کاربردها، مزیتها و چالشهای پیگمنتهای فسفرسنت در صنعت پلاستیک
آیا می توان زندگی را بدون وجود پلاستیکها تصور کرد؟ شاید اگر این سوال 60 سال پیش پرسیده میشد، پاسخ آن واضح بود " بله" اما اگر این سوال را از انسان امروزی بپرسیم انتظار چه پاسخی را خواهیم داشت؟ "تقریبا غیر ممکن است" تفکر درباره این امر مهم ما را به این حقیقت نزدیک میکند که چه قدر پلاستیکها در زندگی روزمره ما نفوذ کرده اند که تصور محیط پیرامون بدون وجود آنها بسیار مشکل است. از لباسی که میپوشیم، بطری آبی که از آن آب مینوشیم، کفش ورزشی که به پا میکنیم تا ماشینی که با آن رانندگی میکنیم. در همه این موارد پلاستیکها نقش اساسی دارند. به همین علت صنعت پلاستیک به یکی از بزرگترین صنایع جهان امروزی بدل گشتهاست. در چنین شرایطی، استفاده از مواد اولیه پیشرفته و افزودنیهای تخصصی، نقش کلیدی در توسعه محصولات پلاستیکی ایفا میکند. در این میان، پیگمنتها یکی از مهمترین مواد افزودنی هستند که علاوه بر ایجاد رنگ، میتوانند ویژگیهایی مانند براقیت، تابش در تاریکی، مقاومت در برابر اشعه UV، پایداری حرارتی و ... محصول را فراهمکنند. به همین دلیل، تقاضا برای پیگمنتهای جدیدتر با قابلیتهای متفاوت در سالهای اخیر رشد چشمگیری داشتهاست.
پیگمنتهای فسفرسنت (Phosphorescent Pigments) با قابلیت ذخیره نور و نشر آن در تاریکی به یکی از گزینههای محبوب در صنعت پلاستیک تبدیل گشتهاند که توجه صنعتگران این حوزه را به سمت خود جلب کردهاند. در این مقاله قصد داریم درباره کاربردها، مزیتها و چالشهای پیگمنتهای فسفرسنت در صنعت پلاستیک، صحبت کنیم.
01
PHOSPHORESCENT PIGMENTS
پیگمنت فسفرسنت چیست؟
پیگمنت های فسفرسنت(Phosphorescent Pigment) یا همان پودر شبتاب از دسته مواد فوتولومینسانس (Photoluminescence) به شمار میآیند. برای درک کامل از پدیده فسفرسنت و چرایی آن باید آشنایی کامل با مقوله فیزیک حالت جامد و مکانیک کوانتوم داشت که در مقاله فسفرسانس چیست به طور خلاصه توضیح داده شده است. اما اگر بخواهیم خیلی ساده پیگمنت های فسفرسنت را توضیح دهیم می گوییم:«گروهی از مواد که نور را جذب کرده و آن را در مدت زمان بیشتری با طول موج بلند تر ساطع می کنند که این تابش با قطع شدن منبع نور همچنان ادامه دارد.» پیگمنت های فسفرسنت موادی سرامیکی هستند که در گذشته بر پایه فسفر، کلسیم سولفید و باریم سولفید (به همراه یک فعال کننده مانند مس) تولید می شدند اما امروزه با پیشرفت تکنولوژی، این پیگمنتها بر پایه موادی نظیر آلومینات استرانسیوم (Strontium Aluminate) که توسط یک فعال کننده مانند یوروپیوم (Europium) به حالت فسفرسنتی میرسند، تولید میشوند که میزان درخشش و مدت زمان آن را نسبت به فسفرسنت های قدیمی چند برابر کرده است. نگرانیهایی در مورد رادیواکتیو بودن این پیگمنتها در بین بعضی از مشتریان این محصول وجود دارد که کاملا بی اساس است. در گذشته معمولا یک عنصر رادیواکتیو با تشعشات بسیار کم مانند رادیوم بر روی این پیگمنت ها رسوب داده میشد که مزیت قابل توجهی مانند دائمی شدن تابش فسفرسنتی را برای آنها به ارمغان میاورد اما امروزه بدلیل مسائل زیست محیطی، هیچ گونه ماده رادیواکتیوی در ساخت آنها استفاده نمیشود (Non - Radioactive) و این پیگمنتها کاملا غیر سمی (Non - Toxic) هستند، به طوریکه از آنها امروزه در ساخت اسباببازی کودکان نیز استفاده میشود.
