پلی‌اتیلن وکس یک واکس مصنوعی بر پایه پلیمر است که از مونومر اتیلن به‌دست می‌آید. این ماده، شامل زنجیره‌های هیدروکربنی اشباع بلند و فاقد گروه‌های قطبی است و به‌صورت جامد و فاقد بو و رنگ می‌باشد. نقطه ذوب پلی‌اتیلن وکس معمولاً در حدود ۹۰–۱۱۰ درجه سانتی‌گراد است و بسته به وزن مولکولی و روش تولید، خواص فیزیکی متنوعی دارد. ترکیبات پلی‌اتیلن وکس در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ برای مثال در بسته‌بندی مواد غذایی و آرایشی، صنایع چاپ و رنگ‌سازی، صنایع پلاستیک و لاستیک، چسب‌ها و رزین‌ها و حتی محصولات کشاورزی کاربرد دارد. این واکس به‌دلیل خصوصیات پایدار شیمیایی و نقطه ذوب نسبتاً بالا، در کاربردهای فنی و صنعتی بسیار محبوب است. به‌طور خلاصه، پلی‌اتیلن وکس در صنایع مختلف به‌عنوان روان‌کننده داخلی و خارجی، پراکنده‌کننده پیگمنت، عامل ضد انسداد و سختی‌دهنده به کار می‌رود.
ویژگی‌ها و تولید پلی‌اتیلن وکس
پلی‌اتیلن وکس معمولا به دو روش تولید می‌شود: یکی از طریق تفرق حرارتی زنجیره‌های پلیمری پلی‌اتیلن و دیگری از طریق پلیمریزاسیون زنجیره‌های کوتاه اتیلن تحت فشار بالا. مهم‌ترین ویژگی‌های آن عبارت‌اند از: ثبات شیمیایی بالا (غیرواکنشی بودن در شرایط عادی)، نقطه ذوب بالا (حدود ۹۰–۱۱۰ ℃)، سختی مطلوب و بادوامی خوب در برابر اکسایش. بسته به وزن مولکولی و فرمولاسیون، پلی‌اتیلن وکس به اشکال مختلفی نظیر پودر میکرونیزه، گرانول، و یا کلوخه تولید می‌شود تا برای کاربردهای متفاوت به‌راحتی در فرمولاسیون ترکیب گردد. برای مثال، انواع با وزن مولکولی پایین عمدتاً به‌صورت پودر میکرونیزه در کامپاندها به‌کار می‌روند، در حالی که انواع با مولکولیت بالاتر ممکن است به‌صورت گرانول سخت در فرمولاسیون واکس‌ها و روان‌کننده‌ها استفاده شوند.
کاربرد در صنعت پلاستیک و پلیمر
پلی‌اتیلن وکس نقش مهمی در فرآوری پلاستیک‌ها و پلیمرها ایفا می‌کند. یکی از مهم‌ترین کاربردها، استفاده از آن به‌عنوان روان‌کننده داخلی و خارجی در اکستروژن، تزریق و تولید محصولات پلیمری است. به‌عنوان مثال، افزودن مقداری پلی‌اتیلن وکس به گرانول‌های پلی‌اتیلن یا پلی‌پروپیلن باعث کاهش اصطکاک بین زنجیره‌های پلیمری و دیواره‌های قالب می‌شود و جریان مذاب را بهبود می‌بخشد. این موضوع ضمن کاهش سایش تجهیزات، مصرف انرژی را نیز کاهش می‌دهد و کیفیت سطح محصول نهایی را ارتقاء می‌دهد.
- پلی‌اتیلن وکس در فرآوری PVC: در تولید لوله‌ها، پروفیل‌ها و ورق‌های پی‌وی‌سی به‌عنوان روان‌کننده داخلی عمل می‌کند تا ویسکوزیته مذاب کاهش یابد و پروسه اکستروژن روان‌تر انجام شود. همچنین به‌عنوان عامل جداکننده (رلیز) از چسبیدن مواد مذاب به قالب و سیلندر جلوگیری می‌کند.
