وضعیت ورود
درحال حاضر شما وارد سایت نشده اید.
آمار بازدیدکنندگان
  • کاربران حاضر: 0
  • بازدید امروز: 2,331
  • بازدید ماه: 73,064
  • بازدید سال: 882,156
  • کل بازدیدکنند‌گان: 242,653
قیمت روز

Fillers

تجدید علاقه به کامپوزیت‌های طبیعی!

پرکننده‌ها و الیاف طبیعی گیاهی جاذبه جدیدی پیدا کرده‌اند از آنجایی که کاربران خواهانِ کامپاندهای پلاستیکی پایدارتر و اغلب سبک‌تر هستند.

Jennifer Markaria گزارش می‌دهد.

فیلرها و الیاف گیاهی طبیعی یا تجدیدپذیر از ابتدای آغاز صنعت پلاستیک گزینه‌ای برای ترکیبات پلیمری بوده است. اما تمرکز اخیر بر کاهش ردپای کربن جلب توجه جدیدی به آن‌ها است. در حالی که در برخی موارد، مواد گیاهی موجود تا به امروز فاقد خواص مکانیکی بوده تا جای‌گزین مستقیم الیاف شیشه شوند. فرمول‌سازان را‌ه‌های زیادی برای جبران این موضوع پیدا کردند، چه راه‌های ترکیب با شیشه یا به‌کارگیری روش‌های جدید برای بهبود خواص پایه مواد گیاهی. بخش خودرو سال‌ها است که در صدر کار برای ترکیب مواد طبیعی قرار گرفته و به دنبال افزایش استفاده از محتوای پایدار با حفظ عمل‌کرد است. Alper Kiziltas کارشناس فنی فورد می‌گوید: چندین بازار، سیاست و عوامل فنی در حال آمدن هستند تا الیاف طبیعی را گزینه‌ای جذاب‌تر برای کاربردهای خودرویی کنند. این شامل تغییر در رفتار مصرف‌کننده، چارچوب‌های سیاست فعلی، افزایش استفاده از پلاستیک در خودروها، نگرانی‌های زنجیره تأمین برای الیاف شیشه و نوآوری‌های تحقیق و توسعه حاصل از تأمین‌کنندگان الیاف طبیعی است. Kiziltas همچنین بیان کرد: این در حال تبدیل شدن به یک استراتژی تجاری اصلی برای صنعت خودرو است تا با آینده منابع محدود مقابله کند. استفاده از الیاف طبیعی پایداری زیست‌محیطی شرکت ما را بهبود می‌بخشد. براساس مطالعات درونی ما و داده‌های شخص ثالث، قطعاً مزایای LCA (ارزیابی چرخه عمر) در مقابل مواد معدنی و الیاف وجود دارد. استفاده از این مواد در حال گسترده‌تر شدن است. Kiziltas اشاره می‌کند که گروه مواد در حال ظهور و پایداری در فورد، تحقیقات کامپوزیت‌های پایدار را از سال ۲۰۰۰ را اجرا کرده است که منجر به استفاده از طیف گسترده‌‌ای از مواد تجدیدپذیر نظیر کنف، پوست برنج و سلولز می‌شود. برخی از آن‌ها کاندیدهای بدیهی‌تری نسبت به دیگری هستند. آزمایشات اخیر فورد نشان داده است که پوست قهوه پس از فرآیند بیوکربونیزاسیون می‌تواند جای‌گزین تالک در کامپاندهای PP شود. آزمایش پوست قهوه به عنوان روشی برای استفاده از ضایعات کشاورزی جهت ایجاد یک محصول پایدار انجام شد. Kiziltas  بیان کرد: در حالی که آزمایشات اولیه مشکلاتی از قبیل بو، جذب آب و کربنی کردن قهوه این نگرانی‌ها را حل کرد و سازگاری بهتر با ماتریس PP را نتیجه داد. سازگاری بهبود یافته همراه با کاهش آب دوستی پر کننده کربنی شده باعث کاهش جذب رطوبت توسط قطعه کامپوزیت می‌شود. تیم فورد فرمول PP را با استفاده از ۲۰ درصد کربن زیستی (پوست قهوه) برای فورد ۲۰۲۰ توسعه داد تا جای‌گزین تالک ۴۰% در چراغ جلو تزریقی شود. Kiziltas می‌گوید: با استفاده از پوست قهوه (کربن زیستی) وزن را ۱۷% و هزینه را ۵% کاهش دادیم، بدون این که فرآیند یا عمل‌کرد قطعه قربانی شود.

