پلی پروپیلن و مستربچ دو جزء اصلی برای تولید کارتن پلاست
با توجه به سئوالات مشتریان گرامی درباره مواد اولیه مورد استفاده در تهیه کارتن پلاست، مقاله زیر جهت آگاهی بیشتر این عزیزان ارائه می گردد. در ادامه با ما همراه باشید.
پلی پروپیلن و مستربچ دو جزء اصلی تولید کارتن پلاست هستند. در کارتن پلاست های چاپ دار به منظور چاپ پذیری بهتر مقدار کمی کربنات کلسیم نیز مصرف می شود.
پلی پروپیلن اولین بار در سال 1951 توسط دو دانشمند کشف و پلیمریزه شد. این ماده به دلیل تنوع ویژگی ها بسیار سریع برجسته شد و به مرحله تولید تجاری رسید. به طوری که امروزه یکی از متداول ترین پلاستیک های تولیدشده در جهان است.
پلی پروپیلن یک پلیمر گرمانرم میباشد که در یک بازه ای گسترده از کاربردها شامل فیلم و ورق، قالبگیری دمشی، قالبگیری تزریقی، بستهبندی غذایی مانند تولید کارتن پلاست، نساجی، تجهیزات آزمایشگاهی و پزشکی، لوله، کاربردهای صنعتی و ساختمانی و اجزاء خودرو مورد استفاده قرار میگیرد. علاوه بر این، مواد تولید شده از پروپیلن بهطور معمول در برابر حلالهای شیمیایی، بازها و اسیدها مقاوم میباشد. عمده مصرف مواد پلیمری در صنعت تولید کارتن پلاست، گرید شیمیایی مواد پلیمری پلی پروپیلن یا کوپلیمر (در ایران به اختصار به این ماده PP شیمیایی نیز گفته می شود.) می باشد که به صورت گرانول از پتروشیمی ها یا توزیع کنندگان عمده این محصولات تهیه می شود. مواد پلیمری در پتروشیمی ها به صورت پودر هستند و این پودر پلیمر به کمک دستگاه اکسترودر به گرانول( شبیه دانه عدس- دانه تسبیح – دانه های کروی ) تبدیل می شود.
به طور کلی مزایای استفاده از پلی پروپیلن موارد ذیل می باشد:
- قیمت پایین PP در مقایسه با دیگر پلیمر ها
- افزایش کاربردهای جدید و بهبود خواص ردههای تولیدی جدید
- افزایش کاربرد PP در وسایل و تجهیزات پزشکی و توسعه کاربردهای PP رده خاص
- افزایش مصرف PP به صورت آلیاژ با دیگر پلیمر ها
- جایگزینی با پلیمر هایی هایی مانند پلی اتیلن و پلی استایرن و …
- در دمای اتاق در برابر حلال های آلی مانند چربی ها مقاومت استثنایی دارد.
- یکی از مزایای اصلی پلی پروپیلن ها انعطاف پذیری آن ها است.
- مقاومت عالی در برابر اسیدهای رقیق و غلیظ، الکل ها و بازها دارد.
- دارای خواص عایق بندی بالایی است.
- خواص ضد آب دارد.
- نقطه ذوب بالایی دارد.
- در برابر کپک و باکتری مقاوم است.
- در برابر خوردگی مقاومت دارد.
- ضریب اصطکاک نسبتاً بالایی دارد.
- چگالی کمتری نسبت به سایر پلاستیک های رایج دارد.
برخی از معایب استفاده از پلی پروپیلن ها نیز در ذیل ذکر شده است:
- ضریب انبساط حرارتی بالایی دارد که استفاده از آن در دمای بالا را محدود می کند.
- در برابر اشعه UV تخریب می شود.
- مقاومت ضعیفی در برابر حلال های کلردار و مواد آروماتیک دارد.
- رنگ آمیزی پلی پروپیلن دشوار است؛ زیرا خاصیت اتصال مولکولی ضعیفی دارد.
- بسیار قابل اشتعال است.
- در دماهای بسیار بالا به اکسیداسیون حساس است.
علی رغم این کاستی ها پلی پروپیلن به طور کلی یک ماده بسیار عالی و کارآمد است؛ زیرا ترکیبات منحصر به فردی دارد که در هیچ ماده دیگری یافت نمی شود.
