انواع گرانول، خواص؛ کاربرد، ویژگی‌ و روش تولید آن

اگر در حوزه پلیمر و مواد پتروشیمی فعال باشید احتمالاً بارها نام گرانول را شنیده‌اید و با انواع گرانول روبرو شده‌اید. تصور اشتباهی که در میان عموم وجود دارد این است که گرانول نوعی پلیمر است؛ اما حقیقت این است که گرانول شکل خاصی از ماده است که به دلایلی خاص در صنایع پلیمری با استقبال روبرو شده است. در ادامه این مطلب سعی می‌کنیم تمام نکات مهم درباره انواع گرانول را بررسی کنیم؛ اما قبل از آن بد نیست به طور کوتاه پلیمر و پلیمریزاسیون را بشناسیم و بعد بررسی کنیم که چرا استفاده از انواع گرانول در حوزه پلیمر تا این حد محبوب است.

پلیمر

پلیمر یا بزرگ مولکول، ماده‌ای است که حاصل اتصال بخش‌های کوچک‌تری به نام منومر است. این بخش‌های کوچک‌تر، معمولاً طبق الگوریتم خاصی به هم متصل شده‌اند و همین شیوه اتصال منحصربه‌فرد و البته نوع منومرها، تفاوت میان پلیمرها را رقم می‌زند. شیوه اتصال منومرها، اصطلاحاً «ساختار کریستالی پلیمر» نامیده می‌شود و روی خواص فیزیکی ماده تأثیر دارد.

در سال‌های اخیر ویژگی‌های جذاب پلیمر باعث شده تا تحولاتی اساسی در علم مواد به وجود بیاید و بسیاری از تولیدکننده‌ها، استفاده از پلیمر به‌عنوان مواد اولیه را اولویت خود قرار دهند. اگر به اطراف خود نگاه کنید، تعداد زیادی از وسایلی که از پلاستیک (که نوعی پلیمر است) ساخته شده‌اند را مشاهده خواهید نمود.

پلیمریزاسیون هم به فرایندی گفته می‌شود که در طی آن، منومرها به یکدیگر اتصال پیدا می‌کنند؛ اما ارتباط این دو مفهوم با گرانول و آن تصور اشتباهی که در ابتدای مطلب راجع به آن صحبت کردیم چیست؟ در بخش بعد این موضوع را مفصل توضیح خواهیم داد و سپس سراغ کاربرد انواع گرانول خواهیم رفت.

گرانول چیست؟

در ابتدای مطلب گفتیم که تصور اشتباهی راجع به گرانول وجود دارد و این تصور چیزی نیست جز این که عموم افراد فکر می‌کنند گرانول نوعی پلیمر است. این تصور در حالی شکل‌گرفته که در تعریف کلی، گرانول به هر ماده‌ای که حالت گرد و کوچک داشته باشد (چه پلیمر باشد و چه نباشد) گفته می‌شود. اگر در با دنیای تغذیه و ورزش حرفه‌ای آشنا باشید احتمالاً نام گرانولا را شنیده‌اید که ورزشکاران از آن به‌عنوان ماده‌ای مغذی استفاده می‌کنند و طبیعتاً پلاستیک یا پلیمر نیست! بلکه موادی خوراکی است که حالت فیزیکی آن قطعات یا دانه‌های گرد و کوچک است.

از سوی دیگر می‌بینیم که حدوداً هر پلیمری که به‌عنوان مواد اولیه در اختیار کارخانه‌ها  قرار می‌گیرد؛ همین حالت دانه‌ای را داشته و شکلی گرد و کوچک دارد. در حقیقت همین موضوع باعث شده تا افراد گمان کنند که انواع گرانول، چیزی جز گروهی خاص از پلیمرها نیستند؛ درحالی‌که در تعریف پلیمر دیدیم که هیچ حرفی از این که پلیمر باید گرد و… باشد نیست و آن چیزی که انواع مختلف پلیمر را مشخص می‌کند، نوع و شیوه اتصال منومرهای آن است. اما این که چرا بیشتر مواد پلیمری به شکل گرانول تولید می‌شوند، دلایل خاص خود را دارد که سعی می‌کنیم در سطور زیر به آن بپردازیم.

