بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمرهای مورداستفاده در اسباب‌بازی با استفاده از فناوری نانو

همه اسباب‌بازی‌ها به یک شکل ساخته نمی‌شوند، حتی اگر به نظر برسند که همه آن‌ها از یک نوع پلاستیک ساخته شده‌اند. نوع دقیق پلاستیک مورداستفاده به نوع اسباب‌بازی بستگی دارد، اما برخی از معروف‌ترین انواع آن‌ها موادی مانند پلی‌اتیلن، پلی‌وینیل کلراید و پلی‌پروپیلن هستند و در ادامه برخی از ویژگی‌های آن‌ها بیان می‌شود.

پلی‌اتیلن (PE)

یکی از مستحکم‌ترین انواع پلاستیک است، پلی‌اتیلن به دو صورت چگالی پایین و بالا وجود دارد. معمولاً نوعی که در اسباب‌بازی‌ها استفاده می‌شود، پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) است. از پلی‌اتیلن با چگالی کم (LDPE) بیشتر برای کیسه‌های زباله و موارد مشابه استفاده می‌شود. معمولاً پلی‌اتیلن‌های با چگالی پایین در داخل اسباب‌بازی استفاده نمی‌شوند، بلکه در بسته‌بندی پلاستیکی از آن استفاده می‌شود [1].

نوع دیگری از پلی‌اتیلن، پلی‌اتیلن خطی با دانسیته پایین (LLDPE) است که با توجه به مزایا، ویژگی‌ها و خواص خود کاربردهای خاصی در صنایع مختلف و تولید محصولات گوناگون دارد. کاربردهای این ماده مانند LDPE  است با این تفاوت که در زمان‌هایی که هدف تولید محصولی با ضخامت کمتر باشد از LLDPE استفاده می‌کنند. به طور کلی از این ماده در صنایع پلاستیک، بسته‌بندی مواد غذایی، بسته‌بندی مواد دارویی، تولید کیسه‌های پلاستیکی، تولید اسباب‌بازی، تولید پوشش‌ها و محافظ‌های پلاستیکی مختلف، تولید لوله و اتصالات، تولید کابل و… استفاده می‌شود.

به لطف کم‌هزینه بودن و قیمت مقرون‌به‌صرفه این نوع پلی‌اتیلن و انعطاف‌پذیری خوب،LLDPE  در صنعت اسباب‌بازی، بسته‌بندی برای بطری‌های نگهداری و حمل‌ونقل دارویی و لوله‌های انعطاف‌پذیر در صنایع تولید تجهیزات پزشکی (سرم، سوند و…)، کیسه‌های زباله، بسته‌بندی مواد غذایی (مواد منجمد، خشک و…) مورداستفاده قرار می‌گیرند[2].

پلی‌وینیل کلراید (PVC)

پلی‌وینیل کلراید که بیشتر به عنوان پی‌وی‌سی یا وینیل شناخته می‌شود، بیشتر خاصیت لاستیکی دارد همچنین از دوام مناسبی نیز برخوردار است. لاستیک‌های بسیاری از ماشین‌های اسباب‌بازی با استفاده از PVC ساخته شده‌اند. بحث و چالش‌های زیادی در مورد ایمنی مواد افزودنی و گاز مورداستفاده در این ماده اسباب‌بازی وجود دارد، اما اگر لاستیک‌های اسباب‌بازی جویده نشوند، احتمالاً چیزی برای نگرانی وجود نخواهد داشت.

پلی‌پروپیلن (PP)

پلی‌پروپیلن (PP) دارای خواص مشابه با پلی‌اتیلن است. به عنوان یک جایگزین ارزان‌تر، انتخاب این پلیمر در تولید اسباب‌بازی مزایایی دارد، اما بدون ایراد نیست. دوام پلی‌پروپیلن به طور قابل‌توجهی کم است، به همین دلیل در اسباب‌بازی‌های ارزان‌قیمت بیشتر از آن استفاده می‌شود.

