کاربرد گرافن در پلاستیک

در این بخش به خواص گرافن در پلاستیک در این بخش اشاره می شود.

1. شکل پذیری خوب

 محصول با فرآیندهای ساخت موجود سازگار است، بنابراین نیازی به ایجاد تغییرات عمده در خط تولید فعلی مانند قالب گیری تزریقی یا اکستروژن ترموپلاستیک ها نیست. این فرآیند همچنین بهره‌وری را افزایش می‌دهد و باعث سایش ابزار کمتر می‌شود، زیرا گرافن به هدایت حرارتی بهتر کمک می‌کند و یک افزودنی بسیار ملایم در مقایسه با سایر موارد رایج مانند شیشه فایبر است.

2. بهبود خواص

با افزودن گرافن در پلاستیکی، می‌توانید ویژگی‌هایی را که مواد قبلاً دارند، بهبود بخشید. برای مثال، گرافن می‌تواند استحکام مواد را افزایش داده و مقاومت در برابر ضربه‌های فراصوت را بهبود بخشد، که دومی در کاربردهای بالستیک مانند سیستم‌های زره بدن و سپرها مهم است.

گرافن در پلاستیک از چند سال گذشته توجه زیادی را به خود جلب کرده است. گرافن را می توان به راحتی با پلاستیک مخلوط کرد و استحکام درون ورقه ای باورنکردنی آن را به ماتریس پلاستیکی می بخشد و مواد ترکیبی را بسیار قوی تر می کند. این نه تنها استحکام ماتریس پلاستیکی را بهبود می بخشد بلکه مقاومت در برابر تخریب شیمیایی یا حرارتی را نیز بهبود می بخشد. این ویژگی ها به عنوان الهام بخش هم برای ایجاد محصولات جدید و هم برای بهبود محصولات موجود عمل می کنند.

استفاده از گرافن برای تشکیل لوله های پلاستیکی که در مبدل های حرارتی برای کاربردهای مختلف مانند نمک زدایی آب، نیروگاه ها، دستگاه های برودتی و موتورهای احتراقی استفاده می شود. لوله ها از ماده پرکننده گرافیت تشکیل شده اند که مخلوطی از پودرهای گرافیت متشکل از پلاکت ها، رشته ها/الیاف و ذرات کروی است.

گرافن را می توان با پلاستیک مخلوط کرد تا ماتریس پلاستیکی را تقویت کند و مواد پلاستیکی ترکیب شده را بسیار قوی تر کند. این شرکت اضافه می‌کند که گرافن می‌تواند ویژگی‌های بازدارنده در برابر مایعات و گازها را افزایش دهد، محافظت در برابر هوا، اکسیداسیون و اشعه ماوراء بنفش را افزایش دهد و هدایت الکتریکی و حرارتی را بهبود بخشد. تحقیقات اخیر همچنین نشان می دهد که گرافن خواص ضد میکروبی خوبی دارد و قابل بازیافت است.

این شرکت ادعا می کند که پلاستیک های تقویت شده با گرافن پتانسیل کاهش مصرف مواد خام را تا 30 درصد دارند. گرداو می گوید که با تولید سالانه 8 میلیون تن PP و 23 میلیون تن پلی اتیلن در ایالات متحده، کاهش 30 درصدی PP خام و پلی اتیلن مورد نیاز برای تولید محصولات پلاستیکی نهایی می تواند تا 9.3 میلیون تن از تولید و دور ریختن آن صرفه جویی کند.

گرافن تولید انبوه انواع پلیمرها و لاستیک های با کارایی بالا را امکان پذیر کرده است. پلاستیک و لاستیک در انواع زیادی از صنایع استفاده می شود که در آنها دوام برای عملکرد برنامه بسیار مهم است. به لطف گرافن، این دوام افزایش یافته و محصولات و قطعات سیستم های مکانیکی را بسیار بادوام تر کرده است.

گرافن در پلاستیک علاوه بر دوام، ویژگی­ های زیر را ارائه می­دهد:

بهبود خواص مکانیکی و ساختاری (قوی تر و سبک تر).

افزایش هدایت حرارتی و پایداری ابعادی

رسانایی الکتریکی را افزایش دهید.

کاهش جرم پلاستیک و همچنین افزایش مقاومت.

افزایش مقاومت در برابر ضربه.

ضد خراش و دافع لکه.

سپر الکترومغناطیسی (از عبور امواج الکترومغناطیسی جلوگیری می کند).’

بازدارنده شعله با دو اثر: از چکیدن پلیمر در هنگام سوختن جلوگیری می کند و لایه های متورم ایجاد می کند.

