پیش‌نویس:مذاب دمشی

دمیدن مذاب یک روش مرسوم ساخت الیاف در ابعاد میکرو و نانو است که در آن مذاب پلیمری از طریق نازل های کوچک احاطه شده توسط گاز دمنده با سرعت بالا اکسترود می شود. در این روش مذاب پلمیر های ترموپلاستیک در نازل ها قرار داده میشود و پلیمر مذاب به نوک اکسترودر میسرد و در انحا به کممک جریان گاز به سمت صفحه ای که در مقابل نازل قرار دارد به صورت رندوم پرتاب میشود. الیافی که به طور تصادفی بر صفحه مورد نظر رسوب داده شده اند یک محصول ورق نبافته را تشکیل می دهند. این محصولات به دلیل تخلخلی که ناشی از روش تولید مذاب دمشی است برای فیلتراسیون، جاذب ها، پوشاک و سیستم های دارورسانی قابل استفاده است. مزایای قابل توجه روش مذاب دمشی، سادگی، بهره وری ویژه بالا و عملکرد بدون حلال ویژه است. دانشمندان با انتخاب ترکیب مناسبی از پلیمرها با خواص رئولوژیکی و سطحی بهینه، موفق به تولید الیاف ذوب شده با قطر متوسط 36 نانومتر شدند.خطای یادکرد: برچسب <ref> غیرمجاز؛ یادکردهای بدون محتوا باید نام داشته باشند. ().

تاریخچه

نخستین تحقیقات در زمینه روش تولید مذاب دمشی در ایلات متحده انجام شد. زمانی که در یک سفر دریایی برای تولید مواد تصفیه برای اندازه گیری تشعشعات در هواپیماهای بدون سر نشین در دهه 1950 فعالیت های ویژه ای انجام میشد.بعد ها شرکت اکسون نخستین فرآیند صنعتی را برمبنی این روش تولید با سطح توان بالا توسعه داد .چین به عنوان بزرگترین تولید کننده پارچه های بی بافت دنیا از روش تولید مذاب دمشی برای برای تولیدات خود استفاده میکند. چین به تنهایی 40 درصد کل تولیدات پارچه بی بافت دنیا را در اختیار دارد.

پلیمرهای مورد استفاده در روش مذاب دمشی

پلیمرهای با رفتار ترموپلاستیک برای روش مذاب دمشی قابل استفاده هستند. ترموپلاستیک یاگرماپلاستیک، یک ماده پلیمری پلاستیکی است که در یک درجه حرارت خاص و مشخص، شکل پذیر و منعطف می شود و پس از سرد شدن ، جامد می شود.ترموپلاستیک ها غالبا دارای جرم مولکولی بالایی هستند.زنجیره های پلیمری با نیروهای بین مولکولی به یکدیگر متصل می شوند، که با افزایش دما به سرعت ضعیف شده و یک مایع چسبناک تولید می کنند. در این حالت، از این مذاب پلیمری به منظور تولید قطعات پلیمری با روش های مختلف پردازش پلیمراستفاده میشود.

انواع پلیمرهای اصلی که معمولاً با دمیدن مذاب پردازش می شوند: ^[۱]