اکریلو نیتریل بوتادین استایرن (ABS)

اکریلو نیتریل بوتادین استایرن (ABS) که معمولاً در ساخت اسباب‌بازی‌های تولید شده توسط کارخانه Hasbro’s Transformers و LEGO یافت می‌شود، چندین مزیت دارد: نسبت به پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن محکم‌تر است، با گذشت زمان کمتر خم می‌شود و نسبت به از دست دادن رنگ مقاوم‌تر است. تنها عیب این ماده این است که مات است، بنابراین قطعات شفاف لگو را نمی‌توان با این ماده ساخت، در این موارد از پلاستیک پلی‌کربنات استفاده می‌شود. برای داشتن قطعات با رنگ‌های مختلف نیز رنگ Macrolex به ABS افزوده می‌شود[1 و 3]. در اوایل دهه 1960، رنگ‌های Macrolex برای رفع نیازهای خاص رنگ‌آمیزی پلاستیک توسعه یافتند. شرایط فرایندی برای پلاستیک‌های مهندسی مانند پلی‌استایرن، ABS، PC، PMMA، PA و… بسیار سخت است؛ زیرا از مواد رنگی محلول در آب نمی‌توان برای استفاده در آن‌ها استفاده کرد و حتماً بایستی از رنگ‌های محلول در حلال‌های آلی، مانند، حلال‌های آروماتیک، استرها و هیدروکربن‌های کلردار استفاده شود.

این رنگ‌ها در آب نامحلول هستند و محلول نبودن در آب و الکل برای استفاده در کالاهای مصرفی، بسته‌بندی مواد غذایی و اسباب‌بازی‌های کودکان ساخته شده از پلاستیک‌های رنگی مهم است، زیرا رنگ نمی‌تواند به داخل محیط مربوطه نفوذ کند.

یکی از موارد استاندارد ایمنی اسباب‌بازی چه در آمریکا و چه در اروپا، خواص فیزیکی و مکانیکی مورد نیاز برای کارایی‌های قابل پیش‌بینی آن‌ها است. اسباب‌بازی‌ها گنجینه‌های دوران کودکی هستند، خصوصاً اگر با دقت انتخاب شده باشند. بازی با اسباب‌بازی‌ها بایستی علاوه بر سرگرم‌کننده بودن به دور از هرگونه خطر باشد، اما برخی اسباب‌بازی‌ها خطرناک و آسیب‌رسان هستند. ایمنی اسباب‌بازی‌ها به معنای حصول اطمینان از بی‌خطر بودن آن‌ها برای استفاده کودکان بوده و معمولاً از طریق مجموعه‌ای از استانداردهای ایمنی موردبررسی قرار می‌گیرد[4].

به طور مثال، کشور دانمارک در مورد الزامات ایمنی برای اسباب‌بازی‌ها، دستورالعمل اتحادیه اروپا را اجرا می‌کند. طبق دستور قانونی دانمارک در مورد الزامات ایمنی برای اسباب‌بازی‌ها، اسباب‌بازی باید به گونه‌ای طراحی و ساخته شود که به دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی و همچنین به دلیل قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی و اجزایی که اسباب‌بازی از آن‌ها تشکیل شده، ایمن باشد[5].

نفوذ فناوری نانو در صنایع گوناگون تحولات چشمگیری را ایجاد کرده است. در صنعت اسباب‌بازی نیز با استفاده از این فناوری می‌توان محصولاتی با خواص بهبود یافته تولید کرد. فناوری نانو کمک می‌کند اسباب‌بازی‌ها سبک‌تر و در عین حال مستحکم‌تر شوند. با نفوذ فناوری نانو در این صنعت پرطرفدار، محصولات با کیفیت بالاتری به دست مصرف‌کنندگان می‌رسد. کاهش هزینه تولید و افزایش کیفیت اسباب‌بازی‌ها و همچنین طراحی و ساخت اسباب‌بازی‌های جدید به کمک فناوری نانو، سه محور اصلی دلایل استفاده از فناوری نانو در این صنعت هستند[6].

یکی از مشکلات اساسی اسباب‌بازی‌هایی که از پلاستیک‌هایی مانند PVC، ABS و یا پلی‌اتیلن ساخته شده‌اند، شکننده بودن آن‌ها تحت فشار و تنش یا در دمای سرد است. این شکننده بودن باعث ایجاد لبه‌های تیز در اسباب‌بازی شده و باعث ایجاد صدمه و بریدگی در کودکان می‌شود و عمر این محصولات کم می‌شود. این دست از مشکلات از جمله مواردی هستند که با استفاده از فناوری نانو می‌توان حل کرد. راه‌حل این مشکلات نانوکامپوزیت‌های پلیمری هستند که می‌توانند خواص فیزیکی و مکانیکی اسباب‌بازی‌ها را بهبود بدهند.