پلی پروپلین گرید شیمیایی خود شامل صدها نوع نام شیمیایی می باشد که معمولا پتروشیمی ها آنها را تعریف و برایشان دیتاشیت تنظیم می کنند. تجربه نشان داده است کوپلیمرهای زیر بهترین انتخاب ها برای تولید کارتن پلاست می باشند که می توان به صورت تک یا ترکیبی در تولید این محصول استفاده کرد:
- PP ZB332C
- PPZR230
- PNR230
- EP 440G
در دیتاشیت مواد کوپلیمر مقادیر پارامتر های مهم از جمله سیالیت و دانسیته نزدیک بهم می باشد ولی در موارد فوق این میزان بهینه است و در صورتیکه گریدهای جدیدی از مواد پلیمری در آینده تولید شد، می توان با تطبیق دیتاشیت مناسب بودن یا عدم تناسب آن را برای تولید کارتن پلاست براورد کرد. از مهمترین ویژگی های اختصاصی کوپلیمرهای معرفی شده در بالا، می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- مقاومت بسیار بالا در برابر ضربه
- سختی بالا
- پایداری ابعادی مناسب
- مقاومت به تغییر شکل و خزش عالی
در پترو شیمی کوپلیمریزه کردن (Copolymerization) به منظور اصلاح خواص پلاستیک استفاده شده و به منظور رفع نیازهای خاص مورد استفاده قرار میگیرد، به عنوان مثال برای کاهش بلورینگی، اصلاح دمای انتقال شیشه، کنترل خواص ترشوندگی یا بهبود حلالیت .پتروشیمی های ایران در ده سال اخیر پیشرفت های چشمگیری در تولید انواع گریدهای پلیمری ازجمله کوپلیمرها که قبلا به ایران وارد می شد داشته اند، از مهمترین پتروشیمی های ایران می توان به جم، نوید زرشیمی، مارون و شازند اراک اشاره کرد.
- مواد پلیمری پلی پروپیلن گرید نساجی
زمانی که در زنجیره پلیمری فقط یک نوع پلیمر وجود داشته باشد، هموپلیمر خواهد بود، مثلا هموپلیمر پلی پروپیلن در تمام طول زنجیر، واحد تکرارشونده –[CH2-CH(CH3)]n– وجود دارد.الیاف پلی پروپیلن که از طریق پلیمریزاسیون پروپیلن به صورت یک پلیمر خطی تهیه میشود، به اختصار PP نامیده میشود و در صنعت نساجی کاربردهای فراوانی دارند. بنابرین گاهی به آنها PP نساجی نیز می گوییم. هموپلیمر پرکاربردترین نوع از پلی پروپیلن ها است. این نوع حاوی مونوپروپیلن (Monopropylene) و به شکل جامد نیمه کریستالی است.
برخلاف کوپلیمر که در تشکیل ساختار از دو یا بیش از دو نوع مونومر استفاده می کرد، پلی پروپیلن گرید نساجی یا هوموپلیمر تنها از یک نوع مونومر برای تشکیل ساختار استفاده می کنند، بنابرین زنجیره مولکولی آنها یکسان و ساده است. هوموپلیمر پلی پروپیلن نسبت استحکام به وزن بالایی دارد و سفتتر و قویتر از کوپلیمر است. این مشخصات به همراه مقاومت شیمیایی خوب و قابلیت جوش خوردن، آن را یک انتخاب مناسب برای ساختارهای مقاوم به خوردگی می کند.
از جمله گرید های ایرانی پلی پروپیلن های همو و کاربرد های آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:
: Z30S مورد استفاده در فیلم و نساجی
: Z30G مورد استفاده در قطعات تزریقی
: X30G مورد استفاده در قطعات تزریقی
: X30S مورد استفاده در تولید فیلم و قطعات اکستروژنی (مانند تولید کارتن پلاست)
: V30G مورد استفاده در قطعات تزریقی
۵۱۰: L مورد استفاده در قطعات اکستروژنی
۵۵۲R: مورد استفاده در فیلم و نساجی
C30S: مورد استفاده در فیلم و نساجی
از این پلیمر در تولید الیاف و طناب ها، بطری و ظروف، پوشک، لباس ورزشی، بند کیف و کوله و کمربندهای ایمنی و فیلم و صفحات(sheet) پلی پروپیلنی (که یکی از آن کاربردها تولید کارتن پلاست است.) ، بسته بندی و…. استفاده می شود.
در ذیل به شباهت ها و تفاوت های هوموپلیمر و کوپلیمر اشاره می کنیم، نیاز به استفاده از هردو خواص ما را ملزم به استفاده از هردو گرید مواد پلیمری می کند.
