ارتقای عملکرد فیلم‌های پلیمری با استفاده از فیلرهای معدنی
مواد معدنی استخراج‌شده از زمین، از کربنات کلسیم گرفته تا گونه‌های نامتعارفی مانند نفلین سینیت (nephline syenite)، همگی می‌توانند به عنوان پرکننده در فیلم‌های پلیمری مورداستفاده قرار گیرند و منجر به بهبود عملکرد این فیلم‌ها در درازمدت شوند.
به‌عنوان‌مثال، در کنفرانس مربوط به بسته‌بندی‌های چندلایهٔ انعطاف‌پذیر که سال گذشته توسط AMI برگزار شد، Christian Schanzer، مدیر تولید شرکت Sukano در بخش فیلم‌های نازک و پوشش‌ها، از یک عامل حفره‌ای جدید که قادر به بهبود کیفیت فیلم، بخصوص فیلم‌های BOPET (پلی‌اتیلن‌ترفتالات دومحوره) است، صحبت کرد.
این عامل حفره‌ای جدید که با همکاری شرکت Omya تولیدشده است، ترکیبی از چند گرید انتخابی کلسیم‌کربنات همراه با یک مستربچ اختصاصی است که بر اساس داده‌های به‌دست‌آمده از آزمایشگاه Sukano و نیز اندازه‌گیری‌های تحلیلی صورت گرفته، منجر به ایجاد یک افزودنی جدید جهت افزایش کدری و کاهش دانسیتهٔ فیلم BOPET می‌شود. این افزودنی درعین‌حال نیاز به فیلتراسیون را نیز به حداقل رسانده که این امر ارتقای بازدهی تولید را در پی خواهد داشت.
نتایج حاصل از آزمایش‌ها حاکی از آن است که فیلم‌های BOPET که به‌وسیله CaCO3 در آن‌ها حفره ایجادشده، نسبت به فیلم‌های سفید دارای تیتانیوم دی‌اکساید (TiO2) از براقیت سطحی کم‌تری برخوردارند. در همین راستا، سه گرید مختلف از این افزودنی جدید بر پایه CaCO3 در فیلم سفید 50 میکرونی مورد آزمون قرار گرفتند و مشخص شد براقیت سطحی فیلم حاوی این افزودنی تنها 20% تا 30% فیلم حاوی TiO2 است.
شرکت Sukano فرمولاسیون افزودنی جدیدش را در یک خط تولید آزمایشی در فیلم‌های با ساختار چندلایه نیز مورد آزمون قرارداده و نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهند که در فیلم‌های کواکسترود شده، اگر عامل حفره زا در لایه مرکزی استفاده شود، منجر به افزایش براقیت فیلم خواهد شد. این در حالی است که در ساختارهای تک‌لایه، حضور افزودنی در فرمولاسیون، براقیت سطحی را به حدود 20% مقدار اولیه کاهش می‌دهد.
هم‌چنین، در این کنفرانس، Kysle King، مدیر فروش شرکت Sibelco آمریکای شمالی نیز به بیان ویژگی‌های نوری طیف وسیعی از آنتی‌بلاک‌ها، با تمرکز بر نفلین سینیت این شرکت، پرداخت.
نفلین سینیت ترکیبی از سه فلدسپات (یا فلدسپار، نوعی کانی بلورین که از سیلیکات آلومینیوم، سدیم، پتاسیم، و کلسیم تشکیل‌شده و در سنگ‌های آذرین یافت می‌شود. فلدسپات‌ها به سه گروه کلسیک، پتاسیک، و سدیک تقسیم‌بندی می‌شوند.) است. این ماده به‌منظور ارتقای شفافیت/کدری در فیلم‌های پلاستیکی استفاده می‌شود. شرکت Sibelco گریدهایی از این ماده را در مجموعه Minbloc HC خود ارائه می‌دهد.
در دانشگاه Massachusetts Lowell، طی آزمایشی، یک رزین پایه LLDPE شرکت Dow را با استفاده از مجموعه‌ای از آنتی‌بلاک‌ها- ازجمله Minbloc HC1400، خاک دیاتومه، تالک، و سیلیکای سنتزی مورد ارزیابی قراردادند. میزان استفاده از آنتی‌بلاک‌های ذکرشده بین 5/0% تا 75/0% وزنی بود و 4 آزمون کدری/شفافیت (ASTM D1003)، شفافیت برخط، سامانه FSP 600، و آزمون blocking (جهت اندازه‌گیری نیروی چسبندگی) در دمای 40 درجه سانتی‌گراد بر روی نمونه‌ها انجام و فیلم نیز در خط تولید فیلم دمشی Battenfeld Gloucester تولید شد.
درحالی‌که کدری برای گرید بدون آنتی‌بلاک 6.27 بود، در نمونهٔ دارای 5/0% وزنی HC1400 12/8 و برای نمونه حاوی 5/0% وزنی DE 12/9 تعیین شد. این مقادیر در زمان استفاده از 75/0% وزنی از HCL1400 و DE به ترتیب به 22/10 و 99/10 ارتقا یافت. فرمولاسیون‌های دیگر همگی دارای مقادیر بیش‌تری برای کدری بودند. در مورد شفافیت، مقدار آن‌که در نمونه بدون آنتی‌بلاک 66/97 بود، به 98/91 (برای 5/0% وزنی HC1400) و 62/88 (برای 5/0% وزنی DE) کاهش یافت. این مقادیر برای بارگذاری 75/0%، به ترتیب 82/88 و 20/86 بود.
