افزودنی های پلیمری یا ادتیو به موادی گفته می‌شود که در درصدهای پایین به پلیمرهای مختلف برای بهبود خواص مورد نظر مانند اصلاح فرآیند پذیری، افزایش مقاومت حرارتی، افزایش مقاومت در برابر خش، ضربه و… اضافه می‌شوند. وزن مولکولی افزودنی های پلیمری نسبت به یک پلیمر پایین‌تر بوده و درصد استفاده‌ی آن‌ها در فرمولاسیون مقادیر بسیار کمی است.

در حین فرآیند اکستروژن یا تزریق مواد اولیه به دلیل حرارت بالا و مکانیزم تنش برشی ایجاد شده بر روی مواد اولیه، احتمال تخریب و سوختگی پلیمر ایجاد شده بسیار بالاست، لذا برای جلوگیری از ایجاد این وضعیت و همچنین بهبود فرآیندپذیری، روان شدن، نچسبیدن مواد مذاب به ماردون اکسترودر، قالب وهد استفاده از افزودنی های پلیمری امری اجتناب ناپذیر است. موارد مصرفی این افزودنی ها در پلیمرهای مختلف مانند پلی‌آمید ها، پلی‌الفین ها و پلی‌استرها گوناگون است که متناسب با هر یک از این اجزا، مقدار درصد استفاده شده متفاوت خواهد بود.

نحوه انتخاب افزودنی های پلیمری

اگر تولید مستربچ کاری تخصصی باشد آنگاه تولید افزودنی های پلیمری امری فوق تخصصی است زیرا حساسیت ها و قابلیت های خاص خود را دارد یکی از دلایل حساسیت این موضوع تست کیفیت این محصول بوده که از طریق مؤلفه‌های ظاهری قابل تشخیص نبوده و تنها در آزمایشگاه های پیشرفته میسر می‌شود. با توجه به هزینه بر بودن این آزمایشات که به نوبه خود در هزینه تولید تاثیر گذار است، مصرف کنندگان این افزودنی، تمایل به خرید از تولید کنندگان معتبری را دارند که این محصولات را پس از انجام آزمایشات دقیق و با کیفیت مطلوب و پایداری عالی به بازار عرضه می‌کنند. یک افزودنی پلیمری با کیفیت، فرصت های چشمگیری را برای بهبود عملکرد محصولات پلیمری ارائه می‌دهد.

میزان استفاده از افزودنی های پلیمری

میزان مصرف افزودنی های پلیمری بر اساس غلظت افزودنی‌های درون پایه ترموپلاستیک و بر اساس نیاز مشتری می‌تواند متغیر باشد. مهم‌ترین پارامتر در کنار کیفیت آن‌ها، بحث اقتصادی بودن آن است. تولید کنندگان می‌توانند با انتخاب پایه مناسب از مواد اولیه، طرح اختلاط ویژه و استفاده از تجهیزات مناسب، محصولی بر اساس نیاز بازار تولید و در کنار آن مصرف کننده را در جهت ایجاد ارزش افزوده مناسب یاری کنند. برخی از افزودنی‌ها قیمتی به مراتب بالاتر از مواد اولیه دارند بنابراین اکثر مصرف کنندگان ممکن است در نگاه اول علاقه ای به استفاده از این افزودنی های پیدا نکنند، این درحالیست که استفاده بیش ازحد برخی از این محصولات تا حد زیادی می‌تواند هزینه های تولید، استهلاک تجهیزات و کیفیت نهایی محصول را افزایش دهد.

استفاده مناسب از افزودنی های پلیمری موجب بهبود ویژگی‌های بسیاری از مواد پلیمری از قبیل دوام، سختی، وضوح، جلوگیری از فرسایش و … می‌‌شود. همچنین خواص پلیمرها را می‌توان با افزودنی های مناسب به میزان قابل توجهی تغییر داد که چگونگی استفاده از افزودنی های پلیمری بسته به نوع پلیمر و کاربرد آن متفاوت است.

کاربرد افزودنی‌های پلیمری

از پرکاربردترین صنایع مورد استفاده از این افزودنی‌ها می‌توان به صنعت پلاستیک اشاره کرد. در واقع با تغییر دادن این مواد می‌توان محصولاتی متنوع مانند: تایر، جعبه باتری، نوار‌های کشسان، پاکن و .. تولید کرد. دیگر صنعت های مورد استفاده از این افزودنی ها به شرح ذیل است

• تولید انواع فیلم های پلیمری
• تولید قطعات تزریقی و بادی
• صنایع گونی بافی
• صنایع بسته بندی
• قطعات خودرو
• لوازم خانگی
• لوازم الکتریکی
• قطعات صنعتی
• لوله های آب و فاضلاب

