آنتی‌اکسیدان‌ها
Tableاز انواع مواد افزودنی می‌توان به آنتی‌اکسیدان‌ها اشاره کرد.
آنتی‌اکسیدان‌ها
پدیده اکسیداسیون از اواخر دهه ۴۰ میلادی مورد بررسی قرار گرفته است و بیان‌گر ارتباط بین پیرشدگی و جذب اکسیژن است. اکسیژن و نور خورشید عوامل اصلی تخریب‌کننده پلیمرهای هیدروکربن در هنگام هوازدگی در فضای باز هستند. تحت شرایط طبیعی (هوازدگی)، عوامل متعدد نظیر قرار گرفتن در معرض نور خورشید، نوسان دمایی روز/شب یا فصلی، رطوبت و آلودگی جوی با عناصر خوردگی بالا پایداری پلیمر را تحت تأثیر قرار می‌دهند. در نهایت این فرآیندها به شکست مکانیکی، معمولاً به صورت تشکیل یک لایه سطحی شکننده، منجر میشوند. آنتی‌اکسیدان‌ها در رزین‌های پلیمری مختلف جهت به تأخیر انداختن تخریب اکسیداسیون کلی پلاستیک‌ها تعبیه میشوند اگر/زمانی که در معرض نور فرابنفش قرار بگیرند. رادیکال های آزاد بسیار واکنشی که از طریق حرارت، تابش، و تنش مکانیکی ایجاد میشوند (اغلب با حضور ناخالصی‌های فلزی تشدید میشوند) سبب تخریب پلیمر می‌گردند. به عنوان مثال در بسته بندی مواد غذایی، توانایی برای اکسیداسیون در صورت قرار گرفتن در معرض دمای بالا، از جمله تماس با غذاهای گرم، قرار گرفتن در معرض حرارت مادون قرمز، فرآیند شکل‌گیری مجدد و گرمایش مایکروویو افزایش مییابد.
اتواکسیداسیون نقش مهمی در تغییر ترکیبات آلی موجود در جو دارد. به طور خاص، ترکیبات هیدروکربن با مولکول اکسیژن که محصولات اکسیداسیونی را تشکیل می دهند، مطابق شکل زیر واکنش می‌دهند. در مرحله اول رادیکال‌های آزاد تشکیل میشوند و در حضور اکسیژن جهت تولید رادیکال‌های پروکسی واکنش می‌دهند، که متعاقباً با مواد آلی واکنش داده و منجر به تشکیل هیدروپروکسایدها میشوند (ROOH). در مرحله دوم، لذا محصولات اولیه اتواکسیداسیون، آغازگرهای اصلی در هر دو اکسیداسیون نوری و حرارتی هستند. در نتیجه، هیدروپراکسایدها و محصولات تخریب شده آنها برای تغییرات در ساختار مولکولی و جرم مولی پلیمر مسئول هستند که در عمل از طریق کاهش خواص مکانیکی (برای مثال ضربه، انعطاف‌پذیری، کشش، ازدیاد طول) و با تغییر در خواص مکانیکی سطح پلیمر (برای مثال عدم درخشندگی، کاهش شفافیت، ترک‌‌خوردگی، پدیده زردشدگی و…) ظاهر میشوند.
تخریب پلیمر در حضور اکسیژن و ساز و کار فعالیت نسبت به آنتی‌اکسیدان‌ها
تخریب نوری ساز و کاریست که شامل فعال‌سازی زنجیره پلیمری توسط فوتون نوری می‌شود. سه فرآیند اصلی قابل تشخیص و شناسایی است:
– تخریب با آغاز نوری که در آن نور توسط آغازگرهای نوری جذب می‌شود و آنها را به دو رادیکال آزاد تقسیم می‌کند و همین رادیکال‌های آزاد می‌توانند تخریب را در ماکرومولکول‌های پلیمری آغاز کنند.
– تخریب نوری-گرمایی زمانی اتفاق می‌افتد که تخریب نوری و تخریب گرمایی یک‌دیگر را تقویت کرده و فرآیند تخریب را سرعت می‌بخشد.
– پیرشدگی نوری معمولاً با اشعه UV خورشید، هوا یا عوامل دیگر آغاز می‌شود.
تخریب اکسیداسیون نوری در سطح غالب است، چراکه شدت بخش ماورا بنفش اشعه خورشید در سطح بیشینه بوده و در مقایسه با اشعه مادون قرمز میزان نفوذ کمی دارد.
آنتی‌اکسیدان ترکیبات شیمیایی هستند که از پلیمرها و پلاستیک‌ها در مقابل حرارت محافظت می‌کند و فرآیند اکسیداسیون نوری در حین پیرشدگی طبیعی رخ می‌دهد. آنتی‌اکسیدان‌ها بر اساس ساز و کار محافظتی‌شان به دو گروه طبقه‌بندی میشوند.
- آنتیاکسیدانهای شکست زنجیر سینتیکی (خاتمه دهنده زنجیر، رباینده زنجیر). آنها ظرفیت جاروب (ربایش) بخشی و یا حتی تمام رادیکال‌های موجود با وزن مولکولی کم ((R•, RO•, ROO•, HO•,… و رادیکال‌های پلیمری را P•, PO•, POO•)) از طریق فرآیندی موسوم به ساز و کارهای الکترون دهنده شکست زنجیر دارند.
- تجزیهکنندههای پراکساید که گروه هیدروپراکسی موجود در یک پلیمر را تجزیه میکنند.
آنتی‌اکسیدان‌ها طبقات مختلفی از ترکیبات را در بر می‌گیرند که می‌توانند در چرخه اکسیداتیو تداخل داشته باشند تا تخریب اکسیداتیو پلیمرها را مهار یا به تأخیر بیاندازند.
به نظر می‌رسد این مواد افزودنی با ساز و کارهای مختلفی کار میکنند که برخی از آنها به منظور افزایش اهمیت عملی قابل ذکر است: فرونشاندن اکسیژن مجرد، جذب UV، تجزیه هیدروپراکسید، رباینده رادیکال.
آنتیاکسیدانهای اولیه
آنتیاکسیدانهای اولیه اکسیداسیون را از طریق واکنش‌های خاتمه زنجیرهای مهار میکنند. آنها گروه‌های واکنشی OH یا NH دارند (فنل‌های ممانعت‌شده و آمین‌های آروماتیک ثانویه). مهار از طریق انتقال یک پروتون به گونه‌های رادیکال آزاد رخ می‌دهد. رادیکال حاصل پایدار است و قادر به جدا کردن یک پروتون از زنجیره پلیمر نیست.
فنل‌های ممانعت‌شده، آنتیاکسیدانهای اولیه هستند که به عنوان اهداکننده هیدروژن عمل میکنند. آنها با رادیکال‌های پراکسید واکنش نشان می‌دهند تا هیدروپراکسیدها را تشکیل دهند و از تجمع هیدروژن از زنجیره اصلی پلیمر جلوگیری کنند. غالباً در ترکیب با آنتیاکسیدانهای ثانویه استفاده میشوند، تثبیت‌کننده‌های فنلی در طیف گستردهای از وزن مولکولی، شکل محصول و عمل‌کردها ارائه میشوند.
فنل‌های ممانعت شده به لحاظ فضایی پرکاربردترین این نوع هستند. آنها هم در فرآورش و هم در پیرشدگی در زمان طولانی مدت مؤثر هستند و بسیاری از آنها مصوبات مدیریت غذا و دارو (FDA) را دارند. رادیکال‌های ROO • توسط فنل‌های ممانعت‌شده از طریق واکنش نشان داده شده در شکل زیر غیر فعال میشوند. رادیکال‌های فنوکسیک تولید شده به دلیل توانایی آنها در ساختن اشکال مزومریک بسیار پایدار هستند.
غیرفعال کردن رادیکال های ROO• توسط فنل‌های ممانعت‌شده
آمین‌های آروماتیک ثانویه به عنوان آنتیاکسیدانهای اولیه عمل میکنند و مؤثرترین اهدا کننده هیدروژن هستند. واکنش غیرفعال کردن رادیکال‌های پراکسید توسط آمین‌های آروماتیک ثانویه در شکل زیر گزارش شده است.
غیرفعال کردن رادیکال های ROO• با استفاده از آمین‌های آروماتیک ثانویه
همچنین در طیف گستردهای از وزن‌های مولکولی و شکل‌های محصول موجود است، آمین‌های آروماتیک اغلب به دلیل مانع فضایی کم‌تر فعال‌تر از فنل‌های ممانعت‌شده هستند. با این حال، آمین‌های آروماتیک، به ویژه در معرض قرار گرفتن در معرض نور با گازهای احتراق یا (محو شدن گاز)، دارای تغییر رنگ‌های بیش‌تری نسبت به فنل‌های ممانعت شده و دارای تأیید FDA محدود هستند.
