وظيفة الحاجز للنانومونتموريلونيت العضوي في العبوات البلاستيكية أحادية المادة

وظيفة الحاجز للنانومونتموريلونيت العضوي في العبوات البلاستيكية أحادية المادة

I. تعتبر الحواجز المصنوعة من مادة واحدة صديقة للبيئة وقابلة لإعادة التدوير

تنص المنظمة الأوروبية للاقتصاد الدائري للتغليف الناعم (CEFLEX) صراحةً في إرشادات تصميم الاقتصاد الدائري الخاصة بها على أنه يجب إنتاج مواد التغليف البلاستيكية باستخدام مواد فردية قدر الإمكان لتحسين كفاءة إعادة التدوير وقابلية إعادة التدوير. وقد أشارت كل من شركتي نستله وكوكا كولا بوضوح إلى التزامهما بتحقيق عبوات قابلة لإعادة التدوير أو قابلة لإعادة الاستخدام بنسبة 100٪. وهذا يعني الانتقال من الهياكل متعددة المواد إلى الهياكل المصنوعة من مادة واحدة، والتي لا تتوافق مع اللوائح البيئية المستقبلية فحسب، بل تعزز أيضًا كفاءة إعادة التدوير.

بالمقارنة مع التغليف المركب متعدد الطبقات، غالبًا ما تظهر الهياكل أحادية المادة خصائص حاجز أضعف. لذلك، أصبح ضمان حفاظ التغليف على الأداء الجيد مع تلبية المتطلبات البيئية أمرًا بالغ الأهمية. ولمواجهة هذا التحدي، غالبًا ما تستخدم العبوات البلاستيكية عدة طرق حاجزة مختلفة لتعزيز أداء الحاجز.

ثانيا. طرق الحاجز الحالية في التغليف البلاستيكي

1. طرق الطلاء (على سبيل المثال، طلاء الألومنيوم، طلاء SiO₂، إلخ.)

من خلال ترسيب طبقة من المعدن أو المواد غير العضوية على السطح البلاستيكي، يتم تشكيل طبقة حاجزة. تتميز الطبقات المطلية بالألمنيوم بخصائص ممتازة كحاجز للغاز والرطوبة، وتستخدم بشكل شائع في تغليف المواد الغذائية لإطالة العمر الافتراضي. توفر الطلاءات غير العضوية مثل SiO₂ خصائص إضافية لحاجز الأكسجين والرطوبة. لا يمكن تطبيق طريقة الطلاء هذه إلا على الطبقات المتوسطة، حيث تتطلب الطبقات الداخلية طبقات قابلة للإغلاق الحراري والطبقات الخارجية التي تتطلب طبقات طباعة مركبة. تستخدم كل طبقة مواد مختلفة، مما يجعل إعادة التدوير وإعادة الاستخدام أمرًا صعبًا.

2. طريقة البثق المشترك المركب (على سبيل المثال، PVDC، EVOH، PA، PVA، إلخ.)

تتضمن هذه الطريقة البثق المشترك لمواد مختلفة في حالة منصهرة لتكوين هيكل متعدد الطبقات. EVOH (كوبوليمر أسيتات فينيل الإيثيلين) عبارة عن مادة حاجزة عالية الأكسجين شائعة الاستخدام ويتم تطبيقها على نطاق واسع في تغليف المواد الغذائية. يتمتع PA (النايلون) بخصائص حاجزة جيدة للزيت وغالبًا ما يستخدم في تغليف الأطعمة الغنية بالدهون. يوفر PVDC وPVA أيضًا خصائص ممتازة لحاجز الغاز والرطوبة. تتكون هذه العبوات العازلة عادةً من 3 إلى 9 طبقات من مواد مختلفة يتم بثقها معًا لتحقيق وظائف الحاجز والتعبئة. ومع ذلك، نظرًا لاختلاف المواد، فإن إعادة التدوير وإعادة الاستخدام يمثل تحديًا.

3. طريقة المزج (إضافة مواد غير عضوية)

توفر هذه الطريقة بديلاً ممتازًا. ومن خلال دمج المواد غير العضوية مثل المونتموريلونيت والسيليكات والمواد النانوية في المصفوفة البلاستيكية، يتم تعزيز صلابة المادة ومقاومتها للحرارة، مع تحسين خصائصها الحاجزة أيضًا. تمتزج هذه المواد غير العضوية النانوية بشكل جيد مع المصفوفة البلاستيكية ويمكن إعادة تدويرها بسهولة.

ثالثا. وظيفة الحاجز للأونتموريلونيت النانو العضوي في التغليف

المونتموريلونيت (MMT) هو معدن سيليكوألومينات مائي ذو طبقات طبيعية، يبلغ سمك كل لوحة حوالي 1 نانومتر ويتراوح حجمها من 1 إلى 1000 نانومتر. صيغته الهيكلية هي (Al,Mg)₂ SiO₁₀ ₂·nH₂O. بسبب عدم استقرار الألومنيوم في المجسم الثماني لأكسيد الألومنيوم، فإنه يتم استبداله بسهولة بذرات ذات تكافؤ أقل، مما يؤدي إلى شحنة سالبة معينة بين الطبقات المجاورة. للحفاظ على استقرار بنية الطبقة البينية، تجذب الشحنة السالبة الكاتيونات المحيطة مثل Na+، Ca2+، Mg2+، Al3+، وK+، وبالتالي تمنح قدرة تبادل الكاتيون وقدرة امتصاص قوية على المونتموريلونيت.

