خبرگزاری پپنا رصد جهانی بازار پلیمر
رنگ دیگر فقط رنگ نیست؛ از ردیابی لیزری و ایمنی خودروهای برقی تا بازیافت‌پذیری پلاستیک
صنعت رنگ‌دهنده‌ها و مستربچ‌های پلاستیک در حال عبور از مرحله‌ای است که در آن رنگ صرفاً برای ایجاد ظاهر مورد استفاده قرار می‌گرفت. فناوری‌های جدید، رنگ را به بستری برای عملکرد، ردیابی، ایمنی، مدیریت حرارت، بازیافت‌پذیری و حتی انتقال پیام‌های بصری تبدیل کرده‌اند.
به گزارش پپنا، روندهای جدید بازار نشان می‌دهد تولیدکنندگان رنگ‌دهنده‌ها و افزودنی‌های رنگی، علاوه بر توسعه طیف‌های جدید، روی قابلیت‌هایی مانند علامت‌گذاری لیزری، ردیابی قطعات، پایداری حرارتی، تشخیص‌پذیری در سیستم‌های مرتب‌سازی بازیافت، رنگ‌دهی به پلیمرهای زیست‌پایه و ایجاد خواص نوری و حرارتی تمرکز کرده‌اند.
Mark Ryan، مدیر محصول و بازار شرکت The Shepherd Color Company، این روند را چنین توصیف می‌کند: آینده صنعت، ترکیب «رنگ و عملکرد» است.
حرکت از رنگ‌دهی به عملکرد
یکی از مهم‌ترین تحولات، افزودن قابلیت‌های عملکردی به رنگ‌دهنده‌هاست.
Shepherd Color برای نمونه روی تنظیم ویژگی‌های مادون قرمز مواد کار کرده است تا بتوان از این قابلیت برای کاهش تجمع گرمای خورشیدی در محصولات ساختمانی استفاده کرد.
در حوزه پلاستیک‌های مهندسی نیز پیگمنت‌های مشکی که سال‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند، اکنون می‌توانند به‌گونه‌ای مهندسی شوند که از فناوری Laser Direct Structuring یا LDS پشتیبانی کنند.
این فناوری امکان ایجاد مسیرهای رسانا مستقیماً روی قطعات پلاستیکی قالب‌گیری‌شده را فراهم می‌کند و به این ترتیب می‌توان آنتن‌ها و مدارهای الکترونیکی را در قطعات پلاستیکی ادغام کرد.
علامت‌گذاری لیزری؛ رنگ در خدمت ردیابی
شرکت Americhem نیز با توسعه یک فناوری جدید، رنگ‌دهی را به حوزه ردیابی قطعات وارد کرده است.
پلتفرم جدید مستربچ و کامپاندهای مهندسی‌شده این شرکت امکان ایجاد نشان‌های لیزری با رنگ مشخص روی بسترهای پلیمری تیره را فراهم می‌کند؛ قابلیتی که می‌تواند امکانات طراحی و برندینگ را فراتر از علامت‌گذاری لیزری تک‌رنگ توسعه دهد.
به گفته Parminder Agarwal، مدیر فناوری Americhem، نیاز به ردیابی در صنایع پزشکی، حمل‌ونقل، الکترونیک و صنایع مختلف در حال افزایش است.
در این فناوری، عملکرد علامت‌گذاری به نحوه تعامل ماده با سیستم لیزر وابسته است. با مهندسی این تعامل در خود پلیمر، امکان افزایش یکنواختی علامت‌گذاری، کاهش عملیات ثانویه و تنظیم عملکرد برای کاربردهای مختلف فراهم می‌شود.
این راهکار برای ایجاد علائم بادوام و قابل خواندن توسط ماشین‌ها توسعه یافته است؛ موضوعی که برای الزامات شناسایی محصول، انطباق مقرراتی و ردیابی قطعات اهمیت دارد.
هولوگرام در عمق قطعه، بدون تغییر سطح
شرکت آلمانی Finke نیز فناوری متفاوتی را برای علامت‌گذاری لیزری توسعه داده است.
در این فناوری به جای ایجاد علامت روی سطح قطعه، افزودنی لیزری امکان ایجاد اثر هولوگرامی در داخل قطعه پلاستیکی را فراهم می‌کند.
