مقالات

کاربرد روزافزون جایگزین­ های طبیعی در صنعت پلیمر

بسپار/ ایران پلیمر در حال حاضر، در طیف وسیعی از کاربردهایی نهایی از الیاف طبیعی گرفته شده از منابع مختلف استفاده می­شود تا تقویت و سایر ویژگی­های عملکردی را ایجاد کند. در این مقاله به برخی از این موارد اشاره شده است.

 

امروزه آمیزه­سازان برای دستیابی به اهداف زیست محیطی و تقاضای مصرف­کنندگان نهایی برای مواد ماندگارتر (sustainable) و هم­چنین کمک به دستیابی به الزامات نظارتی و اهداف بازیافتی در اقتصاد چرخشی، به طور فزاینده­ای از الیاف طبیعی در فرمول­بندی­ های خود استفاده می­کنند.

تجربه و تخصص برای کنترل و مخلوط کردن الیاف طبیعی به سرعت در حال بهبود است. در نتیجه، بازار چندسازه­ های زیستی (biocomposites)، پلاستیک­های حاوی الیاف طبیعی و یا نانوالیاف به عنوان تقویت­کننده، مدام در حال رشد است.

سازمان تحقیقاتی مستقر در نروژ، RISE PFI، مشاهداتی در زمینه ­های در حال گسترش کاربردهای متنوع، شامل قطعات داخلی خودرو، ساختمان ­سازی و مبلمان را گزارش داد. این آمیزه­ها بیشتر برای قالب­گیری تزریقی ساخته می­شوند، اما پیشرفت­ های قابل توجهی در چاپ سه بعدی به روش لایه­ نشانی رایانشی (fused deposition modelling)، وجود دارد. نمونه­ ای از این توسعه در شکل 1 نشان داده شده است.

چندسازه ­های زیستی تقویت شده با الیاف، مستحک م­تر از پلاستیک­ های تقویت نشده هستند. شاید آن­ها بسته به نوع الیاف مورد استفاده بسیار ارزان­تر باشند و هم­چنین عامل محیط زیستی وجود دارد که نیرو محرکه­ی توسعه­ی آن­ها است. کاهش پلاستیک در محصولات حاوی الیاف طبیعی، می­تواند برای محیط زیست مفید باشد. اگرچه این بسیار وابسته به نوع کاربرد است. برای کاربرد­های طولانی مدت مانند قطعات خودرو، ساخت و ساز و مبلمان، این مواد کاملا گزینه­ای مناسب است. اگرچه بازیافت چندسازه­ های زیستی موضوعی است که هنوز نیاز به توجه بیشتری دارد.

تعدادی از مسائل فنی در مورد فرمول­بندی، وجود دارد که نشان می­دهد سازگاری الیاف با بعضی از بستر­های بسپاری مخصوصا در مورد بعضی از پلاستیک­های زیستی مانند پلی ­لاکتیک اسید (PLA) پوسیدنی (compostable) هنوز چالش­ برانگیز است. به علاوه، سازگاری سطح مشترک بین الیاف و بستر ممکن است جذب آب مواد یا محصولات را تحت تاثیر بگذارد.

الیاف طبیعی تمایل به جذب آب دارند و رطوبت را جذب می­­کنند. برای کاربردهای چندسازه­ های زیستی ساختاردار، این ویژگی یک عیب محسوب می­شود، چون این مواد ممکن است پایداری ابعادی محدودی داشته باشند. هم­چنین جذب آب وابسته به بستر مورد استفاده نیز می­باشد، برای مثال پلی­ اتیلن با چگالی زیاد نسبت به پلی­ لاکتیک اسید و پلی ­پروپیلن (PP) جذب آب کمتری دارد. اصلاح سطحی الیاف طبیعی، برای بستر­های بسپاری خاصی، طراحی می­شوند، برای مثال پلی­ لاکتیک اسید هنوز یک زمینه برای تحقیق و توسعه است. این اصلاح سطحی می­تواند شامل روش­های شیمیایی و زیست فناوری باشد که با توجه به قیمت و عملکرد زیست محیطی تغییر می­کند.

