شاید تابه حال برای شماهم پیش آمده باشد که در هنگام کار با وسیله‌ای پلاستیکی از سختی، زبری، شکنندگی یا بوی بد آن حس نامطلوبی به شما دست داده باشد. برای رفع این مشکل راه حلی وجود دارد که قصد داریم در این مقاله به بررسی آن بپردازیم. اصلاح خواص پلیمر راه حل این مشکل است. اصلاح خواص پلیمر با افزودنی‌های پلاستیک یا همان افزودنی مواد اولیه پلیمری قابل انجام است.
افزودنی‌های مواد اولیه پلیمری
افزودنی مواد اولیه پلیمری یا ادتیو موادی هستند که در درصدهای پایین به پلیمرهای مختلف به منظور تصحیح خواص فراورده‌های پلیمری اضافه می‌شوند. چگونگی استفاده از افزودنی پلیمری بسته به نوع پلیمر و کاربرد آن متفاوت است. استفاده مناسب از افزودنی‌های پلیمری باعث بهبود ویژگی‌های بسیاری از جمله دوام، سختی، وضوح، قابلیت عدم فرسایش در هوا، اصلاح فرآیند پذیری، افزایش مقاومت حرارتی، افزایش مقاومت در برابر خش، ضربه و… می‌شود، و در نتیجه یک محصول با ارزش بالاتر تولید می‌شود. وزن مولکولی افزودنی مواد اولیه پلیمری نسبت به پلیمر پایین‌تر است و درصد استفاده از آنها در فرمولاسیون مقادیر بسیار کم است. هنگام فرآیند اکستروژن یا تزریق مواد اولیه به دلیل حرارت بالا و مکانیزم تنش برشی ایجاد شده بر روی مواد اولیه، احتمال تخریب و سوختگی پلیمر بسیار بالاست، به همین جهت برای جلوگیری از این اتفاق و همچنین بهبود فرآیندپذیری، روان شدن، نچسبیدن مواد مذاب به ماردون اکسترودر، قالب و… استفاده از افزودنی‌های پلیمری بسیار مفید خواهد بود. میزان استفاده از افزودنی‌ها در پلیمرهای مختلف مثل پلی‌آمیدها، پلی‌الفین‌ها و پلی‌استرها گوناگون است.
انواع افزودنی‌های مواد اولیه پلیمری
تقریبا می‌توان گفت تمام قطعات و محصولات پلاستیکی از یک یا چند پلیمر پایه به همراه مقداری مواد افزودنی ساخته می‌شوند. ازین جهت متوجه اهمیت مواد افزودنی در صنعت پلاستیک می‌شویم. خواص پلاستیک‌ها تحت تاثیر شرایط تولید و استفاده از مواد افزودنی به میزان قابل توجهی قابل تغییر است. ترکیب پلیمر پایه و مواد افزودنی با فرمول‌های مشخص علاوه بر تعیین ویژگی‌های ظاهری مانند رنگ و درخشندگی می‌تواند باعث بهبود مقاومت حرارتی، مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی، مقاومت به ضربه و بسیاری دیگر از خواص محصول تولیدی شود.
مستربچ رنگی (Color Masterbatch)
یکی از پرکاربردترین افزودنی مواد اولیه پلیمری در تزریق پلاستیک مستربچ رنگی است. مستربچ‌های رنگی معمولا به شکل گرانول تولید شده و حاوی مقداری پلیمر پایه به همراه رنگ دانه هستند و برای رنگی کردن محصول کاربرد دارند. مستربچ‌ها علاوه بر رنگ دانه دارای افزودنی‌های دیگری نیز هستند. روش استفاده از مستربچ رنگی به این صورت است که بر اساس شدت رنگ مورد انتظار درصد مشخصی از آن را با گرانول ماده اولیه مخلوط کرده و به صورت دستی یا با استفاده از دستگاه مواد کش اتوماتیک به داخل قیف دستگاه تزریق پلاستیک منتقل می‌کنند. در این صورت دیگر نیاز به تهیه کامپاند نیست. یکی از مشکلاتی که ممکن است رخ دهد تغییر شدت رنگ محصول تولیدی در گذر زمان است. این پدیده به دلیل جدا شدن تدریجی دانه‌های مستربچ از دانه‌های ماده اولیه در داخل قیف دستگاه تزریق پلاستیک رخ می‌دهد و برای رفع آن راه حل های مختلفی مانند استفاده از دستگاه دوزر و یا مستربچ رنگی مایع ارائه شده است.
