موارد مصرف پلی‌آمید
در صنایع غذایی در بسته‌بندی فراورده‌های گوشتی شامل سوسیس، کالباس و همچنین فیلم‌های چند لایه‌ای که در آن‌ها نفوذپذیری نسبت به گازها مهم باشد کاربرد دارد.
۲-۴-۶٫ پلی وینیل کلراید (PVC)
نقطه ذوب و دمای تبدیل شیشه ­ای آن ۷۵ تا ۱۰۵ درجه سانتی‌گراد است. معمولاً لوله‌ها از این جنس‌اند و همچنین مواد اولیه پلاستیک­‌هایی که روی ظروف غذا می‌کشند و بطری­‌های روغن مایع از پلی­ویلین کلراید تهیه می­شوند. این گونه از پلاستیک به هیچ وجه نباید نزدیک حرارت در هنگام پخت غذا شوند چرا که گرما باعث آزاد شدن مواد شیمیایی درون PVC شده و به درون مواد غذایی در حال پخت نفوذ می­‌کند که باعث اختلالات هورمونی می‌­شوند. هرگز نباید مواد غذایی با روکش پلاستیکی از جنس PVC در مایکروویو قرار گیرد. PVC ها به راحتی بازیافت نمی­شوند. با شعله زرد رنگ و با حاشیه سبز می­‌سوزد و پس از جدا شدن از شعله خاموش می­‌شود و بوی حاصل از سوختن آن زننده است. pH بخار حاصل از سوختن آن ۰ تا ۱ است.
موارد مصرف پلی‌وینیل کلراید
موارد مصرف پلی وینیل کلراید در صنایع غذایی در بسته‌بندی روغن و فیلم‌­هایی جهت پوشش مواد غذایی است. تمام اسباب‌بازی‌ها از جنس PVC می‌­باشد. در صنایع دارویی به عنوان بیلیستر قرص‌ها کاربرد دارد. پلی­وینیل کلراید پلیمری سخت و شفاف بوده و مقاومت خوبی نسبت به نفوذ گازها و بخار آب دارد. برای کاهش شکنندگی و سختی PVC آن را با روغن‌های نرم کننده که اکثراً از مشتقات فتالات‌ها هستند، مخلوط می­‌کنند .امروزه به دلیل اثرات سرطان‌زایی مشتقات فتالات­ها و با توجه به مسائل زیست محیطی مصرف PVC توسط سازمان جهانی غذا در صنعت غذایی محدود شده است. اما بدترین­‌ها همان کیسه نایلونی خرید و ظروف یک‌بارمصرف بودند که هم سمی­اند و هم بازیافتشان سخت است. اما این بدترین­‌ها متاسفانه در شمار بیشترین­‌ها هم هستند ( ارومیه ای، ۱۳۹۰).

۲-۵٫ ماشین اکسترودر^[۲۸]
یکی از متداول­ترین و مقرون به صرفه­ترین روش­های شکل­دهی پلیمرها استفاده از اکسترودر است. اکسترودر قلب تمامی فرایندهای اکستروژن است. این ماشین دارای مارپیچی است که حرکت خود را از یک موتور و یک گیربکس می­گیرد و در سیلندری که به وسیله گرمکن­ها (المنت های حرارتی) گرم می­ شود حرکت می­ کند و مواد اولیه پلیمری از قیف به داخل دستگاه ریخته می­ شود، بعد از ذوب شدن مواد با فشار از درون فرم قالب (Die) عبور کرده و به مرور که سرد شد شکل فرم قالب (دای) را به خود می­گیرد. کیفیت محصول نهایی و راندمان تولید وابستگی زیادی به عملکرد اکسترودر دارد. با بهره گرفتن از دستگاه اکسترودر در صنعت پلیمر می­توان انواع لوله­ها و پروفیل­ها، شیلنگ­ها، نی­های آشامیدنی، سیم و کابل، الیاف و نخ ها، انواع فیلم و نایلکس و ورق و بسیاری چیزهای دیگر را تولید کرد. از اکسترودر در صنایع گوناگون استفاده­های زیادی می­ شود به عنوان مثال می­توان به تولید میله گرد و لوله و پروفیل­های فلزی، ماکارونی و آدامس (در صنایع غذایی) و سرامیک و بتن اشاره کرد.