آنتیاکسیدانهای ثانویه
آنتیاکسیدانهای ثانویه که اغلب به عنوان تجزیه‌کننده هیدروپراکسید شناخته میشوند، در جهت تبدیل هیدروپروکسایدها به محصولاتی غیر رادیکالی-غیر فعال- و پایدار در برابر حرارت عمل میکنند. آنها غالباً در ترکیب با آنتیاکسیدانهای اولیه برای به دست آوردن اثرات ثبات هم‌افزایی استفاده میشوند. تجزیهکنندههای هیدروپراکسید از انشعاب هیدروپراکسیدها به رادیکال‌های بسیار واکنش‌پذیر آلککسی و هیدروکسی جلوگیری میکنند. ترکیبات ارگانوفسفره و آنتیاکسیدانهای Thiosynergists به طور گستردهای به عنوان تجزیه‌کننده هیدروپراکسید مورد استفاده قرار می‌گیرند.
فسفیت‌ها و به ویژه ترکیبات ارگانوفسفره، آنتیاکسیدانهای ثانویه هستند که پراکسیدها و هیدروپراکسیدها را به محصولات پایدار و غیر رادیکال تجزیه میکنند. آنها در حین فرآورش، تثبیت کنندههای بسیار مؤثری هستند و معمولاً در ترکیب با آنتی‌اکسیدان اولیه استفاده میشوند. ترکیبات فسفر سه ظرفیتی تجزیه کنندههای عالی هیدروپراکسید هستند. به طور کلی، فسفیت‌ها (یا فسفونیت‌ها) با استفاده از واکنش عمومی زیر، تولید فسفات میکنند و واکنش نشان می‌دهند.
تجزیه هیدروپراکسیدها با استفاده از ترکیبات ارگانوفسفره
برخی از این ترکیبات به آب حساس هستند و می‌توانند هیدرولیز شوند و منجر به تشکیل گونه‌های اسیدی میشوند. به هر حال، افزودن رباینده اسید میتواند اثر را به حداقل برساند، با این حال این روش به طور کلی مستقیماً به ترکیبات مقاوم در برابر هیدرولیز تبدیل شده است.
Thiosynergists در بین تجزیه کنندههای هیدروپراکسید بر پایه گوگرد، thioethers و استرهای اسید ۳,۳-thiodipropionic acid نقش بسیار مهمی دارند. به عنوان thiosynergists نیز شناخته میشوند، این ترکیبات طبق واکنش کلی گزارش شده در شکل زیر برای تیواتر واکنش می‌دهند. هیدروپراکسید اساساً به یک الکل کاهش مییابد و thiosynergist به انواع محصولات گوگرد اکسیده شده از جمله اسید سولفنیک و سولفونیک تبدیل می‌شود.
تجزیه هیدروپراکسیدها با استفاده از thiosynergistها
اگرچه thiosynergists ثبات ذوب پلیمرها را در طی فرآورش پلیمر بهبود نمی‌بخشد، اما آنها برای کاربردهای پیرشدگی حرارتی در زمان طولانی مدت بسیار کارآمد هستند. تجزیهکنندههای هیدروپراکسید بر پایه گوگرد عمدتاً در ترکیب با آنتیاکسیدانهای فنل ممانعت‌شده استفاده میشوند. رایج‌ترین thiosynergists تجاری موجود بر پایه هر کدام یک از اسید لوریک یا استئاریک است.
آنتیاکسیدانهای چند منظوره قابل مشاهده در شکل زیر اخیراً در دسترس هستند. آنها به دلیل طراحی خاص مولکولی، عمل‌کردهای آنتی‌اکسیدانی اولیه و ثانویه را در یک آمیزه ترکیب میکنند.
ساختار کلی یک مولکول آنتی‌اکسیدان چند منظوره
داشتن چند عمل‌کرد تثبیت کننده در یک مولکول مشابه، آنتیاکسیدانهای چند منظوره، نیاز به تثبیت کننده ها، مانند فسفیت‌ها و تیواترها را از بین می‌‌برد. این نه تنها فرمول را ساده تر می‌کند، بلکه ذخیره، جابه‌جایی و استفاده از پایدارکنندهها نیز ساده می‌کند.
نتیجه گیری نهایی
بسیاری از مواد آلی از جمله پلیمرها دست‌خوش واکنش با اکسیژن میشوند. زمانی که پلیمرها اکسیده میشوند، کاهش خواص مکانیکی، نظیر استحکام کششی، ممکن است در سطح دچار زبری، ترک یا تغییر رنگ شوند. این تطاهرات معمولی اکسیداسیون به عنوان پیرشدگی نامیده می‌شود و اثرات اکسیداسیون رو ساختار شیمیایی پلیمرها تخریب نام دارد. پیرشدگی و تخریب میتواند توسط مواد شیمیای که آنتی‌اکسیدان نامیده می‌شود، مهار یا به تأخیر افتاده شود.
بیش‌تر پلیمرهای مصنوعی برای زمان‌های طولانی مدت نسبتاً پایدار هستند به شرط این که آنها (الف) گرم نشوند و (ب) از نور دور بمانند. اما به اکسیژن آنها بسیار آهسته حمله می شوند و فرآیند اکسیداسیون با گرما یا نور تسریع می‌شود. نیروهای برشی مکانیکی که در حین فرآورش در اکسترودرها و دستگاه‌های اختلاط ایجاد میشوند، به شکستن مولکول‌های زنجیر پلیمر قادر هستند، بتابراین هر مولکول دو رادیکال آزاد بسیار واکنش‌پذیر را تشکیل می‌دهد. پلیمرها غالباً حاوی هیدروپراکسیدها هستند که حتی در صورت عدم وجود نیروهای برشی که در بالا گفته شد، می‌توانند رادیکال‌های آزاد ایجاد کنند. در حضور اکسیژن رادیکال‌های آزاد تمایل به واکنش با آن را دارند، در حالی که گروه‌های مستعد سبک تشکیل می‌دهند که نقاط آسیب‌پذیر هستند. یکی از کارکردهای آنتی‌اکسیدان حذف هر یک از آن دو یا جای‌گزین کردن آنها توسط رادیکال های آزاد بسیار پایدار است.
اصطلاح آنتی اکسیدان اولیه برای بیان آن دسته از مواد افزودنی که اکسیداسیون را در طول عمر محصول سرکوب میکنند؛ مورد استفاده قرار می‌گیرد، در حالی که کارکرد اصلی آنتیاکسیدانهای ثانویه محافظت از پلیمر برای مدت زمان بسیار کوتاه تر هنگام فرآورش است. آنتیاکسیدانهای ثانویه عمل‌کرد کمتری در طول عمرشان دارند. آنتیاکسیدانهای اولیه همچنین آنتیاکسیدانهای زنجیرهای نامیده میشوند، زیرا زنجیره حوادثی را که منجر به اکسیداسیون می‌شود، می‌شکنند.
- آنتی‌اکسیدان‌ها نباید خود باعث ایجاد تغییر رنگ، لک‌زایی (لکه‌گذاری شیمیایی) و غیره شوند و باید کم و بیش دائمی باشند، یعنی باید در طول عمر خود در پلیمر بمانند بدون اینکه خیلی سریع توسط فرآیندی مانند حذف مواد فرار، مهاجرت به سطح ، یا استخراج توسط آب یا سایر حلال‌ها از بین بروند.
- آنها باید در برابر هیدرولیز مقاوم باشند.
- لزوم به حداقل رساندن تلفات در اثر مهاجرت یا حذف مواد فرار باعث به وجود آمدن آنتیاکسیدانهای با وزن مولکولی نسبتاً زیاد شده است. وزن بیش از حد مولکولی میتواند منجر به مشکلات سازگاری شود.
- آنتیاکسیدانهای با وزن مولکولی بالا در کاربردهای دشواری از جمله اجزای زیر کاپوت در اتومبیل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما برای اطمینان از پراکندگی یکنواخت در پلیمر باید دقت کرد؛ زیرا پراکندگی میتواند از آنتی‌اکسیدان‌‌هایی که وزن مولکولی کم دارند، دشوارتر باشد.
- نوع و مقدار آنتی‌اکسیدان به کار رفته بستگی دارد به نوع رزین و کاربرد دارد؛ محدوده مقادیر معمولی وزنی ۱-۰۵/۰ نسبت به وزن پلیمر.
