روزن رانی پلی کاپرولاکتون یا PCL

دسته: مقالات منتشر شده در 08 آبان 1398
نوشته شده توسط Admin بازدید: 667

 فراوری پلی کاپرولاکتون یا PCL  به کمک روش روزن رانی

روزن رانی فناوری است که بیشترین استفاده را در صنعت پلاستیک دارد زیرا روندی ممتد و بسیار انعطاف پذیر است و برون دهی زیادی نیز دارد. از فناوری یاد شده به منظور فرآوری و توسعه ی پلی کاپرولاکتون هم استفاده میشود. فرایند های روزن رانی با هدف ذوب کردن پلیمر و ایجاد شکل دلخواه (فیلم، سفحه، لوله و سایر موارد) و یا ترکیب آن با مواد افزودنی و ایجاد ترکیباتی با خواص مکانیکی و عملیاتی ویژه  انجام می گیرد. در این روش یک یا دو میله ی چرخان قرار دارند که پلیمر را به سمت قالب هدایت میکنند (این کار با توجه به گران روی کشسانی  پلیمر انجام میگیرد). این قالب شکل دلخواه و مورد نظر را به قالب می بخشد که میتواند شکل همان محصول نهایی یا نیمه نهایی باشد. دستگاه روزن ران هم می تواند به تنهایی و یا به عنوان بخشی از روند فرآوری پلیمر مورد استفاده قرار گیرد مانند قالب گیری تزریقی یا فرایند های فوم سازی و یا به عنوان قسمتی از خط روزن ران چند تایی.

یکی از پارامترهای اصلی طراحی  دستگاه های روزن ران، میله های چرخان است. به طور کلی، روزن رانهای مجهز به یک میله چرخان نسبت به انواعی که از دو میله چرخان برخوردار میباشند، مصرف بیشتری دارند زیرا هزینه آنها نصف بوده و علاوه بر آن،کاربری  و نگهداری ساده تری دارند. از دستگاه های روزن  ران تک میله ای برای تولید پلیمر های زیست تخریب پذیر نیز استفاده میشود زیرا شدت ترکیبی آنها کمتر است و در نهایت تنش برشی وارد بر پلیمر کمتر بوده و ماده تنزل خواص کمتری نیز پیدا میکند.

روزن ران های دو میله ای نیز عملکرد بهتری دارند، برون دهی بالاتری دارند (ولی تنش بیشتری به ترکیب ذوب شده وارد میکنند). پراکندگی بهتر افزودنی ها، کنترل بهتر دما و همگن ساز هم از ویژگی‌های این دستگاه‌ها میباشد. از این روزن رانها برای فوم سازی نیز استفاده میشود زیرا میتوانند به صورت موثر و سریع عامل بادی را پخش کنند که مسئول ایجاد تخلخل است. علاوه بر آن روش یاد شده درزگیری قوی و پایدار را پیش از تزریق گاز تضمین میکند. روزن ران این قابلیت را دارد که فرایند های زیر مجموعه را در طی روند اصلی انجام دهد.  این کار به کمک طراحی درست ویژگی های این میله های یاد شده، به خصوص طراحی قطعه ای انجام میگیرد. هر دو نوع روزن ران یاد شده را میتوان برای تولید پلی کاپرولاکتون به کار برد و معمولا این انتخاب بر اساس نیازمندی های عملکردی محصول نهایی انجام میشود.

معمولا روزن رانی در طی مراحل ذیل صورت می گیرد:

·        تغذیه مواد

·        ذوب و ترکیب مواد افزودنی

·        تزریق گاز و محلول سازی (در صورتی که باید فوم ساخته شود)

·        همگن سازی ذوب و سرد کردن

در خصوص روزن رانی پلی کاپرولاکتون، تمام مراحل ذوب، تغذیه تلمبه ای و شکل گیری زیر فرایندها باید به گونه ای صورت گیرد که از تنزل خواص و کیفیت پلیمر پیشگیری شود. مورد یاد شده تاثیر زیادی بر پارامترهای گوناگون دارد مانند انتخاب نوع لوله های چرخشی و تقسیم بندی، تغییر فرمولاسیون و شرایط عملیاتی. به منظور کاهش تنش های مکانیکی بر روی پلیمر های ذوب شده و تضمین انتشار درست تمامی قطعات، از ترکیب کننده های استاتیک و یا المانهای دیگر استفاده میکنند.