پلیمرهای حاوی نانوذرات عموماً به‌عنوان نانوکامپوزیت‌های پلیمری شناخته می‌شوند. نانوکامپوزیت‌ها از دو فاز تشکیل شده‌اند. فاز اول فاز غالب است که در واقع پایه یا ماتریس نانوکامپوزیت محسوب می‌شود و ممکن است از جنس پلیمر، فلز و یا سرامیک باشد. فاز دوم نیز ذراتی در مقیاس نانومتر هستند که به عنوان تقویت‌کننده یا مواد پرکننده (Filler) به منظور اهداف خاص از قبیل استحکام، مقاومت، هدایت الکتریکی، خواص مغناطیسی و… در درون فاز اول (ماده پایه) توزیع می‌شوند. نانوکامپوزیت‌های پلیمری دارای یک بستری پلیمری هستند که نانوذرات به عنوان تقویت‌کننده و برای بهبود خواص فیزیکی به آن‌ها اضافه شده‌اند.

از اوایل دهه هشتاد میلادی، نانوکامپوزیت‌های پلیمری به دلیل بهبود عملکرد حاصل از افزودن مقدار کمی از ذرات نانومتری به ماتریس پلیمری، به شدت موردبررسی قرار گرفته‌اند. تغییرات قابل‌توجه و بهبود یافته‌ای در خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمرها به دلیل افزودن نانوذرات جامد (معمولاً به شکل الیاف، پوسته‌ها، کره‌ها یا ذرات ریز) رخ می‌داد[7].

انتخاب مناسب اجزای اصلی، بهبود خواص نانوکامپوزیت‌های تولید شده را بیشتر می‌کند. خواص مکانیکی، مانند استحکام با افزودن نانوذرات به بستر پلیمر، به طور کلی در مقایسه با پلیمرهای خالص افزایش پیدا می‌کند. برای درک بهتر افزودن نانوذرات به یک بستر پلیمری، می‌توان از پلی‌یورتان نام برد که هنگامی که با نانوذرات سیلیکا در کسر وزنی 20 درصد پر شود، خواص کششی را 500 درصد در مقایسه با پلی‌یورتان خالص افزایش می‌دهد[7].

در ادامه چند مورد از نانوذرات مورداستفاده در کامپوزیت‌های پلیمری مانند کربنات کلسیم و نانولوله‌های کربنی (CNT) معرفی می‌شوند که همچنین می‌توانند در صنعت اسباب‌بازی به منظور افزایش مقاومت و استحکام اسباب‌بازی‌های ساخته شده از پلاستیک و پلیمرها مانند انواع عروسک‌ها، توپ‌ها، سرسره‌ها، تاب‌های پلاستیکی و… استفاده کرد.

کربنات کلسیم در تولید نانوکامپوزیت های پلیمری

کربنات کلسیم یکی از بهترین مواد پرکننده (فیلر) در صنعت است. این ماده معدنی که به وفور یافت می‌شود، به دلیل ایجاد ویژگی‌های مثبت ساختاری در محصولات مختلفی مثل کاغذ، پلاستیک، پلیمر، لاستیک و… به صورت گسترده‌ای مورداستفاده قرار می‌گیرد. از طرفی به علت قیمت کربنات کلسیم که بسیار ارزان بوده و با فیلرهای شیمیایی قابل مقایسه نیست، مصرف آن از لحاظ اقتصادی هم بسیار توجیه‌پذیر و به‌صرفه است. نانوذرات کربنات کلسیم به وفور در تولید نانوکامپوزیت‌های پلیمری استفاده می‌شوند زیرا خواص فیزیکی و شیمیایی متعددی را ایجاد می‌نماید که نمی‌توان از آن‌ها چشم‌پوشی کرد.

نقش نانوذرات کربنات کلسیم

در آزمایش‌های علمی صورت گرفته مشخص شده که استفاده از نانوذرات کربنات کلسیم در کامپوزیت‌های پلی‌پروپیلن PP تأثیرات فوق‌العاده‌ای ایجاد می‌کند. به عنوان مثال، انجام آزمون کشش بر روی نانوکامپوزیت‌های ساخته شده از نانوذرات کلسیم کربنات، بهبود تقریباً ۸۵ درصدی را نشان داد. همچنین تأثیر فوق‌العاده کربنات کلسیم در تولید نانوکامپوزیت‌های پلیمری را می‌توان با استفاده از تست ضربه آیزود هم مشخص کرد که منجر به افزایش قابل توجه مقاومت پلاستیک تا میزان چشمگیر ۳۰۰ درصد می‌شود. این امر برای تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان پلیمر اهمیت زیادی دارد [8].

از مستربچ‌های پلیمری ساخت ایران که حاوی نانوذرات کلسیم کربنات هستند، می‌توان به این شرکت‌ها اشاره کرد:

• شرکت شمیم پلیمر، کامپاند پلی‌پروپیلنی حاوی سیلیس نانوساختار و نانوذرات کربنات کلسیم تولید می‌کند.