تأثیر آنتی‌اکسیدان‌ها تحت شرایط فرآورش بر روی مذاب پلیمری ارزیابی می‌شود. روش معمول شامل اکستروژن‌های متعدد یا زمان اقامت طولانی مدت در سیلندر داغ یا در دستگاه قالب‌گیری تزریقی است. خواص ارزیابی شده در MFI و احتمالاٌ زردی تغیر مییابد.
ارزیابی اثربخش تحت شرایط استفاده واقعی با اندازه‌گیری تغییرات بر اثر قرار گرفتن در معرض دمای بالا در آون‌های پیرشدگی گرمایی زیر نقطه ذوب پلیمر انجام می‌شود.
به طور کلی، آنتی‌اکسیدان‌ها با ترکیب با رادیکال‌های آزاد یا از طریق واکنش با هیدروپراکسیدها، واکنش اکسیداسیون را مهار میکنند. آنتی اکسیدان های اولیه، مانند فنل‌های ممانعت‌شده و آمین‌های آروماتیک ثانویه، رباینده رادیکال‌ها هستند.
رایج ترین آنتی‌اکسیدان فنلی ممانعت‌شده، Butylated HydroxyToluene (BHT) یا ۲,۶-di-t-butyl-4-methylpheno است.
آنتیاکسیدانهای فنلی ممانعت‌شده با وزن مولکولی بالا فاقد مواد فرار هستند و زمانی که دمای بالای فرآیند لازم است یا برای کاربردهای با دمای بالا به کار می‌روند. مزیت آنتیاکسیدانهای فنولیک ممانعت‌شده این است که به راحتی رنگ نمی‌دهد. علاوه بر این، برخی آنتیاکسیدانهای فنولیک با وزن مولکولی بالا توسط FDA تأیید میشوند.
آمین‌های آروماتیک ثانویه نسبت به فنولیک‌ها برای کاربردهای دمایی بالا بهتر هستند، اما آنها به راحتی تغییر رنگ می‌دهند و بنابراین فقط در ترکیب با پیگمنت‌ها یا دوده به کار می‌روند. در چنین ترکیبی تغییر رنگ پوشانده می‌شود. این آنتی‌اکسیدان‌ها برای استفاده تماس مستقیم با مواد غذایی مورد تأیید FDA نیستند.
آنتیاکسیدانهای ثانویه، تجزیهکنندههای پراکسید نیز نامیده میشوند، با تجزیه هیدروپراکسیدها اکسید شدن پلیمرها را مهار میکنند. Phosphiteها و thioesterها رایج‌ترین آنتی‌اکسیدان ثانویه هستند. Phosphiteها تغییر رنگ نمی‌دهند و مورد تأیید FDA جهت کاربردهای غیر مستقیم هستند. این دو گروه از آنتی‌اکسیدان‌ها برای افزایش اثر هم‌افزایی با هم ترکیب میشوند.
همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com 📧
افزودنی‌های پلیمری
افزودنی‌های پلیمری
بخش اول :
هر فعالیتی در زندگی مدرن تحت تأثیر پلاستیک‌هاست و بسیاری از آنها کاملاً به محصولات پلاستیکی وابسته می‌باشند. تمام این محصولات پلاستیکی از پلیمر اصلی با یک آمیزه پیچیده از مواد که در مجموع به عنوان مواد افزودنی شناخته میشوند، تهیه میشوند. بدون مواد افزودنی پلاستیک‌ها قابلیت به کارگیری جهت تولید محصول را ندارند. با استفاده از افزودنی‌ها می‌توان محصولات پلاستیکی را ایمن‌تر، پاکیزه‌تر، چقرمه‌تر و رنگارنگ‌تر به بازار عرضه کرد. مواد افزودنی از طریق کاهش هزینه تولید و ساخت محصولات با ماندگاری بیش‌تر به پس‌انداز هزینه‌ها و حفظ ذخائر مواد اولیه ارزشمند دنیا کمک میکنند.
مواد پلیمری اولیه اغلب خواص ضعیفی را نشان می‌دهند و به شکست تجاری منجر خواهد شد. افزودنی‌ها هر دو نقش مهم را در قابلیت فرآیندپذیری مواد پلاستیکی و کاربردهایشان ایفا میکنند. ترکیب افزودنی‌ها، مواد پلیمری را برای کاردهای چند منظوره در صنعت پلاستیک مناسب می‌سازد. افزودنی‌های مولکولی و ذرات به پلیمرهای اولیه میتواند خواص توده محصول و نیز سطحش را بهبود بخشند. برای مثال پلی‌پروپیلن و به طور کلی پلی‌الفین‌ها بدون مواد افزودنی یکی از پرمصرف‌ترین کالای پلیمری نخواهد بود. در واقع، به دلیل ضعیف بودن پایداری اکسیداسیونی حرارتی آن در طی چند هفته تخریب می‌شود.
بر اساس جامعه اروپا افزودنی ماده‌ای است که در پلاستیک برای حصول یک اثر فنی در محصول نهایی شده مشارکت می‌کند، و بر آن است که بخش اساسی کالای نهایی شده باشد.
انواع افزودنی‌های پلیمری
به طور کلی می‌توان افزودنی‌ها را به سه دسته اصلی تقسیم‌بندی نمود:
- دسته‌ای که جهت بهبود فرآیندپذیری به کار می‌روند. [انواع روان‌سازها (Lubricants) و کمک فرآیندها (Processing Aids)]
- دسته‌ای که جهت پایداری حین فرآیند تولید و بهبود کارکرد قطعه مصرف می‌گردند. [انواع پایدارکننده‌های گرمایی (Heat Stabilizers)، نوری (Light Stabilizers)، ضد قارچ‌ها و ضد میکروب‌ها (Atimicrobialas or Biocides) و تأخیرانداز شعله (Flame Retardants)]
- دسته‌ای که جهت بهبود خواص مکانیکی به کار می‌روند. [انواع جفت‌کننده‌ها (Coupling Agents)، بهبوددهنده‌های مقاومت به ضربه (Impact Modifiers) و نرم‌کننده‌ها (Plasticizers)]
البته بعضی انواع افزودنی‌ها ممکن است به دو یا سه دسته متعلق باشند. مثلاً در حین این که خواص مکانیکی را بهبود می بخشند، اثر مثبت بر فرآیندپذیری داشته و کارکرد مداوم قطعه را نیز بهبود بخشند. استفاده هر یک از افزودنی‌ها باید با توجه به خواص مورد نیاز و قیمت تمام شده صورت گیرد.
منبعی دیگر کلیه مواد افزودنی را به طور عمده به ۴ دسته ذیل تقسیم‌بندی کرده است:
- افزودنی‌های کاربردی (Functional Additives): [پایدارکنندهها (Stabilisers)، عوامل ضد الکتریسیته ساکن (Antistatic Agents)، تأخیرانداز شعله (Flame Retardants)، نرم‌کننده (Plasticizers)، روان‌کننده‌ها (Lubricants)، عوامل لیزکننده (Slip Agents)، عوامل پخت (Curing Agents)، عوامل پف‌زا (Foaming Agents) و ضد میکروارگانیسم‌ها (Biocides) و…]
- رنگ‌‌دهنده‌ها (Colorants): [رنگ‌دانه (Pigments)، رنگ‌دهنده آزو انحلال‌پذیر (Soluble Azocolorants)]
- پرکننده‌ها (Filler): [میکا (Mica)، تالک (Talk)، کائولین (Kaolin)، کِلِی (خاک رس) (Clay)، کربنات کلسیم (Calcium Carbonate)، سولفات باریم Barium Sulphate)) و…]
- تقویت‌کننده‌ها (Reinforcements): [الیاف شیشه (Glass Fibres)، الیاف کربن (Carbon Fibres) و…]
در مواد پلاستیکی که در اکثر محصولات پلیمری استفاده میشوند، پلیمر پایه در فرمول (آمیزه پلاستیکی) با افزودنی‌های مختلف ترکیب می‌شود، که آمیزه‌های شیمیایی جهت بهبود عمل‌کرد (برای مثال در حین شکل‌گیری پلیمر، از طریق قالب‌گیری تزریقی، اکستروژن، قالب‌گیری دمشی، قالب‌گیری خلأ و…)، خواص پیرشدگی (ageing) و کارایی پلیمر افزوده میشوند. عموماً اکثر افزودنی‌های به کار رفته در انواع محصولات پلیمری عبارتند از: نرم‌کننده (Plasticizers)، تأخیرانداز شعله (Flame Retardants)، ضد اکسنده (Antioxidants)، رباینده اسید (Acid Scavengers)، پایدارکننده‌های گرمایی و نوری (Light and Heat Stabilizers)، روان‌کننده‌ها (Lubricants)، رنگ‌دانه (Pigments)، عوامل ضد الکتریسیته ساکن (Antistatic Agents)، آمیزه‌های لیزکننده (Slip Compounds) و پایدارکننده‌های حرارتی (Thermal Stabilizers). هر یک از آنها نقش متمایزی در ارائه/ارتقای خواص عمل‌کردی (نهایی) محصول پلاستیکی ایفا میکنند. به عنوان مثال، غیرفعال‌کننده‌های کاتالیزور، هر گونه باقی‌مانده‌های کاتالیزور را خنثی میکنند در حالی که هسته‌زاها شفافیت رزین را افزایش و زمان فرآورش را کاهش می‌دهند و رنگ‌دانه‌ها تنوعی از رنگ‌ها را ارائه می‌دهند. عوامل ضد الکتریسیته ساکن تخلیه بار الکتریسیته ساکن از پلیمر را مجاز و افزودن مواد تأخیرانداز شعله استفاده از پلیمرها در کاربردهای حمل و نقل، ساخت و ساز و الکترونیک را فراهم می‌کند. عموماً عوامل ضد انسداد و لیزکننده در تولید محصولات پلیمری جهت ممانعت از چسبیدن مواد به یک‌دیگر یا سطوح فلزی استفاده میشوند.