انرژی لیزر باعث فعال شدن واکنشی در داخل پلاستیک می‌شود، در حالی که سطح قطعه همچنان صاف و بدون تغییر باقی می‌ماند. در نتیجه، ویژگی‌های نوری ماده در داخل آن تغییر می‌کند و یک علامت عمیق و واضح ایجاد می‌شود؛ بدون آنکه ماده از سطح قطعه برداشته شود یا ساختار سطحی تغییر کند.
این فناوری به‌ویژه برای پلاستیک‌های شفاف و نیمه‌شفاف رنگی مانند PET، PETG، PC و PMMA جذاب است.
به گفته Finke، ایجاد این اثر با سیستم‌های لیزر نزدیک به مادون قرمز NIR و لیزر سبز امکان‌پذیر است و به منبع لیزر اختصاصی نیاز ندارد؛ بنابراین می‌توان آن را با خطوط تولید موجود ادغام کرد. این فناوری همچنین بر قابلیت بازیافت ماده اثر نمی‌گذارد.
پایداری حرارتی؛ یک معیار تعیین‌کننده
افزایش مصرف پلاستیک‌های مهندسی در کاربردهای پیشرفته باعث شده پایداری حرارتی پیگمنت‌ها به یکی از معیارهای مهم انتخاب رنگ‌دهنده تبدیل شود.
Lanxess در این زمینه خانواده Colourtherm را عرضه کرده است که شامل پیگمنت‌های اکسید آهن قرمز مصنوعی با پایداری حرارتی بالا است.
این شرکت پیگمنت‌های قرمز خود را با فرآیندی تولید می‌کند که در آن پیگمنت‌ها تا دمای حدود 800 درجه سانتی‌گراد حرارت داده می‌شوند. به گفته Lanxess، این فرآیند باعث می‌شود پیگمنت‌ها حتی در دماهای بسیار بالای فرآوری تغییر رنگ محسوسی نداشته باشند و بتوان از آنها در دماهای بالاتر از 300 درجه سانتی‌گراد استفاده کرد.
Lanxess همچنین برای کاربردهای مختلف، آزمون‌های اختصاصی پایداری حرارتی پیگمنت‌ها را در فرمولاسیون‌های مشتریان انجام می‌دهد.
این شرکت در خانواده Colourtherm Yellow نیز مجموعه‌ای از پیگمنت‌های زرد و نارنجی را برای موادی مانند HDPE، PS، ABS و PA ارائه کرده است.
نیاز حرارتی بسته به پلیمر متفاوت است. برای مثال، در پلی‌اتیلن پایداری در دمای فرآوری حدود 240 درجه سانتی‌گراد می‌تواند کافی باشد، اما برای پلی‌آمید، پلی‌پروپیلن و پلی‌فنیلن سولفاید، پایداری حرارتی حدود 300 درجه سانتی‌گراد اهمیت پیدا می‌کند.
شکستن مصالحه میان درخشندگی و دوام
در طیف‌های زرد میانی، تولیدکنندگان فرمولاسیون معمولاً میان دو گزینه قرار داشته‌اند: پیگمنت‌های آلی با رنگ شفاف و پرقدرت یا پیگمنت‌های معدنی با دوام، پوشش‌دهی و پایداری حرارتی بهتر.
Shepherd Colour با فناوری NTP Yellow تلاش کرده این فاصله را کاهش دهد.
NTP Yellow 10P150 یک پیگمنت معدنی مهندسی‌شده بر پایه نیوبیوم-قلع پیروکلر است که به گفته شرکت، در برابر حرارت، UV و حمله شیمیایی مقاومت بالایی دارد، مهاجرت نمی‌کند و از پایداری و پوشش‌دهی مناسب برخوردار است.
این فناوری برای کاربردهایی مانند پوشش‌ها، پلاستیک‌ها و سایر کاربردهای با عملکرد بالا توسعه یافته است.
Shepherd Colour همچنین فناوری RTZ Orange را برای محدوده نارنجی تا قرمز ارائه کرده است. این پیگمنت‌ها بر پایه شیمی روتیل قلع-روی ساخته شده‌اند و با هدف ایجاد تعادل میان شدت رنگ، پوشش‌دهی، پایداری نوری و مقاومت محیطی توسعه یافته‌اند.