پلی‌پروپیلن : فرمول شیمیایی پلی پروپیلن –[CH2-CH(CH3)]n– می‌باشد. پلی‌پروپیلن یکی از پرمصرف‌ترین و اساسی‌ترین پلیمرهای مورد استفاده در دنیا و بزرگ‌ترین مصرف‌کننده پروپیلن می‌باشد. پلی‌پروپیلن از پلیمریزاسیون پروپیلن در شرایط دما و فشار نسبتاً ملایم و در حضور کاتالیست انجام می‌شود. وجود این کاتالیزور، پلیمری به صورت ایزوتاکتیک را تشکیل می‌دهد که قادر به متبلور شدن تا حدود ۹۰ درصد می‌باشد. مولکول پروپیلن دارای ساختار شیمیایی نامتقارن می‌باشد. پلی‌پروپیلن یک پلیمر ترموپلاسیک می باشد که در یک بازه گسترده از کاربردها شامل فیلم و ورق، قالب‌گیری دمشی، قالب‌گیری تزریقی، بسته‌بندی غذایی، نساجی، تجهیزات آزمایشگاهی و پزشکی، لوله، کاربردهای صنعتی و ساختمانی و اجزاء خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه بر این، پلیمر تولیدشده از تک‌پار پروپیلن به‌طور معمول در برابر حلال‌های شیمیایی، بازها و اسیدها مقاوم می‌باشد.
پلی‌استایرن: فرمول شیمیایی پلی استایرن (n(C8H۸ است. پلی استایرن یک پلیمر مصنوعی معطر از مونومر استایرن (یک ماده پتروشیمی) می‌باشد که به سه نوع معمولی، مقاوم و انبساطی وجود دارد.از نظر شیمیایی، پلی استیرن یک هیدروکربن طویل زنجیر است که در آن مراکز متغیر کربنی به گروه‌های فنیل متصلند. این ماده حاوی عناصر شیمایی کربنی و هیدروژن است.پلی استایرین معمولاً دارای خواص نظیر مقاومت خوب در برابر حرارت، قدرت ضربه پذیری مناسب و استحکام است در خصوص استفاده از پلی استایرن در روش تولید مذاب دمشی باید به سیالت خوب پلی استایرن توجه داشت. این ماده دارای سیالیت خوبی در هنگام فرایند است که شرایط را برای روش مذاب دمشی مناسب می کند زیرا این روش بر مبنای پرتاب مذاب پلیمر بر صفحه مقابل خود انجام میشود لذا ویژگی سیالیت مناسب برای این روش تولید الزامی ست .
پلی‌استر: گونه‌ای از پلیمرها است که دارای گروهای استر می‌باشند.با توجه به ساختار، پلی‌استر های ممکن است ترموپلاستیک یا ترموست باشند ولی بیشتر پلی‌استرها ترموپلاستیک می‌باشندو دراثر حرارت تغییر حالت می‌دهد درحالی‌که در دمای بالا مشتعل می‌شود. ویژگی ترموپلاستیک مطابق با خواسته روش مذاب دمشی است. از دیگر ویژگی های پلی استر میتوان به نیروی پارگی بسیار زیاد، الاستیسیتهٔ خوب، مقاومت سایشی، ثبات بسیار خوب نوری و مقاومت بالا در برابر اسیدهای معدنی و آلی اشاره کرد.
پلی‌اورتان: به دسته‌ای از مواد شیمیایی اطلاق می‌شود که از واکنش پلی ال‌ها و ایزوسیانات‌ها به‌عنوان مواد اصلی تشکیل دهنده ساخته می‌شوند.پلی‌اورتان‌ها به شکل‌های مختلف از جمله فوم‌های نرم، فوم‌های سخت؛ الاستومرها، ترموپلاستیک الاستومرها، رزین، رنگ، پوشش و… در دنیا کاربرد دارند.این پلیمر نیز به علت ترموپلاستیک بودن در روش مذاب دمشی کاربرد دارد.
پلی آمید: یک پلیمر با تکرار واحدهای آمیدی است. پلی آمید هم به صورت طبیعی و هم به صورت مصنوعی ساخته میشود. نمونه‌هایی از پلی آمید طبیعی، پروتئین‌ها (پشم و ابریشم) هستند. پلی آمید مصنوعی می‌تواند از طریق پلیمریزاسیون مرحله رشد یا سنتز فاز جامد مواد مانند نایلون، آرامیدها و پلی سدیم (آسپارتات) ساخته شود. پلی آمید مصنوعی به علت دوام بالا و قدرت خود استفاده می‌شود. در روش مذاب دمشی از پلی آمید مصنوعی و عمدتا از نایلون استفاده می شود.
پلی‌اتیلن‌ها: این مواد از خانواده‌ای از ترموپلاستیک ها هستند که ویژگی اصلی مورد استفاده در روش مذاب دمشی است.این پلیمر از طریق پلیمریزاسیون گاز اتیلن (C₂H₄) به‌دست می‌آیند. از طریق کاتالیست و روش پلیمریزاسیون این ماده می‌توان خواص مختلفی همچون چگالی، شاخص جریان مذاب ، بلورینگی، شاخه ها و شبکه‌ای شدن، وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی را در آن‌ها کنترل کرد.مهم‌ترین ویژگی‌های ذاتی پلی اتیلن‌ها چگالی، نمایهٔ مذاب و توزیع وزن مولکولی است.کاربردی‌ترین نشانهٔ ارتباط دهندهٔ ویژگی‌های پلی اتیلن به روش تولید مذاب دمشی،نمایهٔ مذاب یا شاخص جریان مذاب است که مرتبط با سیالیت پلی اتیلن می باشد که شاخص مهمی در استفاده از این ماده در روش مذاب دمشی می باشد.
پلی کربنات: از خانواده پلیمرهای ترموپلاستیک است؛ و به گستردگی در زمینه‌های قالب سازی و تغییرات حرارتی کاربرد دارد. این نوع پلاستیک‌ها به گستردگی در صنایع شیمیایی نوین کاربرد دارند . ویژگی های حرارتی ویژه از جمله ترموپلاستیک بودن پلی کربنات، استفاده از این ماده را در روش مذاب دمشی را محتمل کرده است.

کاربردها

در ادمه به بررسی کاربردهای عمده روش تولید مذاب دمشی پرداخته می شود

فیلتراسیون

فیلتراسیون یک فرایند مکانیکی است که طی آن مواد معلق جامد از سیال (مایع یا گاز) جداسازی می‌شوند. اساس جداسازی در این روش اختلاف در اندازه ذرات جامد و سیال و استفاده از نیروی خارجی برای عبور مواد از یک غشاء نیمه تراوا است. روش‌ها و دستگاه‌های بسیاری در صنایع مختلف و با ویژگی‌های خاص برای مواد کاربرد مختلف وجود دارد. پارچه های نبافته که محصول روش مذاب دمشی ست، متخلخل هستند. در نتیجه می توانند مایعات و گازها را فیلتر کنند. کاربردهای آنها شامل تصفیه آب، ماسک و فیلترهای تهویه مطبوع است. در طول همه‌گیری کووید-19 ،استفاده از پارچه های نبافته و متعاقبا روش تولید مذاب دمشی بسیار مورد توجه قرار گرفته شد به طوریکه قیمت مذاب دمشی از چند هزار دلار در هر تن به حدود 100 هزار دلار در هر تن رسید.