در جدول زیر به طور مفصل‌تر و خلاصه شرح رایج‌ترین انواع کاربردی افزودنی‌های به کار رفته در پلاستیک‌ها را ارائه می‌دهد. لازم به تأکید است که افزودنی‌ها، تقریباً در همه موارد، به طور شیمیایی با پلاستیک متصل نیستند. فقط افزودنی‌های آلی واکنش‌پذیر، برای مثال بعضی از تأخیراندازهای شعله، با مولکول‌های پلاستیک پلیمریزه و بخشی از زنجیر پلیمر میشوند. همچنین باید توجه داشت که موادی که به عنوان مونومر، واسطه یا کاتالیزور در ساخت پلاستیک مورد استفاده قرار می‌گیرند جزء افزودنی‌ها محسوب نمی‌شوند و بنابراین در جدول لحاظ نشده‌اند.
مصارف، کاربردها و… بیش‌تر افزودنی‌ها در بخش‌های بعدی گزارش می‌شود.
همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com 📧
ارتباط MFI با ویسکوزیته
رابطه MFI و ویسکوزیته
در حین تولید محصول پلیمری، تنها پارامتری از جریان شخص فرآیند کننده به آن دسترسی دارد، MFI است. اما MFI اندازه‌گیری تک‌نقطه‌ای ویسکوزیته در دما و سرعت برشی پایین نسبتاً پایین است. از آنجایی که مقادیر دما و سرعت برشی به کار گرفته شده در آزمون MFI اساساً با مقادیری که در فرآیندهای مقیاس بزرگ واقعی که با آنها می‌توان مواجه شد؛ متفاوت است، MFI به طور مستقیم به رفتار فرآیندی مرتبط نمی‌باشد. تا جایی که به فرآورش مربوط می‌شود، هر دو ویسکوزیته‌های برشی بالا و پایین مواد مهم هستند. خواص برشی پایین در کاربردهایی مهم هستند که استحکام مذاب و خمش از قبیل قالب‌گیری دمشی و پوشش‌دهی مورد اهمیت واقع میشوند. از طرف دیگر خواص برشی بالا به کاربردهایی مرتبط هستند که پایداری مذاب، شکست مذاب و تولید حرارت مهم هستند. MFI اغلب به عنوان یک پارامتر تعریف شده تجربی در نظر گرفته می‌شود.
رابطه معکوسی بین MFI و ویسکوزیته برشی صفر وجود دارد. مثلاً برای پلی‌اتیلن رابطه زیر وجود دارد:
رابطه بین MFI و ویسکوزیته ذاتی را به صورت زیر ارائه شد که از این طریق رابطه معکوس بین MFI و ویسکوزیته برشی صفر به شرح زیر است:
با استفاده از این تعریف که
روابط ۳ و ۴ می‌توانند به سادگی از روابط ۱ و ۲ مشتق شوند.
برای اکثر مذاب‌های پلیمری ترموپلاستیک (فرآورش شده در ناحیه پلاتو ویسکوزیته نیوتنی برشی پایین)، تخمین منطقی خوبی از ویسکوزیته برشی صفر می‌توان از داده‌های MFI از طریق معادله زیر به دست آورد.
همراهان عزیز می توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com 📧
اهمیت شاخص جریان مذاب (MFI: Melt Flow Index / MFR: Melt Flow Rate)
شاخص جریان مذاب یک ویژگی از ترموپلاستیک‌هاست که خصوصیات محصول تولیدی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. MFI یک عدد کاربردی می‌باشد که سرعت جریان مذاب ترموپلاستیک را بیان می‌کند و معیاری از سیالیت یک ترموپلاستیک و تابعی از وزن مولکولی آن در دما و فشار مشخص است. این آزمایش بر اساس استاندارد ASTM D1238 (ISO 1133) و با استفاده از دستگاه پلاستومتر انجام می‌گیرد. دانستن MFI پلاستیک ها کمک می‌نماید تا بتوان پایه پلیمری را به درستی انتخاب نمود. برای این مهم ابتدا باید نوع پلیمر تشخیص داده شود تا با توجه به آن روش و شرایط آزمون مهیا گردد.
به طور مشخص مقدار گرم یک پلیمر ترموپلاستیک که در اثر فشار حاصل از یک وزنه معین در درجه حرارت مشخص از یک دای به طول mm8 و قطر mm0955/2 در مدت زمان ۱۰ دقیقه عبور نماید را نرخ جریان مذاب آن ترموپلاستیک می‌گویند.
این آزمون برای مواد اولیه (جهت تائید کیفیت مواد) و نیز برای محصول انجام می‌شود. به این صورت که MFI به دست آمده برای محصول مطابق استاندارد، نباید بیش‌تر از ۲۵% با MFI ماده اولیه تفاوت داشته باشد؛ در غیر این صورت فرآیند تولید، نیازمند تنظیمات جدید خواهد بود.
نکته بسیار مهم این است که MFI در واقعا میزان سیالیت یا Fluidity پلیمر را اندازه می‌گیرد نه ویسکوزیته را! اما در صنعت این طور رواج یافته است که به عنوان مثال وقتی MFI بالاست بدین معناست که ویسکوزیته پلیمر پایین می‌باشد. با افزایش جرم مولکولی سیالیت پلیمر کم می‌شود و در نتیجه میزان خروجی مذاب پلیمری (MFI) نیز کم خواهد شد.
شاخص جریان مذاب با جرم مولکولی و ویسکوزیته رابطه عکس دارد. پلیمر با جرم مولکولی بالاتر، MFI کمتری دارد. هر چه مقدار MFI بیش‌تر باشد، جرم مولکولی پایین‌تر، مذاب پلیمری روان‌تر و ترموپلاستیک در دمای پایین‌تری فرآیند می‌گردد. همچنین خواص مکانیکی ترموپلاستیک با MFI بالاتر، ضعیف‌تر می‌باشد. معمولاً مقدار MFI به گرید پلیمر ارتباط داده می‌شود و بر این اساس نوع فرآیند را انتخاب میکنند. این آزمایش برای تعیین میزان سهولت قالب‌گیری مواد پلیمری به طریق تزریق و اکستروژن صورت می‌گیرد. به طور کلی ترموپلاستیک با MFI بیش‌تر در قالب‌گیری تزریقی و ترموپلاستیک با MFI کم‌تر در قالب‌گیری دمشی و اکستروژن کار برد دارد.
لازم به ذکر است تغییرات زیاد در شاخص جریان مذاب میتواند نشانه‌ای از مناسب نبودن مواد اولیه جهت کاربرد مورد نظر باشد. برای پلاستیک‌هایی که دارای وزن مولکولی پایین هستند باید از وزنه‌های پایین استفاده نمود؛ زیرا اعمال وزنه بالا سبب ریزش و خروج ناگهانی مذاب از سیلندر و دای می‌گردد و نتایج حاصله قابل اعتماد نخواهد بود. همچنین اگر برای پلاستیک‌های دارای وزن مولکولی بالا این آزمون با وزنه بالا انجام گیرد، به دلیل ویسکوزیته بالای نمونه، مذاب از دای خارج نشده و MFI قابل محاسبه نمی‌باشد.