نارنجی؛ رنگ ایمنی خودروهای برقی
رشد خودروهای برقی، بازار جدیدی برای رنگ‌های ایمنی به وجود آورده است.
در قطعات مرتبط با سیستم‌های ولتاژ بالا، رنگ نارنجی به‌عنوان یک علامت بصری مهم برای شناسایی بخش‌های الکتریکی و کمک به پیشگیری از حوادث مورد استفاده قرار می‌گیرد.
برای این کاربرد، رنگ باید علاوه بر شدت و درخشندگی مناسب، در برابر حرارت، نور UV و شرایط جوی نیز پایدار باشد.
Lanxess برای این بازار دو محصول شامل Macrolex Orange HT و Bayplast Orange TP LXS 51137 ارائه می‌کند.
Macrolex Orange HT یک رنگینه آلی محلول و بدون هالوژن است که امکان ایجاد رنگ نارنجی RAL 2003 را در پلاستیک‌ها فراهم می‌کند. این محصول برای بسیاری از پلاستیک‌های مهندسی که در دماهای بالای فرآوری نیازمند پایداری حرارتی هستند، طراحی شده است.
Bayplast Orange TP LXS 51137 نیز بر پایه Pigment Orange 68 بوده و برای قطعات پلاستیکی مهندسی، از جمله محفظه تجهیزات برقی و ابزارهای فضای باز، به دلیل مقاومت در برابر شرایط جوی و دوام بالا مناسب است.
Milliken نیز محصول Resist XTR را برای کاربردهای نارنجی ایمنی معرفی کرده است. این مستربچ برای کاربردهای سخت‌گیرانه‌ای مانند کانکتورهای باتری‌های ولتاژ بالای خودروهای برقی طراحی شده و می‌تواند برای رسیدن به طیف RAL 2003 در موادی مانند PA6، PA66، PA46، PBT، PPA و PSU تنظیم شود.
به گفته Milliken، این محصول پایداری حرارتی تا 300 درجه سانتی‌گراد یا بیشتر، مقاومت بهتر در برابر نور و شرایط جوی و سازگاری با افزودنی‌ها و پرکننده‌هایی مانند الیاف شیشه، کره‌های شیشه‌ای، بازدارنده‌های شعله و پایدارکننده‌های حرارتی دارد.
Sun Chemical نیز مجموعه‌ای از راهکارهای رنگ‌دهی برای کامپاندهای مهندسی مورد استفاده در خودروهای برقی، از جمله PA، PBT و PPS، توسعه داده است.
رنگ‌دهنده‌های زیست‌پایه در حال توسعه
پایداری تنها به بازیافت محدود نمی‌شود و توسعه رنگ‌دهنده‌ها برای پلیمرهای زیست‌پایه نیز در حال گسترش است.
شرکت Sparxell، یک شرکت زاییده دانشگاه کمبریج، فناوری رنگ‌دهی کاملاً گیاهی را توسعه داده است. این فناوری از سلولز موجود در خمیر چوب استفاده می‌کند.
در این فرآیند، کریستال‌های سلولز استخراج و در ساختارهایی سازمان‌دهی می‌شوند که طول موج‌های مشخصی از نور را بازتاب می‌دهند. به گفته این شرکت، این سازوکار از نظر ایجاد رنگ شباهت‌هایی با فرآیندی دارد که در بال پروانه‌ها دیده می‌شود.
رنگدانه‌های این فناوری برای زیست‌تخریب‌پذیری در پایان عمر محصول طراحی شده‌اند.
Sparxell اخیراً 4.2 میلیون یورو سرمایه‌گذاری Pre-Series A برای توسعه فناوری رنگ گیاهی خود جذب کرده است و هدف آن عبور از پروژه‌های پایلوت به تولید تجاری است.
در همین حوزه، Avient نیز کنسانتره‌های رنگی OnColor Bio را برای پلیمرهای زیست‌پایه عرضه کرده است. این محصولات برای موادی مانند PLA، PHA، PHBV، PBS و PBAT و ترکیبات آنها طراحی شده‌اند و به گفته Avient، بدون ایجاد اختلال در ویژگی‌های زیست‌تخریب‌پذیری پلیمر قابل استفاده هستند.
