کاربرد پلاستیک‌ها در لوازم خانگی – بخش دوم: پلیمر پلی‌استال (POM)
رزین‌های استال، مجموعه‌ای کاملاً متعادل از خواص را ایجاد می‌کنند که شامل موارد زیر می‌باشد: ایجاد سطحی سخت و خودلغزنده و روغن‌کار، مقاومت شیمیایی عالی، استحکام، سفتی و چقرمگی در دامنه وسیعی از دما. هموپلیمر استال، اولین بار در سال 1960 به صورت شکلی نیمه بلورین از فرمالدئید پلیمریزه شده که زنجیر خطی از مولکول‌های اکسی‌متیلن را پدید می‌آورد، به بازار عرضه شد. در فرآیند سنتز هموپلیمر، ابتدا فرمالدئید از آب جدا شده و به صورت گاز CH2O، خالص‌سازی می‌شود که در ادامه به مولکول‌های پلی‌اکسی‌متیلن (POM) پلیمریزه می‌شود. در این حالت، مولکول، از طریق واکنش با انیدرید استیک، گروه‌های پایانی استات را تولید می‌کند. هموپلیمری که با گروه‌های استات شاخه‌دار شده است نسبت به تحت حمله قرار گرفتن از طریق بازها، مقاومت کمی دارد ولیکن نقطه ذوب آن بالاتر است و نسبت به کوپلیمراستال، خواص مکانیکی آن بهینه و بهتر شده است. مثلاً خواص استحکام فیزیکی و مکانیکی، سفتی، چقرمگی، سختی، خزش و خستگی آن بهبود یافته است.
در فرآیند کوپلیمریزاسیون استال، ابتدا فرمالدئید به ساختار حلقوی متشکل از سه مولکول فرمالدئید، موسوم به تری اکسان تبدیل می‌شود. تری‌اکسان جداسازی شده، خالص‌سازی شده و با مونومر کمکی اتیلن اکساید به پلی‌اکسی‌متیلن پلیمریزه می‌شود که در آن گروه‌های -CH2-CH2- به طور تصادفی در طول زنجیر توزیع شده‌اند.
در ادامه بر روی پلیمر خام به دست آمده در محیط بازی، عملیات حرارتی انجام می‌شود تا پایانه‌های مولکول‌های منتهی به گروه یا بلوک -CH2-CH2- در هر طرف تجزیه و تخریب شوند. این امر موجب می‌شود تا مولکولی مقاوم نسبت به تخریب اضافی و بیش‌تر، در محیط‌های بازی به وجود آید.
برای پیش‌گیری از واپلیمریزاسیون برگشت‌ناپذیر اسکلت پلیمری در حین فرآیند ذوب، شاخه‌دار کردن گروه‌های انتهایی زنجیرهای هموپلیمری و کوپلیمری ضروری است. انرژی حرارتی موجب باز شدن گروه‌های انتهایی -H-O-CH2-O-CH2- و تبدیل آن به مونومر فرمالدئید می‌گردد.
انواع تجاری هموپلیمر استال، بالاترین بلورینگی را همراه با استحکام فیزیکی مکانیکی، سفتی و مقاومت در برابر ضربه خوب از خود نشان می‌دهند. نقطه ذوب آن 350 درجه فارنهایت می‌باشد. همچنین بلورینگی بالا، مقاومت شیمیایی خوبی را همراه با تأثیر اندک یا بدون تأثیر در ماده، پس از قرارگیری مستقیم در معرض تماس با هیدروکربن‌ها، آلدئیدها، کتن‌ها، الکل‌ها و سوخت‌ها از خود نشان می‌دهد. علاوه بر این هموپلیمر نسبت به محلول‌های آبی با pH بین 4 تا 10، مقاوم است. هموپلیمر برای دمای سرویس پیوسته در هوا و آب تا 230 درجه فارنهایت توصیه شده است.