Untitledq

فورد همچنین توانست از دمای فرآیند کم‌تری برای قالب‌گیری بخش بایوکامپوزیت استفاده کند که منجر به چرخه خنک‌سازی کوتاه‌تر و صرفه‌جویی انرژی می‌شود. یک صرفه‌جویی اضافی در حدود ۱۵% در انرژی مصرف شده به هنگام اکسترود کردن مواد حاوی کربن زیستی وجود دارد که دلیل آن روان‌کاری مواد آلی در مقایسه با رئولوژی مواد معدنی است. Kiziltas بیان می‌کند: به طور کلی ما نتایج این ماده کامپوزیت نوآورانه را در صرفه‌جویی کل انرژی ۲۵% تخمین زدیم. تیم تحقیق و توسعه فورد نیز در حال بررسی پرکننده‌های کربن زیستی است. با استفاده از پیرولیز زیست توده جهت دست‌یابی به ماده متخلخل تولید می‌شوند که به عنوان یک راه حل جهت بهبود پایداری گرمایی مواد طبیعی است. الیاف طبیعی دارای پایداری حرارتی کمتری نسبت به بسیاری از الیاف جای‌گزین مصنوعی، محدود شدن کاربرد آن‌ها به دمای فرآیند پایین پلیمر (کمتر از ۲۰۰ درجه) و محیط‌های خودرو با دمای پایین هستند. مطالعات اخیر ما ثابت کرد که می‌توانیم با استفاده از کربن زیستی به عنوان پرکننده در کامپوزیت‌های ترموپلاستیک مهندسی مانند PA6 و PA66 استفاده کنیم.

نانو سلولز

Performance Biofilaments کانادا که با حمایت از ercer International و Resolute Forest Products می‌گوید: تکنولوژی فرآیند اختصاصی با بهره‌گیری از الیاف چوب آن‌ها را به نانوفیبریل سلولز (NFC) با استحکام و خلوص بالا تبدیل می‌کند. مطابق گفته‌ Geoff Fisher مدیر توسعه این شرکت، مواد NFC در ترموپلاستیک‌ها برای طیف وسیعی از کاربردها در حال ارزیابی هستند. عمل‌کرد بیوفیلامنت‌ها اخیراً با یک سری آزمون‌های مرکز تحقیق و توسعه مواد خودرویی شخص ثالث در کانادا تکمیل شد. ما NFC خود را در یک سیستم هیبریدی با الیاف شیشه در آمیزه‌های PP ترکیب کردیم و نتایج امیدوارکننده‌ای به دست آوردیم. Fisher می‌گوید: هدف این سری آزمایش نشان دادن این که بتوانیم پایداری محتوا را در آمیزه PP افزایش دهیم (یعنی افزایش محتوای الیاف طبیعی و کاهش محتوای الیاف شیشه) و سطح بالایی از عمل‌کرد را حفظ کنیم. این شرکت در حال ساخت یک کارخانه تجاری برای تولید NFC است که انتظار می‌رود تا پایان سال ۲۰۲۲ راه‌اندازی شود. Green Dot Bioplastics در ایالات متحده پلیمرهای زیستی و قابل کمپوست را تولید می‌کند. Terratek پلاستیک تقویت شده با الیاف طبیعی آن در خط تولید ۲۰۲۰ تجاری‌سازی شده است. این مواد کامپوزیتی زیستی از الیافی مانند سیزال، بامبو آمریکایی و الیاف جوت احیا شده برای جای‌گزینی الیاف شیشه در PP ،PE و PA استفاده می‌کند. در حالی که الیاف طبیعی جای‌گزینی ۱:۱ برای الیاف شیشه نیستند، آن‌ها یک گزینه پایدار را در بسیاری از کاربردها فراهم می‌کنند که تقویت و سختی فراتر از مواد پر نشده مورد نیاز است. شرکت می‌گوید که هم کامپاند و هم مستربچ الیاف طبیعی را تأمین می‌کند. Mark Remmert مدیر عامل Green می‌گوید: عمل‌کرد و تأمین، دو عامل کلیدی در انتخاب الیاف طبیعی هستند. ما باید بتوانیم از یک محصول تکرارپذیر و عمل‌کرد آن برای مشتریانمان اطمینان حاصل کنیم. بامبوی آمریکایی یک چمن بومی با خواص فیزیکی مطلوب و شیوه‌های رشد پایدار است. سال گذشته Green Dot Bioplastics با توامندترین شرکت در زنجیره تأمین، Mayco International برای حذف اتلاف و ضایعات الیاف جوت از فرآیند Mayco شریک شد، تا یک ماده NFRP جدید ایجاد کند. Sarah Harbaugh مدیر فروش و بازاریابی شرکت می‌گوید: به جای ضایعات و دفن آن، از بهره‌گیری آن‌ها و ترکیب در گرانول بیوکامپوزیت برای کاربردهای دیگر استفاده می‌کنیم. مطابق اظهارات Luis Roca Blay  رهبر آمیزه‌سازی، سازمان تحقیقات اسپانیایی Aimplas، بسیاری از الیاف طبیعی را برای استفاده به عنوان افزودنی تقویت‌کننده در پلاستیک‌های کامپوزیتی زیستی را در طول سال‌ها بررسی کرد. نمونه‌های آن شامل: کنف، سیسال، کتان، جوت و … هستند. هنگام توسعه آمیزه از پلاستیک زیستی، او پیشنهاد می‌کند که استفاده از الیاف طبیعی مطلوب‌تر باشد؛ به طوری که بسیاری از اجزا تا حد امکان تجدیدپذیر و در برخی موارد قابل کمپوست باشد.