عوامل مؤثر بر MFI:
- توزیع وزن مولکولی
- درصد کومونومر
- درجه شاخه‌ای شدن زنجیر
- بلورینگی
- میزان انتقال حرارت در فرآورش ترموپلاستیک
کاهش در مقدار MFI، باعث ایجاد موارد زیر می‌شود:
- افزایش وزن کولکولی
- افزایشسختی
- افزایشاستحکام کششی
- افزایشدر استحکام نقطه تسلیم
- افزایشمقاومت در برابر خزش
- افزایشچقرمگی
- افزایش دمای نرم شدن
- افزایش مقاومت در برابر تنش ترک
- افزایش مقاومت شیمیایی
- کاهش جلا و براقیت
- کاهش نفوذپذیری
سرعت جریان مذاب نسبت عکس با ویسکوزیته مذاب در شرایط آزمون را دارد، اگرچه باید در نظر داشت که ویسکوزیته برای هر ماده‌ای بستگی به نیروی اعمالی دارد. همچنین نسبت‌های بین دو سرعت جریان مذاب برای یک ماده با استفاده از وزن‌های مختلف میتواند معیار اندازه‌گیری پهنا توزیع وزن مولکولی باشد.
با اعمال یک وزنه یکسان، هر چه MFI یک نمونه مذاب پلیمری بیش‌تر باشد بدان معناست که ویسکوزیته آن کم‌تر است. هر چه ویسکوزیته کم‌تر باشد، می‌توان نتیجه گرفت که وزن مولکولی آن نمونه پایین‌تر است. لذا می‌توان گفت که MFI ساده‌ترین روش استاندارد برای مقایسه نسبی وزن مولکولی ترموپلاستیک‌هاست.
توجه به این نکته مهم است که وقتی به یک پلیمر آمورف، افزودنی اضافه می‌گردد؛ همیشه میزان MFI اش کاهش پیدا می‌کند اما در پلیمرهای نیمه بلورین در بعضی از مواقع این اتفاق برعکس می‌شود. یعنی به عنوان مثال اگر به ترموپلاستیک PP فیلر اضافه شود، MFI آن نسبت به حالت خالصش بیش‌تر می‌گردد. دلیل این موضوع را بیش‌تر به لغزش زنجیره‌ها روی فیلر ربط می‌دهند. معمولاً برای تالک این اتفاق رخ می‌دهد.
MFI در اصل ویسکوزیته در یک دما و تحت یک بار خاص (این بار میتواند از kg5/0 تا kg6/21 تغییر کند) هست. حالا هر چقدر ماده‌ای که تحت آزمون MFI می‌باشد، ساختار شیمیایی ساده داشته باشد و طول زنجیرهایش کوچک باشند مولکول‌ها به راحتی می‌توانند روی هم‌دیگر بلغزند و از دای خارج شوند و در نتیجه میزان MFI بالاتر است. در مقابل هر چه ریزساختار پیچیده‌تر دارای شبکه‌‌های سه بعدی فیزیکی و مولکول‌هایی با زنجیرهای بلند باشند حرکت سخت‌تر و با ممانعت بیش‌تری همراه هست به همین دلیل میزان MFI پایین‌تر می‌شود.
مشابه این تست برای الاستومرها هم تستی وجود دارد تحت عنوان Mooney Viscosity که در این تست رابر را در یک رئومتر Cone and Plate در دمای ثابت و سرعت چرخش ثابت مورد آزمون قرار می‌دهند و میزان جهندگی (resilience) را بعد از یک مدت زمان مشخص (معمولاً ۴ دقیقه) گزارش میکنند.
نکته جالبی که در مورد MFI وجود دارد این است که از این تست هیچ نتایجی در مورد ویسکوزیته پلیمر را نمی‌توان به طور مستقیم در حین فرآیند، شبیه‌سازی کرد؛ ولی تست خیلی کاربردی در بخش کنترل کیفیت کارخانجات محسوب می‌شود.
شاخص جریان حجمی
چنانچه شرایط برای اندازه‌گیری شاخص جریان مذاب مناسب نباشد، شاخص جریان حجمی پلیمر را اندازه‌گیری میکنند. اگر میزان MFI به دست آمده در چگالی ترموپلاستیک مورد نظر ضرب شود؛ پارامتری با نام MVI (Melt Volume Index/ Melt Volume Rate) حاصل می‌گردد. اخیراً بیش‌تر از داده‌های حجمی نسبت به جرمی استفاده میکنند. بدین صورت که طول سیلندر و شعاع آن موجود می‌باشد، پس می‌توان حجم را محاسبه کرد. با حرکت پیستون به سمت پایین این حجم در حال تغییر است که با داده‌های آن می‌توان مقادیر MVR را حساب کرد. توجه به این نکته ضروریست که باید چگالی را به صورت دقیق در دمای مشخص مورد نظر دانست که داده‌ها برای اکثر ترموپلاستیک‌ها موجود است. مزیت روش مذکور این هست که به جای یک داده از چندین داده استفاده می‌شود، پس خطای کمتری دارد و همچنین خطاهایی مثل وجود حباب داخل نمونه یا سیلندر نیز کاهش مییابد. البته ناگفته نماند که با اطمینان نمی‌توان گفت که این روش بهتر نسبت به روش متداول بهتر است؛ چون روش اول بسیار جا افتاده و در اصل خواص توده (bulk) را می‌دهد؛ ولی روش حجمی به داده چگالی وابسته است و بیش‌تر برای کارهای آزمایشگاهی یا بخش کنترل کیفیت کارخانجات که تغییرات دمایی پلیمر رو دقیقاً می‌دانند، مناسب است.
جدول ذیل طرح کلی از اثر افزایش MFI بر روی اکثر ویژگی‌های فیزیکی متداول خواص محصول نهایی را نشان می‌دهد.
کاربردهای نهایی پلی‌اتیلن (Polyethylene) از طریق بررسی MFI
کاربردهای نهایی پلی‌پروپیلن (Polypropylene) از طریق بررسی MFI
MFI نسبتاً به تغییرات توزیع وزن مولکولی غیر حساس است. اما MWD تأثیر عمیقی در رفتار ویسکوزیته برشی پایین دارد. از این رو MFI در چنین مواردی واقعاً نمی‌تواند ویسکوزیته برشی صفر را حتی با دقت قابل قبول پیش‌بینی کند. بنابراین روش مذکور میتواند شامل خطاهای حتی بیش‌تر از ۵۰% باشد. لذا پیش‌بینی ویسکوزیته برشی صفر از MFI باید با نهایت احتیاط انجام شود.
علت عدم ذکر MFI در داده‌برگ (Data Sheet) پلیمرهایی که در حالت مذاب به شدت به رطوبت حساس هستند مثل پلی آمیدها، پلی‌اتیلن‌ترفتالات و… این است که معمولاً MFI این پلیمرها به دلیل شرایط محیط و این که میزان رطوبت از حالت تعادلی بیش‌تر یا کم‌تر باشد، امکان تغییر جرم مولکولی هست و تکرارپذیری قابل قبولی ندارد. معمولاً در این موارد از ویسکوزیته ذاتی (Inherent Viscosity, Intrinsic Viscosity) استفاده می‌شود.
لازم به ذکر است به جای مشخصه MFI که مختص پلاستیک‌هاست، برای PVC مشخصه‌ای به نام K-Value وجود دارد که با جرم مولکولی متناسب است و طبق یک جدول معین به ازای هر K-Value جرم مولکولی مشخص می‌شود. K-Value معیاری از جرم مولکولی PVC است و از میزان ویسکوزیته پلیمر حل شده در یک حلال به دست می‌آید. همچنین شاخص K-Value معیاری است از فرآیدپذیری PVC که از ۲۰ تا ۸۰ متغیر است و هر چه این مقدار بیش‌تر باشد، خواص بهتر و فرآیندپذیری ضعیف‌تر است. با افزایش K-Value، وزن مولکولی و ویسکوزیته PVC افزایش مییابد و فرآیندپذیری سخت‌تر می‌گردد. شاخص K-Value در اصل نشأت گرفته از ویسکوزیته ذاتی می‌باشد. عدد K-Value مربوط به ضریبی است که به ویسکوزیته ارتباط دارد و گرید PVC را مشخص می‌کند. در تست ویسکوزیته با روش آبلود این ضریب برای تعیین ویسکوزیته مورد نیاز است.
محدویت‌های آزمون MFI
- این تست به علت تک نقطه‌ای بودن اطلاعات محدودی را در اختیار می‌گذارد.
- محدوده دمایی آو: از ۵۰ تا ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد
- میزان بار پیستون: از ۵/۰ تا ۶/۲۱ کیلوگرم
همراهان عزیز می توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com 📧
آزمون شعله پلیمرها- UL94- Glow Wire
جهت شناسایی ترموپلاستیک‌ها و ترکیبات آنها روش مستقیم (تماس مستقیم با شعله) که بر اساس استاندارد UL-94 انجام می‌گیرد و روش غیر مستقیم (تماس با یک سیم با دمای مشخص) که بر اساس استاندارد (IEC Glow Wire Test: International Electrical Commission) انجام می‌گیرد، به کار می‌رود.