مزایای گرانول

شاید بعضی از مواد پلیمری را که حالت پودر دارند دیده باشید. معمولاً پلیمر به شکل گرانول و پودر عرضه می‌شود؛ اما شکل گرانول، مزایایی دارد که باعث شده است تا اهالی صنعت به استفاده از آن تمایل داشته باشند.

• اولین مزیت مهم گرانول، حمل‌ونقل ساده آن است.
• نگهداری و استفاده از پودر، سخت‌تر از نگهداری ماده‌ای جامد، کوچک و گرد یا استوانه‌ای است و این نکته را باید دومین مزیت مهم انواع گرانول دانست.
• برای مورد سوم هم می‌توان به آلودگی کمتر گرانول اشاره کرد. درصد زیادی از انواع گرانول، حالت زیست‌تخریب‌پذیر دارند و علاوه بر این، مانند شکل پودری در هوا پخش نشده و مشکلات تنفسی ایجاد نمی‌کنند.
• شکل پودری پلیمر، همواره هدررفت بیشتری دارد و همین موضوع باعث می‌شود تا استفاده از انواع گرانول برای صنایع به‌صرفه‌تر باشد.

 باتوجه‌به این مزایا می‌توان حدس زد که چرا حدوداً تمام مواد پلیمری که به‌عنوان ماده اولیه در صنایع به کار می‌روند؛ گرانول هستند و چرا بیشتر افراد تصور می‌کنند که گرانول نوعی پلیمر است. ما در ادامه مطلب، با همین تصور نه‌چندان صحیح پیش می‌رویم و هر جا از انواع گرانول صحبت می‌کنیم؛ در واقع در مورد نوعی از پلیمر حرف می‌زنیم.

روش‌های تولید گرانول

برای درک بهتر تولید انواع گرانول، وسیله‌ای شبیه چرخ‌گوشت را در نظر بگیرید که اصطلاحاً به آن اکسترودر یا دستگاه گرانول پلاستیک می‌گویند. کاری که این دستگاه انجام می‌دهد از نظر ظاهری بسیار ساده است. این دستگاه ابتدا پلیمر را ذوب کرده تا حالتی نیمه سیال پیدا کند و بعد در هنگام خارج‌شدن پلیمر ذوب شده از دهانه دستگاه، با برش‌هایی، آن‌ها را به قطعاتی گرد و کوچک یا همان گرانول تبدیل می‌کند.

می‌توانیم از مواد دست‌اول یا نو و همچنین مواد بازیافتی برای تولید انواع گرانول استفاده کنیم و طبیعتاً استفاده از پلیمر دست‌اول باعث می‌شود تا کیفیت گرانول ما بیشتر باشد. اما نکته‌ای که وجود دارد این است که قیمت گرانول بازیافتی، پایین‌تر است و اگر بتوان کیفیت آن را به کیفیت گرانول دست‌اول نزدیک کرد؛ طبیعتاً استفاده از آن به‌صرفه‌تر خواهد بود.

** روش‌هایی برای ارتقا کیفیت گرانول بازیافتی:

1. اولین کار این است که مواد بازیافتی و پلاستیک‌های خود را به‌صورت صحیح و دقیق تفکیک کنیم.
2. نکته مهم دوم هم پاک‌سازی و شستشوی مناسب مواد بازیافتی است.

 البته رعایت این دو نکته باعث نخواهد شد تا گرانول بازیافتی به کیفیتی هم‌سطح با گرانول دست‌اول برسد اما می‌تواند کیفیت آن را افزایش داده و به گزینه‌ای جذاب تبدیل کند.

