برای چسباندن فیلمهای ناهمگون نیاز به نسل جدیدی از چسب‌های بین لایه ای است که اصطلاحاً به آن ها (Tie-Layer Adhesive) می‌گویند. چسب‌های بین لایه‌ای چسب‌های عامل‌داری هستند که در یک تعریف کلی برای ارتقاء چسبندگی در لایه میانی یک ساختار چند لایه، مورد استفاده قرار می‌گیرند. علت این امر این است که این چسب‌ها در حکم ایجاد اتصال بین دو لایه قطبی و غیرقطبی در این ساختار لایه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. چسب‌های فوق به عنوان لایه میانی در پوشش سه لایه لوله های نفت و گاز، فیلم های چند لایه، لوله های چند لایه، اتصالات لوله، مخازن سوخت و … به کار می روند.
امروزه چسب‌های بین لایه‌ای پلیمری مانند چسب پلی اتیلنی عامل‌دار شده با مالئیک انیدرید به طور گسترده برای اتصال پلی اولفین ها به پلیمرهای قطبی مانند پلی آمید، اپوکسی، پلی وینیل الکل و یا اتصال به فلزات به کار می‌روند.
چسب بین لایه‌ای و مواد پلی اتیلنی
متداول‌ترین موادی که در تولید چسب‌های بین لایه‌ای استفاده می‌شود، مواد پلی اتیلنی است، که با پیوند دادن گروه پلی‌الفین با دو گروه اسید و آنیدرید اصطلاحاً عامل‌دار می‌شوند. وجود گروه‌های پیوندی اسیدی یا آنیدرید به این لایه‌ها اجازه می‌دهند تا به دلیل گروه‌های قطبی حاضر بر روی آن‌ها، خود را به صورت پیوند کووالانسی به سطح لایه مانع متصل کنند، که این امر منجر به افزایش مقاومت سطحی چسب می‌شود.
به طور معمول ، مواد خشک این لایه‌ها با PE اصلاح نشده مخلوط شده ،که نتیجه آن کاهش هزینه‌ها خواهد بود؛ اما با این حال چسبندگی لازم روی لایه‌های فیلم حفظ می‌شود. این لوله‌ها به دلیل ساختار و ترکیبات مورد استفاده، در برابر نفوذ اکسیژن عایق هستند و پایداری ابعادی قابل توجهی دارند. لوله‌های پلی‌اتلین برای کاربردهای جدید که به دما و فشار بالا نیاز دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.
پوشش پلی اتیلن سه لایه یکی از پرمصرف ترین این پوشش هاست که از سه لایه زیر تشکیل شده است :
- لایه زیرین که پوشش اپوکسی است
- لایه میانی که چسب پلی اتیلن مالئیکه است
- لایه خارجی که پلی اتیلن سنگین (HDPE) است
سه لایه فوق در شکل زیر نشان داده شده است:
تشکیل سه لایه فوق به وسیله اکسترودر انجام می‌گیرد. مراحل اعمال پوشش شامل موارد زیر است :
- آماده سازی سطح لوله فولادی با سنگ زنی (سند بلاست)
- شستن سطح لوله فولادی با کرومات یا اسید فسفریک
- پاشش پودر اپوکسی بر روی سطح فولادی
- اعمال لایه پلی اتیلن خارجی به شکل نواری توسط اکسترودر
یکی از چسب‌های بین لایه‌ای BindEX است که از ترکیب پلی اتیلن با گروه های انیدرید مالئیک توسط فرآیند اکستروژن تولید می‌شود. چندین روش برای ترکیب مواد مختلف برای تشکیل یک ساختار چند لایه وجود دارد. از این میان، اکستروژن یک روش انعطاف پذیر گسترده برای بدست آوردن مواد بسته بندی چند لایه است.
چسب بین لایه‌ای و صنعت بسته بندی
فیلمهای بسته بندی دارای چهار عملکرد زیر هستند:
- پایداری شیمیایی و حرارتی
- مقاومت در برابر نفوذ اکسیژن و رطوبت
- خواص مکانیکی بالا (سایش، ضربه، پایداری حجم)
- خواص نوری مطلوب (شفافیت، درخشندگی)
مهمترین مشخصه چسب‌های بین لایه‌ای قابلیت اتصال لایه‌های قطبی و غیر قطبی توسط آن‌ها در ساختار بسته بندی و همچنین امکان شکل‌دهی آن‌ها در فرآیندهای شکل دهی فیلم و ورق های بسته بندی مانند دمش فیلم (Film Blowing)، ریخته گری فیلم (Casting)، اکستروژن ورق (Sheet Extrusion)، اکستروژن تیوب و بطری (Tube and Bottle Extrusion) است.