پلی‌پروپیلن (PP) به دلیل ارزان‌قیمت بودن و خواص مکانیکی و قالب‌پذیری فوق‌العاده، در تولید بیش از 50 درصد مواد پلاستیکی مورداستفاده در صنعت خودرو به کار می‌رود. ترکیبات پلی‌پروپیلن در قسمت‌های مختلف خودرو از قبیل سپر، داشبورد و درب‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند. چندین درجه از ترکیبات پلی‌پروپیلنی با مشخصات عملکرد متفاوت توسط ترکیب کردن پلی‌پروپیلن با مواد دیگر مطابق با عملکرد موردنیاز بخش‌های مدنظر توسعه‌یافته‌اند. ترکیب نانوذرات با ماتریس پلیمری توجهات زیادی در زمینه کاربرد ترکیبات پلی‌پروپیلن در صنعت خودروسازی به خود اختصاص داده است. این امر به دلیل امکان استفاده از میزان کم نانوذرات (به‌عنوان فیلر) با افزایش خواص مکانیکی ضربه و استحکام است[9]. با توجه به این ویژگی پلی‌پروپیلن و همچنین ارزان‌قیمت بودن آن، کاربرد این پلیمر در صنایع اسباب‌بازی هم می‌تواند ارتقا پیدا کند، به این‌گونه که با افزودن مقدار کمی نانوذرات ارزان‌قیمت به آن خواص فیزیکی و مکانیکی آن را با هزینه کمتر بهبود بخشید.

• شرکت پویا پلیمر تهران نیز تولیدکننده نوعی آمیزه پلیمری حاوی نانوذرات کربنات کلسیم است.

فرایند تولید این آمیزه پلیمری، از طریق کامپاندینگ بوده و نانوذرات کربنات کلسیم با ابعاد ۱۵ تا ۵۰ نانومتر به آن افزوده شده است. از افزودنی‌های خاص دیگر، نانوذرات در پایه پلی‌اتیلن با دانسیته پایین است که در تولید این محصول استفاده می‌شود.

آمیزه پلیمری حاوی نانوذرات کربنات کلسیم این قدرت را دارد که خواص کششی را بهبود ببخشد و خواص نوری را به میزان کمتری کاهش دهد که این ویژگی از مزیت‌های اصلی آن است. علاوه بر این می‌توان به افزایش سرعت تولید، با استفاده از این محصول اشاره کرد.

تولیدکنندگان نایلون‌ها و فیلم‌های مالچ، بسته‌بندی‌های مواد غذایی، بسته‌بندی‌های فروشگاهی، تولیدکنندگان بطری‌های پلی‌اتیلنی و… در شمار مشتریان محصولات این شرکت قرار دارند.

علاوه بر این آمیزه پلیمری حاوی نانوذرات کربنات کلسیم با پایه‌های مختلف برای صنعت‌های مختلفی مانند محصولات قالب‌گیری بادی، تولید محصولات فیلم دمشی و… نیز تولید می‌شود که می‌تواند در صنعت ساخت اسباب‌بازی‌ها استفاده شود [10].

 استفاده از نانوذرات سیلسیم و کربن بلک

در تحقیقات دیگری از نانوذرات سیلسیم و کربن بلک در پلی‌اتیلن‌های خطی استفاده شد. حضور هم‌زمان این نانوذرات باعث افزایش مدول یانگ و سختی و سفتی این پلیمر شد. نانوکامپوزیت‌های LLDPE/SiO₂/CB سه تایی در مقایسه با LLDPE خالص به دلیل پراکندگی خوب و برهمکنش‌های سطحی قوی با ماتریس LLDPE، خواص مکانیکی بالاتری را نشان دادند. سرسره‌های پلاستیکی، از پلی‌اتیلن‌ها ساخته شده‌اند و سختی و استحکام آن‌ها در انواع شرایط جوی بسیار حائز اهمیت است. در گذشته نه چندان دور بازی با تاب و سرسره محدود به پارک‌ها می‌شد. این تجهیزات بازی همگی از فلز ساخته شده بودند. از این جهت در ظهرهای گرم تابستان و در روزهای سرد زمستان تقریباً تاب‌بازی تعطیل بود. از طرفی اگر مسئول پارک در روغن‌کاری تاب و سرسره سهل‌انگاری کرده بود امکان استفاده از تاب سرسره وجود نداشت؛ چرا که خطر بازی با آن‌ها بیشتر از لذت بازی بود؛ اما با کشف پلیمرهای مستحکم پلاستیک، مانند پلی‌یورتان و پلی‌اتیلن، تاب و سرسره‌های فلزی جای خود را به تاب و سرسره‌های پلاستیکی دادند. این مدل تاب و سرسره کودک بسیار ایمن بودند چرا که نیاز به تعمیر و نگهداری نداشتند.