Untitledz

نگرانی کمپوست‌سازی

کمپوست‌پذیری ویژگی جذاب رو به رشد در اروپا به ویژه برای بسته‌بندی است. با این حال اقلام بسته‌بندی ساخته شده با استفاده از پلاستیک قابل کمپوست تقویت شده با پایه گیاهی الیاف ممکن است در دست‌یابی به استاندارد EN13432 برای کمپوست‌پذیری صنعتی مشکل داشته باشند، بسته به درصد الیاف استفاده شده و ضخامت بخش. او می‌گوید: آسیاب کردن بسته‌بندی قبل از کمپوست‌‌سازی راه حلی برای این مشکل ارائه می‌دهد. استحکام و وزن کامپوزیت عوامل کلیدی در بسیاری از مصارف نهایی هستند. Roca همچنین می‌گوید: الیاف طبیعی جای‌گزین مستقیمی برای الیاف شیشه در راستای خواص تقویت‌کنندگی نیست اما اضافه می‌کند که می‌تواند مواد تقویت‌کننده معدنی را جای‌گزین کند و وزن را کاهش دهد. سایر افزودنی‌ها مانند اصلاح‌کننده‌های ضربه ممکن است برای ایجاد تعادل ویژگی لازم استفاده شود. Aimplas اخیراً تأخیرانداز شعله‌ در فرمولاسیون حاوی الیاف طبیعی را مورد مطالعه قرار داده است. Roca گزارش می‌دهد که در یک فرمول اثر منفی در به تأخیر انداختن شعله یافت نشد. جای‌گزینی پلاستیک با درصدی از الیاف طبیعی سبب کاهش انتشار گرما می‌شود. همچنین مطالعه فرمولاسیون‌های حاوی الیاف طبیعی و بازدارنده شعله مبتنی بر فسفر مورد بررسی قرار گرفت و تأیید شد که برهم‌کنشی مضر بین آن‌ها نیست. انجمن تحقیقاتی نروژی RISE PFI می‌گوید که به پیشرفت در توسعه بیوکامپوزیت‌های تولید شده مبتنی بر پلیمرهای زیستی به عنوان مثال الیاف زیستی، نانوسلولز و لیگنین ادامه می‌دهد. Gary Chinga Carrasco رهبر دانشمند در Biopolymers و Biocoposite منطقه در اتحادیه می‌گوید: این‌ها در حال توسعه و ارزیابی برای طیف وسیعی از کاربردها از جمله زیربنا، خودرو، بسته بندی نوشیدنی و غذا، مراقبت‌های بهداشتی و ساخت افزایشی (چاپ سه‌بعدی) هستند. این انجمن دارای یک آزمایشگاه کاملاً مجهز به چاپ سه‌بعدی جهت حمایت از افزایش تقاضا است. شرکای صنعتی به دنبال زیست پایه و راه حل‌های مواد پایدار برای چاپ سه‌بعدی و همچنین قالب‌گیری تزریقی هستند. چاپ سه‌بعدی امکان خوبی را برای ساخت سازه‌های پیچیده‌ای که ساخت آن‌های با فرآیندهای مرسوم آسان نیست فراهم می‌کند. چاپ سه‌بعدی نه تنها برای نمونه‌سازی استفاده می‌شود بلکه از آن برای ساخت دستگاه‌های کاربردی برای کاربردهای خیلی خاص استفاده می‌شود. Chinga Carrasco می‌گوید: علاوه بر این مصرف مواد کاهش می‌یابد که یک مزیت بزرگ از نقطه نظر اقتصادی و زیست‌محیطی است. او همچنین اضافه کرد: بایوکامپوزیت‌های زیستی تجدیدپذیر هستند و اگر ضروری باشد می‌تواند زیست‌تخریب‌پذیر باشد. این در مقایسه با سایر پلیمرهای فسیلی پر شده سودمند است. این منطقه در حال رشد توسعه مواد پایدار است که همچنین با اقتصاد زیستی و چرخه‌ای مطابق است.