مزایای استفاده از افزودنی های پلیمری

کیفیت مواد اولیه و توزیع مناسب آن در مواد افزودنی پلیمری و همچنین قیمت مقرون به صرفه، امکان فرآوری همیشگی و خدمات پس از فروش می‌تواند فاکتورهایی از یک افزودنی مناسب و با کیفیت باشد. استفاده از مواد افزودنی در کاهش زمان، انرژی و هزینه های لازم مخلوط کردن مواد اولیه می‌تواند کمک به سزایی به ما کند. همچنین به دلیل عدم پخش شدن مناسب برخی از افزودنی ها، امکان اضافه کردن مستقیم آن به محصول وجود ندارد. به عنوان مثال در فرآیندهای تزریق، اضافه کردن افزودنی های پودری به دلیل کوتاه بودن طول ماردونه دستگاه مناسب نبوده و بجای آن استفاده از افزدونی‌های پلیمری توصیه می‌شود.
اهمیت افزودنی های پلیمری به حدی است که امروزه عملاً بدون استفاده از آنها نمی‌توان پلیمرها، رنگ ها و سیستم های پوشش دهی را طراحی و استفاده کرد. ازابتدای پیدایش صنعت پلاستیک و رنگ، بکارگیری و استفاده از افزودنی ها به منظور بهبود فرآیند پذیری، خواص جریان (رئولوژی) و بالابردن کیفیت محصول نهائی امری لازم و اجتناب ناپذیر بوده است.

انواع مواد افزودنی پلیمری

در یک دسته بندی جامع مواد افزودنی را می‌توان از نظر عملکرد و کارایی به گروه‌های زیر تقسیم بندی کرد:

• پر کننده ها(Filler)
• روان کننده ‌ها
• مواد تقویت کننده
• ضد احتراق
• آنتی اکسیدانت
• عوامل ضد الکتریسیته ساکن(Antistatic agents)
• افزودنی های ضد شبنم ومه (Anti fog)
• افزودنیهای مقاوم در برابر اشعه ماورابنفش(Anti UV)

1-افزودنی‌های پرکننده (فیلرها)

به مجموعه مواد جامد با پایه‌ی معدنی، سنتزی و‌ آلی که با درصدهای بالای 5 درصد به پلیمر افزوده می‌شود به صورت کلی پرکننده می‌گویند. هدف از استفاده از پرکننده ها در درجه ی اول، کاهش قیمت و در وهله بعد اصلاح خواص فیزیکی و مکانیکی خواهد بود.

1-1) انواع پرکننده ها

پرکننده ها اصولاً به سه دسته تقسیم می‌شوند

1. آن‌هاییکه پلیمر را تقویت کرده و باعث بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمر می‌شود.
2. آنهاییکه فقط حجمی از ماده را اشغال کرده تا از پلیمر کمتري در ساخت نمونه استفاده شود.
3. نوعسومی نیز وجود دارد که کمتر رایج است و آن پرکننده هایی هستند که در زمینه پلیمر، پخش شده تا هدایت الکتریکی ماده پلیمري را بهبود دهند.

2-1) خصوصیات پرکننده‌ها

از جمله خصوصیات این افزودنی که بر خواص مواد پلیمری تأثیر می‌گذارد می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• افزایش مقاومت حرارتی
• افزایش استحکام مکانیکی
• افزایش پایداری ابعادی
• القا خاصیت الکتریکی
• افزایش رنگ پذیری و پوشش سطح
• کنترل وزن مخصوص خوب
• آبدوست یا آبگریز کردن قطعه

با توجه به تعریف پرکننده ها (فیلرها) می توان هوا را به عنوان ارزان ترین پرکننده که در تولید فوم ها مورد استفاده قرار می گیرد معرفی نمود که باعث سبکی قطعه و کاهش قیمت نهایی آن می‌شود.

2-روان کننده ها

روان کننده ها افزودنی هایی هستند که نقش کاهنده جاذبه و اصطحکاک بین سطوح داغ دستگاه های تشکیل دهنده و سطح پلیمر مذاب را دارند. این افزودنی ضریب اصطحکاک بین لایه های فیلم و یا فیلم با هر سطح دیگری که با آن در تماس است را کاهش داده و سبب جدایش بهتر وآسان تر فیلم از سطح می‌شود. هدف از این عمل آسیب نرسیدن به دستگاه و محصولات در حین فرآیند است.

1-2) انواع روان کننده ها

به طور خلاصه روان کننده‌ها از نظر عملکرد در دو گروه طبقه بندی می شوند:

روان کننده داخلی  (Internal Lubricant):

کاربرد این روان کننده ها برای کاهش اصطحکاک بین مواد مذاب پلیمری بوده و با از بین بردن نیروهای بین مولکولی در بین زنجیرهای پلیمری گرانروی آن‌ها را کاهش می دهند تا فرآیند تولید به سهولت صورت پذیرد. در واقع این مواد با کاهش گرانروی ماده مذاب، کمک شایانی به تسهیل در حرکت جریان ماده مذاب می‌کنند. برای مثال روان کننده های داخلی که برای پی وی سی استفاده می‌شود باید با پی وی سی سازگار باشند تا در اثر افزایش حرارت و فشار از آمیزه پلیمری خارج نشوند.