از نقطه نظر خواص فیزیکی و مکانیکی تفاوت پلیپروپیلن هموپلیمر و کوپلیمر در مقاومت ضربهای، استحکام کششی و سختی است. پلیپروپیلن هموپلیمر با اینکه استحکام کششی و سختی بالاتری نسبت به پلیپروپیلن کوپلیمر دارد ولی نقطه ضعف اصلی آن مقاومت ضربهای آن است. در واقع پلیپروپیلن هموپلیمر شکنندهتر از پلیپروپیلن کوپلیمر است. این ضعف بیشتر در دماهای پایین و به ویژه زیر صفر خود را نشان میدهد. به همین جهت کاربرد پلیپروپیلن هموپلیمر در تولید قطعات تزریقی که در معرض ضربه و دمای پایین قرار میگیرند، به شدت محدود است. برای رفع این نقطه ضعف با افزودن مونومر اتیلن در حین پلیمریزاسیون پروپیلن، کوپلیمر پلیپروپیلن تولید شده است. پلیپروپیلن کوپلیمر مقاومت ضربهای بالاتری نسبت به پلیپروپیلن هموپلیمر دارد. با تنظیم مقدار اتیلن اضافه شده به ساختار پلیمر، تنظیم مورفولوژی کوپلیمر، تنظیم نوع کریستالیزاسیون و همچنین تنظیم وزن مولکولی میتوان میزان مقاومت ضربهای را تنظیم و تا حد خوبی بالا برد. البته باید توجه داشت که بالا بردن مقاومت ضربهای پلیپروپیلن به قیمت کاهش سختی و سفتی پلیمر انجام میپذیرد.
اضافه کردن اتیلن به ساختار پلیپروپیلن حین پلیمریزاسیون پروپیلن، نظم ساختاری پلیپروپیلن را کاهش میدهد. کاهش نظم ساختاری هم به نوبه خود باعث کاهش میزان تبلور (کریستالیزاسیون) پلیپروپیلن میشود. با توجه به ساختار شکننده بلورها، دلیل افزایش مقاومت ضربهای پلیپروپیلن کوپلیمر نسبت به پلیپروپیلن هموپلیمر کاهش بلورینگی است.
به لحاظ کاربردی پلیپروپیلن بلاک کوپلیمر گرید تزریقی به دلیل مقاومت ضربهای خوب در کاربردهایی که در معرض ضربه و هوای سرد قرار دارند مانند قطعات خودرو کاربرد فراوان دارد. سپر، داشبورد، کنسول، رودری، باتری و بسیاری دیگر از قطعات خودرو از این پلیمر تولید میگردد. این پلیمر علاوه بر دانسیته پایین که باعث کاهش وزن خودرو میشود، فرایندپذیری خوب و استحکام و مقاومت ضربهای مناسبی ارائه میدهد. برخی دیگر از گریدهای با شاخص ذوب بالا جهت تولید ظروف استفاده میشود. گریدهای با شاخص ذوب پایین برای فرایندهای اکستروژن مانند تولید لولههای آب سرد و گرم و .. استفاده میشود.
در نقطه مقابل پلیپروپیلن هموپلیمر به دلیل تبلور بالا و مقاومت ضربهای پایین گزینه بسیار مناسبی برای کاربردهای نساجی و یا ورقها و فیلمهای نازک است. در این نوع کاربردها بیشتر به استحکام کششی نیاز است و ضعف مقاومت ضربهای اهمیتی ندارد. فیلمهای کشش یافته از دو جهت و الیاف پروپیلن و انواع گونی و تسمه و … از جمله کاربردهای پلیپروپیلن هموپلیمر است. البته گریدهای تزریقی پلیپروپیلن هموپلیمر هم وجود دارند که در جاهایی که سفتی و سختی اهمیت بیشتری داشته باشد و یا مقاومت حرارتی مورد توجه باشد، کاربرد دارد.
- پودر کربنات کلسیم
پودر کربنات کلسیم با نام لاتین Calcium Carbonate Powder و فرمول شیمیایی CaCO3 با درصد خلوص بالای 98 درصد و مش 2500 در صنعت تولید کارتن پلاست بعنوان فیلر مورد استفاده قرار می گیرد. این ماده از لحاظ بهداشتی تاثیر نا مطلوب روی جعبه های تولید شده نداشته و پلیمر ترکیب شده با آن از لحاظ تماس مستقیم با مواد غذایی مناسب می باشد. تاثیرات مثبت دیگر این ماده بهبود خواص چاپ پذیری، افزایش مقاومت الکتریکی و گرمایی و پایین آمدن قیمت تمام شده می باشد.