در آزمون شفافیت FSP1600، نوری به فیلم تابانده می‌شود و به‌وسیله یک دوربین CCD نور جذب‌شده یا پراکنده‌شده را اندازه‌گیری خواهد شد. نتایج این آزمون حاکی از آن بود که فیلم‌های حاوی HC1400 بالاترین شفافیت را ارائه دادند.
در آزمون blocking یا انسداد و چسبندگی، که طبق استاندارد ASTM D3354 انجام می‌شود، نیروی چسبندگی دولایه از فیلم برحسب گرم بیان می‌شود. طبق نتایج به‌دست‌آمده، نیروی چسبندگی برای فیلم بدون فیلر معدنی 20 گرم، برای فیلم دارای 5/0% وزنی HC1400، 4 گرم، و برای فیلم حاوی 75/0% وزنی از این آنتی‌بلاک 3 گرم بود. هم‌چنین، برای DE و سیلیکا در بارگذاری‌های 5/0% و 75/0% وزنی به ترتیب مقادیر 5، 1، 5، و 1 گرم گزارش شد.
به گفته مدیر فروش Sibelco، نفلین سینیت دارای قابلیت بارگذاری بیش‌تر در مستربچ در مقایسه با DE است. هم‌چنین، این افزودنی کنترل شفافیت/کدری و نیز کنترل اندازه بهتری هم ارائه می‌دهد.
پیشنهاد شرکت Sibelco برای فیلم‌های نازک (زیر 1 میلی‌متر) HC500، برای فیلم‌های 1 تا 4 میلی‌متر HC1400، و برای فیلم‌های ضخیم‌تر مانند فیلم‌های کشاورزی HC200 است.
در همین رویداد، Hayder Zahalka، مدیر بخش فناوری گروه SI در ایالات‌متحده، توضیح داد که چگونه فسفیت‌ها می‌توانند باعث پایداری در فیلم‌های پلی‌اتیلنی شوند.
به گفته وی، فسفیت‌ها از طریق تجزیه یک هیدروکسید میانی پلیمر به شکستن چرخه تخریب کمک می‌کنند. پایدارکننده‌های دیگر، مانند پایدارکننده‌های فنولی، با مهار یا جاروب رادیکال‌های آزاد، فرآیند تخریب را کند می‌سازند.
عوامل متعددی می‌توانند بر عملکرد فسفیت تأثیر بگذارند، که ازجمله آن‌ها می‌توان به درصد فسفر موجود در فرمولاسیون، ساختار شیمیایی آن، پایداری حرارتی، نقطه ذوب، میزان بارگذاری و نوع پلیمر اشاره کرد.
این شرکت طی آزمایشی واکنش‌های دو گرید فسفیت، Alkanox 240 و گرید جدید Ultranox 626 را با استفاده از رزونانس مغناطیسی هسته (NMR) موردبررسی قرارداد و در آن، طیف فسفر هر 300 ثانیه یک‌بار رصد شد.
در این آزمایش، Alkanox 240 در یک مرحله به فسفات اکسیدشده تبدیل شد. در مورد Ultranox 626، سه جز فسفیت واکنش نداده، دی‌فسفات نیمه اکسیدشده، و دی‌فسفیت کاملاً اکسیدشده، بازمان شناسایی شدند. به گفته Zahalka، سرعت واکنش‌پذیری در هر دو واکنش Ultranox 626 سریع‌تر از Alkanox 240 بود.
هم‌چنین، Alkanox 240 در دمای 240 درجه سانتی‌گراد در اکسترودر شاخص زرد شدگی (yellowing index) حدود 4 را نشان داد که این مقدار برای Ultranox 626 صفر بود.
در پایان، به گفته Zahalka، Ultranox 626 دارای میزان بالایی فسفر فعال بوده و واکنش‌پذیری آن در 313 کلوین، هشت برابر سریع‌تر از Alkanox 240 است. این گرید جدید هم‌چنین عملکرد درون پلیمری بهتری داشته و با مواد افزودنی دیگر به‌خوبی قابل‌ترکیب است.
به‌علاوه، سال گذشته SI موفق به کسب مجوز FDA برای Ultranox 626 برای استفاده در کاربردهای در معرض تماس با مواد غذایی در هموپلیمرها و کوپلیمرهای پلی پروپیلن (PP) نیز شد که این افزودنی را برای استفاده در طیف وسیعی از کاربردهای بسته‌بندی مناسب می‌سازد. به گفته شرکت SI، این ماده در بین آنتی‌اکسیدانت‌های ثانویه این شرکت، بالاترین مقدار فسفر را داراست و درنتیجه می‌توان از آن در غلظت‌های کم استفاده کرد که همین امر منجر به مهاجرت و فراریت کم‌تر آن می‌شود.
لازم به ذکر است کنفرانس بعدی فیلم‌های پلی‌اتیلن در تاریخ 2-4 فوریه 2021 در فلوریدا، ایالات‌متحده آمریکا، برگزار خواهد شد.