ در ترکیب و فرمولاسیون فیلم استفاده می شود. غلظت این افزودنی به دلیل مهاجرت به سطح و تمایل آن به حل شدن در آب به مرور زمان کاهش می‌یابد، در نتیجه عملکرد آن تضعیف میشود. به همین دلیل تولید کنندگان فیلم های پلیمری باید میزان بهینه ای از این افزودنی را در طراحی فرمولاسیون خود در نظر بگیرند.
۹- افزودنی‌های آنتی یو وی (Anti-UV)
مواد آنتی یووی که با نام‌های جاذب نور فرابنفش (UV) و یا پایدارکننده نور فرابنفش معروف است، یکی از پرکاربردترین افزودنی‌های پلیمری بوده که در تولید محصولات تزریقی و اکستروژن پلی الفین‌ها از جمله PP و PE مانند فیلم‌های نازک، فیلم‌های معمولی و ضخیم، فیلم‌های کشاورزی، گونی‌ها، جامبو، شیت‌های پلیمری به ویژه کارتن پلاست، الیاف و لوله و اتصالات پلیمری استفاده می‌شوند و باعث افزایش طول عمر قطعات پلاستیکی در محیط بیرونی، جلوگیری از زرد شدن، تغییر رنگ و رنگ‌پریدگی آنها در مقابل نور خورشید، و در نتیجه پایداری و مقاومت بیشتر محصولات پلیمری در شرایط جوی می‌شوند.
مزایای استفاده از افزودنی های پلیمری
کیفیت مواد اولیه و توزیع مناسب آن در مواد افزودنی پلیمری و همچنین قیمت مقرون به صرفه، امکان فرآوری همیشگی و خدمات پس از فروش می‌تواند فاکتورهایی از یک افزودنی مناسب و با کیفیت باشد.
استفاده از مواد افزودنی در کاهش زمان، انرژی و هزینه های لازم مخلوط کردن مواد اولیه می‌تواند کمک به سزایی به ما کند.
همچنین به دلیل عدم پخش شدن مناسب برخی از افزودنی ها، امکان اضافه کردن مستقیم آن به محصول وجود ندارد. به عنوان مثال در فرآیندهای تزریق، اضافه کردن افزودنی های پودری به دلیل کوتاه بودن طول ماردونه دستگاه مناسب نبوده و بجای آن استفاده از افزدونی‌های پلیمری توصیه میشود.
اهمیت افزودنی های پلیمری به حدی است که امروزه عملاً بدون استفاده از آنها نمی‌توان پلیمرها، رنگ ها و سیستم های پوشش دهی را طراحی و استفاده کرد.
ازابتدای پیدایش صنعت پلاستیک و رنگ، بکارگیری و استفاده از افزودنی ها به منظور بهبود فرآیند پذیری، خواص جریان (رئولوژی) و بالابردن کیفیت محصول نهائی امری لازم و اجتناب ناپذیر بوده است.