UL-94
قابلیت اشتعال‌پذیری ترموپلاستیک‌های مورد استفاده در قطعات در دستگاه‌ها و لوازم بررسی می‌کند. آزمون احتراق UL94 عمدتاً بر اساس استانداردهای آزمون ۹۴HB احتراق افقی، ۹۴V-0، V-1، V-2 آزمایش کوره‌های عمودی، HB-2، HF-1، HBF مواد فوم احتراق افقی، VTM-0، VTM-1، VTM-2 مواد نازک آزمایشگاه احتراق عمودی و آزمون سوخت احتراق سیم انجام می‌شود.
آزمون سیم ملتهب (glow wire ignition test)
یکی از روشهای بررسی و ارزیابی پایداری پلاستیک‌ها در برابر شعله و حرارت می‌باشد. آزمون Glow Wire حداقل دمای مورد نیاز جهت شعله‌وری یک قطعه پلاستیکی در تماس با سیم ملتهب را اندازه‌گیری می‌کند. در این آزمون، سیم ملتهب با نیروی ۱ نیوتنی به مدت ۳۰ ثانیه به داخل قطعه پلاستیک نفوذ کرده و رفتار قطعه پلاستیک مورد بررسی قرار می‌گیرد. در آزمون مذکور یک رشته سیم ملتهب که دارای دمای مشخص در رنج ۵۵۰ تا ۹۵۰ درجه سانتی‌گراد می‌باشد؛ تحت شرایط استاندارد در تماس با قطعه ترموپلاستیک قرار گرفته و رفتار سوختن قطعه مورد بررسی قرار می‌گیرد. بر اساس نوع کاربرد قطعات پلاستیکی دمای سیم ملتهب تغییر می‌کند و قطعه تحت شرایط استاندارد مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.
همراهان عزیز می توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com 📧
🔎روشهای پایه شناسایی ترموپلاستیک‌ها
برای تشخیص نوع پلاستیک‌ها روشهای متعددی وجود دارد. از جمله روشهای پایه و سریع می‌توان به بررسی شکل ظاهری، بررسی انحلالپذیری در حلالهای شیمیایی، تعیین چگالی، تعیین نقطه ذوب، تعیین مقدار pH، آزمون پیرولیز، آزمون رنگ و آزمون شعله اشاره کرد.
بررسی شکل ظاهری:
منظور از شکل ظاهری بیش از هر چیز شفافیت و براقی (صافی) ظاهری محصول می باشد. اصولاً تمام ترموپلاستیک‌هایی که بافت ساختمان مولکولی آنها به شکل آمورف می باشد مانند PS و PC شفاف و بعضی تا حدودی رنگین (زرد رنگ) می‌باشند. عموماً براقیت سطوح محصولات ترموپلاستیک‌های آمورف نسبت به سایر ترموپلاستیک‌ها بیش‌تر می‌باشد.
بررسی انحلالپذیری در حلالهای شیمیایی (Solubility):
تأثیرات مختلف حلالهای شیمیایی بر روی مواد مختلف پلیمری، روش دیگری برای شناسایی نوع ترموپلاستیک می‌باشد. برای انجام این آزمایش کافی است تا مقداری از ترموپلاستیک مورد نظر را با مقداری از حلال مخصوص در یک لوله آزمایش مخلوط و جهت انحلالپذیری به آن زمان داده شود. حلالهای شیمیایی می‌توانند پلیمر را کاملاً در خود حل کنند یا تأثیر ناچیزی بر آن داشته باشند و یا اینکه بر ماده پلیمری کاملاً بی‌اثر باشند. تأثیر ناچیز حلال شیمیایی بر پلیمر اغلب تأثیر سطحی است که نشانه آن کدری و چسبندگی سطح محصول می‌باشد. عموماً این حلال‌ها بر روی ترموپلاستیک‌هایی مانند پلی‌اتیلن (PE)، پلی‌پروپیلن (PP)، پلی‌‌آمید (PA) و پلی‌کربنات (PC)بی‌اثرند و یا اینکه تأثیر خیلی کمی دارند. حلالیت نه تنها به اجزای شبکه تشکیل‌دهنده یک ترموپلاستیک بلکه به درجه پلیمرشدن، میزان شاخه‌ای بودن، شبکه‌ای بودن و ایزومری، مظم فضایی و بلورینگی بستگی دارد. مهم‌ترین سؤالاتی که در این آزمون باید مد نظر قرار گیرند عبارتند از: آیا پلیمر در حلال حل می‌شود؟ متورم می‌شود؟ محلول ویسکوز می‌باشد؟ تغییر رنگی در محلول ایجاد می‌شود؟ برای آزمون حلالیت حلالهای زیر را مورد بررسی قرار می‌گیرند: آب، اتانول، متانول، ایزوپروپانول، اسید سولفوریک غلیظ، اسید استیک گلاسیال، محلول سود ۱ مولار، تولوئن، کرزول، اتیل استات، سیکلوهگزان، ۲،۱ -دی کلرواتان، متیلن‌کلراید، کلروفرم، تتراکلریدکربن، دی‌متیل و استون.
تعیین چگالی (Density):
یکی از شاخص‌های مهم برای شناسایی نوع ترموپلاستیک، تعیین چگالی ترموپلاستیک می باشد. تعیین چگالی توسط سه روش اختلاف حجم، اختلاف وزن (جرم) و روش غوطه‌وری یا تعلیق انجام می‌گردد. معمول‌ترین روش جهت مشخص کردن چگالی یک پلیمر، روش غوطه‌وری است. در این روش نمونه پلیمری در مایعی با چگالی معین غوطه‌ور می‌گردد. رفتار نمونه بر اساس این که چگالیش کم‌تر از مایع، برابر با مایع و بیش‌تر از مایع باشد؛ به صورت قرار گرفتن روی سطح مایع، معلق در داخل مایع و نشستن در کف ظرف متفاوت خواهد بود.
تعیین نقطه ذوب (Melting Point):
با گرم کردن تدریجی ترموپلاستیک در یک لوله آزمایش می‌توان نقطه ذوب ترموپلاستیک مورد نظر را به دست آورد. لازم به ذکر است ترموپلاست هایی وجود دارند که تجزیه شدنشان سریع‌تر از مرحله ذوب شدنشان است مانند PVC و یا اینکه قبل از ذوب شدن تبخیر می‌گردند مانند PMMA.
تعیین pH:
توسط آزمایش مذکور در بخش نقطه ذوب می‌توان مقدار pH یک ترموپلاستیک را تعیین کرد. به این صورت که با قرار دادن کاغذ اندیکاتور (Indikator) بر بالای لوله آزمایش و تأثیر گاز متصاعد شده از لوله بر آن که منجر به تغییر رنگ اندیکاتور می‌گردد، می‌توان مقدار pH محصول را مشخص کرد.
آزمون تجزیه حرارتی (پیرولیز) (Pyrolysis):
مقداری از ترموپلاستیک (متناسب با چگالی پلیمر) را در لوله آزمایش قرار داده و سپس در آن را با پنبه بسته و لوله آزمایش را روی شعله ملایم گرفته اثر بخارات حاصل از سوختن بر روی کاغذ pH، اسیدیته نمونه را مشخص می‌کند.
آزمون رنگ (Color):
آزمون رنگ، بر اساس واکنش ترموپلاستیک با معرف است که منجر به تشکیل رنگ ناشی از تولید فرآورده می‌شود. واکنش‌های تشکیل رنگ همچنان مفیدترین آزمون برای شناسایی مشخصات ساختاری و گروه‌های عاملی حتی در آزمایشگاه‌هایی که دارای تجهیزات پیشرفته هستند، می‌باشند. از مزایای آزمون رنگ می‌توان به حساسیت، مهارت، صرفه اقتصادی، زمان، مکان و حداقل تجهیزات با کاربری آسان اشاره نمود.