مقاومت در برابر الکتریسیته ساکن

وجود افزودنی‌های حاوی گرافن می‌تواند چندین ویژگی از جمله سختی، مقاومت در برابر ضربه، هدایت حرارتی/الکتریکی و مقاومت در برابر تخریب را افزایش دهد. کاربردهای مختلفی وجود دارد که ممکن است از آن بهره مند شوند – بسته بندی انعطاف پذیر و سفت و سخت، بطری ها، قطعات خودرو، مبلمان پلاستیکی و غیره. همچنین می تواند بهره وری را در پردازش پلیمر بهبود بخشد و چرخه های تولید را کاهش دهد.

با افزودن مواد افزودنی گرافن تخصصی به دستور العمل ترموپلاستیک، تولیدکنندگان پلاستیک می توانند محصولات پلاستیکی قوی تر و بادوام تر را با کسری از هزینه و با نفت بسیار کمتر و مواد خام کمتر تولید کنند. از آنجایی که پلاستیک کمتری برای محصولات نهایی مورد نیاز است، پلاستیک کمتری تبدیل به زباله پس از مصرف می شود. همچنین اثرات پایین دستی از جمله کاهش ضایعات تولید، مصرف انرژی و حمل و نقل وجود دارد. و به‌طور دایره‌ای، پلاستیک‌ها را می‌توان به گرافن بازیافت کرد و سپس دوباره مورد استفاده قرار داد.»

گرافن در پلاستیک در واقع، می‌تواند مورد پایداری باشد. استفاده از افزودنی‌های حاوی گرافن می‌تواند از تخریب پلیمر در حین پردازش جلوگیری کند که منجر به پلاستیک‌های بازیافتی با خواص بالاتر مانند مقاومت در برابر ضربه می‌شود. این اجازه می دهد تا محتوای بیشتری از پلاستیک های بازیافتی در بسیاری از کاربردها وجود داشته باشد و پایداری را ارتقا دهد.

وی افزود: پلیمرهای حاوی گرافن در فرمول آنها هنوز قابل بازیافت هستند و می توان آنها را با پلیمرهای طبیعی یا بازیافتی مخلوط کرد و تاکید کرد که وجود گرافن مانعی برای بازیافت نیست. همچنین، از آنجایی که گرافن می تواند برخی از خواص مکانیکی پلیمرها را افزایش دهد، استفاده از افزودنی های حاوی گرافن می تواند ضخامت را کاهش دهد، به این معنی که پلاستیک کمتری برای همان کاربرد نهایی مورد نیاز است.

از آنجایی که لایه پلی اتیلن تقویت شده با پلی اتیلن قوی تر از نمونه های معمولی پلی اتیلن خالص است، می تواند نازک تر باشد. در نتیجه رزین پلی اتیلن کمتری در تولید آن مورد نیاز است، به علاوه وزن کمتری دارد. به گفته این شرکت، این عوامل منجر به کاهش هزینه های ساخت و حمل و نقل می شود.

در یک سری آزمایشات صنعتی از فیلم Poly-G در بسته بندی میخ های ساختمانی استفاده شد. حتی با وجود اینکه فیلم 25 درصد نازک‌تر از فیلم بسته‌بندی پلی اتیلن معمولی بود، میخ‌های «به‌مراتب کمتری» آن را سوراخ می‌کرد و در نتیجه 39 درصد حجم بسته‌های میخ را که به دلیل آسیب دور ریخته می‌شد، کاهش داد.

 ادعا می شود که فیلم تقویت شده هنوز 100٪ قابل بازیافت است. همچنین به ما گفته شده است که درجات مختلف افزودنی را می توان در تولید محصولات پلی اتیلن جامد و سه بعدی استفاده کرد.

امروزه گرافن امیدوارکننده ترین افزودنی نانوتکنولوژیکی در صنعت پلاستیک است. ترکیب گرافن و مشتقات آن (اکسید گرافن، GO) در ماتریس های پلیمری مختلف (مستربچ)، پتانسیل زیادی برای طیف گسترده ای از کاربردها دارد. مستربچ گرافن می تواند به عنوان یک تقویت کننده مکانیکی یا افزودنی رسانا برای مواد ترموپلاستیک و ترموپلاستیک عمل کند. آنها می توانند در بخش های خودرو، هوافضا، الکترونیک یا بسته بندی استفاده شوند.

ترکیبات پلیمری مبتنی بر گرافن در خواصی مانند مدول الاستیک، استحکام کششی، مقاومت در برابر ضربه، هدایت الکتریکی، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش، پایداری حرارتی، خاصیت ضد میکروبی، نفوذ ناپذیری یا اثر مانع (اجازه انتشار رطوبت یا مانع را نمی دهد) بهبود قابل توجهی نشان داده است. مولکول های دیگر).