- مستربچ و کامپاندهای رنگی: در تهیه مستربچ‌های رنگی یا کامپاندهای پرکننده، پلی‌اتیلن وکس به‌عنوان پراکنده‌کننده پیگمنت‌ها و پرکننده‌ها استفاده می‌شود تا ذرات رنگ یا پرکننده‌ها به‌طور یکنواخت در ماتریس پلیمری پخش شوند. این کاربرد باعث یکنواختی رنگ و کیفیت بهتر قطعات پلاستیکی می‌شود.
- اصلاح ویسکوزیته رزین‌های ترموپلاستیک: در تولید انواع گرمانرم‌ها مانند پلی‌استایرن، پلی‌پروپیلن و پلی‌اتیلن، پلی‌اتیلن وکس به عنوان افزودنی جهت کاهش ویسکوزیته مذاب و بهبود جریان‌پذیری به کار می‌رود. به این ترتیب فرآیند قالب‌گیری و شکل‌دهی آسان‌تر صورت می‌گیرد.
از سوی دیگر، پلی‌اتیلن وکس به دلیل سازگاری خوب با پلی‌الفین‌ها (مثل پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن) برای بهبود شرایط فرایند ساخت آنها مناسب است. مطالعات نشان داده‌اند که این واکس مقاومت حرارتی و شیمیایی بالایی دارد و توانایی بهبود پخش‌پذیری پرکننده‌ها را دارد. به‌عنوان مثال، در مقایسه با سایر روان‌کننده‌های خارجی مانند اسید استئاریک یا پارافین، پلی‌اتیلن وکس عملکرد قوی‌تری به عنوان روان‌کننده داخلی در PVC و دیگر پلیمرها دارد.
کاربرد در صنایع چسب و رزین
پلی‌اتیلن وکس به‌طور گسترده‌ای در فرمولاسیون چسب‌ها و رزین‌ها کاربرد دارد. به ویژه در چسب‌های گرمابسته (Hot-melt adhesive) و رزین‌های ترموپلاستیک چسبی، افزودن پلی‌اتیلن وکس می‌تواند خواص اتصال‌دهی و پخش چسب را بهبود بخشد. این واکس به‌عنوان تاکیفایر عمل می‌کند؛ یعنی ویسکوزیته چسب مذاب را تنظیم کرده و پس از سرد شدن، چسبندگی و انعطاف‌پذیری چسب را افزایش می‌دهد. تحقیقات نشان داده‌اند که استفاده از پلی‌اتیلن وکس در فرمولاسیون چسب‌های گرمابسته، چسبندگی پیوند و ثبات حرارتی اتصال را افزایش می‌دهد.
- تاکیفایر در چسب‌های گرمابسته: پلی‌اتیلن وکس با کاهش ویسکوزیته و تنظیم زمان خشک شدن چسب، به ایجاد چسبی با کیفیت بالاتر و کاربرد راحت‌تر کمک می‌کند.
- یکپارچه‌ساز و پایدارکننده رزین: در رزین‌های اکریلیک، پلی‌استایرن یا پلی‌کربنات که در چسب‌ها و پوشش‌ها استفاده می‌شوند، افزودن پلی‌اتیلن وکس موجب پایداری حرارتی بیشتر و فرآیندپذیری آسان‌تر می‌شود.
- افزایش انعطاف‌پذیری: با وارد کردن زنجیره‌های بلوری ریز پلی‌اتیلن به ساختار چسب، مقاومت آن در برابر ترک خوردگی و خمش پس از سخت شدن بهبود می‌یابد.
کاربرد در چاپ، رنگ و پوشش‌ها
یکی از کاربردهای مهم پلی‌اتیلن وکس در صنایع چاپ و رنگ‌سازی است. در مرکب‌های چاپ و رنگ‌های پوشش‌دهنده، معمولاً از این واکس برای بهبود خواص سطحی و چاپ‌پذیری استفاده می‌شود. پلی‌اتیلن وکس به‌عنوان عامل لغزندگی (Slip agent) و ضد انسداد (Anti-blocking agent) عمل می‌کند؛ یعنی مانع چسبیدن مجدد لایه‌های خشک چاپ به هم شده و فرآیند چاپ را بهبود می‌بخشد. علاوه بر این، می‌تواند براقیت سطح رنگ را افزایش داده و مقاومت آن در برابر خراش و سایش را ارتقاء دهد.