روان کننده خارجی (External Lubricant) :

برای کاهش تماس و اصطحکاک پلاستیک مذاب با سطوح داغ دستگاه‌ها از روان کننده خارجی استفاده می‌شود. روان کننده خارجی باید به گونه‌ای باشد که با ماده اولیه سازگار نبوده تا بتواند از دستگاه بیرون آمده و سطح خارجی محصول را بپوشاند. روان کننده خارجی که در مخلوط پلیمری مورد استفاده قرار می‌گیرد بدین صورت عمل می‌کند که در دمای فرایند ذوب شده و خود را به سطح تماس قطعه و قالب می‌رساند و قطعه را از تماس مستقیم با قالب و از چسبیدن به آن محافظت می‌کند.

2-2) ترکیبات شیمیایی روان کننده‌ها

روان کننده‌ها عموماً ترکیبات آلی هستند که در گروه های زیر تقسیم بندی می‌شوند:

• الکل های چرب (Fatty alcohols)
• اسید استرها (Dicarboxylic acid ester)
• اسیدهای چرب (Fatty acid)
• اسید – آمیدها
• صابون های فلزی مانند استئارت ها
• استرها
• وکس های پلی اتیلن اکسیده شده
• وکس های پلی اتیلن
• پارافین وکس ها

3-2) مشخصات روان کننده ها

روان کننده ها را به مقدار کم و به صورت جامد، پودری و یا مایع شکل به مخلوط پلیمری اضافه می‌کنند. میزان روان کننده در فرمولاسیون بین 0.25 تا 1درصد است که این مقدار منوط به دستگاه شکل دهنده و ظاهر نهایی قطعه مورد نظر است.

تاثیر یک روان کننده بستگی به میزان پخش شدن ذرات در سراسر قطعه و جذب توسط محصول پلیمری دارد.

 به عنوان مثال مقدار کم یک روان کننده باعث گرانروی بالا و تخریب ماده مذاب پلیمری می‌شود که دلیل آن وجود جاذبه بین مولکول ها، و نیز کشش بین آمیزه و سطح داغ دستگاه است، و از طرفی افزایش شدید روان کننده باعث لغزندگی بسیار زیاد مواد پلیمری و کاهش تولید می‌شود. البته شرط سازگاری ماده روان کننده با ماده پلیمری در انجام این فرآیند باید رعایت شود.

از فواید دیگر استفاده از روان کننده ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ایجاد ظاهریبراق
• جدایش خوب از قالب
• آنتی بلوکه شدن (جلوگیری از به هم چسبیدن لایه های پلیمری)
• کاهش کند شدن تجهیزات فرآیند

3- افزودنی‌های تقویت کننده

به افزودنی های پلیمری که در اثر افزودن به پلیمر ها باعث تقویت خواص مکانیکی یا حرارتی آن‌ها می‌شود افزودنی تقویت کننده می‌گویند. مکانیزم اثربخشی این مواد به صورت خلاصه در ایجاد برهم کنش های قوی با پلیمر و در نتیجه بهبود خواص پلیمر است. معمولاً برای ایجاد بر هم کنش قوی بین عامل تقویت کننده و ماده پلیمری از روشهایی چون اصلاح سطحی پرکننده و یا استفاده از عوامل سازگارکننده بهره گرفته می‌شود. از جمله معروف‌ترین پرکننده های تقویت کننده می توان به الیاف شیشه، دوده، الیاف کربن، پودر شیشه، نانوذرات، ولاستونیت و الیاف های طبیعی اشاره کرد.

4- افزودنی‌های آنتی اکسیدان

محصولات پلیمری معمولاً با قرار گرفتن در معرض اکسیژن استحکام اولیه خود را از دست می‌دهند و پس از مدتی اکسیژن باعث پیرشدگی و کاهش کیفیت محصولات و مات شدن آن‌ها می‌‌شود. حال این افزودنی باعث جلوگیری از اکسید شدن و کاهش اثرات نامطلوب اکسیژن بر روی محصولات پلیمری می‌شود.

5- افزودنی‌های آنتی استاتیک (ضد الکتریسیته ساکن)

الکتریسیته ساکن ممکن است در اثر برخورد قطعات پلاستیکی هنگام حمل و نقل و یا سایش مواد پلیمری با مواد افزودنی هنگام تولید به وجود بیاید. این الکتریسیته ساکن امکان جذب گرد و غبار و ذرات معلق در هوا را فراهم می‌کند علاوه بر این امکان به وجودآمدن حوادثی مانند آتش سوزی و یا ایجاد برق گرفتگی کارگران نیز وجود دارد. مکانیزم این افزودنی بدین صورت است که با ایجاد لایه ای بر روی محصولات پلیمری از تولید الکتریسیته و در پی آن از بروز چنین حوادثی جلوگیری خواهد کرد.