**روش‌های مختلف تولید گرانول:

• اصلی‌ترین روش را در ابتدای مطلب توضیح دادیم. در این روش یا شیوه تولید گرانول با اکسترودر، مواد داخل دستگاه ریخته شده و پس از ذوب‌شدن و برش خوردن به انواع گرانول تبدیل می‌شود.
• روش دوم، برش به‌وسیله آب است. در این شیوه پس از ذوب‌شدن مواد پلیمری، آن را به‌وسیله آب فشارقوی، برش می‌دهند.
• روش معمول آخر هم خشک‌کردن پلیمر است. در این شیوه، پس از ذوب‌شدن پلیمرها، آن‌ها را درون لوله‌هایی با دمای پایین، حرکت داده و پس از خشک‌شدن، برش می‌زنند. این شیوه پیچیدگی‌های بیشتری دارد و اصطلاحاً به آن تولید پلیمر خشک گفته می‌شود.

انواع گرانول

حالا که با مفهوم گرانول آشنا شدیم و مزایای آن را شناختیم، وقت آن رسیده تا انواع مختلف این ماده را بررسی کنیم. معمولاً در صنعت، انواع گرانول را بر اساس ساختار ماده پلیمری دسته‌بندی می‌کنند؛ چون معیار خاصی برای تقسیم‌بندی گرانول در معنای کلی (دانه‌های گرد و کوچک) وجود ندارد. ما هم در ادامه با همین دید سراغ این موضوع خواهیم رفت و انواع گرانول‌های پرکاربرد در صنعت را، بر اساس نوع پلیمر دسته‌بندی می‌کنیم.

1- گرانول پلی‌اتیلن یا PE

این نوع از گرانول که در ساختار پلیمری آن، از اتیلن استفاده شده؛ جزو محبوب‌ترین و پرکاربردترین انواع گرانول در صنعت است. شاید نام گرانول نایلون را شنیده باشید که در واقع همین گرانول پلی‌اتیلن است. البته باید به این نکته هم اشاره کرد که بسته به شیوه تولید و وزن مولکولی انواع گرانول پلی‌اتیلن، از آنها در صنایع مختلفی استفاده می‌شود. گرانول پلی‌اتیلن را می‌توان به چهار دسته زیر تقسیم کرد:

• تزریقی سنگین
• تزریقی سبک
• بادی سنگین
• خطی سبک

موارد کاربرد انواع گرانول پلی‌اتیلن یا PE در صنعت بسیار زیاد است و از مهم‌ترین آنها می‌توان به صنایع بسته‌بندی اشاره کرد که معمولاً در این صنعت از انواع گرانول پلی‌اتیلن تزریقی سبک ‌و سنگین استفاده می‌شود. در حقیقت این نوع گرانول، به دلیل انعطاف و مقاومت بالای خود در برابر کشش، گزینه‌ای بسیار جذاب برای این صنعت است. یا از انواع دیگر این گرانول، برای ساخت لوازم عایق الکتریسیته و… استفاده می‌شود.

2- گرانول پلی‌پروپیلن یا PP

همان‌طور که از نام این نوع گرانول مشخص است؛ در ساختار آن پروپیلن به‌کاررفته و حضور این ماده باعث شده تا واکنش‌پذیری این نوع از انواع گرانول به حداقل میزان ممکن کاهش پیدا کند. از طرف دیگر گرانول PP، مقاومت بالایی در برابر اسیدها و حلال‌های صنعتی دارد و شکل آن گلوله‌ای است. همین ویژگی‌ها سبب شده تا از گرانول پلی‌پروپیلن، در صنایع مختلفی اعم از:

• بسته‌بندی
• خودرو
• لوله‌ آب
• تجهیزات پزشکی
• اسباب‌بازی

و… استفاده شود.