بعد مزجه مع البوليمرات، يتقشر هيكله البلوري بسهولة، مما ينتج عنه بنية ذات طبقات كثيفة ذات نسبة عرض إلى ارتفاع عالية. وهذا يزيد من طول المسار لاختراق الغاز من خلال البوليمرات ذات الوزن الجزيئي العالي ويطيل وقت اختراق الغاز. هيكل ذو طبقات بسمك 1 نانومتر يجبر الغاز والرطوبة على 'اتخاذ 300 تحويلة'، في الوقت نفسه، تعمل تأثيرات النانو على تقييد حركة سلاسل البوليمر، وتعزيز التفاعلات بين الجزيئات، وتعزيز قوة تماسك البوليمر، وزيادة كثافة تعبئة السلسلة الجزيئية، وتحسين خصائص حاجز المادة بشكل كبير.

رابعا. طرق المعالجة والتطبيق للنانو مونتموريلونيت العضوي

يجب أن يخضع المونتموريلونايت لعمليتين لتحقيق التشتت على نطاق النانو داخل البوليمرات. فقط طبقات سيليكات النانو المشتتة تمامًا والموزعة بشكل موحد يمكنها تحقيق الأداء الأمثل.

1. يخضع المونتموريلونيت المنقى لتفاعلات الإقحام لتكوين المونتموريلونيت النانوي العضوي

يحتوي المونتموريلونيت غير العضوي على مسافات بينية تبلغ حوالي 1-1.5 نانومتر، ويتم تكديس طبقاته في أكوام من العشرات بسبب القوى الكهروستاتيكية، مما يجعل من المستحيل تفريق كل طبقة نانوية على حدة. فقط من خلال تفاعلات الإقحام (التي تتطلب عادةً عامل إقحام بنسبة 30-40٪) يمكن زيادة التباعد بين الطبقات للمونتموريلونيت إلى 2-4 نانومتر، وتحويله إلى نانو مونتموريلونيت عضوي. وهذا يقلل من الطاقة الحرة لسطح المادة ويغير محبتها للماء إلى محبة للدهون، مما يتيح تشتتًا أفضل داخل البوليمرات.

2. يجب أن يخضع المونتموريلونيت المقحم لمعالجة القص باستخدام جهاز بثق مزدوج اللولب لتحقيق التشتت النانوي الكامل

لتحقيق التشتت والتقشير الأمثل للمونتموريلونيت العضوي، يوصى باستخدام جهاز بثق مزدوج اللولب أو جهاز عجن BUSS عند خلط مركبات اللدائن الحرارية. أثناء خلط البثق، يُنصح باختيار مجموعات لولبية ذات أكبر نسبة طول إلى قطر ممكنة (> 40 لتر/عمق) ووحدات سنية قادرة على تحقيق تشتت عالي. لتجنب الضغط، فمن الأفضل إضافته إلى البوليمر المنصهر عبر جهاز تغذية جانبي.

عند التشتيت في جهاز بثق مزدوج اللولب، يجب الحرص على عدم 'القص الزائد' للمونتموريلونيت العضوي لمنع التكتل. من الأفضل استخدام العناصر اللولبية لخلط التشتت. يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى انخفاض أداء المنتج وتكوين الروائح. قد يؤدي التسخين المفرط إلى ظهور دخان عند القالب، كما يمكن أن تؤدي معدلات القص المرتفعة للغاية في الطارد أيضًا إلى إعادة التكتل وتدهور الأداء.

يوصى أولاً بمعالجة المونتموريلونيت في الأصبغة الرئيسية قبل استخدامه في تطبيقات الأفلام المصبوبة أو الأفلام المنفوخة: 30% - 50% من الأصبغة الرئيسية من المونتموريلونيت (تتم معالجة الدفعة الأولى ثم تفريقها في جهاز بثق مزدوج اللولب، أو يتم إنتاجها عن طريق تشتيت التغذية الجانبية، مع إضافة مناسبة لمتوافقات التطعيم ومساعدات التشتيت).

خامساً: تطبيقات مادة النانو مونتموريلونيت العضوية في صناعة التعبئة والتغليف

1. التغليف الإلكتروني

2. صناعة نفخ

صناعة التعبئة والتغليف كنوع جديد من المواد الوظيفية، أظهر المونتموريلونيت النانوي العضوي إمكانات حاجز قوية في صناعة التعبئة والتغليف البلاستيكية. مع التقدم التكنولوجي المستمر، من المتوقع أن يصبح المونتموريلونيت عنصرًا مهمًا في مواد التعبئة والتغليف عالية الأداء، لتلبية الطلب المتزايد في السوق.

تجدر الإشارة إلى أن شركة YINSU Flame Retardant متخصصة في تطوير وإنتاج مثبطات اللهب الصديقة للبيئة. منتجها K100 عبارة عن مثبطات اللهب النانومونتموريلونيت العضوية ذات الأداء الممتاز. لا يعمل K100 على تعزيز تثبيط اللهب لمواد التغليف البلاستيكية فحسب، بل يحافظ أيضًا على الخواص الميكانيكية وقابلية المعالجة للمواد. إنه خيار مثالي لتحقيق وظيفة تثبيط اللهب والحاجز في العبوات البلاستيكية أحادية المادة. مع التطوير المستمر لمفاهيم التعبئة والتغليف الخضراء، من المتوقع أن يلعب منتج YINSU Flame Retardant's K100 دورًا أكثر أهمية في مجال التعبئة والتغليف.