این محصولات گواهی OK compost HOME از TÜV Austria دریافت کرده‌اند.
سخت‌گیری بیشتر مقررات غذایی اروپا
تغییرات جدید در مقررات پلاستیک اتحادیه اروپا، از جمله اصلاحیه مقررات EU Plastics Regulation 10/2011، الزامات مرتبط با مهاجرت مواد از پلاستیک‌های در تماس با مواد غذایی را سخت‌گیرانه‌تر کرده است.
این موضوع اهمیت خلوص پیگمنت‌ها و کنترل مواد موسوم به NIAS؛ مواد عمداً به محصول اضافه‌نشده را افزایش داده است.
در نتیجه، تولیدکنندگان پیگمنت باید کنترل مواد اولیه، پایش تحلیلی و ارزیابی ریسک را با دقت بیشتری انجام دهند.
Sun Chemical نیز در پاسخ به این روند روی فناوری‌های رنگ‌دهی با خلوص بالا برای کاربردهای حساس سرمایه‌گذاری کرده است تا میزان مواد نگران‌کننده را کاهش دهد و الزامات جدید مقرراتی را پوشش دهد.
رنگ مشکی؛ از مشکل بازیافت تا راهکارهای NIR
یکی از قدیمی‌ترین چالش‌های صنعت بازیافت پلاستیک، بسته‌بندی‌های مشکی است.
پیگمنت‌های مشکی متداول، به‌ویژه کربن بلک، می‌توانند جذب پرتوهای NIR را افزایش دهند و در نتیجه شناسایی برخی پلاستیک‌های مشکی توسط سیستم‌های مرتب‌سازی نوری در مراکز بازیافت دشوار یا غیرممکن شود.
برای حل این مشکل، UPM محصول Circular Renewable Black را توسعه داده است؛ یک رنگ مشکی زیست‌پایه و قابل تشخیص با NIR که از لیگنین تجدیدپذیر تولید شده است.
این محصول برای ترکیب ظاهر مشکی با قابلیت مرتب‌سازی در فرآیند بازیافت توسعه یافته و گواهی‌هایی از جمله ISCC Plus دارد.
Sun Chemical نیز پیگمنت Sicopal Black K 0098 FK را برای کاربردهای پلاستیکی و بازیافت معرفی کرده است. این پیگمنت مشکی معدنی از ساختار اسپینل بر پایه اکسیدهای فلزی برخوردار است و به گفته شرکت، پایداری حرارتی بالا و الزامات تماس با مواد غذایی را پوشش می‌دهد.
این پیگمنت‌ها با بازتاب پرتو NIR، امکان شناسایی و مرتب‌سازی پلاستیک‌های مشکی از جنس پلی‌الفین‌ها و PET را افزایش می‌دهند.
Shepherd Colour نیز خانواده Arctic Black را برای این کاربرد ارائه کرده است. این پیگمنت‌ها پرتوهای مادون قرمز را جذب نمی‌کنند و به همین دلیل امکان تشخیص بهتر در فرآیند مرتب‌سازی را فراهم می‌کنند.
یکی از محصولات این خانواده، Arctic Black 10F951، برای بازار PCR طراحی شده است. به گفته Shepherd Colour، پایداری حرارتی این پیگمنت بیش از 600 درجه سانتی‌گراد است و در چرخه‌های متعدد بازیافت، تغییر محسوسی در خواص آن ایجاد نمی‌شود.
شرکت آلمانی Rowasol نیز NIR-Deep Black را به‌عنوان جایگزینی برای رنگ‌دهنده‌های مشکی متداول ارائه کرده است. این محصول ضمن ایجاد پوشش مشکی عمیق، قابلیت شناسایی توسط فناوری NIR را حفظ می‌کند.
مشکی از زیست‌توده؛ DamaBlack
در تحول دیگری، شرکت Dama BioPlastics فناوری DamaBlack را توسعه داده است؛ یک پیگمنت مشکی حاصل از زیست‌توده ضایعاتی که از طریق فرآیند پیرولیز تولید می‌شود.