دمای همگن ماده ذوب شده در هنگام خروج از قالب اهمیت زیادی دارد زیرا خواص گران رو کشسان محصول روزن رانی شده به این موضوع حساس میباشند. در واقع تولید محصولات نهایی  یا نیمه نهایی به کنترل دقیق دمای خروج نیاز دارد که در اکثر موارد باید کاهش داده شود تا استحکام ذوب پلیمر بیشتر شود. در صورتی که بتوان شرایط فراوری را به خوبی کنترل کرد و هزینه های اضافی مدیریت شوند، استفاده از یک دستگاه روزن ران ثانویه به همراه دستگاه نرم کننده بهترین راه حل خواهد بود.

 

ترکیبات پلی کاپرولاکتون یا PCL

پلی کاپرولاکتون یا PCL به طور گسترده ای با سایر انواع پلیمر ها ترکیب می شود تا خواص گرمایی، گران رو کشسان و مکانیکی بهتری پیدا کند. همچنین این ماده به عنوان یک فاز کوچک در سیستم های دوتایی و سه تایی و به منظور بهبود خواص کارکردی مورد استفاده قرار گرفته است. در بین تمام ترکیبات زیست تخریب پذیر، ترکیب این ماده با پلی لاکتیک اسید به بیشترین مقدار مورد تحقیق قرار گرفته است. دلیل اصلی این سیستم امکان بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی پلی کاپرولاکتون است. این مواد برای محصولاتی که به تحمل متوسط دمای بالاتر از دمای اتاق نیاز دارند، گزینه خوبی نیستند. ترکیبات را میتوان با استفاده از مخلوط فیزیکی یا روزن رانی واکنشی بوجود آورد. از آنجایی که پلی کاپرولاکتون و پلی لاکتیک اسید مخلوط نشدنی هستند، ترکیب فیزیکی همچنان دارای دو دمای متفاوت گذار شیشه میباشد. به منظور غلبه بر چنین مشکلی،  باید آنها را به گونه ای سازگار نمود که بتوان از ویژگی های مثبت پلی لاکتیک اسید بهره گرفت. سازگار سازی واکنشی توسط Wang و همکارانش مورد مطالعه قرار گرفت و در آن ترکیب دو ماده یاد شده توسط عاملهای جفت کننده انجام گرفت. انها موفق شدند تا ترکیبات سازگاری را تولید نمایند. که مدول کششی بالاتری داشته  ولی در مقایسه با ترکیبات فیزیکی از استحکام کمتری برخوردار است. یکی از بزرگترین نقاط ضعف این ترکیب، کاهش کیفیت شدید آن در مقایسه با پلی کاپرولاکتون و پلی لاکتیک اسید خالص بود ولی میزان تنزل خواص و یا افت کیفیت ترکیب فیزیکی این مواد، مقداری بین دو عدد تعیین شده برای مواد یاد شده است.

ترکیب پلی کاپرولاکتون با نشاسته و مشتقات آن توسط Koenig and Huang مورد مطالعه قرار گرفته است. انها متوجه شدند که برای بهبود خواص گرمایی و این ترکیب به پیوندهای عرضی نیاز است. در سیستم های غیر سازگار، به خوبی میتوان دو فاز را با استفاده از آنالیز گرمایی و بصری از هم تشخیص داد. شکل شناسی فازی در سیستم های تقویت شده ی ذره ای مورد استفاده قرار میگیرد که در آن ذرات نشاسته در ماتریس پلی کاپرولاکتون پخش میشوند و مزیت آن بهبود ضریب ارتجاعی ( 50 درصد) به قیمت کاهش استحکام کششی این ماده است (کاهش 15درصدی این استحکام در مقایسه با پلیمر های خالص).