مقایسه نسل جدیدتر پیگمنتهای فسفرسنت بر پایه آلومینات استراتسیوم (ظرف سمت راست) با نسل قدیمیتر بر پایه سولفید روی (ظرف سمت چپ)
02
APPLICATIONS
کاربرد های پیگمنتهای فسفرسنت در صنعت پلاستیک
01
اسباب بازی و محصولات کودکان
صنعت اسباببازی یکی از بزرگترین مصرفکنندگان پیگمنتهای فسفرسنت در جهان است. تولیدکنندگان همواره به دنبال خلق محصولاتی هستند که علاوه بر جذابیت بصری، تجربهای متفاوت برای کودکان ایجاد کنند. تجربه ثابت کرده است وجود اسباب بازیهای شبتاب در اتاق کودکان باعث میشود کودکان کمتر از تاریکی بترسند و حتی برای رسیدن شب و اتاق تاریکشان لحظه شماری کنند!
پیگمنتهای فسفرسنت با ایجاد قابلیت درخشندگی در تاریکی، این امکان را فراهم میکنند که اسباببازیها پس از قرار گرفتن در معرض نور، بدون نیاز به باتری یا منبع انرژی، در محیطهای کمنور بدرخشند.
این ویژگی علاوه بر افزایش جذابیت محصول، ارزش افزوده قابلتوجهی برای تولیدکنندگان ایجاد میکند و آن را از سایر اسباب بازیهای دیگر متمایز میکند. این ویژگیها باعث شدهاست تولیدکنندگان بیشتری به استفاده از این پیگمنتها روی آورند.
این نکته نیز حائز اهمیت هست که امروزه بعضی از مدارس بر روی جنبه آموزشی اسباب بازیهای فسفرسنت نیز توجه دارند برای مثال نمایش و توضیح منظومههای شمسی با استفاده از استیکرهای شبتاب ایدهای خلاقانه برای فهم این موضوع میباشد و به درک بهتر آن توسط دانشآموزان منجر میشود.
نمایی از سقف یک مدرسه که با استفاده از استیکر های شب تزئین شدهاست. وجود این استیکرها به دانشآموزان برای فهم بهتر این موضوعات کمک میکند از طرفی جذابیت کلاس مدرسه برای آنها دو چندان میشود!
از دیگر موارد استفاده از پیگمنتهای فسفرسنت در صنعت اسباب بازی میتوان به بلوکهای لگو، توپهای پلاستیکی، پازل و بازیهای فکری نیز اشاره کرد.
آدمکهای تابان لگویی. شرکت اسباب بازی سازی لگو (LEGO Company)یکی از بزرگ ترین مصرف کنندگان پیگمنتهای فسفرسنت است. این آدمکها امروزه به یکی از محبوبترین محصولات این شرکت بدل گشتهاند.
02
لوازم ورزشی
تولیدکنندگان مطرح لوازم ورزشی در دنیا مانند برند Adidas، Puma، NIKE و ... همواره تلاش میکنند علاوه بر ارتقای فنی محصول خود مانند کیفیت و راحتی بر روی دیگر موارد مانند جلوه ظاهری توجه ویژهای داشته باشند. پیگمنتهای فسفرسنت در سالهای اخیر به یکی از افزودنیهای کاربردی در تولید تجهیزات ورزشی و محصولات فضای باز تبدیل شدهاند. این پیگمنتها علاوه بر ایجاد جلوهای جذاب، نقش مهمی در افزایش ایمنی، بهبود دید در شرایط کمنور و ارتقای تجربه کاربری ایفا میکنند. از آنجا که بسیاری از فعالیتهای ورزشی و تفریحی در ساعات غروب، شب یا محیطهای کمنور انجام میشوند، استفاده از پیگمنتهای فسفرسنت میتواند ارزش افزوده قابلتوجهی برای محصولات ایجاد کند.
نمایی از سه دوچرخه که با استیکرهای فیروزهای شبتاب تزئین شدهاند. این استیکرها علاوه بر جلوه زیبایی که به دوچرخه میدهند باعث افزایش ایمنی و دید بهتر این دوچرخهها در شب میشوند.
با افزایش محبوبیت ورزش و تفریحاتی مانند کمپینگ، دوچرخه سواری، کوهنوردی، ماهگیری و عموما فعالیتهایی که در شب و فضای باز انجام میشود، تقاضا برای استفاده از تجهیزات فسفرسنتی و شبتاب در حال گسترش هست. تولیدکنندگان نیز با بهرهگیری از این اصول همواره در تلاش هستند محصولاتی ایمنتر، کاربردیتر و متمایزتر ارائه دهند. انتظار میرود با توسعه پیگمنتهای فسفرسنت از نظر درخشندگی و ماندگاری، استفاده از این پیگمنتها در تجهیزات ورزشی و تفریحی در سالهای آینده رشد چشمگیری داشته باشد.
سه طعمه ماهیگیری که با استفاده از مستربچهای فسفرسنت ساخته شدهاند. این طعمههای ماهیگیری که به Fish Baits مشهور هستند تاثیر قابل توجهی در صید ماهیها در طول شب دارند. این طعمه ها طرافدان بسیاری در بین ماهیگیران پیدا کردهاست.
03
ظروف پلاستیکی
پیگمنتهای فسفرسنت، علاوه بر کاربرد در تولید لوازم ورزشی و اسباب بازی، در تولید انواع ظروف پلاستیکی نیز مورد استفاده قرار میگیرند. این پیگمنتها با جذب نور محیط و انتشار تدریجی آن در تاریکی، به ظروف پلاستیکی جلوهای منحصربهفرد میبخشند.
استفاده از پیگمنتهای فسفرسنت در ظروف پلاستیکی مخصوص کمپینگ اهمیت ویژهای دارد. قابلیت شبتابی این ظروف به کمپرها کمک میکند به راحتی وسایل خود در تاریکی جنگل یا کویر به راحتی پیدا کنند. با توجه به این ایده بسیاری از تولیدکنندگان به فکر استفاده از این پیگمنتها برای ساخت ظروف پلاستیکی با قابلیت فسفرسنتی کردهاند. چراکه در صورت رها شدن این گونه ظروف در طبیعت به راحتی در طول شب پیدا میشوند و این قابلیت کمک شایانی در پاکسازی طبیعت از آلودگیهای انسانی دارد.
دو بطری آب مخصوص کمپینگ که با استفاده از مستربچهای فسفرسنت آبی و سبز ساخته شدهاند. این بطریها به کمپرها کمک میکند تا به راحتی آنها در تاریکی پیدا کنند. پیگمنتهای فسفرسنت امروزه در تولید لوازم کمپینگ بسیار مشهور شدهاند.
یکی دیگر از مصرفکنندگان ظروف پلاستیکی فسفرسنت، رستورانها و کافهها هستند. بسیاری از رستورانها و کافهها که فضایی Dark Mode دارند همواره به فکر استفاده از عناصری با نور ملایم در طراحی و دیزاین مجموعه خود هستند. ماگها و ظروف پلاستیکی فسفرسنتی یکی از آن عناصری هست که جایگاهی ویژه در طراحی اینگونه فضاها و مکانها دارند.
نکته قابل توجهی که در اینجا وجود دارد این است که استفاده از پیگمنتهای فسفرسنت هیچگونه مغایرتی با مقوله Food Grade ندارند و امروزه بسیاری از برندهای مطرح نوشیدنی مانند Starbucks از این پیگمنتها در ظروف نوشیدنی خود استفاده میکنند.
