چگونه از عرق کردن پلاستیک ها جلوگیری نماییم؟

عرق کردن پلاستیک ها

مقدمه

تشکیل بخار بر روی فیلم ها و ورق های پلاستیکی ( عرق کردن پلاستیک ها  ) نتیجه چگالش بخار آب روی سطح فیلم یا ورق شفاف است. شرایط فیزیکی که  پدیده عرق کردن پلاستیک ها را سبب می شوند نتیجه چندین عامل است:

دمای سطح داخلی فیلم کمتر از دمای نقطه شبنم هوا و بخار آب موجود در اطراف نمونه می شود، هوای نزدیک سطح فیلم تا دمایی خنک شود که نتواند تمامی بخار آب موجود را حفظ کند، در نتیجه آب اضافی روی سطح فیلم مایع شود. این پدیده به ارتباط دمای هوای داخل فیلم، رطوبت نسبی هوا و دمای نقطه شبنم بستگی دارد.

در کاربردهای بسته بندی، مواد غذایی معمولا با رطوبت بالا در مصنوعات پلاستیکی ذخیره یا پیچیده می شوند. زمانیکه این بسته بندی در محیط سرد ذخیره سازی می شود، چگالش رطوبت روی سطح بسته بندی منجر به تشکیل مه می شود. با توجه به نوع کاربرد، این مه از نظر ظاهری ناخوشایند است و همچنین ممکن است بر فساد مواد غذایی نیز تاثیر گذار باشد.

در صنایع بسته بندی دو روش برای کمینه کردن تشکیل مه روی سطوح فیلم ها، ورق و مصنوعات ترموفرم شده وجود دارد:

افزودنی های داخلی

افزودنی های ضد مه داخلی معمولا سورفاکتانت های غیر یونی هستند. این افزودنی ها در حین تولید فیلم به صورت تغلیظ شده یا مستربچ اضافه می شوند. این افزودنی ها حد مشخصی از ناسازگاری با پلیمر زمینه ای که به آن افزوده شده اند را دارند و در نتیجه به سطح فیلم مهاجرت می کنند. عوامل داخلی پایداری زمانی مشخصی برای عملکرد ضد مه دارند و درون پلیمر منبعی از این عوامل است که می تواند با مهاجرت به سطح در طول زمان عملکرد ضد مه داشته باشد.

این افزودنی ها عوامل فعال سطحی هستند که به کاهش کشش سطحی قطرات آب که با چگالش روی سطح فیلم ایجاد می شوند، کمک می کنند. در نتیجه این کار کشش سطحی بین آب و سطح فیلم پایه کاهش می یابد و زاویه تماس مولکول های آب کاهش می یابد و آب می تواند بیشتر پخش شود و لایه یک نواختی از آب تشکیل می شود. این اثر شفافیت قطرات آب روی سطح فیلم را بهبود می دهد و اثر ذره بینی ناشی از قطرات آب را از بین می برد.

تعدادی عامل ضد مه داخلی تجاری سازی شده برای سیستم های پلی الفینی وجود دارد، اما برای سیستم های بر پایه پلی استر چنین عواملی وجود ندارند. این امر به دلیل طبیعت آبگریز پلی الفین ها است. پلی الفین ها معمولا کشش سطحی در حدود ۳۰ dynes/cm دارند، این در حالی است که کشش سطحی پلی استرها در حدود ۴۰-۴۴ dynes/cm است.

طبیعت آبگریز پلی الفین ها قدرت انتخاب بین طیف وسیعی از عوامل را می دهد. تعدادی از این عوامل ناسازگار هستند و به راحتی به سطح مهاجرت می کنند. اما پلی استر ها قطبی تر هستند و با افزودنی های ضد مه سازگارتر هستند. در اینصورت مهاجرت کمتری رخ می دهد و تغییری در تر شوندگی سطح فیلم رخ نمی دهد.

پوشش دهی خارجی

پوشش ها می توانند بر سطح فیلم یا ورق پلاستیکی قرار گیرند. این عوامل مانند افزودنی های داخلی به ترشوندگی سطح پایه کمک می کنند و زاویه تماس قطرات آب را کاهش می دهند و شفافیت را بهبود می دهند. این عوامل معمولا به صورت مایعات ویسکوز هستند و بصورت خالص یا رقیق شده با آب مورد استفاده قرار میگیرند. پوشش به روش های مختلف مانند اسپری، غلتک، غوطه وری و ... روی سطح فیلم یا ورق اعمال می شود. معمولا برای تبخیر آب و کمک به تثبیت پوشش روی سطح پس از اعمال ورق ها خشک می شوند.

روش پوشش دهی خارجی نسبت به افزودنی های داخلی کاربرد بیشتری برای پلی اتیلن ترفتالیت دارد. این امر به دلیل سازگاری پلی اتیلن ترفتالیت با عوامل داخلی است (اگر سازگاری بین پلیمر و عوامل داخلی خوب باشد، مهاجرت به سطح رخ نمی دهد)، از طرفی دمای بالای فرآیند پلی اتیلن ترفتالیت می تواند در حین اکستروژن مذاب عوامل داخلی را تخریب کند.