در انواع تجاری کوپلیمرهای POM، واحدهای اتیلن‌اکسی یا n-بوتیلن اکسی، به طور تصادفی در سرتاسر پیکربندی یا اسکلت پلیمر پخش شده‌اند. واحدهای مونومر کمکی موجب بروز بی‌نظمی اندکی در بلورینگی پلیمر در حالت جامد می‌شوند و در نتیجه خواص فیزیکی و مکانیکی و همانند قدرت و استحکام، سفتی، مقاومت در برابر ضربه را در کوتاه مدت، اندکی کاهش می‌دهند. آن‌ها مقاومت خوبی را در برابر حلال، از خود نشان می‌دهند زیرا زنجیرهای پلیمری با یک گروه استری، شاخه‌دار نشده‌اند و دامنه مقاومت در برابر pH محلول آبی در محدوده 4 تا 14 گسترده‌تر شده است. این کوپلیمر برای استفاده در درجه حرارت‌های کاری و دماهای سرویس تا 200 درجه فارنهایت به طور مداوم هم در محیط هوا و هم در محیط آب توصیه شده است.
استال‌ها در گستره وسیعی از دما، قوی سفت و چقرمه می‌باشند. آن‌ها روان‌کنندگی یا لغزنده‌سازی سطحی خوب و ضریب اصطکاک پایینی نسبت به فلزات، سرامیک‌ها و سایر پلاستیک‌ها دارند. آن‌ها در برابر خزش و خستگی مقاوم می‌باشند، چرا که ویژگی‌های جریان‌پذیری در حالت سرد پایینی از خود نشان می‌دهند یعنی وقتی که سرد هستند، خواص مطلوبی ندارند. خواص متعادل و موازنه شده در کنار مقاومت خوب در برابر حلال، که استال از خود نشان می‌دهد، موجب شده است تا پلاستیک جای‌گزین و ایده‌آلی برای جای‌گزینی با موادی همچون فلزات و پلیمرهای ترموست یا گرماسخت، چوب و سرامیک‌ها باشد.
تکنولوژی ویژه‌ای که برای آمیزه‌سازی و ساخت قطعات پلیمری به کار می‌رود منجر به ساخت انواع تجاری هموپلیمر و کوپلیمرهایی شده است که به لحاظ مقاومت در برابر ضربه اصلاح شده اند ولیکن مقاومت در برابر ضربه وقتی افزایش می‌یابد که استحکام فیزیکی و مکانیکی و سفتی پلاستیک افزایش یابد و هنگامی که این دو کمیت کاهش یابد، مقاومت در برابر ضربه افزایش می‌یابد به حد ثابتی می‌رسد و متوقف می‌شود. همچنین بسیاری از انواع پلاستیک‌های مخصوص مواد غذایی از اداره غذا و داروی آمریکا (FDA) برای تماس مکرر با مواد غذایی و استفاده زیاد در صنایع غذایی از بنیاد ملی بهداشت و مجمع استاندارهای کانادایی برای کاربردهای ویژه در اب آشامیدنی و مقیاس‌بندی UL-94 HB از آزمایشگاه‌های مرجع برای اشتعال‌پذیری، تأییدیه رسمی دارند. انواع ویژه‌ای نیز با تأییدیه و گواهی از اداره کشاورزی ایالات متحده آمریکا (USDA) وجود دارند که برای تماس و نگهداری با محصولات گوشتی و نیز مرغ و خروس و بوقلمون و ماکیان‌های خانگی، به کار می‌روند. همچنین از پلاستیک‌های چند لایه موسوم به تتراپک با مجوز رسمی از مجمه نگهداری لبنیات و محصولات لبنی و مواد غذایی برای نگهداری و تماس با محصولات لبنی استفاده می‌شود.
انواع تجاری زیر از رزین‌های استال به طور صنعتی تولید شده‌اند و دردسترس هستند.