3- گرانول پلی‌کربنات یا PC

گرانول پلی‌کربنات یا PC را باید یکی از معروف‌ترین انواع گرانول دانست. در ساختار پلیمری این نوع گرانول، انواع گروه‌های کربنی به‌کار رفته و از جمله خواص آن باید به شفافیت اشاره کرد. شفافیت باعث می‌شود تا این نوع گرانول، نور را از خود عبور داده و بتوان به‌سادگی از آن در ترکیب با سایر مصالح ساختمانی استفاده شود. همین ویژگی باعث شده تا از PC به‌جای شیشه استفاده شود و ویژگی دوم آن، یعنی مقاومت بالا در برابر ضربه و حرارت، این ماده را به گزینه‌ای جذاب در صنایع ساختمان‌سازی و خودروسازی تبدیل کرده است. به‌احتمال زیاد، چراغ خودرو شما از همین نوع گرانول ساخته شده است.

4- گرانول پلی‌وینیل‌کلراید یا PVC

در ساختار این نوع از انواع گرانول، کلر و انواع هالوژن‌ها به‌کاررفته و همین موضوع باعث شده است تا گرانول وینیل کلراید، انعطاف بالایی داشته باشد. همچنین از آن برای تولید نوارهای محافظ، شبیه آنچه در صنایع چوب به کار می‌رود، استفاده می‌گردد. شاید مهم‌ترین ویژگی گرانول PVC در قیاس با سایر انواع گرانول، بهای کمتر است و علت این موضوع هم تولید آن از مواد بازیافتی است. در حقیقت گرانول پلی‌وینیل‌کلراید را باید اقتصادی‌ترین نوع گرانول موجود در بازار دانست.

5- گرانول پلی‌استایرن

این نوع گرانول خود به سه دسته مجزا تقسیم می‌شود. پلی‌استایرن را باید گونۀ مصنوعی انواع گرانول دانست. در حقیقت فرایند پلیمریزاسیون و ساختار پلیمری در این نوع گرانول، شبیه‌سازی شده است. سه دسته اصلی گرانول پلی‌استایرن عبارت‌اند از معمولی یا کریستالی، انبساطی و مقاوم.

کاربرد انواع گرانول پلی‌استایرن:

• نوع معمولی گرانول پلی‌استایرن، حالتی شفاف دارد و کارکرد آن شبیه به سایر انواع گرانول است و در صنایع پزشکی هم کاربرد فراوانی دارد.
• از نوع انبساطی این گرانول در تولید یونولیت و سقف کاذب استفاده می‌شود.
• نوع مقاوم پلی‌استایرن معمولاً در صنعت لوازم‌خانگی و برای تولید بدنه یخچال‌فریزر استفاده می‌شود.

کاربرد گرانول در صنعت

در حقیقت در توضیح بخش قبل و در معرفی انواع گرانول، به‌صورت تکه‌تکه، به کاربرد هر یک از انواع گرانول پرداختیم؛ اما بد نیست تا کاربرد آنها در صنایع مختلف را به‌صورت لیستی خلاصه و کوتاه، مرور کنیم. نکته‌ای که باید به آن اشاره کرد این است که کاربرد انواع گرانول در صنعت، تا حد زیادی به خواص فیزیکی آن‌ها وابسته است و این خواص هم توسط ساختار پلیمری تعیین می‌شود. در ادامه می‌توانید مهم‌ترین کاربرد انواع گرانول در صنعت را مشاهده کنید:

• خودروسازی
• مصالح ساختمانی
• صنایع بسته‌بندی
• لوازم‌خانگی
• پزشکی
• برق
• حفاظ و نرده
• و…

قیمت انواع گرانول

طبیعتاً همواره یکی از عوامل مهم در انتخاب مواد اولیه در دنیای صنعت، قیمت است و این موضوع در مورد گرانول هم صدق می‌کند. در این بخش، مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار بر قیمت گرانول را مرور می‌کنیم و در انتها هم به بحث خرید انواع گرانول خواهیم پرداخت.