۲-۵-۱٫ سیستم سخت افزاری اکسترودر
هدف اکسترودر خوراک­دهی مواد به صورت یکنواخت در دما و فشار ثابت به درون دای است. این تعریف سه وظیفه اصلی که بایستی توسط اکسترودر انجام پذیرد را مشخص می­ کند. اولاً بایستی مواد را به صورت یکنواخت درآورد. ثانیاً مواد ورودی به دای بایستی حداقل تغییرات دمایی را نسبت به زمان و مکان در جریان مذاب داشته باشد. ثالثاً بایستی حداقل تغییرات فشار مذاب با زمان را داشته باشد. مهم است که طراحی و عملکرد یک سیستم اکستروژن این سه هدف را برای تولید محصولی با کیفیت پوشش دهد (کانتور، ۲۰۰۶).
اکسترودرها عموماً توسط قطر مارپیچ دسته­بندی و ارزیابی می­شوند. اکسترودرهای تولیدی نوعاً در اندازه ۲ تا ۶ اینچی (۵۰ تا ۱۵۰ میلیمتر) می­باشند. پارامتر کمّی اساسی که توسط قطر اکسترودر تعیین می­گردد، حداکثر ظرفیت (برحسب واحد پوند بر ساعت و یا کیلوگرم بر ساعت) است. حداکثر ظرفیت با توان سوم قطر مارپیچ رابطه دارد و وابسته به حجم موجود درون اکسترودر است. برای یک پلیمر خاص، یک اکسترودر ۲ اینچی می ­تواند ماکزیمم ظرفیت ۱۰۰ پوند بر ساعت داشته باشد، درحالی که یک اکسترودر ۴ اینچی ماکزیمم ظرفیت ۸۰۰ پوند بر ساعت خواهد داشت. بنابراین، ضروریات سیستم مانند ظرفیت مواد، اندازه موتور، میزان سرمایش و فضای مورد نیاز به سرعت با افزایش اندازه مارپیچ افزایش می­یابد. اجزای سخت افزاری اکسترودر را می­توان در پنج بخش دسته بندی کرد (شکل ۲-۸):
سیستم محرکه و انتقال نیرو
سیستم خوراک دهی
سیستم مارپیچ/ماردون
سیستم دای
سیستم تجهیزات اندازه ­گیری و کنترل (کانتور، ۲۰۰۶)
شکل ۲-۸ پنج بخش سخت افزاری اکسترودر
برخی از بخش­های مهم یک اکسترودر در ادامه معرفی می­گردد.
۲-۵-۱-۱٫ سیستم خوراک­دهی
سیستم خوراک­دهی مواد جامد را دریافت کرده و به اکسترودر منتقل می­ کند. ی اصلی محفظه خوراک دستگاه و گلویی خوراک­دهی است. یک سیستم جابجایی مواد (شامل مخزن مواد و سیستم مکش جهت انتقال) می ­تواند مواد خام را به محفظه خوراک دستگاه منتقل کند.
محفظه خوراک دستگاه (شکل ۲-۹) مواد جامد را پیش از ورود آن­ها به ماردون نگه می­دارد. گاهی اوقات یک خشک­کن به محفظه اضافه می­گردد. شکل محفظه بایستی به گونه ­ای طراحی شود تا از گیرکردن مواد درون آن (در هنگام ورود مواد به گلویی خوراک­دهی) جلوگیری شود. به صورت عمومی، محفظه بایستی مدور باشد و اصطکاک با مواد خوراک حداقل گردد (کانتور، ۲۰۰۶).
شکل ۲-۹. نمای اجزاء قیف پر شده با مواد پلاستیکی
گلویی خوراک­دهی در واقع، جزء پیش از ماردون است که زیر محفظه خوراک­دهی قرار دارد. معمولاً درون آن بوسیله سیستم خنک کننده سرد نگه داشته می­ شود. علت آن جلوگیری از چسبندگی پیش از هنگام ذرات جامد به یکدیگر در این ناحیه است. در صورتی که ذرات جامد در پایین محفظه خوراک­دهی به یکدیگر بچسبند، جریان مواد به درون ماردون را سد می کنند. در برخی از موارد، بر روی سطح درونی گلویی خوراک­دهی شیارهایی ماشین­کاری می­ شود. هدف از این شیارها، افزایش نرخ خوراک­دهی به درون ماردون است.
۲-۵-۱-۲٫ سیستم مارپیچ/ ماردون
سیستم مارپیچ/ ماردون (شکل ۲-۱۰) قلب عملیات نامیده می­ شود. این سیستم نه تنها باعث ذوب پلیمر جامد و پمپ شدن آن به درون دای می­ شود، بلکه مذابی یکنواخت و با دما و فشار ثابت آماده می­سازد. هر انحرافی در ترکیب درصد یا نوسانات دمایی یا فشار منجر به تغییرات در محصول نهایی می­گردد (کانتور، ۲۰۰۶).