یک لیوان پلاستیکی متعلق به شرکت Starbucks. این لیوان به لطف مستربچهای فسفرسنت جلوهای جادویی به خود گرفتهاست. یکی از مزیتهای پیگمنتهای فسفرسنت تنوع رنگی آنهاست. مانند این لیوان که با فسفرسنت زرد تولید شدهاست.
04
علائم ایمنی و تابلوهای خروج اضطراری
علائم ایمنی و تابلوهای خروج اضطراری از اولین محصولاتی بودند که پیگمنتهای فسفرسنت در آنها استفاده شد. قابلیت جذب نور و انتشار آن در تاریکی، امکان مشاهده این علائم را حتی در زمان قطع برق یا شرایط اضطراری فراهم میکنند. به همین دلیل، استفاده از آنها در ساختمانهای تجاری، بیمارستانها، مراکز آموزشی، فرودگاهها، ایستگاههای مترو، کشتیها، کارخانهها و مجتمعهای مسکونی بهطور چشمگیری افزایش یافته است.
برخلاف تابلوهایی که با برق کار میکنند، محصولات حاوی پیگمنتهای فسفرسنت به منبع تغذیه، باتری یا سیمکشی نیاز ندارند. طبق آمارهای موجود این تابلوها عملکرد فوقالعادهای از خود در تاریکی نشان دادهاند. نکته بسیار مهمی که در اینجا وجود دارد این است که تابلوها باید در معرض نور قرار بگیرند تا در تاریکی بتوانند به خوبی عمل کنند در غیر اینصورت نصب آنها در راهروهایی که مجهز به سیستم چشمی هستند (این راهروها اکثر مواقع تاریک هستند) امری کاملا بیهوده است.
یک تابلوی خروج اضطراری با قابلیت فسفرسنتی که در راهروی یک بیمارستان نصب شدهاست. اگرچه امروزه تمامی بیمارستانها مجهز به برق اضطراری و ژنراتور هستند اما نصب این تابلوها یکی از استانداردهای واجب بیمارستانها میباشد.
03
BENEFITS
مزیتهای پیگمنتهای فسفرسنت در صنعت پلاستیک
01
ایجاد ارزش افزوده و تمایز محصول
اولین و مهم مزیت استفاده از پیگمنتهای فسفرسنت در صنعت پلاستیک، ایجاد ارزش افزوده و تمایز محصول هست. در واقع پیگمنتهای فسفرسنت به دلیل قابلیت شبتابی، باعث میشوند پلاستیک تولید شده با این پیگمنتها، نظر بسیاری از مشتریان را در نگاه اول به خود جلب کند. پیگمنتهای فسفرسنت باعث افزایش جلوه بصری محصول میشوند و یکی از گزینههای جذابی است که به تولیدکنندگان صنعت پلاستیک، کمک میکند محصولی متمایز از دیگر رقبا به بازار عرضه کنند.
02
قابلیت استفاده در پلیمرهای مختلف
از آنجا که پیگمنتهای فسفرسنت بر پایه مواد سرامیکی هستند، دمای تحمل بسیار بالایی دارند. از اینرو با بسیاری از پلیمرهای رایج از جمله پلیاتیلن (PE)، پلیپروپیلن (PP)، پلیاستایرن (PS)، ABS، PVC، پلیکربنات (PC) و برخی پلیمرهای مهندسی در طی فرآیندهای تولید پلاستیک مانند تزریق (Injection Molding)، اکستروژن (Extrusion)، قالبگیری بادی (Blow Molding) و ترموفرمینگ (Thermoforming)سازگاری کامل دارند. استفاده از پیگمنتهای فسفرسنت در پلیمرها و فرآیندهای تولید پلاستیک دارای التزاماتی است که در مقاله مستربچهای فسفرسنت به طور کامل توضیح داده شدهاست.