- انواع پایدار شده در مقابل تابش فرابنفش و مقاوم در برابر آب و هوا
- انواع با سایش کم و انواع با ضریب اصطکاک پایین
- انواع چقرمه شده و اصلاح شده در برابر ضربه
- انوع تقویت شده با الیاف شیشه
- انواع پرشده با مواد معدنی، پرشده با ریزدانه‌های شیشه و پرشده با شیشه خرد شده
- انواع با جریان مذاب بالا
ویژگی‌های برجسته این نوع پلیمر، عبارتند از سفتی که امکان طراحی قطعات با سطوح تماس بزرگ و سسطح مقطع‌های عرضی نازک و ظریف با ضخامت کم پدید می‌آورد. استحکام کششی و مقاومت خزشی بالا در دامنه وسیعی از دماها و رطوبت‌های گوناگون، مقاومت خستگی و جهندگی بالا برای کاربردهایی که نیاز به فنریت و چقرمگی دارند.
استال به واسطه داشتن ترکیبی متعادل و موازنه شده از خواص فیزیکی-شیمیایی گوناگون، اهمیت زیادی را در کاربردهای مختلف پیدا کرده است. دو نوع از استال‌ها در دسترس می‌باشند که عبارتند از:
- رزین هموپلیمر (متشکل از فقط یک نوع پلیمر) با خواص مکانیکی تقویت‌شده، بالاتر به هنگام مصرف نهایی و شاخص جریان مذاب بالاتر
- رزین کوپلیمر (علاوه بر پلیمر اصلی دارای کوپلیمر یا پلیمر کمکی نیز می‌باشند که برای تغییر خواص منظور رسیدن به برخی از خواص مطلوب و بهبود خواص ویژه از آن‌ها استفاده می‌شود) که ویژگی‌های فرآیندی و نیز مقاومت در برابر ضربه بهتری دارد.
مزایای استال
- خواص مکانیکی خوب، استحکام کششی مطلوب و بالا، صلبیت و چقرمگی عالی
- سطوح قالب گیری شده و جلادار و براق
- ضرایب اصطکاک استاتیک و دینامیک پائین
- خواص الکتریکی و مکانیکی خود را تا دمای 230 درجه فارنهایت حفظ می‌کند
- برای استفاده در کاربردهایی که در تماس با مواد غذایی می‌باشد، کاملاً تأیید شده‌اند و مجوز استفاده از آن‌ها در صنایع غذایی، صادر شده است
- مقاومت شیمیایی عالی در برابر هیدروکربن‌ها، آلدئیدها، کتن‌ها، الکل‌ها و سوخت‌های متداول
محدودیت‌های استال
- مقاومت ضعیف در برابر اسیدها و بازها
- شرینک یا انقباض درون قالبی بالا
- اگر از انواع ویژه استال که دارای افزودنی مقاوم در برابر تابش UV می‌باشند، استفاده شود؛ وقتی که در معرض تابش UV قرار می‌گیرند، تخریب نمی‌شوند. ولی انواع معمولی استال وقتی در برابر تابش فرابنفش قرار گیرند، تخریب می‌شوند.
- قابل اشتعال
- دماهای مذاب فرآیندی اضافی (بالاتر از 450 درجه فارنهایت) می‌تواند منجر به تخریب حرارتی قابل توجه ماده شود که با آزادشدن گازهای فرمادئید همراه است.
- تخریب حرارتی بسیار شدید شبیه به انفجار، وقتی اتفاق می‌افتد که مذاب استال با PVC آلوده شده باشد.
- وقتی که سطح استال اصلاح نشده باشد، برقراری پیوند با سطح بسیار دشوار است.
کاربرد پلی‌استال در لوازم خانگی
- یخچال‌ها: بست‌ها یا گیره‌های قفسه‌بندی، قلاب‌های دیوارکوب داخل یخچال، یاتاقان‌ها و چرخ‌دنده‌ها
- ماشین‌های لباس‌شویی و خشک‌کن‌ها: دنده‌ها، یاتاقان‌ها، نوارهای ضد سایش، لوازم یدکی و ابزارآلات دستگاه و اتصالات لوله
- ماشین‌های ظرف‌شویی: غلتک‌های چرخ‌دنده‌دار، سردوشی‌های ویژه پاشیدن، وسایل ویژه پخش مواد شوینده صابونی و حامل‌ها یا پایه‌های صافی
- وسایل الکترونیکی خانگی که همگی جزء قطعات ظریف پلاستیکی داخل ماشین لباس‌شویی و ظرف‌شویی به شمار می‌روند که تعدادشان نیز بسیار زیاد است.