جاذب ها

جاذب ها موادی هستند که توانایی جذب مایعات و گاز هارا دارند .مواد نبافته که با استفاده از روش مذاب دمشی تولید میشوند می توانند مایعات را چندین برابر وزن خود نگه دارند. بنابراین، مواد نبافته حاصل از روش مذاب دمشی به ویژه محصولات ساخته شده از پلی پروپیلن برای جمع آوری آلودگی روغن ایده آل هستند. ^[۲] ^[۳]

محصولات بهداشتی

باتوجه به ویژگی جذب بالای پارچه های متخلخل حاصل از روش مذاب دمشی،از این پارچه ها با جذب بالا در پوشک های یکبار مصرف مورد و نیز دستمال ها استفاده قرار می گیرد.

پوشاک

پارچه هایی که با روش مذاب دمشی تولید میشوند دارای سه ویژگی هستند که استفاده از آن هارا در در پوشاک به ویژه در محیط های خشن و پرخطر توجیه پذیر میکند .ویژگی های مورد نظر عبارت اند از :

عایق حرارتی
مقاومت نسبی در برابر رطوبت
قابلیت تنفس.

تحویل دارو

باتوجه به ساختار متخلخل محصولات تولید شده به روش مذاب دمشی می توان از این محصولات برای تولید الیاف حاوی دارو را برای تحویل کنترل شده دارو استفاده کرد . ^[۴]

نرخ توان بالای دارو (تغذیه اکستروژن)، عملکرد بدون حلال و افزایش سطح محصول، دمیدن مذاب را به یک تکنیک فرمولاسیون جدید امیدوارکننده تبدیل کرده است. ^[۵]

منابع

↑ Dutton, Kathryn C. (2008). "Overview and analysis of the meltblown process and parameters". Journal of Textile and Apparel, Technology and Management. 6.
↑ Wei, Q. F.; Mather, R. R.; Fotheringham, A. F.; Yang, R. D. (2003). "Evaluation of nonwoven polypropylene oil sorbents in marine oil-spill recovery". Marine Pollution Bulletin. 46 (6): 780–783. doi:10.1016/s0025-326x(03)00042-0. PMID 12787586.
↑ Sarbatly R.; Kamin, Z.; Krishnaiah D. (2016). "A review of polymer nanofibres by electrospinning and their application in oil-water separation for cleaning up marine oil spills". Marine Pollution Bulletin. 106 (1–2): 8–16. doi:10.1016/j.marpolbul.2016.03.037. PMID 27016959.
↑ Balogh, A.; Farkas, B.; Faragó, K.; Farkas, A.; Wagner, I.; Van Assche, I.; et al. (2015). "Melt‐blown and electrospun drug‐loaded polymer fiber mats for dissolution enhancement: A comparative study" (PDF). Journal of Pharmaceutical Sciences. 104 (5): 1767–1776. doi:10.1002/jps.24399. PMID 25761776.
↑ QDevelopment. "Melt blowing". Retrieved 1 June 2016.

لینک های خارجی

اکستروژن Melt-Blown چیست و چگونه برای ساخت ماسک استفاده می شود؟

[1] Dutton, Kathryn C. (2008). "Overview and analysis of the meltblown process and parameters". Journal of Textile and Apparel, Technology and Management. 6.

[2] Wei, Q. F.; Mather, R. R.; Fotheringham, A. F.; Yang, R. D. (2003). "Evaluation of nonwoven polypropylene oil sorbents in marine oil-spill recovery". Marine Pollution Bulletin. 46 (6): 780–783. doi:10.1016/s0025-326x(03)00042-0. PMID 12787586.

[3] Sarbatly R.; Kamin, Z.; Krishnaiah D. (2016). "A review of polymer nanofibres by electrospinning and their application in oil-water separation for cleaning up marine oil spills". Marine Pollution Bulletin. 106 (1–2): 8–16. doi:10.1016/j.marpolbul.2016.03.037. PMID 27016959.

[4] Balogh, A.; Farkas, B.; Faragó, K.; Farkas, A.; Wagner, I.; Van Assche, I.; et al. (2015). "Melt‐blown and electrospun drug‐loaded polymer fiber mats for dissolution enhancement: A comparative study" (PDF). Journal of Pharmaceutical Sciences. 104 (5): 1767–1776. doi:10.1002/jps.24399. PMID 25761776.

[5] QDevelopment. "Melt blowing". Retrieved 1 June 2016.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]