تقویت کننده‌ها (Reinforcements)
این دسته از افزودنی مواد اولیه پلیمری شامل طیف وسیعی از انواع الیاف و پودرهای معدنی هستند. این مواد جهت افزایش استحکام و یا کاهش هزینه مواد اولیه مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عنوان مثال ترکیب پلی آمید با الیاف شیشه به عنوان افزودنی تقویت کننده باعث افزایش مدول الاستیسیته شده و باعث بهبود خواص مکانیکی پلیمر می‌شود. استفاده از مواد تقویت کننده در ارتقاء خواص مواد پلیمری به حدی موثر است.
پرکننده‌ها (Fillers)
مواد پرکننده مانند کلسیم کربنات، آلومینیوم هیدروکسید، پودر تالک و سیلیکا عموماً برای کاهش هزینه استفاده می‌شوند به علاوه می‌توانند برخی از خواص محصول را نیز ارتقا ببخشند. به عنوان مثال افزودن آلومینیوم هیدروکسید به پلاستیک می‌تواند باعث پیشگیری از بروز شعله شود. بعضی از پرکننده‌های معدنی به شدت ساینده هستند و باعث کاهش عمر قالب و سیلندر و ماردون می‌شوند. در صورتی که از چنین موادی استفاده می‌کنید، باید از آلیاژهای مقاوم به سایش و خوردگی و دستگاه تزریق پلاستیک مجهز به سیلندر و ماردون بای‌متالیک کمک بگیرید.
افزودنی‌های براق کننده
داشتن ظاهر خوب و جذاب بر روی فروش محصولات اثر گذار است. این افزودنی قادر است تا شفافیت و جلوه خاصی را به محصولات تولید شده ببخشد و همچنین ظاهر آنها را بهبود دهد.
الاستومرها (Elastomers)
لاستیک‌ها یا الاستومرها نیز می‌توانند به عنوان افزودنی با پلیمرهای ترموپلاستیک ترکیب شوند. الاستومرها باعث افزایش چقرمگی و مقاومت به ضربه می‌شوند. یکی از افزودنی‌های پرکاربرد در ساخت قطعات خودرو مانند سپر به شمار می‌روند. هنگامی که بخواهند قطعاتی از جنس پلاستیک‌های مهندسی تولید شود که باید مقاومت به ضربه بسیار بالایی داشته باشند از افزودنی‌های الاستومری استفاده می‌شود. ترکیب الاستومرها با پلاستیک‌هایی مانند گرانول پلی پروپیلن نیز باعث ارتقاء ضربه پذیری می‌شود.
افزودنی پیشگیرنده شعله (Flame Retardant)
اکثر مواد پلیمری حاوی کربن قابل اشتعال هستند. کربن تمایل زیادی برای ترکیب شدن با اکسیژن موجود در هوا و تشکیل کربن دی اکسید و کربن مونواکسید دارد. این ویژگی در کاربردهایی که محصول پلاستیکی با دمای بالا یا جریان الکتریسیته سر و کار داشته باشد ممکن باعث بروز مشکل شود. برای جلوگیری از بروز این مشکل، می‌توان از گروهی از مواد افزودنی تحت عنوان پیشگیرنده شعله و یا ضد شعله وجود دارند استفاده کرد.
پیشگیرنده هالوژنی
این مواد افزودنی از ترکیبات گروه هالوژن عناصر مانند برم یا کلر ساخته می‌شوند که به صورت طبیعی از تشکیل شعله جلوگیری می‌کنند. برخی از ترموپلاستیک‌ها مانند گرانول پی وی سی (PVC) که در ساختار مولکولی خود چنین عناصری را دارند به طور ذاتی ضد شعله هستند. نقطه ضعف افزودنی های ضد شعله هالوژنی این است که می توانند دود و بخارات سمی تولید کنند.
پیشگیرنده غیر هالوژنی
این مواد افزودنی بر پایه فسفرقرمز یا اکسیدهای فلزی مانند آلومینیوم هیدروکسید ساخته می‌شوند. افزودنی‌های ضد شعله غیر هالوژنی مشکل تولید دود سمی را ندارند، اما باید با درصد وزنی بیشتری با ماده اولیه ترکیب شوند تا تاثیر قابل قبولی در پیشگیری از شعله داشته باشند و این مساله باعث تغییر قابل توجهی در خواص ماده اولیه می‌شود. علاوه بر این بعضی از افزودنی‌های غیر هالوژنی مانند آلومینیوم هیدروکسید در دمای فراوری پلاستیک تجزیه می‌شوند. افزودنی‌هایی که بر پایه فسفر یا سیلیکون هستند چنین اشکالی را به وجود نمی آورند، به همین دلیل استفاده از آنها به طور روز افزونی در حال افزایش است.