شکل ۲-۱۰. مارپیچ اکسترودر داخل ماردون
۲-۵-۱-۳٫ مارپیچ
مارپیچ (شکل ۲-۱۱) یک میله استوانه­ای طویل است که دندانه­هایی به صورت مارپیچی اطراف آن ایجاد شده است. بین بخش­های مجاور دندانه­ها کانال قرار دارد. طراحی­های مختلفی برای مارپیچ­ها وجود دارد، اما بیشتر مارپیچ­ها اصولاً دارای سه بخش هستند: خوراک­دهی، انتقال (یا فشرده­سازی) و ناحیه­ی اندازه ­گیری. عمق کانال (یک متغیر مهم در فشرده سازی توسط مارپیچ) عموماً در بخش خوراک­دهی ثابت و بیشترین مقدار است، و در بخش اندازه ­گیری نیز ثابت و کوچک­ترین مقدار است. عمق کانال در طول ناحیه انتقال کاهش می­یابد (کانتور، ۲۰۰۶).
شکل ۲-۱۱. یک مارپیچ اکسترودر
میزان فشرده سازی توسط مارپیچ با نسبت فشرده­سازی به صورت کمّی بیان می­گردد (معادله ۲-۷):
نسبت فشرده­سازی = عمق کانال خوراک­دهی / عمق ناحیه اندازه ­گیری
معادله۲-۷. نسبت فشرده سازی اکستروژن
نسبت فشرده­سازی در بازه ۲:۱ تا ۴:۱، با توجه به نوع پلیمر و دانسیته توده مواد خوراک است. مشخصه مهم هندسی مارپیچ نسبت طول به قطر (L/D) است (معادله ۲-۸):
L/D نسبت = طول ناحیه دندانه­دار مارپیچ / قطر مارپیچ
معادله۲-۸. نسبت L/D در اکستروژن
نسبت طول به قطر در بازه ۱۸:۱ تا ۳۲:۱ قرار دارد و معمول­ترین مقدار ۲۴:۱ است. نسبت طول به قطر بر مبنای تعداد عملیاتی است که مارپیچ انجام می­دهد. برای مثال، نسبت ۲۴:۱ برای سه عملیات استاندارد عادی است: انتقال گرانول­های پلیمر، ذوب کردن و پمپ کردن (تولید فشار برای ورود مواد به دای). عملیات کمتر به مارپیچ کوتاه­تری نیاز خواهد داشت و عملیات بیشتر مانند مخلوط کردن، حذف گاز، نیاز به مارپیچ طولانی­تری خواهد داشت.
مارپیچ با دقت درون ماردون قرار می­گیرد. لقی، فاصله بین نوک دندانه تا دیواره ماردون، معمولاً ۱/۰ درصد قطر مارپیچ است (شکل ۲-۱۲). بنابراین یک مارپیچ با قطر ۴ اینچ دارای لقی ۰۰۴/۰ اینچ است. لقی کمتر از این مقدار منجر به سایش بیش از اندازه نوک دندانه­ها می­گردد، درحالی که مقادر بالاتر لقی ظرفیت ذوب و پمپ کردن مارپیچ را کاهش می­ دهند (کانتور، ۲۰۰۶).
شکل ۲-۱۲. لقی بین شیار و دیواره ماردون
مارپیچ­ها معمولاً از فولاد ۴۱۴۰ ساخته می­شوند. برای پلیمرهای خاص، مخصوصاً پلیمرهایی که نیاز به دمای بالا داشته و یا خورندگی زیادی دارند، آلیاژهای فلزی ویژه مورد استفاده قرار می­گیرد. به علاوه، سخت­کاری نوک دندان­ها یا پوشش کل مارپیچ با یک سخت­کننده می ­تواند عمر مارپیچ را افزایش دهد.
مارپیچ­ها می­توانند جهت انتقال حرارت از طریق سطح مارپیچ دارای هسته توخالی باشند. این مساله از این جهت می ­تواند سودمند باشد که ۵۰ درصد مساحت سطح در تماس با پلیمر مربوط به مارپیچ است. از آن جا که ایجاد اتصالات در انتهای مارپیچ برای سیال انتقال دهنده حرارت و یا گرمکن های الکتریکی پیچیده است، بیشتر مارپیچ­ها خنثی هستند، به این معنی که هیچ سیستم گرمایش یا سرمایشی در آن­ها استفاده نمی­ شود (کانتور، ۲۰۰۶).