دیگر زمینه­ های فنی جالب، شامل آمیزه ­سازی به روشی مناسب برای حفظ طول الیاف و بهبود توزیع فضایی الیاف در بستر بسپار است. هم­چنین با کاهش کسر پلاستیک، نقش الیاف برای بهبود خواص مکانیکی محصول نهایی مهم می­شود. الیاف طبیعی مستحکم هستند و برای ایجاد استحکام توسط الیاف در بستر بسپار، ضروری است که الیاف طول و ضریب منظر خود را حفظ کنند. در آمیزه ­سازی با بعضی از رانشگر­ها (اکسترودرها)، طول الیاف به طور قابل توجهی تحت تاثیر قرار می­گیرد و بیش از حد (بیش از 2 میلی­متر تا کمتر از 400 میکرون برای الیاف چوب) کوتاه می­شود. استحکام مکانیکی چندسازه­ های زیستی، وقتی الیاف با فرایند رانشگری کوتاه می­شوند، هنوز زیاد است. اگرچه این می­تواند با حفظ طول الیاف حتی بیشتر نیز باشد. صنعت این محدودیت را درک کرده است و رانشگر­های جدید درصورتی مطلوب تعریف می­شوند که پراکنش خوب الیاف در بستر بسپار را بدون کوتاه کردن یا تخریب الیاف فراهم کنند. این مسئله برای تولیدکنندگان چندسازه­ های زیستی مهم است.

 

فرایند کردن الیاف

کنترل الیاف طبیعی در فرایند آمیزه ­سازی به شدت به نوع آمیزه ­ساز وابسته است. در مورد الیاف چوب مهم است که الیاف به درستی دانه­ای شوند و الیافی که چگالی دانه خوب دارند به رانشگر خوراک­دهی شوند. اگرچه این موضوع وابسته به نوع سامانه آمیزه­سازی است. برای بعضی آمیزه­ سازان، ممکن است که داشتن دانه ­های الیاف پرزدار (fluffy) مزیت باشد، در حالی که برای دیگر سامانه ­­ها ضروری است که دانه­های الیاف برای داشتن چگالی بیشتر، کاملا فشرده باشند. همین مورد درباره­ی مقدار رطوبت الیاف نیز صدق می­کند که باید به طور متفاوت با آمیزه­ ساز­های مختلف دارای واحد گاززدایی یا بدون واحد گاززدایی کنترل شود. عامل دیگر، روش تجهیزات برای دانه­ سازی آمیزه است.                                                       

شرکتRISE PFI  با همکاری شرکت Norske Skog تولیدکننده الیاف چوب و کاغذ، کار­هایی برای کشف پتانسیل الیاف خمیر چوب مخصوصا خمیر گرمایی- مکانیکی (TMP) انجام داده است که برای فرایند­های آمیزه ­سازی استفاده می­شود. یکی از زمینه­های کلیدی مورد توجه، چسبندگی بین سطحی بین الیاف و پلاستیک و اصلاح الیاف برای کاهش جذب آب است. شرکتRISE PFI  در همکاری با دیگر گروه­ های اروپایی، روشی سازگار و دوست­دار محیط زیست برای اصلاح الیاف خمیر چوب و افزایش چسبندگی بین سطحی با بستر بسپار، برای مثال پلی­ اتیلن و پلی ­لاکتیک اسید و نیز  کاهش جذب آب چندسازه­ های زیستی را توسعه داده است. این، فرایندی با پتانسیل اجرای صنعتی است. این محصولات می­توانند الیاف اصلاح شده برای آمیزه­ سازی یا حتی آمیزه­ های با پتانسیل اقتصادی، باشند.

 

برگردان : مهندس مهسا امیرشاهرخی

 [email protected]

 

 

(ادامه دارد…)

 

متن کامل این مقاله را در شماره 209 ماهنامه بسپار که در نیمه اسفند ماه منتشر شده است، بخوانید. 

 

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق فیدیبو قابل دسترسی است.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا