اکسترودرهای آزمایشگاهی ابزارهای ضروری در تحقیق و توسعه هستند و امکان پردازش طیف گسترده ای از مواد را فراهم می کنند. این مواد می توانند چندین صنایع از جمله علوم پلیمری ، تولید مواد غذایی ، داروهای دارویی و وسایل پزشکی را در خود جای دهند. تطبیق پذیری اکسترودرهای آزمایشگاهی در توانایی آنها در رسیدگی به مواد اولیه مختلف نهفته است و به محققان و تولید کنندگان این امکان را می دهد تا قبل از مقیاس بندی برای تولید انبوه ، آزمایش ، نوآوری و بهینه سازی محصولات را در مقیاس کوچک انجام دهند.
در این مقاله انواع مختلفی از موادی که می توانند با استفاده از یک اکسترودر آزمایشگاه پردازش شوند ، به خصوصیات منحصر به فرد ، الزامات پردازش و برنامه های کاربردی آنها پردازش می شود.
1. پلیمرها و پلاستیک
ترموپلاستیک
ترموپلاستیک شاید رایج ترین نوع مواد پردازش شده در اکسترودرهای آزمایشگاهی باشد. این مواد را می توان چندین بار ذوب و مجدداً اصلاح کرد و آنها را برای فرآیند اکستروژن ایده آل کرد. ترموپلاستیک به دلیل تطبیق پذیری و دوام آنها به طور گسترده در صنایعی مانند خودرو ، الکترونیک ، وسایل پزشکی و بسته بندی مورد استفاده قرار می گیرد.
ترموپلاستیک مشترک با استفاده از اکسترودرهای آزمایشگاهی پردازش می شود:
پلی اتیلن (PE) : اغلب برای فیلم های بسته بندی ، بطری ها و اسباب بازی ها استفاده می شود. PE به دلیل مقاومت شیمیایی ، جذب رطوبت کم و انعطاف پذیری شناخته شده است.
پلی پروپیلن (PP) : در قطعات خودرو ، منسوجات و بسته بندی مورد استفاده قرار می گیرد ، PP به دلیل چقرمگی و مقاومت در برابر مواد شیمیایی شناخته شده است.
پلی وینیل کلرید (PVC) : معمولاً برای لوله ها ، کفپوش ها و تجهیزات پزشکی استفاده می شود ، PVC با دوام ، مقاوم در برابر آتش است و می تواند برای کاربردهای مختلف اصلاح شود.
پلی استایرن (PS) : برای بسته بندی ، کارد و چنگال یکبار مصرف و عایق استفاده می شود. سفت و شفاف است و آن را برای این برنامه ها ایده آل می کند.
پلی اتیلن تفاتالات (PET) : معمولاً برای بطری ها ، فیلم ها و منسوجات مورد استفاده قرار می گیرد ، PET به دلیل قدرت و مقاومت در برابر گرما شناخته شده است.
ترموپلاستیک به طور معمول در بشکه اکسترودر آزمایشگاه گرم می شود ، جایی که قبل از شکل گیری توسط قالب ، ذوب می شوند و از طریق مکانیسم پیچ منتقل می شوند.
دماسنج
در حالی که ترموست ها نسبت به ترموپلاستیک کمتر فرآوری می شوند ، اما هنوز هم در برنامه های تخصصی مورد استفاده قرار می گیرد. مواد ترموست در حین پردازش یک واکنش شیمیایی انجام می دهند که باعث می شود آنها به طور دائم سخت شود و آنها را برای مواردی که به دوام بالا و مقاومت در برابر حرارت نیاز دارند ایده آل می کند.
پلاستیک های ترموسالات مشترک:
رزین اپوکسی : به دلیل خاصیت چسب قوی آن شناخته شده است ، اپوکسی در پوشش ها ، چسب ها و کامپوزیت ها استفاده می شود.
رزین فنولیک : در عایق الکتریکی ، قطعات خودرو و روکش ها استفاده می شود ، رزین فنولیک به دلیل مقاومت در برابر حرارت زیاد شناخته شده است.
ملامین فرمالدئید : معمولاً در وسایل آشپزخانه ، لمینت ها و روکش ها استفاده می شود ، ملامین در برابر گرما و مواد شیمیایی بسیار بادوام و مقاوم است.
در حالی که ترموست ها نمی توانند دوباره ذوب شوند ، می توان از اکسترودرهای آزمایشگاهی برای مخلوط کردن اجزای قبل از انجام فرآیند پخت استفاده کرد ، که به طور معمول پس از اکستروژن اتفاق می افتد.
2. پلاستیک های تخریب پذیر
با توجه به نگرانی های زیست محیطی ، پلاستیک های تجزیه پذیر به طور فزاینده ای محبوب می شوند. اکسترودرهای آزمایشگاهی به طور گسترده در توسعه بیوپلاستیک مورد استفاده قرار می گیرند و محققان را قادر می سازد فرمولاسیون خود را برای برنامه های مختلف بهینه کنند. این مواد برای تجزیه طبیعی در محیط طراحی شده اند و آنها را به یک جایگزین سازگار با محیط زیست برای پلاستیک های سنتی تبدیل می کنند.
پلاستیک های زیست تخریب پذیر رایج پردازش شده در اکسترودرهای آزمایشگاهی:
اسید پولیلاکتیک (PLA) : حاصل از منابع تجدید پذیر مانند نشاسته ذرت یا نیشکر ، PLA معمولاً برای بسته بندی ، کارد و چنگال یکبار مصرف و کاربردهای پزشکی استفاده می شود.
Polyhydroxyalkanoates (PHA) : تجزیه تخریب پذیر و توسط باکتری ها ، PHA در بسته بندی ، فیلم های کشاورزی و وسایل پزشکی استفاده می شود.
پلاستیک های مبتنی بر نشاسته : ساخته شده از نشاسته ذرت یا سیب زمینی ، این پلاستیک ها در بسته بندی های زیست تخریب پذیر ، فیلم های کشاورزی و محصولات یکبار مصرف استفاده می شود.
اکسترودرهای آزمایشگاهی به محققان اجازه می دهند تا با مواد افزودنی مختلف و شرایط پردازش آزمایش کنند تا خواص این مواد مانند انعطاف پذیری ، قدرت و میزان تخریب را بهینه کنند.
3 مواد تشکیل دهنده مواد غذایی
اکستروژن در فرآوری مواد غذایی
اکسترودرهای آزمایشگاهی در توسعه محصولات غذایی ضروری هستند ، جایی که از آنها برای پردازش طیف گسترده ای از مواد تشکیل دهنده و ایجاد بافت ها و شکل های متنوع استفاده می شود. اکستروژن غذا شامل مجبور کردن مواد از طریق بشکه گرم شده است ، جایی که آنها مخلوط ، پخته شده و به محصولات مانند میان وعده ، غلات صبحانه ، ماکارونی و غذاهای حیوان خانگی می شوند.
مواد غذایی متداول با استفاده از اکسترودرهای آزمایشگاهی پردازش می شوند:
نشاسته ها : نشاسته های ذرت ، گندم ، برنج و سیب زمینی معمولاً در اکسترودرهای آزمایشگاهی پردازش می شوند تا انواع محصولات غذایی از جمله تنقلات ، غلات صبحانه و غذاهای فرآوری شده را ایجاد کنند.
پروتئین ها : پروتئین های گیاهی مانند پروتئین سویا یا نخود فرنگی و پروتئین های حیوانی می توانند برای ایجاد محصولات بافتی مورد استفاده در جایگزین های گوشت و محصولات غذایی پردازش شوند.
آرد : آرد گندم ، آرد برنج و انواع دیگر آرد اغلب برای ایجاد ماکارونی ، میان وعده و کالاهای پخته شده مختلف اکسترود می شوند.
چربی ها و روغن ها : در بعضی از کاربردها ، چربی ها و روغن ها برای ایجاد بافت های خاص مانند تولید شکلات یا غذاهای میان وعده خاص اکسترود می شوند.
ویتامین ها و مواد معدنی : اینها اغلب در طی فرآیند اکستروژن برای تقویت محصولات غذایی ، مانند ایجاد میله های بهداشتی یا غذاهای کاربردی اضافه می شوند.
توانایی اکسترودرهای آزمایشگاهی برای کنترل دما ، فشار و سرعت پیچ ، دستکاری دقیق بافت و کیفیت محصولات غذایی را از میان وعده های ترد گرفته تا میله های جویدنی امکان پذیر می کند.
4. لاستیک و الاستومرها
اکسترودرهای آزمایشگاهی همچنین به طور گسترده ای برای پردازش لاستیک و الاستومرها ، که مواد شناخته شده به دلیل انعطاف پذیری ، خاصیت ارتجاعی و دوام هستند ، مورد استفاده قرار می گیرند. این مواد در صنایعی مانند کالاهای خودرو ، مراقبت های بهداشتی و مصرفی بسیار مهم هستند.
لاستیک و الاستومرهای رایج با استفاده از اکسترودرهای آزمایشگاهی پردازش می شوند:
لاستیک طبیعی : از شیره درختان لاستیکی به دست آمده ، لاستیک طبیعی در لاستیک های خودرو ، وسایل پزشکی و محصولات مختلف مصرفی استفاده می شود.
لاستیک مصنوعی : ساخته شده از مونومرهای مبتنی بر نفت ، لاستیک های مصنوعی مانند لاستیک استایرن بوتادین (SBR) و لاستیک بوتیل در لاستیک ، مهر و موم و چسب استفاده می شود.
لاستیک سیلیکون : به دلیل مقاومت و انعطاف پذیری با درجه حرارت بالا شناخته شده است ، از سیلیکون در دستگاه های پزشکی ، مهر و موم ها و وسایل آشپزخانه استفاده می شود.
الاستومرهای ترموپلاستیک (TPE) : این مواد خواص لاستیک و پلاستیک را ترکیب می کنند و آنها را برای قطعات خودرو ، کفش و الکترونیک مصرفی ایده آل می کنند.
اکسترودر آزمایشگاه در مخلوط کردن این مواد با مواد افزودنی مانند مواد پخت ، آنتی اکسیدان ها و رنگ ها قبل از شکل گیری و پردازش به شکل نهایی آنها بسیار مهم است.
5. سیستم های دارویی و تحویل دارو
فرمولاسیون کنترل شده کنترل شده
در صنعت داروسازی ، از اکسترودرهای آزمایشگاهی برای پردازش داروها و مواد دارویی فعال (API) در فرمولاسیون های کنترل شده کنترل شده استفاده می شود. این سیستم ها دارو را با سرعت از پیش تعیین شده آزاد می کنند و از اثرات درمانی طولانی مدت اطمینان می دهند.
اکسترودرهای آزمایشگاهی برای مخلوط کردن API ها با مواد تحریک کننده (مواد غیرفعال) و ایجاد فرمولادیولهایی که گلوله ها ، گرانول ها یا فیلم ها هستند ، استفاده می شوند. فرآیند اکستروژن با کنترل عواملی مانند دما ، فشار و طراحی پیچ به دستیابی به مشخصات رهاسازی مورد نظر کمک می کند.
مواد پردازش شده در اکسترودرهای دارویی:
پلیمرها : پلیمرهای مختلف ، مانند اتیل سلولز ، الکل پلی وینیل (PVA) و پلی اتیلن گلیکول (PEG) در فرمولاسیون داروهای کنترل شده استفاده می شوند.
لیپیدها و موم ها : فرمولاسیون مبتنی بر لیپید برای ایجاد سیستم های تحویل دارویی پایدار در اکسترودرهای آزمایشگاهی پردازش می شوند.
مواد آبگریز و آبگریز : این مواد با کاهش سرعت یا سرعت بخشیدن به میزان انحلال ماده فعال ، به کنترل میزان انتشار دارو کمک می کنند.
اکسترودرهای آزمایشگاهی همچنین امکان ترکیب دقیق عوامل درمانی ، اطمینان از توزیع یکنواخت و دستیابی به مشخصات انتشار مورد نظر را فراهم می کنند.
6. دستگاه های پزشکی و کاشت
پلیمرهای سازگار
اکسترودرهای آزمایشگاهی به طور گسترده ای برای پردازش پلیمرهای زیست سازگار برای استفاده در وسایل پزشکی و کاشت استفاده می شوند. این مواد برای اطمینان از ایمنی و عملکرد در بدن باید استانداردهای نظارتی دقیق را رعایت کنند.