6- افزودنی‌های شفاف کننده

تمیز کردن سیلندر، ماردون و سایر قطعات دستگاه‌های تولید پلیمر، امری بسیار زمانبر است از این رو با استفاده از این افزودنی این کار با سرعت بیشتری انجام می‌گیرد. این افزودنی قادر به پاک کردن دستگاه از مواد قبلی و رنگ ها بوده تا دستگاه را برای تولید محصولات بعدی آماده کند.

7- افزودنی‌های براق کننده

ظاهر و نمای محصولات برای هر مشتری حائز اهمیت است. این افزودنی قادر است تا شفافیت و جلوه خاصی را به محصولات تولید شده ببخشد و همچنین ظاهر آن‌ها را بهبود دهد.

8- افزودنی‌های ضد مه یا ضد شبنم (آنتی فاگ)

یکی از چالش های موجود در زمینه کاربرد فیلم های پلیمری، تولید مه (یا شبنم) است. علت تشکیل مه ناشی از میعان بخار آب روی سطح است. در فیلم های گلخانه ای یا بسته بندی مواد غذایی به دلیل وجود رطوبت بالا، این پدیده محتمل تر است. این قطرات به دلیل تفاوت کشش سطحی آب با پلیمر ناقطبی تشکیل دهنده فیلم، بر روی سطح آن تشکیل می‌شوند.

برای رفع این مشکل، تولید کنندگان از افزودنی ضد مه (Anti-Fog) در فرمولاسیون فیلم های پلیمری استفاده می‌کنند. افزودنی ضد مه عمدتاً به صورت مستربچ در ترکیب و فرمولاسیون فیلم استفاده می شود.  غلظت این افزودنی به دلیل مهاجرت به سطح و تمایل آن به حل شدن در آب به مرور زمان کاهش می‌یابد، در نتیجه عملکرد آن تضعیف می‌شود. به همین دلیل تولید کنندگان فیلم های پلیمری باید میزان بهینه ای از این افزودنی را در طراحی فرمولاسیون خود در نظر بگیرند.

9- افزودنی‌های آنتی یو وی (Anti-UV)

مواد آنتی یووی که با نام‌های جاذب نور فرابنفش (UV) و یا پایدارکننده نور فرابنفش معروف است، یکی از پرکاربردترین افزودنی‌های پلیمری بوده که در تولید محصولات تزریقی و اکستروژن پلی الفین‌ها از جمله PP و PE مانند فیلم‌های نازک، فیلم‌های معمولی و ضخیم، فیلم‌های کشاورزی، گونی‌ها، جامبو، شیت‌های پلیمری به ویژه کارتن پلاست، الیاف و لوله و اتصالات پلیمری استفاده می‌شوند و باعث افزایش طول عمر قطعات پلاستیکی در محیط بیرونی، جلوگیری از زرد شدن، تغییر رنگ و رنگ‌پریدگی آن‌ها در مقابل نور خورشید، و در نتیجه پایداری و مقاومت بیشتر محصولات پلیمری در شرایط جوی می‌شوند.

سوالات متداول

1. آیا همه محصولات پلیمری نیاز به افزودنی دارند؟ نه، همه محصولات پلیمری نیاز به افزودنی پلیمری ندارند. استفاده از افزودنی‌های پلیمری بستگی به نوع محصول، خواص مورد نیاز و کاربردهای خاص آن دارد. برخی از پلیمرها قابلیت ارائه خواص مناسب را به تنهایی دارند، در حالی که در موارد دیگر، افزودنی‌های پلیمری می‌توانند خواص بهبود یا اضافی را فراهم کنند.
2. آیا استفاده از افزودنی‌ها مضر است؟ استفاده از افزودنی‌ها در مواد شوینده به طور کلی ایمن است، زیرا این افزودنی‌ها به طور معمول برای استفاده در محصولات خانگی و تجاری طراحی شده‌اند. با این حال، در صورت وجود حساسیت یا آلرژی به برخی از مواد، قبل از استفاده، بهتر است نشانه‌ها و راهنمایی‌های تولید کننده را مطالعه کنید و در صورت لزوم با پزشک مشورت کنید.
3. کدام روان کننده بهترین است؟  بهترین روان کننده برای استفاده شما بستگی به نوع موادی است که قصد شست و شو یا تمیز کردن آنها را دارید. هر نوع مواد دارای ویژگی‌ها و نیازهای خاص خود است و بر اساس آنها باید بهترین روان کننده را انتخاب کنید.