معیارهای انتخاب

عوامل موثر بر انتخاب نوع و غلظت عوامل ضد مه(جلوگیری از عرق کردن پلاستیک ها ) برای کاربردهای بسته بندی عبارتند از:

نوع پلیمر

ضخامت فیلم

شرایط فرآیند شکل دهی

دمای فیلم یا ورق در حین کاربری

دیگر فرآیندهای شکل دهی که عملکرد ضد مه (جلوگیری از عرق کردن پلاستیک ها) را تحت تاثیر قرار می دهند (به عنوان مثال ترموفرمینگ)

مقررات دولتی در ارتباط با تماس غذا برای کاربردهای بسته بندی

از آنجاییکه عملکرد ضد مه یا عرق کردن پلاستیک ها ویژگی های ظاهری محصول را در بر میگیرد و چندین موضوع در توصیف این خاصیت اثر گذارند. همچنین شرایط محیطی مانند دما و رطوبت نقش مهمی در رخداد این اثر فیزیکی دارند. تماس با مواد غذایی در مورد این محصولات مهم است. اگر محصول در تماس با مواد غذایی قرار دارد بایستی عوامل ضد مه توسط تامین کننده چک شوند و تصدیق شود که عوامل ضد مه می توانند با پلیمر در تماس با غذا در شرایط مناسب با در نظر گرفتن نوع غذای نهایی بکار روند.

اگر قابلیت کمپوست شدن محصول بعد از اتمام زمان استفاده از آن به عنوان یک معیار مهم باشد، بایستی مجموعه داده های لازم برای شرایط جغرافیایی مناسب جهت کمپوست شدن از تامین کننده دریافت شود.

نکاتی در مورد عوامل ضد مه

از آنجاییکه پلی لاکتیک اسید یک پلی استر آلیفاتیک است، این پلیمر از نظر انرژی سطحی و قطبیت بسیار شبیه پلی اتیلن ترفتالیت است تا پلی الفین ها. جدول ۱ مقادیر انرژی سطحی پلیمرها را برای مقایسه نشان می دهد. همانطور که دیده می شود روش پوشش دهی گزینه بهتری برای بهبود عملکرد ضد مه فیلم یا ورق یا قطعات ترموفرم شده ی بایوپلیمر Ingeo است. در این مورد افزودنی های داخلی نیز ممکن است موثر باشند، اما برای یافتن نوع، غلظت موثر، سازگاری و مهاجرت آن ها به آزمون های آزمایشگاهی نیاز است.

جدول ۱، مقایسه انرژی سطحی

اصلاح کرونای فیلم و ورق می تواند به عملیات پوشش دهی پوشش های ضد مه (ضد عرق کردن پلاستیک ها) کمک کند. زیرا با اصلاح کرونا انرژی سطحی بستر افزایش می یابد و ترشوندگی آن بهبود می یابد. برای پوشش دهی خارجی غلظت بهینه ای وجود دارد که می تواند از ایجاد مه جلوگیری کند. آزمون های آزمایشگاهی برای بدست آوردن میزان رقیق سازی پوشش به جهت عملکرد مطلوب ضد مه نیاز است. همچنین در این مورد بایستی مطمئن شد که فرآیند اعمال پوشش می تواند عوامل مایع را به صورت یکنواخت پخش کند. زیرا عملکرد ضد مه مطلوب با اعمال ضعیف پوشش حاصل نخواهد شد.

سایر افزودنی ها یا اصلاح کننده های سطحی دیگر، مانند سیلیکون، که در ماتریس پلیمر هستند از جمله دیگر عواملی هستند که بر عملکرد ضد مه اثر میگذارند. این عوامل اثر منفی بر عملکرد ضد مه خواهند گذاشت.

فرآیند ترموفرمینگ نیز بر عملکرد افزودنی های ضد مه یا پوشش دهی خارجی اثر میگذارد. معمولا با افزایش دمای فرآیند ترموفرمینگ، اثر ضد مه کاهش می یابد. ضعیف شدن عملکرد ضد مه پس از فرآیند ترموفرمینگ نه تنها به دما و زمان فرآیند بستگی دارد، بلکه غلظت عوامل ضد مه نیز مهم است. گرچه در برخی موارد مشاهد شده است که پس از به تعادل رسیدن قطعات ترموفرم شده (معمولا پس از ۲۴ ساعت) عملکرد ضد مه بازگشته است. این نکته را باید حین آزمون کردن قطعات ترموفرم شده در ذهن داشت.

ضمیمه الف در برگیرنده اطلاعات تماس تامین کننده های عوامل ضد مه داخلی و خارجی برای بایوپلیمر Ingeo است.

ضمیمه الف

نوشته: فاطمه ارشادی