همچنین پلاستیک کمتر از گرما و سرما تأثیر می‌گیرد و در هر شرایطی بازی کردن با تاب و سرسره پلاستیکی امکان‌پذیر است. از دیگر مزایای خرید تاب و سرسره پلاستیکی تنوع اندازه آن است. پلاستیک بسیار قالب‌پذیر است و از این جهت تولیدکننده انواع تاب سرسره پلاستیک این امکان را دارند که تاب سرسره را برای رده‌های سنی مختلف طراحی و تولید نماید. طراحی تاب سرسره در اندازه‌های متفاوت ایمنی مناسبی برای کودکان ایجاد می‌کند. قیمت تاب سرسره پلاستیکی نسبت به انواع فلزی آن کمتر بوده و در ضمن هزینه تعمیر و نگهداری آن نیز مناسب‌تر است. به همین دلیل استفاده از فناوری نانو و نانوذرات مناسب برای افزایش استحکام آن‌ها بسیار موردتوجه است.

یک شرکت دانش‌بنیان ایرانی به نام فناوری‌های نوین فدک مستقر در شهرک علمی تحقیقاتی اصفهان از سال ۱۳۸۸ به دانش فنی تولید نانوسیلیکا دست یافته و هم‌اکنون این نانوماده را در مقیاس صنعتی تولید می‌کند. نانوسیلیکا در صنایع پلاستیک، رنگ، صنایع لاستیک و صنایع سیمان کاربرد دارد. در صنعت پلاستیک و نانوکامپوزیت این محصول به عنوان تقویت‌کننده عمل کرده و باعث بهبود خواص مکانیکی محصول نهایی می‌شود [11].

نقش نانولوله‌های کربنی

دلیل دوم توسعه نانوکامپوزیت‌های پایه پلیمری و افزایش تحقیقات در این زمینه، کشف نانولوله‌های کربنی در سال 1991 میلادی است. استحکام و خواص الکتریکی نانولوله‌های کربنی به طور قابل‌ملاحظه‌ای با نانولایه‌های گرافیت و دیگر مواد پرکننده تفاوت دارد. نانولوله‌های کربنی موجب رسانایی و استحکام فوق‌العاده‌ای در پلیمرها می‌شوند به‌طوری‌که کاربردهای حیرت‌انگیزی همچون آسانسور فضایی را برای آن می‌توان متصور شد [12].

از روش‌های بهبود خواص محصول نهایی، استفاده از مواد افزودنی، به‌ویژه نانوذرات، در زمینه پلیمری است. از نانوذراتی که در دو دهه اخیر بسیار موردتوجه پژوهشگران قرار گرفته است، می‌توان به نانولوله‌های کربنی (CNTs) اشاره کرد. نانولوله‌های کربنی، یکی از دگر شکل‌های کربن مانند الماس و گرافیت است. بسته به مراحل ساخت این مواد، به‌طورکلی دو نوع نانولوله کربنی تک‌دیواره (SWCNT) و چنددیواره (MWCNT) وجود دارد. نانولوله‌های تک‌دیواره از یک لایه گرافنی تشکیل شده که دور استوانه توخالی پیچیده شده است. ولی نانولوله‌های چنددیواره از پیچش دو یا چند لایه گرافنی تشکیل شده است که به شکل استوانه‌های هم‌مرکز هستند. این مواد با نیروهای واندروالسی با یکدیگر مرتبط‌اند. نانولوله‌های کربنی، به دلیل داشتن مدول و استحکام کششی زیاد از مستحکم‌ترین مواد شناخته شده به‌شمار می‌روند [13].

خواص ویژه و منحصربه‌فرد از جمله مدول یانگ بالا، استحکام کششی خوب و طبیعت کربنی نانولوله‌ها (به خاطر اینکه کربن ماده‌ای است کم‌وزن، بسیار پایدار و ساده جهت انجام فرایندها که نسبت به فلزات برای تولید ارزان‌تر است).

یکی از خصوصیات برجسته نانولوله‌های کربنی استحکام کششی بالای آن‌ها است که نزدیک 100 گیگاپاسکال یعنی بیش از 100 برابر استحکام فولاد است در حالی که وزنش یک ششم وزن فولاد است[14].