دستاوردهای قالب‌گیری

فراتر از چاپ سه بعدی، پروژه RISE PFI’s BioComp در حال توسعه مواد بایوکامپوزیت جدید و پایدار است تا جای‌گزینی برای پلاستیک‌های پایه نفتی (فسیلی) در بخش قالب‌گیری تزریقی باشد. این پروژه تا حدی توسط شورای تحقیقات نروژ تأمین می‌شود؛ همکاری بین RISE PFI و شرکت‌های alloc نروژی (یک شرکت محصولات ساختمانی)، Norske Skog Saugbrugs (تولیدکننده بایوکامپوزیت) و Plasto (قالب‌گیر تزریقی) است. این پروژه در سال ۲۰۲۱ آغاز شده است و شرکا می‌گویند پیشرفت چشم‌گیری داشته‌اند. مطابق گفته‌ Dag Molteberg مدیر ارشد و توسعه Norske Skog Saugbrugs ساخت کارخانه جدید ارائه بایوکامپوزیت را به پایان رسانده است که دارای خروجی ۱۲۰ کیلوگرم بر ساعت در حداکثر سرعت (حدود ۱ تن در یک روز کاری عادی) است. این شرکت تأسیسات بزرگ مکانیکی حرارتی خمیر کاغذ (TMP) برای تولید کاغذ و بایوکامپوزیت با الیاف TMP از چوب صنوبر را تأمین خواهد کرد. یک قسمت از کارخانه برای خشک کردن، آماده سازی و گرانول سازی الیاف چوب استفاده می‌شود. بخش دوم سیستم ترکیب را در خود جای داده است که الیاف خرد شده (گرانول شده) با پلاستیک‌ها و افزودنی‌ها جهت تولید گرانول‌های بایوکامپوزیتی (با نام تجاری Cebico) ترکیب می‌شوند. سیستم اختلاط شامل مناطق گاززدایی جهت حذف رطوبت و ویژگی کنترل دما به خوبی تنظیم شده است. Molteberg می‌گوید: خط قابلیت خرد کردن هوا خشک شده و در زیر آب را دارد. قطر آمیزه‌های گرانولی بین ۳ تا ۵ میلی‌متر و طول آن‌ها بین ۴ تا ۷ میلی‌متر است. Saugbrugs چندین تن از این مواد را از زمان تولید آزمایشی در دسامبر سال گذشته تولید کرده است. همچنین اضافه می‌کند: آزمایش مواد نشان می‌دهد که الیاف به خوبی در ماتریس پراکنده شده اند. استحکام کششی مطلوب و سختی خمشی بالا می‌دهد. پایداری ابعادی حرارتی از PE و PP پر نشده بهتر است و نتایج، جذب آب بسیار کم حتی در آب جوش را نشان می‌دهد. پارامترهای جریان مذاب نیز برای قالب‌گیری تزریقی قابل قبول هستند. Molteberg می‌گوید: مقدار الیاف در کامپوزیت‌ها می‌توانند بین ۲۰ تا ۶۰% وزنی متغیر باشند، اما به طور معمول بین ۳۰ تا ۴۰% است. جز ترموپلاستیک شامل PE یا PP خام و بازیافت شده و در این پروژه استفاده از مواد ترموپلاستیک مبتنی بر زیستی و زیست‌تخریب‌پذیر بررسی خواهد شد. Plasto قالب‌گیر تزریقی، گرانول‌های بایوکامپوزیتی را با استفاده از تجهیزات قالب‌گیری تزریقی خوکار با سرعت بالا فرآیند می‌کند. Runar stenerud مدیر پروژه Plasto می‌گوید: خط تولید برای تولید روزانه به صورت ۲۴ ساعته و بدون نیاز به اپراتور پیکربندی شده است و خروجی بالا و پایدار اجزای بایوکامپوزیت تولید شده را تضمین خواهد کرد. Stenerud  بیان کرد: همکاری با  RISE PFI در پروژه BioComp بینش ارزشمندی از خواص مکانیکی و فرآیندی مرتبط با خواص و همچنین چگونگی طراحی برای جابه‌جایی بهینه در پایان طول عمر را به ما اعطا کرد. درگیری توسعه مراحل اولیه مواد جدید نیز این فرصت را به ما می‌دهد تا بر مشخصات مواد تأثیر بگذاریم تا بهترین سازگاری ممکن را با محصول در دست توسعه و فرآیند تولیدمان تضمین کنیم. هدف شرکت محصولات ساختمانی Alloc بازاریابی محصولات امسال پروژه Biocomp است. Leif Kåre Hindersland مدیر تحقیق و توسعه شرکت می‌گوید: ما از تجربه کردن خرسندیم که تیم تحقیق و توسعه Rise PFI انجام داد که در این راستا می‌تواند برای بهبود عملیات ما منتقل شود و در تولید پنل و کف‌پوش‌ دیواری با کیفیت و خلاقانه کمک کند.

لیگنین کاربردی

شرکت فنلاندی UPM Biofore دارای چندین کسب و کار الیاف و زیست توده است و UPM Formi آمیزه پلاستیکی تقویت شده با الیاف سلولز برای قالب‌گیری تزریقی و چاپ سه‌بعدی را برای چندین سال تولید کرده است. این شرکت اکنون در حال توسعه یک پرکننده دیگر و در حال ساخت یک پالایشگاه زیستی در Leuna آلمان است که چوب راش را می‌گیرد و آن را به قندها هیدرولیز می‌کند که برای تولید بیومنواتیلن‌گلایکول و بیومنوپروپیلن گلایکول و لیگنین مناسب برای تبدیل به پرکننده‌های کاربردی تجدیدپذیر (RFF) استفاده می‌شود. یکی از اهداف RFF جای‌گزینی دوده یا سیلیکا رسوبی است. Christian Hübsch مدیر فروش و بازاریابی UPM Biochemicals (گروه UPM مستقر در آلمان) می‌گوید: در ترموپلاستیک و ترموست الاستومرها، RFF ممکن است دارای دو استفاده مختلف باشد. یک کاربرد برای RFF، یک رنگ‌دانه سیاه جای‌گزین دوده است. مورد دوم استفاده از درصد بالای RFF جهت افزایش محتوای تجدیدپذیر و کاهش ردپای کربن است. در حالی که ویژگی‌های مکانیکی قابل قبول حفظ شود. Hübsch می‌گوید: تا الان ما ترکیبات با ۳۰-۴۰% درصد وزنی RFF در PE، PP ، PBAT و… ساخته‌ایم. در حالی که RFF اغلب برای جای‌گزینی پلیمر در فرمولاسیون آمیزه استفاده می‌شود، می‌توان برای جای‌گزینی پرکننده‌های مرسوم جهت سبک‌سازی استفاده کرد. Hübsch می‌گوید: با دانسیته تنها ۱/۳ گرم بر سانتی متر مکعب، RFF 50 تا ۶۰% از بسیاری پرکننده‌های سفید سبک‌تر است. همچنین اضافه می‌کند: RFF با ترکیبات مبتنی بر سلولز یا کامپوزیت‌های چوب-پلاستیک متفاوت است. آمیزه‌های ترموپلاستیک با درصد بالای RFF نشان دهنده یک کلاس جدید از مواد با پتانسیل عظیم آینده است. RFF اساساً بدون ترکیبات آلی فرار (VOC) است و ما در حال جمع‌آوری داده‌های لازم برای صدور گواهینامه تماس با غذا و آب آشامیدنی هستیم. UPM مرکز کاربرد را در سایت Leuna بازگشایی و آزمایش، توسعه و همچنین خدمات آمیزه‌سازی محصول را آغاز کرده است. Hübsch می‌گوید: ما شرکت خود را به عنوان یک شریک مستربچ و آمیزه‌ساز می‌بینیم. با این حال ما توسعه آمیزه‌های خودمان را انجام می‌دهیم. ما هر دو را برای مشتری خاص، برنامه‌های بهینه‌سازی ترکیب و مطالعات بنیادین دیگر به صورت موازی برای طیف گسترده‌ای از پلیمرها و کاربردها اجرا می‌کنیم. انتظار می‌رود پالایشگاه زیستی صنعتی در اواخر سال ۲۰۲۳ راه اندازی شود و اولین مقادیر تجاری در اوایل سال ۲۰۲۴ در دسترس خواهد بود. در حال حاضر نمونه‌های مواد تا چند صد کیلوگرم توسط شرکای منتخب برای اهداف توسعه و تأیید آمیزه در حال آزمایش هستند. UPM می‌گوید که  BioMotion RFF دارای CO2 خنثی است و انتظار می‌رود در مقیاس صنعتی CO2 منفی باشد. بر اساس آنالیز چرخه عمر تأیید شده شخص ثالث مطابق گفته‌ Barbara Gall مدیر توسعه بازرگانی، پرکننده عمل‌کردی تجدیدپذیر در UPM Biochemicals فیلر بیش از ۹۴% محتوای کربن تجدیدپذیر خواهد داشت و خلوص بالا خواهد بود (VOC و محتوای گوگرد کم). Nymax Bio خط جدیدی از ترکیبات PA Avient است که دارای ۱۶ تا ۴۷% پرکننده از منابع گیاهی تجدیدپذیر مانند ذرت، کاه و گندم است. پایداری یک اولویت بالا برای برندهای مصرف کننده است.  Matt Mitchel بازاریاب جهانی مواد مهندسی تخصصی شرکت می‌گوید: اکثر ابتکارات در راستای محصولات با سازگاری بیش‌تر با محیط زیست ساخته شده‌اند. Avient می‌گوید: در مقایسه با جای‌گزین‌های پلی‌آمید ۶۶ تقویت شده با الیاف شیشه مرسوم، گریدهای مشتقات زیستی، تابیدگی کم‌تر همراه با سطح ظاهری و رنگ‌پذیری مطلوب ارائه می‌کنند. فرمولاسیون‌های با جذب کم آب به نمایش پایداری ابعادی بسیار خوب و حفظ ویژگی پس از شرطی‌سازی گفته می‌شود. انتظار می‌رود گریدهای جدید، کاربرد در خودروسازی، صنعتی و ساختمانی پیدا کنند و می‌توان آن را با قالب‌گیری تزریقی و اکستروژن فرآیند کرد. آن‌ها همچنین می‌توانند برای ارائه خواص کاربردی ویژه مانند جوشکاری لیزری یا تأخیر در شعله به صورت سفارشی فرموله شوند. مواد Nymax Bio در آسیا تولید می‌شوند اما در سطح جهانی در دسترس هستند.