افزودنی روان کننده (Plasticizer)
این مواد افزودنی معمولاً به شکل مایع هستند و از ترکیبات فتالات DOP و DIOP ساخته می‌شوند. کاربرد اصلی روان کننده‌ها در فراوری PVC یا تولید فیلم و روکش کابل است. افزودنی‌های روان کننده دمای فراوری PVC را تا جایی پایین می‌آورند که در آن دما این ماده دچار تجزیه حرارتی نمی‌شود. روان کننده‌ها همچنین باعث افزایش انعطاف پذیری و دوام PVC می شوند. PVC نرم یا دنبه‌ای (PPVC) از ترکیب مقدار قابل توجهی از این مواد افزودنی با PVC خام ساخته می‌شود که در مقایسه با PVC سخت یا UPVC از انعطاف پذیری بسیار بالایی برخوردار بوده و تزریق آن نیز ساده تر است.
افزودنی‌های ضد پوسیدگی (Anti-Aging Additives)
پدیده پیری یا پوسیدگی پلاستیک‌ها براثر عوامل طبیعی مثل تابش نور فرابنفش، تغییرات دمایی و واکنش با اکسیژن و اوزون موجود در هوا است که در گذر زمان باعث بروز تغییرات نامطلوبی در ساختار و خواص پلاستیک‌ها می‌شوند. پوسیدگی پلی اتیلن (PE) و پلی پروپیلن (PP) در اثر اکسید شدن با اکسیژن موجود در هوا رخ می‌دهد. و برای جلوگیری از پوسیدگی افزودنی‌های آنتی اکسیدان به گرانول پلی اتیلن (PE) و گرانول پلی پروپیلن (PP) استفاده می‌شود. پوسیدگی PVC به دلیل واکنش هیدروکلر زدایی و با سرعت زیادی رخ می‌دهد و افزودنی‌های ضد پوسیدگی مخصوص PVC واکنش هیدروکلر زدایی را محدود می‌کنند. تابش نور فرابنفش علاوه بر PVC بر گستره وسیعی از پلاستیک‌ها اثر می‌گذارد و برای جلوگیری از پوسیدگی محصولات پلاستیکی که در فضای باز و تحت تابش آفتاب به کار می‌روند از افزودنی های پایدار کننده آنتی یو وی استفاده می‌شود. پیری ناشی از اوزون بیشتر در لاستیک‌ها دیده می‌شود و به وسیله استفاده از افزودنی‌های ضد اوزون می‌تواند مهار شود.
افزودنی‌های تجزیه پذیر کننده (Degradants)
از مضرات استفاده از پلاستیک‌ها تولید ضایعات پلاستک است که تجزیه و بازگشت آنها به طبیعت قرن‌ها به طول می‌کشد. بسیاری از محصولات پلاستیکی مانند ظروف یکبار مصرف پس از استفاده دور انداخته می‌شوند و از این رو نیازی به عمر و دوام طولانی ندارند. برای رفع این مشکل می‌توان پلاستیک‌های زیست تخریب پذیر تولید کرد مانند پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB) که نوعی پلیمر ترموپلاستیک نیمه کریستالی و دارای خواصی شبیه پلی پروپیلن است. این پلیمر زیست تخریب پذیر به طور طبیعی توسط گروهی از باکتری‌ها تولید می شود که از گلوکز تغذیه می کنند. علاوه بر این گروهی از مواد افزودنی نیز می‌توانند به روند طولانی تجزیه پلاستیک سرعت ببخشند که نشاسته یکی از این مواد است.
همانطور که مطالعه کردید، اضافه کردن افزودنی‌ها بسیار مفید هستند. استفاده از مواد افزودنی در کاهش زمان، انرژی و هزینه های لازم مخلوط کردن مواد اولیه می‌تواند کمک به سزایی به ما کند. برای استفاده از مواد افزودنی باید اطلاعات کاملی داشته باشید تا بدانید چه ماده‌ی افزودنی و همچنین چه مقدار از آن را باید به مواد خود اضافه کنید.
