در فرآوری پلاستیکهای بازیافتی، میزان رطوبت یک عامل حیاتی مؤثر بر کیفیت محصول است، به خصوص در فرآیندهایی مانند گرانولاسیون، تولید فیلم دمشی، قالبگیری تزریقی، اکستروژن و کشش الیاف PE و PP بازیافتی. کنترل ناپایدار میزان رطوبت مواد اولیه میتواند به راحتی منجر به مشکلاتی مانند حباب، رگههای نقرهای، حفرهها، سطوح ناهموار، الیاف شکسته، شکستن حباب فیلم و کاهش استحکام محصول شود.
۱. چرا پلیاتیلن و پلیپروپیلن بازیافتی مستعد رطوبت و حباب هستند؟
در مقایسه با گرانولهای PP بکر که حباب ندارند یا اصلاً حبابی ندارند، گرانولهای PP بازیافتی ظاهری مستطیلی شکل با سطوح برش خورده قائمه دارند و حاوی حباب هستند. این به دلیل تفاوت در روشهای تولید بین PP بازیافتی و بکر است. PP بازیافتی با خنک کردن PP فشرده در آب و سپس برش آن تولید میشود. علاوه بر این، در طول فرآیند خنک کردن در آب، ضایعات در کمپرسور ذوب میشوند و حاوی مقدار زیادی رطوبت هستند که منجر به ایجاد حبابهای متعدد در گرانولها میشود.
2. اصل کار از مستربچ اکسید کلسیم (CaO)
اصل خشک شدن مستربچ اکسید کلسیم بر اساس واکنش شیمیایی آن با آب است. این ماده رطوبت را جذب کرده و هیدروکسید کلسیم تولید میکند تا اثر خشککنندگی داشته باشد. اکسید کلسیم (CaO) یک اکسید قلیایی قوی با خواص رطوبتگیری قوی است. هنگامی که با آب تماس پیدا میکند، واکنش شیمیایی شدیدی را تجربه میکند و هیدروکسید کلسیم (Ca(OH)₂) تولید میکند و مقدار زیادی گرما آزاد میکند. معادله واکنش به صورت زیر است: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. اکسید کلسیم میل ترکیبی طبیعی قوی با آب دارد و به آن اجازه میدهد رطوبت موجود در هوا را به هیدرات تبدیل کند تا هوا را خشک کند. هنگامی که اکسید کلسیم با هوای مرطوب تماس پیدا میکند، لایهای از هیدروکسید کلسیم روی سطح آن تشکیل میشود که سپس رطوبت و CO₂ را بیشتر جذب میکند تا هیدراتهایی مانند کربنات کلسیم تشکیل دهد و در نتیجه رطوبت را از هوا حذف کند.
۳. مستربچ CaO چگونه حبابها، رگهها و حفرهها را کاهش میدهد؟
در فرآوری پلیاتیلن و پلیپروپیلن بازیافتی، تشکیل حباب معمولاً شامل سه مرحله است: رطوبت وارد شده از مواد اولیه، تبخیر رطوبت در دماهای بالا و احتباس گاز در مذاب که باعث ایجاد نقص میشود. نقش مستربچ CaO این است که مقداری از رطوبت را قبل از تبخیر و تشکیل حبابهای آشکار مصرف کند و میزان بخار آب موجود در مذاب را کاهش دهد.
پس از جذب رطوبت توسط واکنش CaO، احتمال تولید گاز در داخل مذاب کاهش مییابد و عیوب سطحی و داخلی محصول نیز به تبع آن کاهش مییابد. برای تولید فیلم دمشی، مستربچ CaO به کاهش نقاط کریستالی، حبابهای هوا، شکستگی فیلم و ناهمواری ضخامت روی سطح فیلم کمک میکند؛ برای گرانولاسیون اکستروژن، سطح مقطع و صافی سطح گرانولها را بهبود میبخشد و گرانولهای توخالی و کفآلود را کاهش میدهد؛ برای محصولات قالبگیری تزریقی، رگههای نقرهای، علائم هوا و حفرههای داخلی را کاهش میدهد و ثبات ظاهری را بهبود میبخشد؛ و برای کشش الیاف و تولید کیسههای بافته شده، به کاهش شکستگی الیاف، پرزدار شدن و نوسانات استحکام کمک میکند.
به همین دلیل است که مستربچ CaO به طور گسترده در فیلم PE بازیافتی، کیسههای بافته شده PP بازیافتی، لولههای PE بازیافتی، ورقهای PP بازیافتی و اصلاح گرانولهای پلاستیکی بازیافتی استفاده میشود. این ماده صرفاً "حبابهای هوا را نمیپوشاند"، بلکه تولید گاز از منبع رطوبت را کاهش میدهد و فرآیند را پایدارتر میکند.
۴. مزایای مستربچ CaO در مقایسه با خشک کردن سنتی چیست؟
خشک کردن سنتی یک روش رطوبتزدایی رایج در فرآوری پلاستیکهای بازیافتی است، اما محدودیتهایی نیز دارد. اول، خشک کردن نیاز به تجهیزات خشککن دارد و هزینههای انرژی را به همراه دارد. دوم، مواد بازیافتی دارای اشکال پیچیدهای مانند لایههای نازک، قطعات شکسته، گرانول و مواد خرد شده هستند که توزیع رطوبت ناهمواری دارند. خشک کردن ساده ممکن است مشکل را به طور کامل حل نکند. سوم، بسیاری از کارخانهها، به منظور افزایش تولید، زمانهای چرخش کوتاهی از شستشوی مواد اولیه تا فرآوری دارند که خشک کردن طولانی مدت را غیرممکن میکند.
مزیت مستربچ CaO این است که میتوان آن را مستقیماً با مواد اولیه بدون تغییر ساختار تجهیزات موجود مخلوط کرد. برای مواد بازیافتی با رطوبت کمی یا نسبتاً زیاد، افزودن مقدار مناسبی از مستربچ CaO معمولاً میتواند حبابها، رگههای نقرهای و عیوب سطحی را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. در عین حال، وابستگی به زمان خشک شدن طولانی را کاهش میدهد، مصرف انرژی و هزینههای نیروی کار را پایین میآورد و تداوم تولید را بهبود میبخشد.
البته، مستربچ CaO به این معنی نیست که میتواند به طور کامل جایگزین تمام فرآیندهای خشک کردن شود. اگر ماده اولیه رطوبت بسیار بالایی داشته باشد، مانند ماده مرطوبی که پس از شستشو خشک نشده است، آبگیری مکانیکی یا خشک کردن اولیه هنوز ضروری است. یک رویکرد معقولتر، کاهش بیشتر رطوبت از طریق خشک کردن چرخشی، خشک کردن در هوا یا خشک کردن در دمای پایین و سپس استفاده از مستربچ CaO برای تصفیه رطوبت باقیمانده و نوسانات رطوبت در طول پردازش است. این رویکرد ضمن جلوگیری از مصرف بیش از حد مستربچ که میتواند بر هزینه و عملکرد محصول تأثیر منفی بگذارد، اثربخشی را تضمین میکند.
نتیجه
مستربچ اکسید کلسیم (CaO) یک راه حل عملی برای رفع مشکلات رطوبت و حباب در فرآوری PE و PP بازیافتی است. این مستربچ از طریق واکنش شیمیایی با رطوبت، تشکیل بخار آب در مذاب را کاهش میدهد و در نتیجه مشکلاتی مانند حباب، رگه، حفره، زبری سطح و بیثباتی فرآوری را بهبود میبخشد.