عوامل موثر بر قیمت انواع گرانول:

• باتوجه‌به آنچه تابه‌حال ذکر کرده‌ایم می‌توان اولین عامل مؤثر در قیمت انواع گرانول را حدس زد و آن چیزی نیست جز بازیافتی یا دست‌اول بودن آن. در حقیقت گرانول بازیافتی که نمونه آن گرانول پلی‌وینیل‌کلراید است، بهای کمتری نسبت به سایر انواع گرانول دارد.
• عامل مهم بعدی که روی قیمت گرانول تأثیر زیادی دارد، رنگ گرانول است. حالت بی‌رنگ یا شفاف گرانول، بهای بیشتری دارد و علت اصلی آن هم این است که این نوع گرانول، خاصیت رنگ‌پذیری بسیار بالایی داشته و بعد از آن هم باید به رنگ‌هایی مثل زرد و آبی اشاره کرد. در حقیقت هر چه رنگ گرانول محبوبیت بیشتری داشته باشد؛ بهای آن نیز بیشتر است. این عامل تأثیرگذار، بیشتر ریشه در عرضه و تقاضای بازار دارد. ارزان‌ترین نوع از انواع گرانول بر اساس رنگ‌، گرانول‌هایی با رنگ‌های تیره و کدر هستند.
• نکته بعدی که روی قسمت گرانول تأثیر دارد؛ خلوص مواد پلیمری است. به‌عبارت‌دیگر هر ماده پلیمری که از آن برای تولید گرانول استفاده می‌شود؛ دارای درصدی ناخالصی است و هر چقدر میزان این ناخالصی پلیمری کمتر باشد؛ بهای گرانول تولید شده بیشتر خواهد بود. در بسیاری از صنایع، به‌خصوص صنایع مهم و حساس، به گرانولی با درصد خلوص بسیار بالا نیاز است و همین عامل، قیمت گرانول به‌کاررفته در این نوع صنایع را افزایش می‌دهد.
• نکته‌ای که شاید بیشتر جنبه علمی داشته باشد و روی قیمت گرانول تأثیر فراوانی دارد میزان ویسکوزیته یا حرکت ماده اولیه آب شده است که اهالی صنعت آن را به‌عنوان شاخص MFI می‌شناسند. در حقیقت این شاخص نشان می‌دهد که مواد اولیه چند بار ذوب شده‌اند. در بخش تولید گرانول اشاره کردیم که در فرایند تولید انواع گرانول با انواع شیوه‌ها، ماده پلیمری ذوب شده و بعد از آن باقی فرایند اتفاق می‌افتد. طبیعتاً در گرانول بازیافتی این ماده اولیه برای بار چندم ذوب می‌شود و این یعنی شاخص MFI آن پایین‌تر خواهد بود.
• شرایط بازار را هم باید به‌عنوان آخرین عامل مهم در قیمت‌گذاری گرانول نام برد. در واقع شرایط بازار و میزان عرضه و تقاضا و عواملی مثل میزان تولید داخلی یک محصول یا میزان واردات آن و تعداد زیادی از عوامل دیگر، روی قیمت انواع گرانول، مانند هر کالای دیگری، تأثیرگذار هستند.

نکات مهم در هنگام خرید گرانول

امروزه باتوجه‌به محبوبیت انواع گرانول و کاربرد فراوان آن در صنعت، افراد و بنگاه‌های تجاری زیادی به فروش گرانول مشغول هستند و افراد زیادی هم تمایل دارند تا از جایی مطمئن که قابلیت تأمین ماده اولیه موردنیاز آنها به‌صورت دائم را دارد، به تهیه گرانول بپردازند. در این بخش مهم‌ترین نکاتی که باید در هنگام خرید انواع گرانول، به آنها توجه کرد را با هم مرور خواهیم کرد.