در حال حاضر Energeia – Graphenemex®، یک شرکت مکزیکی پیشرو در آمریکای لاتین در تحقیق و تولید مواد گرافن برای توسعه کاربردها در سطح صنعتی، از طریق خط مستربچ Graphenergy، طیف گسترده‌ای از مستربچ‌های گرافن را توسعه داده و به فروش می‌رساند. پلیمرهای مختلف مانند PP، HDPE، LDPE، PET و PA6.

مستربچ های ما مواد دانه ای هستند که به عنوان افزودنی های چند منظوره عمل می کنند. ادغام گرافن در ماتریس های پلیمری مختلف اثرات مهمی بر خواص و شرایط پردازش پلاستیک نشان داده است که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

افزایش مقاومت در برابر کشش، تغییر شکل و ضربه

افزایش مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش

پراکندگی عالی

بهبود شرایط پردازش (پایداری حرارتی)

به عنوان یک عامل هسته (تغییر دمای تبلور پلیمر) عمل می کند.

از این نظر، مشخص شده است که ادغام گرافن و مشتقات آن، و همچنین غلظت، می تواند خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمر مورد پردازش را تغییر دهد. افزودن مستربچ به پلیمرهای مختلف خصوصیات نهایی مواد را به میزان کمتر یا بیشتر بهبود بخشیده است، به عنوان مثال:

افزودن پلی پروپیلن (PP) با مستربچ پلی پروپیلن-گرافن (MB-PP/GO)، استحکام کششی (8٪) و درصد گسیختگی (29٪) را افزایش می دهد.

افزودن پلی اتیلن (PE) با مستربچ پلی اتیلن گرافن (MB-PE/GO)، استحکام کششی (17٪)، استحکام خمشی و مقاومت پارگی (66٪) را بهبود می بخشد.

افزودن پلی اتیلن ترفتالات (PET) با مستربچ پلی اتیلن ترفتالات گرافن (MB-PET/GO)، باعث بهبود مقاومت در برابر رطوبت، افزایش استحکام کششی (72.2٪) و بهبود مقاومت در برابر ضربه می شود.

افزودن پلی کربنات (PC) با مستربچ پلی کربنات-گرافن (MB-PC/GO)، مقاومت در برابر رطوبت را بهبود می بخشد و مقاومت در برابر پارگی را بهبود می بخشد (276٪).

از سوی دیگر، مستربچ های گرافن را می توان در پلیمرهای بازیافتی نیز گنجاند. در حال حاضر، استفاده مجدد و بازیافت مواد پلاستیکی در مسیر گذار به سمت اقتصاد دایره ای از اهمیت حیاتی برخوردار است. در این راستا شستشوی مداوم، گلوله‌سازی و پردازش مجدد می‌تواند باعث از بین رفتن خواص فیزیکی و مکانیکی پلاستیک‌های بازیافتی شود، بنابراین با افزودن گرافن می‌توان این خواص را احیا یا بهبود بخشید. در کاربردهای کشاورزی می توان فیلم های مالچ با افزایش مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش تولید کرد.

کاربردهای ضد میکروبی ایجاد شده توسط گرافن در پلاستیک

مطالعات متعدد و تطبیق پذیری GBM ها تایید می کند که GBM ها می توانند به عنوان یک عامل ضد میکروبی استفاده شوند [85]. کامپوزیت های مبتنی بر پلیمر/گرافن به عنوان یک جزء ضد میکروبی در مناطق مختلف برای کنترل رشد پاتوژن های میکروبی مانند پانسمان زخم، دارورسانی، بسته بندی انعطاف پذیر، هیدروژل ها، فیلم ها و پوشش های ضد میکروبی و تصفیه آب استفاده می شود. تحولات اخیر در این زمینه های عمده به شرح زیر است.

در علم مواد، کامپوزیت های پلیمری مبتنی بر گرافن به دلیل خواص منحصر به فرد خود امیدوارکننده ترین پیشرفت ها هستند. در این بررسی، مروری بر ویژگی‌های تأثیرگذار که بر فعالیت‌های ضد میکروبی تأثیر می‌گذارند، همراه با جزئیات مکانیسم‌های ضدباکتریایی و ضد قارچی و همچنین توانایی ضد ویروسی GBM ارائه شده است. مواد پلیمری مبتنی بر گرافن بر اساس ماهیت ماتریس پلیمر به سه دسته طبیعی، مصنوعی و دوگانه طبقه‌بندی می‌شوند.

منبع:

https://graphene-globe.com/our-product/graphene-in-plastic