آزمون شعله (Flame Test):
آزمون شعله را می‌توان جهت شناسایی ترموپلاستیک‌ها به کار برد. چراکه شعله تولیدی حاصل از سوختن ترموپلاستیک‌ها، مشخصه‌های مختلفی را بسته به ساختار ماده نشان می‌دهد. به منظور بررسی رفتار یک ترموپلاستیک در برابر شعله کافی است تا مقدار کمی از نمونه را به کمک اسپاتول بر روی شعله ملایم چراغ بونزن قرار دهید. سوالاتی را که باید حین انجام آزمون شعله به آن توجه داشت: آیا نمونه شعله‌ور می‌شود؟ یا به تدریج و به آرامی می‌سوزد؟ آیا پس از حذف شعله، خاموش می‌شود یا به سوختن ادامه می‌دهد؟ آیا در اثر سوختن گاز آزاد می‌کند؟ گاز آزاد شده روی کاغذ pH مرطوب چه اثری دارد؟ شعله آن چه رنگی است؟ آیا دوده تشکیل می‌شود؟ بوی حاصل از سوختن چیست؟ آیا در حین سوختن قطرات کوچک تولید می‌کند؟ پس از خاموش کردن شعله بو و خاکستر ماده باقی‌مانده بررسی میشوند. در نهایت مشاهدات با اسناد علمی تطابق داده میشوند. جدول زیر بیان‌کننده خصوصیات پلیمرها در تماس با شعله می‌باشد.
جهت شناسایی ترموپلاستیک‌ها و ترکیبات آنها روش مستقیم (تماس مستقیم با شعله) که بر اساس استاندارد UL-94 انجام می‌گیرد و روش غیر مستقیم (تماس با یک سیم با دمای مشخص) که بر اساس استاندارد (IEC Glow Wire Test: International Electrical Commission) انجام می‌گیرد، به کار می‌رود. علاقه‌مندان به این مبحث می‌توانند در مقالات بعدی همراه ما باشند.
همراهان عزیز می توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com 📧
🔎شناسایی پلاستیک ها بر اساس روش های پایه و اولیه
برای تشخیص نوع پلاستیک‌ها روشهای متعددی وجود دارد. از جمله روشهای پایه و سریع می‌توان به بررسی شکل ظاهری، بررسی انحلالپذیری در حلالهای شیمیایی، تعیین چگالی، تعیین نقطه ذوب، تعیین مقدار pH، آزمون پیرولیز، آزمون رنگ و آزمون شعله اشاره کرد. اما در این بین روش سوزاندن از جمله روشهای آسان و قابل دسترس برای تشخیص اولیه نوع پلیمر می باشد.
نمودار زیر دسته بندی دقیقی از شناسایی پلیمرها بر اساس روش سوزاندن فراهم کرده است.
✒️ دانلود فایل به صورت PDF از طریق لینک امکان پذیر است.
همراهان عزیز می توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com 📧
“این مطلب به مناسب روز جهاد کشاورزی ( ۲۷ خرداد ماه) به کاربرد گسترده پلیمرها در صنعت کشاورزی میپردازد”
پلیمرها و آینده صنعت کشاورزی
صنایع و محصولات پلیمری در سده گذشته نقش بسیار قابل توجهی در پیش‌رفت زندگی بشر داشته است. مواد مختلف پلیمری به شکل‌های متنوع از ظروف یک‌بار مصرف تا مواد جای‌گزین اندام‌های انسانی به کار می‌روند که این موضوع بیان‌گر اهمیت این ترکیبات است.
علوم و تکنولوژی پلیمرها برای کاربردهای کشاورزی-مواد غذایی اغلب به عنوان “پلاستی‌کشاورزی” شناخته میشوند که هر روزه در حال رشد است. این علم به ویژه در جهت توسعه مواد جای‌گزینی می‌باشد تا از مصرف محصولات غیر زیست‌تخریب‌پذیر که از صنایع پتروشیمی حاصل شده است، جلوگیری کند. روشن است که صنعت کشاورزی یکی از عمده‌ترین مصرف‌کننده‌های پلیمرها می‌باشد. پلیمرها راهحلهای مناسبی را برای مشکلات کشاورزی فراهم کردهاند؛ از جمله حداکثر بهرهوری از زمین و آب بدون تهدید محیط زیست و منابع طبیعی. موارد زیر به اهم کاربردهای پلیمرها در زمینه کشاورزی اشاره دارد.
فیلم‌های پلیمری (Polymeric Films) در کشاورزی
امروزه تلاش‌های گستره‌ای در راستای به کارگیری از روشهای نوین در استفاده از آب و جلوگیری از خطر بحران کم آبی در تولیدات کشاورزی شده است. بهینه سازی در مصرف آب به ویژه در کشورهای خشک یکی از مهم‌ترین دلایل استفاده از پلاستیک‌ها در کشاورزی می‌باشد. با استفاده از لوله‌های پلی‌اتیلنی که در شکل‌ها و انواع مختلف تولید میشوند، انتقال آب بدون اتلاف انجام می‌گیرد و با استفاده از فیلم‌های پلی‌اتیلنی اتلاف آب در محل زمین به حداقل کاهش مییابد. استفاده از فیلم‌های پلی‌اتیلنی امکان تولید محصولات کشاورزی را در شرایط نامناسب آب و هوایی ازطریق سامانه‌های گلخانهای و روشهای دیگر امکان‌پذیر ساخته است. روشهای آبیاری تحت فشار (بارانی یا قطره‌ای)، نیازمند به بهره‌برداری از فیلم‌های پلیمری در صنعت کشاورزی و گلخانهای با اهداف زیر می‌باشد:
- صرفه‌جویی در مصرف آب
- بهبود کارایی آبیاری و افزایش تولیدات کشاورزی
- مراقبت از محصولات گیاهی
- حداقل مصرف انرژی در تولید و نگهداری محصولات کشاورزی
- حفظ محیط زیست
فیلم‌های پلیمری گلخانهای یکی از پرکاربردترین این نوع از فیلم‌ها می‌باشد و ساز و کار آن به گونه‌ایست که بر روی سطح گل‌خانه‌های کشت محصول، یک پوشش کامل از فیلم‌های پلیمری داده می‌شود که با توجه به نوع محصول، فصل، سطح تابش آفتاب و ویژگی‌های منطقه، نوع فیلم انتخاب می‌شود.
فیلم های پلیمری در صنعت کشاورزی
مثال هایی از کاربرد پلیمرها در صنعت کشاورزی
فیلم مالچ (خاک‌پوش) نیز کاربرد گستردهای در کشاورزی دارد. برای استفاده از آن یک فیلم به طور کامل روی نشای گیاه کشیده می‌شود و فقط قسمت جوانه نشا بیرون از فیلم باقی می‌ماند. بنابراین علاوه بر جلوگیری از تبخیر آب، گیاه در برابر سرما و حشرات و آفت‌های مختلف حفاظت خواهد شد. برای مقابله با مشکلات زیست محیطی مربوط به فیلم پلیمری غیر تجزیه‌پذیر، تحقیقات برای جداسازی میکروارگانیسم‌های بالقوه برای تخریب پلاستیک از اهمیت زیادی برخوردار است. تجزیه بیولوژیکی فرآیندی است که از طریق آن موجودات زنده توسط مواد ارگانیک تجزیه میشوند.
فیلم مالچ پلیمری در صنعت کشاورزی
ورق ژئوممبران (Geomembrane) و ژئوتکستایل (Geotextile) در کشاورزی:
یکی از پوشش‌های عایق پلیمری جدید که دارای مزیت‌های بسیاری است و هر روزه بیش‌تر به کار می‌رود، ورق ژئوممبران می‌باشد. از ورق ژئوممبران برای پوشش انواع استخرهای خاکی و یا حتی سیمانی ذخیره آب کشاورزی و… استفاده می‌شود. ورق ژئوممبران از پلیمرهای مختلفی مانند پلی‌اتیلن یا پلی‌وینیل‌کلراید ساخته می‌شود. از مزایای احداث استخرهای کشاورزی با ورق ژئوممبران‌ها می‌توان به نصب سریع و آسان، عمر مفید ۲۰-۴۰ سال ژئوممبران‌ها با توجه به شرایط محیطی و پروژه، خنثی بودن پلی اتیلن‌ها در برابر آلودگی‌ها، مواد شیمیایی، مقاومت حرارتی بالا، مقاومت بالا در برابر فشار آب، ضربه، پارگی، اشعه ماوراء بنفش، تخریب‌های بیولوژیکی و… اشاره کرد.
ژئوتکستایل‌ها منسوجاتی نفوذپذیر هستند که در هنگام استفاده همراه با خاک توانایی جداسازی، فیلترکردن، تقویت، حفاظت یا تخلیه را دارند. ژئوتکستایل‌ها به دوشکل بافته و نبافته می‌باشند که بر پایه پلی‌‌استر و پلی‌پروپیلن و ترکیبی از سایر مواد پلیمری با ابعاد گوناگون تولید میشوند. ساختار متخلخل باعث وجود خواص مطلوبی نظیر جذب آب، گذر آب، تحمل فشار و ضربات، جذب قیر و از همه مهم‌تر امکان عبور انتخابی یعنی عبور سیالات و عبورناپذیری ذرات خاک را می‌دهد.