مهم‌ترین کاربرد نانولوله‌های کربنی که بر اساس ویژگی‌های مکانیکی آن‌ها باشد، استفاده از آن‌ها به عنوان تقویت‌کننده در مواد کامپوزیتی است. اگرچه استفاده از کامپوزیت‌های پلیمری پرشده با نانولوله یک محدوده کاربردی مشخص از این مواد است، اما آزمایش‌های موفقیت‌آمیز زیادی در تأیید مفیدتر بودن نانولوله‌های کربنی نسبت به فیبرهای معمول کربنی، وجود ندارد؛ مشکل اصلی برقرار کردن یک ارتباط خوب بین نانولوله و شبکه پلیمری و رسیدن به انتقال بار مناسب از شبکه به نانولوله‌ها در حین بارگذاری است.

گزارش‌های متناقضی از مقاومت اتصال در کامپوزیت‌های پلیمر- نانولوله وجود دارد. نسبت به پلیمر استفاده شده و شرایط عملکرد، مقاومت اندازه‌گیری شده متفاوت است. گاه گسست در لوله‌ها دیده شده است که نشانه‌ای از پیوند قوی در اتصال نانولوله-پلیمر است و گاه لغزش لایه‌های نانولوله‌های چند لایه و جدایش آسان آن‌ها دیده شده که دلیلی بر پیوند اتصال ضعیف است. در نانولوله‌های تک لایه سر خوردن لوله‌ها بر روی یکدیگر را عامل کاهش مقاومت ماده می‌دانند. برای ماکزیمم کردن اثر تقویت‌کنندگی نانولوله‌ها در کامپوزیت‌های با مقاومت بالا، بایستی که توده‌های نانولوله در هم شکسته شده و پخش شوند و یا اینکه به صورت شبکه مربعی درآیند تا از سرخوردن جلوگیری کنیم. علاوه بر آن بایستی سطح نانولوله‌ها تغییر داده شود و ضابطه‌مند شوند تا اتصال محکمی بین آن‌ها و رشته‌های پلیمری اطرافشان ایجاد شود.

استفاده از نانولوله‌های کربنی در کامپوزیت‌هایی با ساختار پلیمری فواید مشخص و روشنی دارد. تقویت‌کنندگی با نانولوله به خاطر جذب بالای انرژی طی رفتار انعطاف‌پذیر الاستیک آن‌ها میزان سفتی کامپوزیت را افزایش می‌دهد؛ این ویژگی مخصوصاً در شبکه‌های سرامیکی کامپوزیتی بر پایه نانو اهمیت می‌یابد. چگالی کم نانولوله‌ها، در مقایسه با استفاده از فیبرهای کوچک کربنی، یک ویژگی بسیار خوب دیگری در این کامپوزیت‌ها است. نانولوله‌ها در مقایسه با فیبرهای کربنی معمول، تحت نیروهای فشاری کارایی بهتری از خود نشان می‌دهند که به خاطر انعطاف‌پذیری و عدم تمایل به شکست آن‌ها تحت نیروی فشاری است [14].

شرکت‌های خارجی

AIMPLAS یکی از مراکز اصلی برای ساخت و سنتز نانومواد است. این شرکت بیش از 15 سال تجربه در زمینه فناوری نانو دارد و بیش از 100 پروژه را در همکاری با شرکت‌هایی که به فناوری نانو نیاز داشتند، به پایان رسانده‌اند.

نانوذراتی که بیشترین استفاده را در سطح صنعتی در صنایع پلاستیک، دارند، از آن‌هایی هستند که بر پایه دی‌اکسید سیلیکون، فلزات و اکسیدهای آن‌ها، رس و همچنین نانوذرات مبتنی بر کربن (گرافن و نانولوله‌های کربنی) هستند، می‌توان نام برد.

گرافن در بهبود خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی در سطح صنعتی بسیار جذاب است. به همین دلیل تلاش زیادی برای افزودن آن‌ها در محصولات کاربردی انجام می‌شود. پروژه اروپایی NANOMASTER که طی چهار سال توسط مجموعاً 14 شریک از جمله AIMPLAS توسعه پیدا کرد، امکان توسعه گرافن، نانوگرافیت و مستربچ را فراهم کرده است و فرصت استفاده از این ذرات را در صنعت ارائه می‌دهد.