کنف مناسب

مقررات در ایالات متحده در سال ۲۰۱۸ تغییر کرد تا اجازه رشد کنف را دهد. از آن زمان شرکت بیوتکنولوژی صنایع Heartland کار کرده است تا یک زنجیره تأمین کنف صنعتی قابل اعتماد ایجاد کند تا افزودنی‌های کربن منفی را برای پلاستیک‌ها فراهم کند. مطابق گفته‌ John ElY CMO در Heartland ریسک‌زدایی و مقیاس‌پذیری دو متغیر کلیدی در خلق زنجیره تأمین قابل اعتماد هستند. ما رویه‌های عملیاتی ساده خلق کردیم که هر کشاورز برای داشتن محصول موفق (مثل ذرت و سویا) می‌تواند از آن پیروی کند. این مهم‌ترین پی‌گیری برای کاهش خطر بانک‌ها و آژانس‌های بیمه است. به علاوه که ما در کنار کشاورزان در مناطق مختلف آمریکا برای بهبود انعطاف‌پذیری یک محصول در مورد حوادث موجود آب و هوایی کار می‌کنیم. Ely می‌گوید:  اولین برداشت عمده محصول ایالات متحده امسال پیش‌بینی می‌شود و انتظار دارد که قراردادهای تجاری را در سه ماهه‌ چهارم ۲۰۲۲ برای افزودنی‌های کنف ببیند. Heartland  در ماه ژانویه یک توافق توسعه مشترک با Ravago آمریکا را برای مهندسی کردن افزودنی‌های کنف برای کاربردهای آمیزه‌های پلیمری اعلام کرد. کامپاندهای پلاستیک پرشده با کنف گفته می‌شود که سبک‌تر، ارزان‌تر، پایدارتر با خواص گرمایی و آکوستیک افزایش یافته هستند. Ravago که بازیافت‌کننده، آمیزه‌ساز و توزیع‌کننده است Heartland را در فرمولاسیون افزودنی‌ها راهنمایی می‌کند که نیازی به ابزارآلات مجدد برای آمیزه‌ساز و قالب‌گیرها نخواهد داشت. کنترل کیفیت الیاف کنف heartland اندازه استوار، رطوبت و ناحیه سطح را فراهم می‌کند در حالی که فرآیند مهندسی اختصاصی فرآیند و پیوند با پلاستیک را بهبود می‌بخشد. Ely می‌گوید: هدف ارائه جای‌گزینی ۱:۱ به تولیدکنندگان است که هزینه کم‌تر همراه با دیگر ویژگی‌های کاربردی است که یکسان نگه داشته شده است. به عنوان مثال این شرکت در حال کار بر روی کنف پرشده به عنوان جای‌گزینی برای ترکیبات PP حاوی ۲۰% تالک است. الیاف نیز در پلیمرهایی از قبیل PE، PVC، ABS و PET ارزیابی شده است. به گفته‌ Ravago آمیزه PP حاوی ۲۰% کنف استحکام کششی تقریباً یکسانی با PP حاوی ۲۰% تالک خواهد داشت. به علاوه دارای ۲۰% مدول خمشی کم‌تر و ۲۰% مقاومت ضربه آیزود بیش‌تر است. Chuck taylor مدیر فنی و مدیر کسب و کار Ravago Manufacturing Americas می‌گوید: همچنین کاهش وزن قطعه تا حدود ۲۰% را ارائه می‌دهد. Taylor می‌گوید: جای‌گزینی الیاف شیشه با الیاف کنف مطلوب است اما هنوز ممکن نیست. ما باید یک شیمی با دوام جهت اصلاح کنف ایجاد کنیم تا به رزین برای ایجاد تقویت چسبانده شود. او گفت تا آن زمان کنف به عنوان پرکننده عمل خواهد کرد. با این حال مطابق گفته‌ او مشتریان به طور فزاینده‌ای درخواست محصولات تجدیدپذیر و پایدار را می‌کنند و به نظر می‌رسد درک کنند که این راه حل‌ها ممکن است افزایش هزینه را به دنبال داشته باشد. او اضافه می‌کند: این تمایل به پرداخت برای پایداری به طور چشم‌گیری با آنچه که در گذشته دیده‌ایم متفاوت است.

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

بازدارنده های شعله و نحوه عملکرد آن ها (دیرسوزکننده ها)

در سال های اخیر، استفاده از پلیمرها و کامپوزیت‌های پلیمری در خودروها، هواپیماها، کشتی‌ها، ساخت‌وسازهای شهری، منسوجات، بسته‌بندی و بسیاری از زمینه‌های دیگر به طور نمایی افزایش داشته است. دلیل آن را می‌توان در وزن کم، خواص مکانیکی و شیمیایی مطلوب و نیز مقاومت در برابر خوردگی پلیمرها جست‌وجو کرد ولی از آنجا که بخش عمده ساختار پلیمرها را هیدروکربن‌ها تشکیل می‌دهند، اغلب پلیمرها زمانی که در معرض آتش قرار می‌گیرند، به سرعت می‌سوزند. حین انجام این فرآیند، گرما، شعله، دود و گازهای مختلف آزاد می‌شود که می‌توانند بسیار خطرآفرین باشند. 

جهت غلبه بر این مشکل، تلاش های بسیاری برای بهبود بازدارندگی شعله مواد پلیمری انجام گرفته است. برای کاهش اشتعال پذیری پلیمرها، می توان یا ساختار پلیمر را دست کاری کرده یا با پوشش دهی سطحی پلیمر و منسوجات، لایه سدگری روی آن ها ایجاد کرد. در این مقاله، فرایند احتراق مواد پلیمری، سازوکارهای عمل بازدارنده های شعله و جلوگیری از پیش روی شعله و نیز پیشرفت های اخیر در زمینه نانوساختارهای بازدارنده شعله به طور خلاصه بررسی می شوند.

سوختن پلیمر

به دلیل ساختار شیمیایی پلیمرها، که اساساً از کربن و هیدروژن ساخته شده اند، قابلیت سوختن آن‌ها بسیار بالاست. واکنش سوختن به دو عامل بستگی دارد؛ قابلیت سوختن (عامل کاهنده) و ماده احتراقی (عامل اکسنده) که معمولاً اکسیژن هواست. این فرآیند معمولاً با افزایش دمای ماده پلیمری ناشی از حضور یک منبع حرارتی شروع می‌شود، اجزای فرار پلیمری درون هوا نفوذ کرده و گازهای قابل احتراق را پدید میآورند (این حالت سوختن نامیده می‌شود). این گازها زمانی که دمای خودسوزی‌شان ایجاد شد آتش می‌گیرند (که به عنوان دمایی که در آن انرژی فعال‌سازی واکنش سوختن فراهم می‌گردد، شناخته می‌شود). در این حالت گرما آزاد می‌شود. علاوه بر این، سوخت می‌تواند در دمایی پایین‌تر آتش گیرد که نقطه اشتعال نامیده می‌شود. در این حالت، به محض مجاورت سوخت با منبع خارجی دارای انرژی زیاد، مثل جرقه زدن و برافروختگی، اشتعال اتفاق می‌افتد. عمر چرخه سوختن (شکل زیر) وابسته به میزان آزادشدن حرارت در طول فرایند سوختن سوخت است.