ترکیبات نانوی نشاسته و پلی کاپرولاکتون که به صورت واکنشی روزن رانی شده اند، توسط Kalambur و Rizvi ساخته شدند که متوجه شدند چسبندگی ترکیبات نانو خیلی کمتر از پلی کاپرولاکتون و ترکیبات واکنشی نانوی نشاسته با این ماده است که از طریق ترکیب روزن رانی ساده ساخته میشوند. نشاسته های ترموپلاستیکی و ترکیبات پلی کاپرولاکتون  به منظور مقابله با ضعف های نشاسته های ترموپلاستیکی ساخته شدند مانند چسبندگی و تنزل خواص گرمایی. حضور پلی کاپرولاکتون میتواند به صورت قابل ملاحظه ای بر رفتار رئولوژیکی ترکیبات اثر گذارد و همچنین پایداری گرمایی این ترکیبات را بهبود بخشد.

ترکیب این ماده با پروتئین ها هم مورد مطالعه قرار گرفته است. پروتئین های گرفته شده از گیاهان توجه بسیاری را در حوزه ی تولید پلیمر های زیست تخریب پذیر به خود اختصاص داده اند. پروتئین هایی مانند زیین (ذرت)، گلوتن (گندم) پروتئین های سویا و پروتئین های بادام زمینی مورد استفاده قرار گرفته اند. از آنجایی که میل ترکیبی این پروتئین ها و ماده یاد شده خیلی از هم متفاوت است، باید از سازگار کننده استفاده شود مانند پلی وینیل لاکتام و سایر موارد. استفاده از این سازگار کننده ها باعث افزایش ضریب ارتجاعی و استحکام میشود ولی پیش از نابودی کامل بار کمتری را میتواند تحمل نماید. یکی از آثار افزودن این ماده کاهش میزان جذب آب بوده و پایداری ماده نیز در شرایط محیطی افزایش می یابد.

جان و همکاران وی پلی کاپرولاکتون را به گونه ای تغییر دادند تا یک گروه وظیفه ای بسازند که قادر است تا با گروه های وظیفه ای پروتئین های گلوتن ارتباط برقرار نماید. نتایج بدست آمده نشان میدهند که افزودن مقدار کمی از پلی کاپرولاکتون های تغییر داده شده به کمک آنهیدراید میتواند منجر به بهبود خواص فیزیکی این ترکیبات شود (در مقایسه با ترکیبات ساده ی گلوتن گندم با پلیمر یاد شده) .وجود فازهای مختلف و همچنین استفاده از میزان زیادی از پروتئین ها می تواند منجر به دشواری فرآوری و کاهش استحکام کشامدی شود.

سیستم های سه تایی مانند ترکیب پلی کاپرولاکتون با نشاسته و پلی اتیلنهای کم چگالی هم توسط Matzinos و سایرین مورد مطالعه قرار گرفته است و ترکیبات سه تایی  توسط روشهای روزن رانی تولید شدند که باعث ترموپلاستیک سازی نشاسته میشوند و به شکل فیلم و انواع قالب گیری شده تبدیل  میشوند. شکل نهایی این مواد دارای فازهای جداگانه ای بود زیرا در آنها از سازگار کننده استفاده نشده بود. عملکرد فیزیکی این ترکیبات نه تنها به ترکیب بلکه بر شکل دست آمده نیز وابسته است. در فیلم ها، پخش شدگی مطلوب پلی کاپرولاکتون در ماتریس پلی اتیلن/ نشاسته  باعث بهبود خواص فیزیکی می شود. این در حالی است که در نمونه های روزن رانی شده تزریقی، این خواص به دلیل ترکیبات فازی دچار تنزل شدند.

ترکیبات سه تایی پلی کاپرولاکتون/ پلی لاکتیک اسید و نشاسته های ترموپلاستیکی هم توسط Sarazin  وهمکاران وی مورد مطالعه قرار گرفتند که ترکیباتی را با استفاده از فرایندهای روزن رانی تک مرحله ای و با هدف بهبود خواص ارتجاعی پلی لاکتیک اسید تولید کردند. شکل شناسی و بررسی تصاویراین ترکیبات نشان دهنده ی یک ترکیب سه فازی بود که در آن ذرات پلی کاپرولاکتون به خوبی پخش شده اند.