سنتز ذرات برای دستیابی به خواص عالی در ترکیبات پلاستیکی توسعه یافته، بسیار مهم است. سنتز گرافن و نانوگرافیت مناسب یکی از وظایف AIMPLAS است که در صنعت اسباب‌بازی نیز بسیار کاربردی است. توسعه نانوترکیبات گرافن و مستربچ برای استفاده در فرایندهای تولید اسباب‌بازی‌های پلاستیکی مانند تزریق، اکستروژن به عنوان افزودنی موردتوجه است. برای این منظور این شرکت در هر یک از مراحل ساخت با شرکت‌های چندملیتی مانند ROCHLING، PHILIPS یا LEGO که قطعاتی را برای بخش‌هایی مانند اسباب‌بازی، صنایع الکتریکی- الکترونیکی و خودروسازی تولید کرده‌اند، همکاری داشته است [15].

نتیجه‌گیری

ویژگی یک اسباب‌بازی خوب علاوه بر سرگرم‌کننده بودن باید به دور از هرگونه خطر برای کودکان باشد، اما برخی از اسباب‌بازی‌ها در حین بازی و اعمال فشار امکان دارد بشکنند و برای کودک خطرناک و آسیب‌رسان باشند. به همین دلیل، اسباب‌بازی باید به گونه‌ای طراحی و ساخته شود که به دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی و همچنین به دلیل قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی و اجزایی که اسباب‌بازی از آن‌ها تشکیل شده، ایمن باشد.

فناوری نانو برای حل این مشکلات می‌تواند راه‌گشا باشد. در صنعت اسباب‌بازی نیز با استفاده از این فناوری می‌توان محصولاتی با خواص بهبود یافته تولید کرد. فناوری نانو کمک می‌کند اسباب‌بازی‌ها سبک‌تر و در عین حال مستحکم‌تر شوند. با نفوذ فناوری نانو در این صنعت پرطرفدار، محصولات با کیفیت بالاتری به دست مصرف‌کنندگان می‌رسند. از این صنعت می‌توان برای کاهش هزینه تولید و افزایش کیفیت اسباب‌بازی‌ها و همچنین طراحی و ساخت اسباب‌بازی‌های جدید استفاده کرد.

