خواص انواع پلیمرها در فیلم‌های پلیمری (قسمت اول)

    فیلم‌های پلاستیکی لایه نازک پلیمری پیوسته با حداکثر ضخامت 0.2 تا 0.3 میلی‌متر با قابلیت انعطاف بالا هستند. نوع ضخیم‌تر آنها ورقه یا شیت (sheet) نامیده می‌شوند. این فیلم‌های پلیمری نازک برای جدا کردن نواحی یا احجام، نگه داشتن و بسته‌بندی قطعات، به‌عنوان مانع یا سطح چاپ‌پذیر عمل می‌کند. فیلم‌های پلیمری با هدف تزیین و محافظت استفاده می‌شوند و کاربردهای گسترده‌ای شامل بسته‌بندی، کیسه پلاستیکی، برچسب، منظره‌سازی، تجهیزات الکتریکی، فیلم‌های عکاسی و ویدئویی و ساختارهای غشائی متخلخل دارند.

    اهمیت فیلم‌ها به‌گونه ای‌ است که در طبقه‌بندی مصرف پلاستیک‌ها از نظر کاربرد، فیلم‌های پلاستیکی با اختلاف آشکاری در صدر کاربردی‌ترین مصرف پلاستیک‌ها قرار دارند. همان‌گونه که در شکل 1 مشاهده می‌شود، صنعت فیلم در کاربرد بسته‌بندی و کشاورزی بیش از 40 درصد مصرف پلاستیک‌ها را به خود اختصاص داده است. بنابراین بهره‌گیری از مواد افزودنی و بهبوددهنده‌های مختلف مانند انواع لیزکننده، آنتی بلاک، کمک فرآیند، شفاف و براق‌کننده، آنتی استاتیک، دوخت‌پذیر، مقاوم‌کننده در برابر نور UV و عوامل محیطی، آنتی اکسیدانت و انواع رنگ‌دانه‌ها جهت دست‌یابی به بهترین کیفیت در خصوصیات مورد نظر این فیلم‌ها بسیار مؤثر هستند.

شکل 1. میزان مصرف جهانی فیلم‌ها در صنایع مختلف

انواع پلیمرهای مصرفی در تولید فیلم

    اغلب پلاستیک‌ها می‌توانند به‌صورت فیلمی نازک، شکل‌دهی شوند. اما عمده پلیمرهایی که در صنعت فیلم مورد استفاده قرار می‌گیرند، شامل انواع پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی‌وینیل کلراید (PVC)، پلی‌استایرن، پلی‌اتیلن ترفتالات (PET)، پلی‌آمید، اتیل وینیل الکل (EVA) و پلی‌وینیلیدین کلراید هستند. فیلم‌های تولیدشده از پلاستیک‌های مختلف، خواصی متناسب با خواص پلاستیک مصرفی دارند. از مهم‌ترین ویژگی‌ها که در انتخاب جنس فیلم‌های پلیمری حائز اهمیت است، می‌توان به نفوذپذیری در برابر بخار آب و اکسیژن، استحکام و کرنش کششی، ماکزیمم دمای کاربری، قیمت تمام‌شده و فرآیندپذیری اشاره کرد.

    در ادامه به معرفی هریک از پلیمرهای مورد استفاده در صنعت فیلم و ویژگی‌های آنها پرداخته می‌شود:

    1- پلی‌پروپیلن

• قیمت مناسب، فرآیندپذیری و سازگاری شیمیایی خوب
• استحکام کششی و سختی سطح خوب
• بهبود شفافیت، قابلیت اضافه شدن انواع رنگ‌دانه‌ها
• مقاومت کم در برابر نور UV و در صورت نیاز، لزوم وجود عامل آنتی UV
• شکنندگی در دماهای پایین و رفع این مشکل از طریق لمینیت کردن با HDPE
• نفوذپذیری در برابر اکسیژن و ممانعت خوب از نفوذ رطوبت
• دمای نرم‌شدگی بالاتر از پلی‌اتیلن
• کاربرد در کیسه‌های مواد غذایی، بسته‌بندی و برچسب شفاف

    1-1-  PP جهت‌یافته (OPP)

• بهبود سختی، شفافیت و خاصیت صیقلی
• بهبود استحکام کششی، مقاومت در دماهای پایین
• افت قابلیت دوخت حرارتی و رفع این مشکل با روکش‌دهی آن با یک ماده قابل دوخت مانند PE ،PVDC ،EVA یا اکریلیک یا با اصلاح رزین فیلم و با کواکستروژن آن با یک ماده قابل دوخت
• روکش‌دهی اکستروژنی برخی مقواها با PP برای نگهداری مایعات و محصولات غذایی قابل استفاده در مایکروویو (عدم امکان استفاده از PE به‌علت نقطه نرمی پایین)

    2-1- PP جهت‌یافته دو محوره (BOPP)