Untitled

تخریب گرمایی یک پلیمر (شکست پیوند کووالانسی) یک پدیده گرماگیر است که به واردکردن انرژی گرمایی احتیاج دارد. انرژی واردشده به سامانه باید از انرژی لازم برای شکست پیوندهای کووالانسی بین اتم‌های متصل به یکدیگر در ماده پلیمری بیش‌تر باشد (در مورد بیشتر پلیمرها انرژی پیوند در حدود ۲۰۰ تا ۴۰۰ KJ/mol است). سازوکار تخریب به شدت به پیوندهای ضعیف تر و همچنین به حضور یا عدم حضور اکسیژن در فازهای جامد و گاز وابسته است. تخریب گرمایی ناشی از سوختن بر اثر حرارت و اکسیژن است؛ بنابراین، ما می‌توان تجزیه گرمایی در غیاب اکسیژن و تخریب گرمایی اکسایشی را تشخیص داد. تجزیه گرمایی بدون اکسیدشدن معمولاً به وسیله شکست زنجیره تحت تأثیر دما (پیرولیز) شروع می‌شود. شروع واکنش به عوامل مختلفی بستگی دارد. حضور اتم‌های اکسیژن در زنجیره و بلور باقیمانده، بقایای واکنش‌های اکسایش قبلی، نقایص شیمیایی در زنجیره‌های پلیمر و وجود پیوندهای ضعیف در طول زنجیره (به ویژه وجود این پیوندها در انتهای زنجیره) می‌تواند واکنش‌های جداکننده را شروع کند. شکست زنجیره می‌تواند به دو صورت اتفاق بیافتد: در حالت اول شکست زنجیره به وسیله شکل گرفتن رادیکال‌های آزاد صورت می‌گیرد. در این حالت، واکنش به خاطر این که این رادیکال‌ها یک واکنش زنجیری اتصال عرضی را شروع می‌کنند، که هم تحت شرایط اکسایش و هم تحت شرایط غیراکسایشی اتفاق می‌افتد، متوقف نمی‌شود.

زمانی که ماده پلیمری در معرض منبع گرما قرار می‌گیرد، دمای سطح آن افزایش پیدا می‌کند تا اینکه به تدریج به دمای پیرولیز (Tp) می‌رسد. در این دما، پلیمر پیرولیز شده و گازهای اشتعال‌پذیر و اشتعال‌ناپذیر، محصولات مایع و مقداری جامد زغالی تشکیل می‌شود. در اثر اختلاط گازهای اشتعال پذیر با اکسیژن یا هوای محیط، مخلوط گازی اشتعال‌پذیر تشکیل می‌شود. این مخلوط گازی می‌تواند در اثر افزایش بیش‌تر دما و رسیدن به دمای احتراق و در نتیجه تأمین انرژی فعال‌سازی انجام واکنش احتراق، به طور انفجاری آتش بگیرد یا در مجاورت منبع خارجی (مانند جرقه یا شعله) در دمای کم (نقطه اشتعال) شعله‌ور شود.

اگر گرمای آزادشده از سوختن پلیمر به اندازه‌ای باشد که به طور پیوسته پیرولیز پلیمر ادامه یابد، غلظت لازم از گازهای اشتعال‌پذیر تأمین شده و شعله ادامه پیدا می‌کند. سه عامل سوخت (گازهای اشتعال‌پذیر آزادشده از پیرولیز)، گرما (در اثر گرمای ناشی از منبع خارجی یا گرمای آزادشده از اکسایش سوخت) و اکسیژن (موجود در هوا) برای احتراق پلیمر ضروری هستند. بازدارندگی شعله با جلوگیری از تکرار این چرخه یا ایجاد اختلال در آن قابل دست‌یابی است.

آتش‌سوزی‌های شخصی بیش‌تر در اماکن مسکونی روی می‌دهند. جایی که وسایل منزل، کف‌پوش‌ها و البسه به طور گسترده وجود دارند و سوختی مناسب برای آتش به شمار می‌روند. یکی از روش‌های ممکن برای کاهش میزان خسارت ناشی از آتش‌سوزی استفاده از مواد تأخیرانداز شعله است. این مواد به شکل فیزیکی یا با ایجاد پیوند بر روی پلیمر منسوجات مانع آتش می‌شوند. بیش‌تر ضد آتش‌های مصرفی تا سال ۱۹۷۰ دارای قابلیت کاهش آتش‌پذیری و نرخ انتشار سطحی آتش بودند اما در سال‌های اخیر توجه بیش‌تری بر نرخ گرمای آزاد شده و انتشار دود و گازهای سمی و کشنده معطوف شده است. بروز آتش‌سوزی‌ها در آسمان‌خراش‌ها و ساختمان‌های مرتفع سبب شده است که نقش ضد آتش‌های دارای قابلیت کاهش میزان دود و گازهای سمی که خفگی ساکنان را به همراه دارد، پررنگ‌تر شود.