کربنات کلسیمی که از معدن استخراج می شود به شکل کلوخه کربنات کلسیم است. این شکل از کربنات کلسیم با ورود به کارخانجات تولید پودر و در آسیاب های غول پیکر و بزرگ به شکل پور کربنات کلسیم در می آید. شکل دیگر کاربردی این ماده به گونه است که کلوخه استخراجی از معدن در سنگ شکن های بزرگ به اندازه های متنوع و متفاوت بسته به کاربرد به سنگ دانه بندی شده کربنات کلسیم تبدیل می شود. بیشتر مصرف کربنات کلسیم در صنایع مختلف تولیدی و صنعتی شکل پودری آن است. همین شکل پودری کربنات کلسیم نیز دارای انواع مختلف سایزبندی می باشد که با توجه به مصرف آن متفاوت است. نوع دانه بندی شده کربنات کلسیم هم مصارف ویژه خود را دارد. مصارف زیرسازی جاده ها به عنوان مثال از این دست کاربردهاست.
پودر کربنات کلسیم را برای مصارف ویژه با نوعی پوشش شیمیایی با اسید استئاریک آبگریز می کنند که به این نوع کربنات کلسیم “کوتد” یا کربنات کلسیم پوشش داده شده گفته می شود. در صنعت تولید کارتن پلاست از کربنات کلسیم کوتد، تاپ کات12 میکرون و 98% خلوص استفاده می شود.
از بهترین تامین کنندگان این ماده در ایران شرکت های امیا، سفیددانه الیگودرز و کیمیا فایبر هستند.
- مستربچ
مستربچ، محصولی است كه در آن پیگمنت و یا افزودنیهای دیگر به صورت بهینه با یكدیگر در یك رزین پایه ادغام شدهاند. این افزودنیها مقدار زیادی پودر رنگ (پیگمنت)، پرکنندههای معدنی یا مواد شیمیایی هستند که به سه منظور مختلف شامل تولید رنگ، بهبود خواص و یا کاهش قیمت تمامشده به پلیمر اضافه میشوند. پایه پلیمری آن معمولا باید مشابه پلاستیک اصلی باشد و شکل ظاهری آن، دانهای (گرانول) است.
- اجزای مستربچ
مستربچها دارای سه جزء اصلی پلیمر پایه، افزودنی و عامل سازگارکننده هستند.
پلیمر پایه
پایۀ پلیمری مصرفی، غالبا از جنس مواد زیر هستند:
انواع پلیاتیلن
پلی پروپیلن
پلیاستایرن
اتیلن وینیل استات
واكسهایی با وزن مولكولی پایین
پلیمر آلكیدی
پلیمرهای مخصوص دیگر…
افزودنی
به منظور تغییر خواص پلیمرها، مواد شیمیایی افزودنی به مستربچها اضافه میشوند که عبارتاند از افزودنیهای بهبود دهندۀ خواص، پیگمنتها و پرکنندهها. با توجه به نوع و قدرت افزودنی و پایه پلیمر، میزان خوراکدهی افزودنی در مستربچ متفاوت است.
عامل سازگارکننده
سازگارکنندهها با عنوان علمی ترکیبات آمفیفیلیک، دارای یک سر آب-دوست و یک سر آلی-دوست هستند و به دلیل ماهیت شیمیایی خاصشان، باعث:
افزایش پایداری حرارتی
سازگارسازی پلی اولفین ها و پلیمرهای مهندسی
تشکیل لایۀ پایدار بر روی سطح افزودنی، پیگمنت یا پرکننده از طریق کنش متقابل با آنها و ایجاد اتصال آنها به ماتریس پلیمری میشوند. وجود سازگارکننده از طرفی باعث ایجاد ترشوندگی بر سطح رنگدانه و در نتیجه پخش بهتر پیگمنت میشود و از طرف دیگر بدون آنکه روی کیفیت رنگ محصول اثر بگذارد، پلیمر را نیز پایدار میکند.
مزایای سازگارکنندهها در فرآیند تولید مستربچ
با افزودن سازگارکنندهها به مستربچ، فرآیندپذیری آنها از طریق بهبود ترشوندگی، یکنواختی و تثبیت، تسهیل میشود که هریک شامل موارد زیر میشوند:
ترشوندگی سریع
امکان افزایش سرعت فرآورش
امکان افزایش بارگیری
بهبود یکنواختی
کلوخهها و تجمع ذرات کمتر
افزایش استحکام رنگ
تثبیت عالی
پیشگیری از کلوخهسازی مجدد
رقیقسازی آسان و بهبود سازگاری در کاربرد نهایی
تطابق رنگ دقیق
- انواع مستربچ
انواع مستربچها عبارتند از:
مستربچ افزودنی
مستربچ رنگی
مستربچ پرکننده
در صنعت کارتن پلاست از مستربچ رنگی پایه پروپیلن برای ساخت کارتن پلاست رنگی استفاده می شود.