• سطح صاف، وضوح خوب، شفافیت و اپتیک عالی
• بهترين گزينه ممكن براي كيسه‌های قابل بسته شدن مجدد
• مقاوم در برابر رطوبت و ممانعت از نفوذ آب تا 15-30 میکرون
• استحکام کششی بالا، مقاومت بالا در برابر سایش و حرارت و اسید، مقاوم در دمای پایین
• امکان ایجاد فیلم شفاف یا مات یا متالایز، جزء اصلی بسته‌بندی‌های تنقلات و شیرینی‌جات، کیفیت چاپ خوب

    2- پلی‌اتیلن (PE)

• نقطه نرمی پایین، مقاومت پارگی و چاپ‌پذیری کم
• ممانعت خوب در برابر نفوذ بخار آب و نفوذپذیری زیاد در برابر اکسیژن و حلال‌ها
• عدم شکنندگی در دماهای پایین و مناسب برای بسته‌بندی محصولات منجمد مانند بستنی

    1-2- با چگالی بالا (HD)

• مات و غیر شفاف، هزینه تولید پایین و فرآیندپذیری آسان
• دمای ذوب و نرم‌شدگی پایین و شاخص جریان مذاب نسبتاً بالا
• مقاومت بسیار بالا در برابر روغن و لایه داخلی پاکت‌های چند لایه برای جلوگیری از نفوذ رطوبت
• ممانعت ضعیف در برابر اکسیژن
• دوخت حرارتی ضعیف و رفع آن با روکش LDPE یا آلیاژ کردن با LDPE یا EVA
• کاربرد در تولید کیسه‌های صنعتی و حمل و نقل

    2-2- خطی با چگالی پایین (LLD)

• ترکیب پلی‌اتیلن LD و LLD در مواردی از بسته‌بندی مواد غذایی که شفافیت و قیمت مهم باشد؛ مانند کیسه‌های نان
• مناسب بطری‌های فشاری عسل، ظروف خردل، سس و رب

    3-2- با چگالی پایین (LD)

• شفافیت و انعطاف‌پذیری بالا
• هزینه تولید پایین و فرآیندپذیری آسان
• جاذب گرد و غبار (استاتیک) و نیاز به افزودنی‌های آنتی استاتیک
• مقاومت خراش پایین، مقاومت پارگی و ضربه بالا و مقاومت کم در برابر روغن
• ممانعت خوب در برابر رطوبت و نفوذپذیری اکسیژن، بو وگازها
• کشش بالا و تغییر طول بسیار زیاد و مناسب برای فیلم‌های کششی (stretch wrap)
• دارای کم‌ترین دمای ذوب و نرم‌شدگی و در نتیجه مناسب برای فیلم یا پوشش آب‌بند حرارتی
• کاربرد در فیلم‌های جمع‌شونده (shrink) و کیسه

    3- پلی‌اتیلن ترفتالات (PET)

• امکان ایجاد نمونه شفاف یا کدر
• چگالی پایین، پایداری ابعادی عالی و چاپ‌پذیری مناسب
• تغییر طول پایین و دارای بالاترین استحکام کششی در بین پلیمرهای بسته‌بندی
• مقاومت ضربه بالا و ممانعت عالی در برابر روغن‌ها
• نقطه ذوب بالا؛ دارای بالاترین دمای ذوب در بین پلیمرهای بسته‌بندی و بهبود مقاومت دمایی با کریستالی شدن (CPET)
• نفوذپذیری کم در برابر رطوبت و گاز وکاربرد فیلم متالایزه‌شده آن در بسته‌های وکیوم قهوه (به‌علت نفوذناپذیری و مقاومت سایشی مناسب)
• عدم پایداری حرارتی و رفع آن با روکش‌دهی یا لمینیت کردن با مواد دیگر؛ مانند ایجاد کارایی بالای دوخت حرارتی به‌کمک یک لایه روکش PVDC یا ترکیب آن با PE یا یک عامل دوخت‌پذیر حرارتی
• بسته‌بندی موارد نیازمند استحکام کششی یا مقاومت دمایی بالا مانند پنیر و گوشت و اجزاء الکترونیکی (پراکنده کردن بار استاتیکی ایجادشده تحت اعمال نیرو)

    4- پلی‌آمید (PA)

• مقاومت سایشی بالا، ضربه‌پذیر، مقاومت ترک بالا در خم شدن‌های متوالی و مقاومت در برابر روغن
• خواص نوری، مقاومت شیمیایی عالی پلی‌آمید 6.6 و عدم مقاومت در برابر اسیدهای غیرآلی قوی پلی آمید 6
• دوخت‌ناپذیری با وسایل معمول حرارتی و کشیده شدن آسان بر روی ظروف ترموفرم‌شده
• نفوذپذیری در مقابل بخار آب و بهبود این ضعف به‌کمک روکش‌دهی با PVDC
• ممانعت بالا در برابر بوها، اکسیژن، نیتروژن و دی اکسید کربن و کاربرد در بسته‌بندی وکیوم پنیر و گوشت