- صفحه کلیدها: سرپوش‌های کلید، دوشاخه‌ها یا پلانگرها، میله‌های راهنما و صفحات پایه
- تلفن‌ها: دگمه‌های فشاری، دنده‌ها، یاتاقان‌ها و فنرها
- اجزای پیمانه، تنظیمی یا مدولار: گیره‌ها، صفحه ابزارهای ویژه آویزان کردن وسایل مختلف، اتصالات، نوارهای محافظ انعطاف‌پذیر برای کشوها، فنرهای قفل‌کننده و محکم نگاه‌دارنده و گیره‌ها یا انبرک‌ها
- وسایل DVD Playerهای صوتی و تصویری و ضبط صوت‌ها (Recorders): توپی‌های داخل نوار کاست، غلتک‌های راهنما، بادامک‌ها، چرخ‌دنده‌ها، مقره‌های عایقی مرکب، عایق‌ها یا بوشینگ‌ها و یاتاقان‌ها
- لوله‌کشی خانه‌ها
- وسایل اندازه‌گیری و سنجش مقدار آب: ابزارآلات، دندانه‌ها، دنده‌ها، صفحات مدرج و صفحات فشاری
- شیرهای آب: قسمت‌های زیرین شیر، فشنگ‌ها یا کارتریج‌ها، میله‌ها، مهره‌های پرکننده و آب‌راه‌ها
- نرم‌کننده‌های آب: ابزارآلات و لوازم خانگی و لوازم یدکی ویژه پمپ، پیستون‌ها، پره‌های دوار و شیرها
- فیلترها (صافی‌ها): بدنه‌ها، ورقه‌ها و صفحات نمایش مدرج
- تنظیم‌کننده‌های فشار: بدنه‌ها، میله‌ها، دست‌گیره‌های گرد و صفحات فشاری
- پخش آب یا دوش‌های آب آشامیدنی: اتصالات، شیرهای تخلیه، شیرهای قطع و آداپتورهای لوله‌ای فلزی
- کاربردهای ویژه برای مصرف‌کننده:
- حفاظت‌های شخصی: ریمل ویژه مژه و ابرو، عطر و ادکلن، قوطی‌ها یا بدنه‌های اسپری‌های زیر بغل، شانه‌ها، شیرهای آئروسلی (تولید قطرات ریز)، پخش‌کننده‌های مواد شوینده صابونی و دست‌گیره های (اعمال‌کننده) اپلیکاتور آرایشی
- وسایل کوچک: دنده‌های موتور، بادامک‌ها، یاتاقان‌ها، پمپ‌ها، اعمال‌گرهای چسب، لوازم یدکی و ابزارآلات و فنرها
- اسباب‌بازی‌ها: پوسته‌ها یا روکش های پلاستیکی، چارچوب‌ها، دنده‌ها، یاتاقان‌ها، دندانه‌ها، فنرها، چرخ‌ها و اتصالات
- کالاهای ورزشی: چوب‌های اسکی، دنده‌ها، یاتاقان‌ها، میله‌های راهنما، صفحات پوششی انعطاف‌پذیر
- قطعات تزئینی نصب پرده: پارچه‌های پرده‌ای و میله‌های راهنمای پنجره‌های کرکره‌ای متحرک، آویزها، غلتک‌ها، یاتاقان‌ها، پوشش‌های مبلمان، صفحات اسلاید و قفل‌ها، نگهدارنده‌های ابزار که ابزار بر روی آن نصب و آویزان می‌شود. یاتاقان‌ها، دنده‌ها و لوازم یدکی یا ابزارآلات