به گفته شرکت، این ماده می‌تواند جایگزین گزینه‌های نفت‌پایه مانند کربن بلک شود و ردپای کربنی پایین‌تری داشته باشد.
Dama BioPlastics ادعا می‌کند DamaBlack کربن‌منفی است و به ازای هر تن محصول، 3 تن CO₂ جذب می‌شود.
این پیگمنت برای استفاده در پلاستیک‌ها، لاستیک‌ها و پوشش‌ها طراحی شده و با موادی مانند HDPE، PP، PVC و پلاستیک‌های زیست‌پایه سازگار است.
رنگ‌های شب‌تاب و جلوه‌های جدید
فناوری رنگ‌دهی همچنین به سمت ایجاد جلوه‌های بصری جدید حرکت کرده است.
Chroma Color مستربچ جدید ChromaGlowUltra را برای ایجاد اثر شب‌تاب معرفی کرده است. این مواد می‌توانند با نور طبیعی یا مصنوعی شارژ شوند و در کاربردهایی مانند خروجی‌های اضطراری، تجهیزات ایمنی و علائم هشدار مورد استفاده قرار گیرند.
به گفته شرکت، این فناوری امکان ایجاد اثر شب‌تاب تا 32 ساعت را فراهم می‌کند.
در بخش دیگری از بازار، Shepherd Colour روی رنگ آبی کبالت با شدت رنگ بالا کار کرده و Blue 20G599 را معرفی کرده است؛ محصولی که به گفته شرکت، شفافیت بیشتری نسبت به برخی آبی‌های کبالت متداول دارد.
شرکت آلمانی Lifocolor نیز مستربچی برای ایجاد ظاهر مخملی و نرم در بطری‌های PET توسعه داده است؛ روشی که می‌تواند ظاهر حسی مشابه بطری‌های PE را در PET ایجاد کند و در عین حال با روند حرکت صنعت به سمت طراحی‌های تک‌ماده‌ای و بازیافت‌پذیر هماهنگ باشد.
این مستربچ، طبق اعلام شرکت، روی خطوط موجود ISBM قابل فرآوری است و برای تماس با مواد غذایی تأیید شده است.
جلوه‌های متالیک بدون پوشش‌دهی
Eckart نیز روی جلوه‌های متالیک شدید، از جمله آبی متالیک و قرمز گلیتری، تمرکز کرده است.
یکی از روندهای جدید بازار، حرکت از پوشش‌دهی سطحی به سمت رنگ‌دهی در حجم ماده است. محصول Mastersafe Silvershine این شرکت برای ایجاد جلوه‌های متالیک با قدرت پوشش و درخشندگی بالا توسعه یافته است.
از سوی دیگر، با افزایش استفاده از مواد PCR در محصولات مصرفی، کنترل نواقص رنگ، یکنواختی طیف رنگ و کیفیت سطحی قطعات اهمیت بیشتری پیدا کرده است.
Sun Chemical در همین راستا چهار پیگمنت افکت آلومینیومی جدید از خانواده Benda-Lutz Compal K را معرفی کرده است که امکان ایجاد جلوه‌هایی از متالیک ابریشمی تا متالیک براق را بدون نیاز به کربن بلک فراهم می‌کنند.
جمع‌بندی
مسیر جدید صنعت رنگ‌دهنده‌های پلاستیک نشان می‌دهد که «رنگ» دیگر یک ویژگی صرفاً ظاهری نیست. رنگ در حال تبدیل شدن به بخشی از سیستم عملکردی قطعه پلاستیکی است؛ از تشخیص و ردیابی لیزری گرفته تا علامت‌گذاری ایمنی در خودروهای برقی، مدیریت حرارت، پایداری در دماهای بالا، استفاده در پلیمرهای زیست‌پایه و امکان شناسایی پلاستیک‌های رنگی در خطوط بازیافت.
در این میان، توسعه پیگمنت‌های مشکی قابل تشخیص با NIR، رنگ‌دهنده‌های مقاوم برای کاربردهای خودروهای برقی و فناوری‌های جدید رنگ‌دهی به مواد PCR نشان می‌دهد که آینده این بازار بیش از گذشته در نقطه اتصال رنگ، عملکرد و اقتصاد چرخشی قرار گرفته است.