    5- پلی‌استایرن (PS)

• سخت، سفت، شکننده، شفافیت و خواص نوری عالی
• قیمت مناسب و فرآیندپذیری آسان
• رنگ‌پذیری آسان، چاپ‌پذیری مناسب، صیقلی و امکان صیقلی‌تر کردن سطح با لایه‌ای بسیار نازک
• مقاومت پارگی، ضربه، کشش و استحکام و دوخت حرارتی پایین
• مقاومت پایین در برابر بسیاری از حلال‌ها و مناسب تولید چسب حلالی
• مقاومت شیمیایی خوب در مقابل اسیدها و بازهای غذایی
• مقاوم در برابر ضربه و امکان بهبود آن با اصلاح و تولید پلی‌استایرن HIPS و EPS (با رنگ مات سفید و مناسب در نگهداری گوشت و مرغ)
• نفوذپذیری کلی بسیار بالا از این رو، مهم‌ترین کاربرد در لفاف تنفس‌پذیر برای محصولات غذایی تازه
• کاربرد در محافظت و بسته‌بندی محصولات لبنی و ساخت برخی ظروف به‌روش قالب‌گیری تزریقی

    6- اتیلن وینیل الکل (EVAl)

• دارای بالاترین نفوذناپذیری مؤثر در برابر اکسیژن
• کاربرد در بسته‌بندی مواد شیمیایی کشاورزی و رفع مشکل آلودگی محیط زیست
• تحت تأثیر شدید آب (EVAL و PVAL) و رفع آن به‌کمک فیلم دیگر (لایه‌های بیرونی فیلم‌های چند لایه از PP یا PE و لایه میانی را EVAL و چسب مناسب)

    7- پلی‌وینیل کلرید (PVC)

• خواص نوری مناسب، پایداری ابعادی مطلوب، مقاومت خراش خوب و استحکام ضربه بالا
• پایداری حرارتی پایین و تولید دشوارتر فیلم‌های آن نسبت به PE و PP
• استفاده به دو صورت نرم و خشک و عدم امکان استفاده از آن بدون مواد افزودنی (به‌علت شکننده و سخت بودن)
• جوش پلاستیکی و چسبندگی منحصربفرد این فیلم و در نتیجه مناسب برای لفاف‌پیچی دستی گوشت و محصولات غذایی تازه
• نفوذپذیری در برابر رطوبت و ممانعت بالا در برابر روغن

    8- پلی‌وینیلیدن کلرید (PVDC)

• لایه نفوذناپذیر (نفوذپذیر بسیار کم آب و گازهای خالص)، مقاومت خوبی در برابر روغن
• استحکام و سختی بالا، با کاربرد بسته‌بندی مواد دارویی و غذایی، تولید فیلم‌های تک لایه و چند لایه، به‌عنوان روکش به‌شکل محلولی و لاتکس،و روکش دوخت‌پذیر حرارتی

    نمونه‌هایی از شکل ظاهری و کاربرد فیلم‌های پلیمری در شکل 2 مشاهده می‌شود.

شکل 2. شکل ظاهری و کاربرد فیلم‌های پلیمری

    به‌منظور مقایسه دقیق‌تر خواص کلیدی پلیمرهای مورد استفاده در صنعت فیلم، در جدول 1 مقایسه آنها بررسی شده است.

جدول 1. خواص کلیدی پلیمرهای مورد استفاده در صنعت فیلم

                               * در نوع OPP، خواص مکانیکی پلی‌پروپیلن بالا رفته و کرنش کششی کاهش می‌یابد.

    همان‌گونه که در شکل 3 مشاهده می‌شود، در میان پلاستیک‌های مورد استفاده در صنعت فیلم، پلی‌اولفین‌ها شامل پلی‌پروپیلن و پلی‌اتیلن دارای جایگاه ویژه‌ای هستند. در بین پلیمرهای مورد استفاده در صنعت فیلم، تنها پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن به‌صورت دائمی غیر قطبی هستند. قطبیت، بسیاری از خواص ماده (مانند نقطه ذوب و حلالیت) را تحت تأثیر قرار می‌دهد. از این رو کاربردها و ویژگی‌های منحصربفردی را به این دسته از فیلم‌ها می‌بخشد.

شکل 3. میزان مصرف پلاستیک در صنایع مختلف بر اساس نوع پلیمر در سال 2013

(برگرفته از سایت Plastics Europe)

    در بخش‌های بعدی این مقاله به بررسی انواع فیلم‌های پلیمری و اصطلاحات رایج و روش‌های تولید آنها خواهیم پرداخت.

    برای آشنایی بیش‌تر با انواع افزودنی‌های فیلم‌های پلیمری و انتخاب بهترین گزینه، با ما تماس بگیرید.