مواد پردازش شده برای برنامه های پزشکی:
پلی اتیلن (PE) : به دلیل سازگاری و دوام آن ، در تعویض مفصل ، ایمپلنت های جراحی و کاتترها استفاده می شود.
اسید پولیلاکتیک (PLA) : یک پلیمر تخریب پذیر که اغلب برای بخیه های قابل حل و سیستم های تحویل دارو استفاده می شود.
Polycaprolactone (PCL) : یک پلیمر تخریب پذیر در مهندسی بافت و انتشار دارو کنترل شده استفاده می شود.
لاستیک سیلیکون : به دلیل انعطاف پذیری ، زیست سازگاری و مقاومت در برابر دمای بالا ، برای کاشت ، لوله و مهر و موم استفاده می شود.
اکسترودر آزمایشگاه به محققان این امکان را می دهد تا خصوصیات مواد مانند قدرت ، انعطاف پذیری و میزان تخریب را تنظیم کنند و اطمینان حاصل کنند که دستگاه های پزشکی استانداردهای عملکرد لازم را رعایت می کنند.
7. مواد کامپوزیت
مواد کامپوزیت ، که دو یا چند ماده را برای دستیابی به خواص برتر ترکیب می کنند ، اغلب در اکسترودرهای آزمایشگاهی پردازش می شوند. این مواد در برنامه های مختلف از هوافضا و خودرو گرفته تا تجهیزات ورزشی و ساخت و ساز استفاده می شوند.
کامپوزیت های متداول با استفاده از اکسترودرهای آزمایشگاهی پردازش می شوند:
پلیمرهای تقویت شده با فیبر (FRPS) : این کامپوزیت ها یک ماتریس پلیمری (به عنوان مثال ، اپوکسی یا پلی استر) را با الیاف تقویت کننده مانند شیشه ، کربن یا الیاف آرام ترکیب می کنند. اکسترودرهای آزمایشگاهی به توزیع الیاف به طور مساوی در ماتریس پلیمر کمک می کنند و از مواد کامپوزیت قوی و بادوام اطمینان می دهند.
کامپوزیت های پلاستیک چوب (WPC) : ساخته شده از ترکیبی از الیاف چوب و پلاستیک ، WPC در استفاده از کاربردهای دکوراسیون ، مبلمان و خودرو استفاده می شود. اکسترودر آزمایشگاه به اطمینان از اختلاط یکنواخت و پراکندگی مناسب الیاف چوب در ماتریس پلاستیک کمک می کند.
اکسترودرهای آزمایشگاهی به تولید کنندگان اجازه می دهند تا با انواع مختلف فیبر آزمایش کنند ،
رزین های ماتریس و مواد افزودنی برای بهینه سازی خصوصیات مکانیکی ، دوام و ویژگی های پردازش مواد کامپوزیت.
پایان
اکسترودرهای آزمایشگاهی ماشینهای همه کاره هستند که قادر به پردازش طیف گسترده ای از مواد ، از پلاستیک و بیوپلیمرها گرفته تا مواد غذایی و داروهای غذایی هستند. توانایی کنترل دما ، فشار و طراحی پیچ ، محققان را قادر می سازد تا خواص مواد را برای برنامه های خاص دستکاری کنند. چه در توسعه بیوپلاستیک سازگار با محیط زیست ، سیستم های نوآورانه تحویل دارو یا مواد کامپوزیت پیشرفته ، اکسترودرهای آزمایشگاهی ابزاری اساسی در پیشبرد فناوری و توسعه محصول در صنایع مختلف هستند.
دانستن موادی که می توانند با استفاده از اکسترودر آزمایشگاهی پردازش شوند ، برای تولید کنندگان ، محققان و مهندسان تلاش می کند تا فرمولاسیون مواد را بهینه کنند ، عملکرد را تقویت کنند و محصولات جدید و نوآورانه ایجاد کنند. انعطاف پذیری اکسترودرهای آزمایشگاهی ، آنها را در دنیای علوم مواد و توسعه محصول ضروری می کند.
در این مقاله نگاهی عمیق به طیف متنوعی از موادی که می توانند با استفاده از اکسترودر آزمایشگاه پردازش شوند ، ارائه می دهد و کاربردهای گسترده این فناوری را در زمینه های مختلف برجسته می کند.