- در مرکب‌های چاپ افست و فلکسو: پلی‌اتیلن وکس به‌عنوان ضد چسبندگی استفاده می‌شود. این ماده با ایجاد لایه‌ای نازک روی سطح کاغذ یا فیلم، از چسبیدن برگ‌ها به هم جلوگیری می‌کند و سطح چاپ را صاف و براق‌تر می‌سازد.
- در رنگ‌های ساختمانی و خودرو: به پلی‌اتیلن وکس خواص مات‌کنندگی و ضدخراش می‌دهند. واکس در سطح پوشش رنگ رسوب می‌کند و درخشندگی آن را کنترل می‌کند، در عین حال مقاومت رنگ در برابر سایش و مواد شیمیایی را افزایش می‌دهد.
- کنسانتره رنگ و رزین: به‌عنوان روانساز و تسهیل‌کننده پراکنش پیگمنت‌ها کاربرد دارد و موجب یکنواختی بیشتر ترکیب رنگ می‌شود.
چنان‌که در منابع گزارش شده، پلی‌اتیلن وکس در پوشش‌های محلول در حلال نیز در پایان پخت به شکل ریز بلور روی سطح باقی می‌ماند و عملکردی مشابه واکس پارافینی دارد با این تفاوت که خواص فنی بهتری ارائه می‌دهد. این ویژگی باعث می‌شود محصول نهایی هم از نظر بصری و هم از نظر مقاومت سطحی بهبود یابد.
کاربرد در صنایع بسته‌بندی
در صنعت بسته‌بندی به ویژه بسته‌بندی‌های غذایی و دارویی، پلی‌اتیلن وکس نقش مهمی دارد. به‌عنوان مثال در تولید فیلم‌های بسته‌بندی نایلونی و پلاستیکی، از آن به‌عنوان عامل لغزندگی و ضد انسداد استفاده می‌شود تا لایه‌های فیلم به‌هم نچسبند و باز کردن بسته‌بندی آسان‌تر شود. این خاصیت به‌خصوص در بسته‌بندی‌های غذایی که نیاز به باز و بسته کردن مکرر دارند، اهمیت زیادی دارد. همچنین پلی‌اتیلن وکس می‌تواند چسبندگی موقت بین لایه‌های فیلم را کاهش دهد و به بهبود کیفیت چاپ روی فیلم کمک کند.
- فیلم‌های پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن غذایی: برای جلوگیری از اصطکاک بیش از حد بین لایه‌ها و ایجاد یک سطح صاف، پلی‌اتیلن وکس به گرانول‌های اولیه افزوده می‌شود.
- کاغذ و مقوا: در تولید کاغذ بسته‌بندی، از پلی‌اتیلن وکس به‌عنوان سیزر یا پوشش سطحی برای افزایش مقاومت در برابر رطوبت و پخش بهتر مرکب چاپ استفاده می‌شود.
- مخازن و پوشش‌های داخلی ظروف: گاهی از پلی‌اتیلن وکس در پوشش‌های داخلی قوطی‌ها و ظروف فلزی استفاده می‌شود تا از نفوذ رطوبت و چربی جلوگیری کند و سطح صاف‌تری ایجاد نماید.
به‌طور کلی افزودن پلی‌اتیلن وکس به مواد بسته‌بندی باعث بهبود مقاومت مکانیکی و شیمیایی فیلم‌ها می‌شود و با توجه به غیرفعال بودن شیمیایی خود، گزینه مناسبی برای بسته‌بندی مواد خوراکی و دارویی به‌شمار می‌آید. منابع گزارش می‌دهند که این ماده خصوصاً در بسته‌بندی‌های خوراکی به‌خاطر غیرسمی بودنش کاربرد فراوانی دارد.