ممکن است در بعضی مواقع ژئوممبران‌ها دچار شکستگی شوند که این موضوع سبب نفوذ آب به خاک در سطح زیرین می‌گردد. بنابراین پیشنهاد می‌گردد که ابتدا سطح خاک از ژئوتکستایل پوشانده شود سپس ژئوممبران روی آن قرار گیرد.
ژئوممبران‌ها در کشاورزی
هیدروژلهای پلیمری ابرجاذب (Superabsorbent Polymer Hydrogels) در کشاورزی
سوپرجاذب ها، پلیمرهای بسیار آب‌‌دوست با شبکه سه بعدی (اتصالات عرضی) هستند که قادر به جذب و نگهداری مقادیر زیاد آب و محلول‌های فیزیولوژیکی صدها برابر وزن اولیه خود می‌باشند. خواص تورمی و استحکامی هیدروژلهای سوپرجاذب بدین معنی است که مقادیر زیادی آب و محلول‌های آبی را سریع جذب کنند و هر ذره پس از جذب آب باید قوام مکانیکی داشته باشد و شکل هندسی اولیه خود را از دست ندهد که این موضوع به شدت به نوع و غلظت شبکه ساز وابسته است. هیدروژلهای ابر جاذب به کار رفته در در حوزه کشاورزی عموماً از نوع پلی‌آکریل‌آمید می‌باشند. این ابرجاذب‌ها بی‌رنگ، بی‌بو و بدون خاصیت آلایندگی در خاک، آب‌های سطحی و زیرزمینی و همچنین بافت‌های گیاهی هستند. پلی‌آکریل‌آمیدها از نظر بار الکتریکی به صورت آنیونی، کاتیونی و بدون بارند که نوع آنیونی آن در کشاورزی به علت جذب کاتیون‌های سودمند جهت رشد گیاه و… دارای اهمیت ویژه‌ای است.
پلیمرهای سوپر جاذب مصنوعی به دلیل ظرفیت جذب بالای آنها، در دسترس بودن انواع وسیعی از مواد اولیه و پایداری بیش‌تر، جای‌گزین موارد طبیعی شده اند. آنها به دلیل خاصیت آب‌دوستی، غیر سمی، زیست تخریب پذیر و زیست سازگار بودن؛ مطلوب‌ترین محصولات برای انواع کاربردها از جمله کشاورزی هستند.
این دسته از محصولات پلیمری بهطور بالقوه بر تراوایی خاک (Soil Permeabili)، تراکم (Density)، ساختار (Structure)، بافت (Texture)، نرخ تبخیر (Evaporation) و نرخ نفوذ (Infiltration) آب از میان خاک تأثیر میگذارند.
این ژل‌های جامد به صورت منابع آبی در خاک عمل میکنند و زمانی که رطوبت خاک کم شود، به طور تدریجی آب را به خاک می دهند. آنها با فرآیند تورم و رهایش متوالی که انجام می دهند؛ باعث ایجاد تخلخل در ساختار خاک شده و وجود این تخلخل، امکان جریان آب و هوا را در خاک فراهم می‌سازند. استفاده از این مواد سبب می‌شود که اولاً فواصل آبیاری طولانی‌تر شده و ثانیاً میزان مصرف آب بسیار کم‌تر شود. ضمناً بسیاری از املاح مفید خاک هم هدر نمی‌رود. بر اساس تحقیقات انجام شده در زمینه تولید و مصرف این مواد، نتایج زیر حاصل شده است:
- سوپر جاذب‌ها هرگز به مواد اولیه سمی خود تبدیل نمی‌شوند و به طور کامل غیر سمی هستند.
- سوپر جاذب‌ها مواد خنثی و بی‌اثرند که مصرف آنها در کشاورزی، آلودگی خاک و محیط زیست را به دنبال نخواهد داشت و ایمنی استفاده آنها در خاک به وسیله مؤسسات تحقیقاتی معتبر جهانی تأیید شده است.
ابرجادب های پلیمری در صنعت کشاورزی
پلیمرهای عاملدار شده در کشاورزی
پلیمرهای عاملدار شده نیز برای افزایش اثربخشی آفتکشها (Pesticides) و علفکشها (Herbicides)، استفاده از مقادیر کم‌تر و محافظت غیر مستقیم از محیط زیست از طریق کاهش آلودگی و تمیز کردن آلایندههای موجود، استفاده میشوند. بسپارهای مصنوعی به عنوان مواد ساختاردار برای ایجاد مزیت جوی برای رشد گیاهان برای مثال مالچ، پناهگاهها یا گل‌خانهها، آبیاری، حمل و کنترل توزیع آب نقش مهمی در مصارف کشاورزی ایفا میکنند. به عنوان گروه فعال سموم دفع آفات، پنتاکلرو فنل (Pentachlorophenol)، ماده شیمیایی مهم صنعتی، یکی از پرکاربردترین آفتکشها در انواع مصارف کشاورزی می‌باشد.
✅ جدولی تناوبی ترموپلاستیک‌ها
ویژگی‌های متداول پلاستیک‌های دارای مصارف عمومی، مهندسی و فوق مهندسی و محدوده عمل‌کردی آنها
ترموپلاستیک‌ها:
در مواد ترموپلاست زنجیره‌های پلیمر با نیروی ضعیف واندروالس کنار هم قرار گرفته‌اند. به این دلیل در اثر حرارت‌دهی این نیروها ضعیف شده و پلیمر به ماده‌ای نرم و انعطاف پذیر تبدیل می‌شود. در صورت افزایش بیش‌تر دما، ماده مذاب ویسکوز می‌شود. قطعات تولید شده از مواد ترموپلاستیک را می‌توان به دفعات خرد و دوباره مصرف نمود و شکل جدیدی به آنها داد. البته این گونه مواد (ضایعات/آسیابی) هر بار که حرارت ببینند و مجدداً شکل بگیرند، مقداری از خواص مکانیکی آنها افت می‌کند. بهترین ویژگی ترموپلاستیک‌ها وابستگی آنها به حرارت است که برای فرآیندپذیری آنها بسیار اهمیت دارد. البته از طرفی نقطه ضعف هم محسوب می‌شود چرا که در محدوده دمایی خاصی کاربرد دارند. نمونه‌هایی از این مواد پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی‌آمیدها، پلی‌کربنات و…
مواد ترموپلاستیک به دو دسته تقسیم میشوند:
آمورف: زنجیره‌های پلیمری این مواد به صورت غیر یکنواخت و نامنظم آرایش یافته‌اند و در محدوده وسیعی از دما متحرک هستند. مواد آمورف نقطه ذوب خاصی ندارند و با افزایش دما شروع به نرم شدن میکنند. لازم به ذکر است که فرضیه عدم وجود هیچ گونه نظم و بلورینگی در پلیمر آمورف صحیح نیست. پلیمر آمورف، پلیمری است که نظم بلورینگی از نوع long range order نداشته باشد. یعنی پلیمر آمورف میتواند نواحی پُر نظم داشته باشد ولی این نواحی باید به صورت short range order باشند.
کریستال: در برخی ترموپلاستیک ها به دلیل نظم ساختاری (کانفورماسیون و گانفیگوراسیون) زنجیرهای پلیمر می‌توانند کنار یک‌دیگر منظم شوند و ساختار نیمه بلوری را به وجود بیاورند. با رشد درصد بلورینگی تراکم ساختار زیاد شده و چگالی افزایش بالاتر خواهد بود.
چگالی بخش بلورین پلیمر از چگالی بخش آمورف آن بیش‌تر می‌باشد. البته در این مورد استثناء نیز وجود دارد که می‌توان به (Poly(4-methyl-1-pentene و Syndiotactic Polystyrene اشاره کرد. دلیل این تعارض، فشردگی نامؤثر گروه‌های آویز حجیم در پلیمرهای مذکور است که سبب کاهش چگالی نواحی بلورین نسبت به نواحی آمورف می‌شود.
پلیمرهای آمورف شفاف اما پلیمرهای بلوری معمولاً مات و کدر هستند. هر چه اندازه بلورها بیش‌تر باشد تفرق نور بیش‌تر بوده و پلیمر کدرتر است. اگر اندازه بلورها ریز باشد می‌توان یک پلیمر بلورین شفاف داشت مانند پلی‌اتیلن.
پلیمرهای آمورف ترد و شکننده (Brittle) می‌باشند اما پلیمرهای نیمه بلوری ضربه‌پذیری خوبی دارند. یکی از راه‌های مقاوم‌سازی پلیمرها در برابر ضربه، چقرمه کردن (Toughening) آن‌هاست.