هدف اصلی در به کارگیری ترکیب پلیمرها برای بسته بندی محصولات در فیلمهای چند لایه، حفظ کیفیت مواد غذایی و جلوگیری از تبادل رطوبت و اکسیژن است. پلی‌الفین‌ها به دلیل خواص مناسب و ایستادگی در برابر نفوذ رطوبت نقش مهمی را در ساختار فیلمهای چند لایه ایفا می‌کنند. با این وجود برای ایجاد مقاومت دربرابر نفوذ اکسیژن در این فیلم‌ها، از پلیمرهای قطبی مانند پلی‌آمید یا اتیلن وینیل الکل در لایه مرکزی این فیلم ها استفاده می شود. شکل زیر، ساختار معمول یک فیلم ایده آل در صنعت بسته بندی را نشان می‌دهد.
در انتها ترکیب لایه پلی الفینی و لایه پلیمر قطبی، فیلم را در هر دو جهت نسبت به نفوذ مقاوم می‌سازد. چنین فیلمی با جلوگیری از نفوذ اکسیژن و سایر گازها از فاسد شدن مواد غذایی جلوگیری کرده و با حفظ عطر و رطوبت، از تغییر در کیفیت آن مراقبت می‌کند.
در بسته بندی‌های چندلایه، لایه‌های مختلفی از جنس پلی اتیلن (PE)، پلی پروپیلن (PP)، پلی استر (PET)، اتیلن وینیل الکل (EVOH)، پلی آمید (PA)، پلی استایرن (PS)، پلی وینیل کلراید (PVC) و پلی وینیلدین کلراید (PVDC)، آلومینیوم، کاغذ و … به کمک چسب‌های بین لایه‌ای در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند که هدف از ترکیب لایه‌های مختلف، رسیدن به خواص هم افزایی آن‌هاست.
برای مثال تنظیم میزان عبور دهی گازهای مختلف بسته بندی مانند بخار آب و اکسیژن، افزایش خواص مکانیکی بسته بندی مانند استحکام مکانیکی، انعطاف، مقاومت در برابر سوراخ شدن و پاره شدن، کاهش هزینه و خواصی از این دست، از جمله مهمترین اهداف تولید بسته بندی های چند لایه است.
کاربرد چسب‌های بین لایه‌ای
بیشترین کاربرد چسب‌های بین لایه‌ای در چهار بخش اصلی فیلمهای بسته بندی، ساختار فیلمهای چند لایه، لوله‌های چند لایه و لوله‌های PEX-AL است. در قسمت قبل برای فیلمهای بسته بندی توضیحاتی را ارائه کردیم اکنون در مورد سه بخش پرکاربرد دیگر این چسب‌ها به اختصار توضیحاتی را ارائه خواهیم کرد.
فیلمهای چند لایه
این فیلمهای چند لایه اغلب از پلی اتیلن یا پلی‌پروپیلن تولید شده و به کمک فرآیند کواکستروژن با پلیمرهای قطبی مانند EVOH، PA، PET در چندین لایه باهم ادغام می‌شوند. تنها مسأله این بخش، کیفیت نامطلوب چسبندگی بین لایه‌ها است. بنابراین چسب بین لایه‌ای به کار رفته در این بخش، باید با کارکرد دوگانه به عنوان بهبود دهنده چسبندگی و سازگار کننده بین دو لایه استفاده شود.
لوله‌های چندلایه
این لوله‌ها از یک بخش پلی اتیلن شبکه‌ای به عنوان لایه‌های بیرونی و بخش دوم از آلومینیوم یا استیل به عنوان لایه فلزی مرکزی که دارای جایگاه ویژه‌ای در سیستم‌های لوله‌کشی هستند، تشکیل شده‌اند. این مدل لوله‌ها در برابر نفوذ اکسیژن عایق هستند و پایداری ابعادی قابل توجهی دارند. موارد مصرفی این لوله‌ها در بخش‌های جدید که نیاز به دما و فشار بالا دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
لوله‌های PEX-AL
چنین عملکردی از ترکیب لایه‌های قطبی و غیر قطبی ایجاد می‌شود اما دارای چسبندگی ضعیف بین اجزاء است که برای حل این موضوع از چسب بین لایه‌ای استفاده می‌شود. این چسب با توجه به عملیات دوگانه باعث ایجاد پیوند قوی بین لایه‌های پلی الفینی (PE یا PEX) با لایه فلزی (AL یا Steel) خواهد شد. چنین عملکردی امکان تولید لوله‌هایی با خواص مناسب و بهینه را به سازندگان آن خواهد داد.
در آخر برای انتخاب چسب مناسب باید به لایه های مورد استفاده در فیلم، استحکام مورد نیاز، ملزومات فیزیکی، هزینه، پارامترهای فرایندی و کاربرد فیلم توجه کرد.