کاربرد در صنایع کشاورزی
در صنعت کشاورزی، پلی‌اتیلن وکس و اغلب فرم اکسیده‌شده آن (OPE wax) به‌عنوان افزودنی در فرمولاسیون سموم دفع آفات و محصولات مراقبت از گیاه کاربرد دارد. این واکس به بهبود پراکنش مواد فعال در آب یا روغن کمک می‌کند و باعث پخش یکنواخت سموم بر روی سطح گیاهان می‌شود. به عبارت دیگر، پلی‌اتیلن وکس به‌عنوان یک پراکنده‌کننده و پایدارکننده در ترکیبات آفت‌کش عمل می‌نماید و از کلوخه‌شدن یا رسوب مواد فعال جلوگیری می‌کند.
- سموم دفع آفات و علف‌کش‌ها: از پلی‌اتیلن وکس در فرمولاسیون مایع یا پودر این ترکیبات استفاده می‌شود تا فعال‌ها به شکل ذرات بسیار ریز و پایدار بر روی برگ‌ها بنشینند.
- روکش میوه و سبزیجات: در برخی فرآیندهای پس از برداشت، پلی‌اتیلن وکس می‌تواند به‌عنوان پوشش دهنده نازک روی پوست میوه‌ها و سبزیجات به‌کار رود تا تبخیر آب کاهش یابد و ماندگاری محصول افزایش یابد.
- نفتال‌ها و محلول‌های آبیاری: در برخی ترکیبات افزودنی خاک و کودهای محلول، پلی‌اتیلن وکس افزوده می‌شود تا مواد آلی یا معدنی بهتر در آب پخش شوند و جذب گیاه بهینه گردد.
کاربرد در صنایع پزشکی و بهداشتی
در صنایع پزشکی، دارویی و بهداشتی نیز پلی‌اتیلن وکس کاربردهایی دارد، گرچه به‌صورت مستقیم در محصولات دارویی فعال به کار نمی‌رود. از آنجایی که این واکس از نظر شیمیایی بی‌اثر است، می‌توان آن را در بسته‌بندی‌های دارویی و آرایشی-بهداشتی یا در فرمولاسیون مواد جانبی استفاده کرد. به عنوان مثال، در فیلم‌های بسته‌بندی دارویی (مانند لفاف‌های دارویی یا روکش‌های بسته‌بندی) ممکن است پلی‌اتیلن وکس به منظور بهبود خاصیت لغزندگی و غیرسمی‌سازی سطوح افزوده شود. همچنین در محصولات آرایشی مانند رژ لب و کرم‌ها، این واکس به عنوان سفت‌کننده و تثبیت‌کننده فرمولاسیون به کار می‌رود تا ساختار مطلوب (نرم و مخملی بودن) ایجاد کند.
نکته مهم این است که پلی‌اتیلن وکس به‌طور کلی غیرسمی و بی‌خطر محسوب می‌شود. به همین دلیل سازمان‌های نظارتی جهانی استفاده از آن را در کاربردهای مجاور غذا و دارو تحت شرایط خاصی مجاز کرده‌اند. با این حال، همواره باید استانداردهای ایمنی و بهداشتی مربوطه رعایت شود تا اطمینان حاصل گردد که هیچ گونه آلاینده ناخواسته‌ای وارد محصول نهایی نشود.
مقایسه با واکس‌های پارافین و میکروکریستالین
پلی‌اتیلن وکس با سایر واکس‌های مورد استفاده در صنایع شباهت و تفاوت‌هایی دارد. موم پارافین که از تقطیر نفت خام حاصل می‌شود، عمدتاً مخلوطی از هیدروکربن‌های خطی با چگالی پایین است. پارافین واکسی با بلورهای درشت و نقطه ذوب معمولاً پایین‌تر است و در کاربردهایی مانند تولید شمع و مواد ریختنی به‌کار می‌رود. در مقابل، موم میکروکریستالین واکس پالایش‌شده‌ای است که دارای بلورهای بسیار ریز و متراکم با نقطه ذوب بالاتر است و از انعطاف‌پذیری و چسبندگی خوبی برخوردار است. این واکس اغلب در ترکیبات شمع‌های فشاری، مواد آرایشی و پوشش‌دهنده‌ها استفاده می‌شود.