03
دوام و طول عمر بالا
پیگمنتهای فسفرسنت همواره به سرسختی و ماندگاری بالا در بین پیگمنتها مشهور هستند. نسل جدید پیگمنتهای فسفرسنت، که بر پایه آلومینات استرانسیوم ساخته میشوند، از پایداری نوری بالایی برخوردار هستند و میتوانند هزاران بار چرخه جذب و انتشار نور را بدون افت محسوس عملکرد طی کنند. این ویژگی آنها را برای کاربردهای طولانیمدت مناسب میسازد.
04
حفظ انرژی
یکی از نکاتی که امروزه در مورد پیگمنتهای فسفرسنت مورد توجه قرار گرفته این است که، این پیگمنتها در بعضی از موارد میتوانند جایگزین منبع نورهای سنتی بشوند. پیگمنتهای فسفرسنت از ترکیب با حاملهای پلاستیکی میتوانند به حفظ انرژی و روشنایی در محیط داخلی و بیرونی کمک کنند. شاید با پیشرفت تکنولوژی شاهد روزی باشیم که لامپهای فسفرسنتی جایگزین لامپهای الکتریکی شدهاند!
04
CHALLENGES
چالشهای پیگمنتهای فسفرسنت در صنعت پلاستیک
01
قیمت بالاتر نسبت به پیگمنتهای معمولی
یکی از مهمترین چالشها، قیمت نسبتاً بالای پیگمنتهای فسفرسنت، بهویژه نسل جدید این پیگمنتها است. این موضوع باعث افزایش هزینه تولید مستربچ و محصول نهایی میشود و در برخی بازارهای حساس به قیمت، استفاده از این پیگمنتها را محدود میکند. شاید این سوال پیش بیاید که چرا با اینکه پیگمنتهای فسفرسنت در مقایسه با بعضی از نمونههای تخصصی تر سایر رنگدانهها مانند سالونت دایها (Solvent Dyes)، بسیار ارزانتر هستند اما استفاده از آنها محدودتر هست؟ پاسخ به این سوال در میزان مصرف این پیگمنتها در ماتریس مستربچ دارند. درحالیکه میزان مصرف سالونتها تا نهایتا 0.1 درصد متغیر است، میزان مصرف پیگمنتهای فسفرسنت تا 40 درصد هم میرسد! از اینرو مستربچهای فسفرسنت نسبتا محصولاتی گرانقیمت به شمار میآیند.
02
پراکندگی دشوار در پلیمر
از آنجا که پیگمنتهای فسفرسنت نسبت به سایر پیگمنتهای دیگر چگالی بیشتری دارند (چگالی پیگمنتهای فسفرسنت به طور میانگین 3.6 g/cm3 هست) پراکندگی آنها در ماتریس مستربچ دشوارتر هست. عدم پراکندگی مناسب باعث میشود که این پیگمنتها به طور یکنواخت داخل پلاستیک پخش نشوند و قابلیت فسفرسنت در همه جای محصول دیده نشود.
05
FUTURE OUTLOOK
چشم انداز آینده پیگمنتهای فسفرسنت در صنعت پلاستیک
چشمانداز پیگمنتهای فسفرسنت در صنعت پلاستیک بسیار امیدوارکننده است. نیاز روز افزون به محصولات ایمن، توسعه مستربچهای مهندسی و رشد بازار محصولات پیشرفته و خلاقانه از مهمترین عوامل گسترش این بازار هستند. در آینده، تولیدکنندگانی که بتوانند مستربچ و پلاستیکهای متناسب با نیاز صنایع مختلف ارائه دهند، از مزیت رقابتی قابلتوجهی برخوردار خواهند شد.
با توجه به روندهای جهانی، انتظار میرود پیگمنتهای فسفرسنت از یک افزودنی تزئینی فراتر رفته و به یکی از مواد کلیدی در طراحی محصولات هوشمند، ایمن و با ارزش افزوده بالا در صنعت پلاستیک تبدیل شوند.