1. What Plastics Are Used to Make Toys?, https://howtoadult.com/plastics-used-make-toys-8132043.html
2. پلی‌اتیلن خطی با دانسیته پایین چیست؟ https://esfahanplast.com/2020/12/06/what-is-lldpe/
3. قطعات لگو از چه موادی ساخته شده‌اند؟, https://legoplus.ir/read/material
4. راهنمای بهداشتی سلامت کودکان در اسباب‌بازیhttps://ier.tums.ac.ir/%D8%B1%D9%87%D9%86%D9%85%D9%88%D8%AF%D9%87%D8%A7-%D9%88%D8%AF%D8%B3%D8%AA%D9%88%D8%B1%D8%A7%D9% 84%D8%B9%D9%85%D9%84%D9%87%D8%A7,https://ier.tums.ac.ir/uploads/24/old/Toys-site.pdf
5. The D anish Environmental Protection Agency / Survey and investigation of migration of monomers in toy materials, https://www2.mst.dk/Udgiv/publications/2019/02/978-87-7038-036-2.pdf
6. نوآوری‌های نانو دنیای اسباب‌بازی‌ها را متحول می‌کند (1399)3, https://isti.ir/%D9%84%DB%8 C%DB%8C%D8%B3%D8%AA-%D8%A7%D8%AE%D8%A8%D8%A7%D8%B1-%D9%81%D8%B1%D9%87%D9%86%DA%AF%DB%8C/%D9%86%D9%88%D8%A2%D9%88%D8%B1%DB%8C%E2%80%8C%D9%87%D8%A7%DB%8C-%D9%8 6%D8%A7%D9%86%D9%88-%D8%AF%D9%86%DB%8C%D8%A7%DB%8C-%D8%A7%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D8%A8%D8% A7%D8% B2% DB%8C%E2%80%8C%D9%87%D8%A7-%D8%B1%D8%A7-%D9%85%D8%A A%D8%AD%D9%88%D9%84-%D9%85%DB%8C%E2%80%8C%DA% A9%D9%86%D8%AF
7. PREPARATION OF POLYMER-BASED, NANOCOMPOSITES BY DIFFERENT ROUTES,M. Oliveira and A. V. Machado, https://scholar.google.com/scholar?q=PREPARATION+OF+POLYMERBASED+NANOCOMPOSITES+BY+DIFFERENT+ROUTES&hl=en&as_sdt=0&as_vis=1&oi=scholart
8. تأثیر فوق‌العاده کربنات کلسیم در تولید نانوکامپوزیت‌های پلیمری, https://calcium-carbonate.ir/%DA%A9%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A7%D8%AA%DA%A9%D9%84%D8%B3%DB%8C%D9%85-%D8%AF%D8%B1-%D8%AA%D9%88%D9%84%D B%8C%D8%AF-%D9%86%D8%A7%D9%86%D9%88%DA%A9%D8%A7%D9%85% D9%BE%D9%88%D8%B2%DB%8C%D8%AA-%D9%87%D8%A7/
9. گرانول پلی‌پروپیلن تقویت شده با نانوذرات, https://nanoproduct.ir/product/3325/%DA%AF%D8%B1%D8%A7%D9%86%D9%88%D9%84%20%D9%BE%D9%84%DB%8C%E2%80%8C%E2%80%8C%D9%BE%D8%B1%D9%88%D9%BE%DB%8C%D9%84%D9%86%20%D8%AA%D9%82%D9%88%DB%8C%D8%AA%20%D8%B4%D8%AF%D9%87%20%D8%A8%D8%A7%20%D9%86%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%B0%D8%B1%D8%A7%D8%AA
10. خودکفایی در فناوری تولید آمیزه پلیمری حاوی نانوذرات کربنات کلسیم, https://nanoproduct.ir/news/59532/%D8%AE%D9%88%D8%AF%DA%A9%D9%81%D8%A7%DB%8C%DB%8C%20%D8%AF%D8%B1%20%D9%81%D9%86%D8%A7%D9%88%D8%B1%DB%8C%20%D8%AA%D9%88%D9%84%DB%8C%D8%AF%20%D8%A2%D9%85%DB%8C%D8%B2%D9%87%20%D9%BE%D9%84%DB%8C%D9%85%D8%B1%DB%8C%20%D8%AD%D8%A7%D9%88%DB%8C%20%D9%86%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%B0%D8%B1%D8%A7%D8%AA%20%DA%A9%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A7%D8%AA%20%DA%A9%D9%84%D8%B3%DB%8C%D9%85
11. تأمین نیاز نانوسیلیکا مورداستفاده در صنایع توسط شرکت دانش‌بنیان داخلی, https://nanoproduct.ir/news/57010/%D8%AA%D8%A7%D9%85%DB%8C%D9%86%20%D9%86%DB%8C%D8%A7%D8%B2%20%D9%86%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%B3%DB%8C%D9%84%DB%8C%DA%A9%D8%A7%20%D9%85%D9%88%D8%B1%D8%AF%20%D8%A7%D8%B3%D8%AA%D9%81%D8%A7%D8%AF%D9%87%20%D8%AF%D8%B1%20%D8%B5%D9%86%D8%A7%DB%8C%D8%B9%20%D8%AA%D9%88%D8%B3%D8%B7%20%D8%B4%D8%B1%DA%A9%D8%AA%20%D8%AF%D8%A7%D9%86%D8%B4%20%D8%A8%D9%86%DB%8C%D8%A7%D9%86%20%D8%AF%D8%A7%D8%AE%D9%84%DB%8C
12. محصولات فناوری نانو در صنعت ساخت‌وساز, http://indnano.ir/wp-content/uploads/56.pdf
13. مروری بر شکل‌شناسی، خواص گرمایی، مکانیکی و الکتریکی نانوکامپوزیت‌های پلی آکریلونیتریل-بوتادی ان-استیرن(و نانولوله‌های کربنی, http://basparesh.ippi.ac.ir/article_1511.html
14. نانولوله‌های کربنی و خواص آن‌ها, https://www.amazontele.com/article/%D9%86%D8%A7%D9%86%D9%88-%D9%84% D9%88%D9%84%D9%87-%D9%87%D8%A7%DB%8C%DA%A9%D8%B1%D8% A8% D9%86%DB%8C-%D9%88%D8%AE%D9%88%D8%A 7% D8%B5-%D8%A2%D 9%86%D9%87%D8%A7
15. Plastic nanotechnology: Progress in the industrialization of graphene in electronic, automotive and toys sectors, https://www.aimplas.net/blog/plastic-nanotechnology-progress-in-the-industrialization-of-graphene-in-electronic-automotive-and-toys-sectors/

———————————————————————

تهیه و تنظیم:

• سیده سمانه قاسمی، شرکت توسعه مهندسی الماسواره دانش (Tamadco.com)

بخش ترویج صنعتی فناوری های نانو و میکرو

 ====================================================================================

[جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید]

[همچنین برای دانلود فایل PDF کلیه گزارشات بهمراه جزئیات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید]

 ====================================================================================