از نظر ساختاری، پلی‌اتیلن وکس یک واکس پلیمری (پلی‌الفینی) با ساختار یکنواخت است. ویژگی مهم آن مقاومت حرارتی و شیمیایی خوب و ترکیب یکنواخت مولکولی است. به‌عبارت دیگر، پلی‌اتیلن وکس به عنوان یک افزودنی فنی در بهبود جریان‌پذیری پلیمرها و پراکنش مواد جامد کاربرد دارد. مطالعات نشان می‌دهند که این واکس، پخش‌پذیری پودرها و پرکننده‌ها را در رزین‌ها بهبود می‌دهد و در عین حال عملکرد روان‌کننده داخلی قوی‌ای ارائه می‌دهد.
در کاربری‌های پوشش‌دهی، پلی‌اتیلن وکس نقش مشابهی با پارافین بازی می‌کند، اما به دلیل ساختار پلیمری خود، خواص متنوع‌تر و پایدارتری ارائه می‌دهد. برای مثال در رنگ‌های ساختمانی، پلی‌اتیلن وکس پس از خشک شدن رنگ به صورت بلورهای بسیار ریز در سطح رسوب می‌کند و ضمن کاهش انعکاس نور (مات‌کننده)، مقاومت در برابر خراش را افزایش می‌دهد؛ کاری که پارافین به تنهایی قادر به انجام بهینه آن نیست. بنابراین، انتخاب بین واکس‌های مختلف بستگی به نیازهای مشخص کاربردی دارد؛ اما به طور کلی پلی‌اتیلن وکس در شرایطی که نیاز به سازگاری با پلیمرها و پایداری عملکرد باشد، گزینه برتری است.
سوالات متداول
۱. پلی‌اتیلن وکس چه کاربردهایی دارد؟
پلی‌اتیلن وکس در صنایع متنوعی به‌کار می‌رود. به‌طور عمده در کاربردهای پلاستیک و کامپاند به عنوان روان‌کننده و پراکنده‌کننده، در چسب‌ها و رزین‌ها به عنوان افزایش‌دهنده چسبندگی و تنظیم‌کننده ویسکوزیته، در مرکب‌های چاپ و پوشش به عنوان عامل لغزندگی و مات‌کننده، و در بسته‌بندی به عنوان ضد انسداد و بهبود دهنده خواص سطحی استفاده می‌شود. همچنین در صنایع کشاورزی به‌عنوان پراکنده‌کننده سموم دفع آفات و در صنایع آرایشی-بهداشتی به‌عنوان تثبیت‌کننده فرمولاسیون کاربرد دارد.
۲. چه تفاوتی بین پلی‌اتیلن وکس و موم پارافین یا میکروکریستالین وجود دارد؟
مهم‌ترین تفاوت در ساختار شیمیایی و خواص فیزیکی آن‌هاست. موم پارافین از هیدروکربن‌های خطی با ساختاری شل‌تر تشکیل شده و معمولاً نقطه ذوب پایین‌تری دارد، در حالی که موم میکروکریستالین بلورهای ریزتر و نقطه ذوب بالاتری دارد. پلی‌اتیلن وکس یک مولکول پلیمری بلند است که به‌راحتی با پلیمرها ترکیب می‌شود و نقطه ذوب و سختی بالاتری دارد. این تفاوت ساختاری باعث می‌شود پلی‌اتیلن وکس در کاربردهایی که نیاز به روانکاری داخلی پلاستیک‌ها و پایداری حرارتی بیشتر است، عملکرد بهتری داشته باشد.
۳. آیا استفاده از پلی‌اتیلن وکس بی‌خطر است؟
بله، پلی‌اتیلن وکس به‌طور کلی غیرفعال شیمیایی و غیرسمی محسوب می‌شود و در رده مواد ایمن برای کاربردهای صنعتی قرار می‌گیرد. به همین دلیل مجوز استفاده از آن در محصولاتی مانند بسته‌بندی مواد غذایی و آرایشی صادر شده است. با این حال، مصرف‌کننده باید به استانداردها و تاییدیه‌های مربوط به هر حوزه توجه کند و در صورت تماس مستقیم با غذا یا دارو، از انواع با خلوص و استاندارد مناسب استفاده نماید.