Untitled

میزان آتش‌پذیری الیاف به عوامل مختلفی همچون ساختار شیمیایی لیف، سهولت در سوختن، وزن و بافت پارچه و… بستگی دارد. در عمل هرگز نمی‌توان پارچه را به صورتی درآورد که اصلاً آتش نگیرد مگر آن که پارچه از الیاف شیشه‌ای، آزبست، کربن و یا الیاف کولار تهیه شده باشد. نومکس با این که بسیار گران است در حال حاضر بیش‌ترین مصرف را در مواردی که تأخیر اندازی شعله مهم‌ترین فاکتور است نظیر لباس آتش‌نشانان، لباس رانندگان مسابقات، گارگردان ذوب آهن و… داراست. 

Untitled

از خصوصیات تکمیل تأخیراندازی شعله مناسب به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:

  • عدم تأثیر و یا حداقل تأثیر بر خواص فیزیکی و مکانیکی
  • سادگی فرآیند مقاوم سازی نسبت به شعله و افزایش نقطه اشتعال الیاف
  • کم‌کردن طول شعله حاصل از سوختن
  • ادامه نیافتن سوختن با حذف منبع آتش
  • کاهش سرعت حرکت آتش بر روی کالا
  • تولید نکردن مواد سمی حین سوختن
  • مقاومت نسبت به شستشوی خانگی در صورت استفاده در البسه و لوازم منزل
  • کم هزینه بودن عملیات

نحوه عمل‌کرد بازدارنده‌های شعله

دیرسوزکننده‌ها توسط یک یا تعدادی از ساز و کارهای زیر عمل می‌کنند:

  • به طور شیمیایی در سازوکار انتشار شعله دخالت می‌کنند.
  • ممکن است حجم بالایی از گازهای احتراق‌ناپذیر را تولید کنند که از مصرف اکسیژن بکاهند.
  • ممکن است با انجام واکنش و تجزیه شدن از طریق واکنش‌های گرماگیر سبب جذب گرما شوند.
  • با ایجاد پوشش نفوذناپذیر مقاوم در برابر آتش، از دسترسی اکسیژن به پلیمر ممانعت نمایند.

عمل‌کرد فیزیکی

تخریب برخی از افزودنی‌های تأخیرانداز شعله گرماگیر است؛ در نتیجه دمای محیط خود را کاهش داده و بدین صورت سوختن پلیمر را دچار مشکل می‌کنند. وقتی تأخیراندازهای شعله تجزیه می‌شوند، با تشکیل گازهایی H2O، CO2، NH3 و… مخلوط گازهای احتراق را رقیق کرده که غلظت مصرف و امکان آتش گرفتن را محدود می‌کنند. علاوه بر این، یک سری از تأخیراندازهای شعله منجر به تشکیل یک لایه محافظ جامد یا گازی، بین فاز گاز که در آن سوختن اتفاق می‌افتد و فاز جامد که در آن تخریب گرمایی صورت می‌گیرد، می‌شوند. لایه محافظ از انتقال موادی مثل گازهای فرار قابل احتراق و اکسیژن ممانعت به عمل می‌آورد. در نتیجه، غلظت گازهای تخریبی تولیدشده به شدت کاهش می‌یابد. به علاوه، این لایه می‌تواند گازهای سوختنی را به طور فیزیکی از هوا که در آن اکسیژن وجود دارد جدا کند.

عمل‌کرد شیمیایی

تاخیراندازی شعله به وسیله اصلاح شیمیایی فرایندهای آتش‌گیری می‌تواند هم در فاز گاز و هم در فاز متراکم اتفاق بیافتد. سازوکار تولید رادیکال آزاد فرایند سوختن می‌تواند با حضور افزودنی‌های تأخیرانداز شعله، که امکان انتشار رادیکال‌‌های ویژه (Cl• , Br•) را دارند، در فاز گاز متوقف شود. این رادیکال‌ها می‌توانند با اجزای واکنش‌پذیر مانندH•  و  OH• و یا هر مولکول حاضر در محیط واکنش ترکیب شده تا واکنش‌های سوختن کاهش یابد. این اصلاح سازوکار واکنش سوختن منجر به کاهش چشم‌گیر در واکنش‌های گرمازا و در نتیجه کاهش دما و در نهایت تأخیر در سوختن می‌شود. همچنین، تأخیراندازهای شعله می‌توانند باعث رخ‌دادن دو نوع واکنش شیمیایی زیر در فاز متراکم شونند:

  • تشدید تخریب زنجیره‌های پلیمر که در نتیجه پلیمر چکه کرده و از ناحیه اشتعال حرکت می‌کند و خارج می‌شود.
  • تشکیل یا گسترش یک لایه کربنی (زغال) یا لایه شبه شیشه در سطح پلیمر که در این حالت این لایه به عنوان عایق فیزیکی بین فاز گاز و متراکم عمل می‌کند.

همچنین تأخیراندازهای شعله بسته به نحوه استفاده می‌توانند به دو دسته تقسیم‌بندی ‌شوند: تأخیراندازهای شعله افزودنی، تأخیراندازهای شعله واکنشی.

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 📧