۲-۵-۱-۴٫ ماردون
ماردون یک استوانه توخالی است که از گلویی خوراک­دهی تا نوک مارپیچ گسترده شده است. انتهای خروجی ماردون با عنوان هد (Head) نامیده می­ شود. تمامی سطح داخلی ماردون توسط مواد آستری خیلی سخت پوشش داده می­ شود، مانند آلیاژ تنگستن-کاربید. این آستری عمر ماردون را با کاهش سایش، افزایش می­دهد. جایگزین کردن ماردون هزینه زیادی داشته و زمان­بر نیز هست. برای به حداقل رساندن سایش بر روی ماردون و مارپیچ، مهم است که ماردون با مارپیچ و سیستم نیروی محرکه به طور صحیح تنظیم شده باشد. نواحی کنترل دمایی در طول ماردون قرار گرفته­اند. تعداد نواحی وابسته به طول ماردون است. هر ناحیه تقریباً چهار تا پنج برابر قطر مارپیچ، از طول ماردون را کنترل می­ کند (به عنوان مثال برای یک مارپیچ ۳ اینچی، حدود ۱۲ تا ۱۵ اینچ). گرمکن­های آلومینیوم ریخته­گری در بسیاری از کاربردها استفاده می­شوند، اما سیستم­های با دمای بالا نیازمند گرمکن­های سرامیکی هستند. استفاده از سیستم سرمایش در نواحی ماردون تکنیکی متداول است. دمنده­های سرمایش یا سیال انتقال حرارت ممکن است مورد استفاده قرار گیرد.
قبل انتهای خروجی ماردون و معمولاً در زیر ماردون سوراخی تعبیه شده (rupture disk) (شکل ۲-۱۳) که این وسیله جزء مهمی در جهت ایمنی دستگاه می­باشد. در صورتی که فشار بیش از حد، در هد ایجاد شود، جوشی در آن (rupture disk) شکسته می­ شود، و به پلیمر مذاب اجازه خروج از دستگاه بر روی کف می دهد و فشار اضافی تخلیه می­ شود. از آن جایی که فشار عادی عملکردی می ­تواند به psi 5000 رسیده یا بیشتر از آن گردد و بیشتر ماردون­ها برای فشار تقریبی psi 10000 طراحی می­شوند، فشار ایمنی حدود psi 7000 تا psi 9000 در نظر گرفته می­ شود.
شکل ۲-۱۳. پیکربندی عمومی در انتهای خروکی ماردون شامل سوراخ تعبیه شده (Rupture disk) در بخش پایینی
برخی از مواد اکسترود شده نیازمند ماردون­های دارای منفذ (vented barrel) است (شکل ۲-۱۴). منفذهای ایجاد شده در ماردون این امکان را فراهم می­ کند تا گازهای ناخواسته تولید شده، پیش از خروج از طریق دای، از ماردون خارج شوند. زیرا در صورت خروج از دای منجر به فوم شدن، ایجاد حباب و یا عیوب سطحی در محصول اکسترود شده می­شوند. یک مارپیچ دو مرحله­ ای در عملیات گاز­زدایی استفاده می­ شود. مرحله اول آماده ­سازی مذاب مانند دیگر مارپیچ­های متداول است، درحالی که مرحله دوم برای گاز­زدایی از مذاب فشار روی آن کاهش یافته و سپس آن را به درون دای پمپ می­ کند. تحت شرایط عملیاتی نادرست، مانند فشار هد بیش از اندازه، پلیمر ممکن است از درون منفذ گاز­زدایی با بیرون جریان پیدا کند. می­توان با طراحی مناسب و درست و شرایط عملیاتی صحیح از این مشکل اجتناب کرد (کانتور، ۲۰۰۶).
شکل ۲-۱۴. یک اکسترودر با منفذ گاز­زدایی در ماردون
۲-۵-۱-۵٫ سیستم هد/ دای
سیستم هد/ دای (شکل ۲-۱۵) جریان مذاب را، به محض خروج آن از ماردون، دریافت می­ کند. اجزای این سیستم شامل مجموعه هد، انطباق دهنده، صفحه محافظ (breaker plate)، فیلتر مذاب و دای است.
شکل ۲-۱۵. مجموعه هد و دای