• به نوع گرانول انتخابی دقت کرده و مطمئن شوید که نوع انتخاب شده با نیازهای شما متناسب است. ازآنجاکه دسته‌بندی انواع گرانول، بر اساس ساختار پلیمری و مولکول‌ها و ترکیبات شیمیایی آن انجام می‌شود، طبیعتاً هر نوع گرانول، خواص و کاربردهای متفاوتی با سایر گرانول‌ها دارد و تناسب نیاز شما با گرانول انتخاب شده؛ مهم‌ترین عاملی است که باید به آن دقت نمود.
• توجه کنید که درصد خلوص گرانول انتخابی شما چیست. طبیعتاً هر چقدر درصد خلوص پلیمری گرانول انتخابی شما بیشتر باشد؛ کیفیت بیشتری داشته و بهای آن نیز بیشتر خواهد بود. از طرف دیگر هر کاربردی، بسته به حساسیت و ماهیت خود، به نوع خاصی از گرانول و درصد خلوص ویژه‌ای نیازمند است و در هنگام خرید گرانول باید به این نکته هم دقت فراوانی داشت.
• اگر قابلیت رنگ‌پذیری گرانول در کاربردی که شما برای آن در نظر گرفته‌اید بسیار مهم است؛ راهی جز انتخاب انواع گرانول شفاف برای شما وجود ندارد. به‌عبارت‌دیگر نکته‌ای که در هنگام خرید گرانول باید به آن دقت داشت این است که گرانول‌های تیره و کدر، قابلیت رنگ‌پذیری بسیار پایینی دارند و نمی‌توان آن‌ها را به رنگ دلخواه خود درآورد و اگر شما، بر حسب نوع کالای تولیدی خود، به رنگ‌های مختلف و قابلیت رنگ‌پذیری بالا نیاز دارید؛ باید سراغ نوع شفاف گرانول بروید.
• نکته بعدی که باید آن را در نظر داشت این است که آیا گرانول خریداری شده توسط شما، دست‌اول است یا بازیافتی و اگر هم از نوع بازیافتی است؛ شاخص MFI آن چگونه است و ماده اولیه گرانول انتخابی شما چند بار ذوب شده و چه ویسکوزیته‌ای دارد.
• نگهداری گرانول نیز از آن دست نکاتی است که باید در هنگام خرید گرانول به آن توجه کرد. گفتیم که گرانول به دانه‌های گرد و کوچک گفته می‌شود؛ اما امروزه حدوداً همه ما از گرانول برای اشاره به ماده پلیمری استفاده می‌کنیم. در نتیجه عجیب نیست که اصطلاحاتی مثل «گرانول محلول» یا «گرانول پودر» را بشنویم. اما آنچه در این میان برای خرید انواع گرانول مهم است این است که نگهداری و حفظ انواع مایع یا پودر، در مقایسه با دانه‌های کوچک و جامد کار بسیار ساده‌ای است و هزینه کمتری دارد. پس حتماً دقت کنید که نوع گرانول انتخابی شما چگونه است و باید چه تمهیداتی برای نگهداری و انبارکردن آن در نظر بگیرید.

جمع‌بندی

ما در این مطلب تلاش کردیم تا انواع گرانول و ویژگی‌ها و خواص و کاربردهای هر یک را به شما معرفی کنیم. گرانول در کلی‌ترین تعریف به هر دانه کوچک گفته می‌شود؛ اما امروزه بسیاری از افراد آن را به‌جای ماده پلیمری به کار می‌برند. انواع گرانول را می‌توان بر اساس ماهیت پلیمری آن‌ها دسته‌بندی نمود و هر یک از این دسته‌ها هم در صنایع خاصی کاربرد دارد. از طرف دیگر می‌توان گرانول را بر اساس شیوه‌های مختلف تولید، دسته‌بندی کرد که رایج‌ترین شیوه تولید، استفاده از اکسترودر است و پیچیده‌ترین شیوه را هم باید روش تولید گرانول خشک دانست.