اتیلن وینیل الکل (EVOH) یک ترموپلاستیک محلول در آب است که از کوپلیمریزاسیون اتیلن و وینیل الکل به دست می‌آید. این پلیمر به دلیل ساختار مقاوم خود، نفوذپذیری بسیار کمی در برابر اکسیژن، عطر و بو دارد و در صنایع مختلف بسته‌بندی و کشاورزی کاربرد گسترده‌ای دارد.
ساختار و خواص شیمیایی
اتیلن وینیل الکل (EVOH) در حقیقت از تبدیل واحدهای وینیل استات (VA) موجود در ساختار کوپلیمر اتیلن وینیل استات (EVA) به واحدهای وینیل الکل (VOH) حاصل می‌شود. درصد تبدیل VA به VOH در ساختار EVOH تعیین‌کننده خواص فیزیکی و شیمیایی نهایی آن است. با کاهش درصد اتیلن در ساختار این کوپلیمر، مقاومت آن در برابر نفوذ اکسیژن به طور چشمگیری افزایش می‌یابد. با این حال، برای دستیابی به توازن بین خواص مکانیکی و فرآیندپذیری، میزان اتیلن معمولاً در بازه ۳۲ تا ۴۴ درصد مولی نگه داشته می‌شود.
مقایسه عملکرد EVOH با سایر پلیمرها در جلوگیری از نفوذ اکسیژن، گواهی بر مزیت بارز این ماده است. به عنوان مثال، یک لایه به ضخامت ۱ میلی‌متر از اتیلن وینیل الکل (EVOH) می‌تواند به اندازه یک لایه ۱۰ متری از پلی‌اتیلن با دانسیته پایین (LDPE) در برابر نفوذ اکسیژن مقاومت ایجاد کند. جدول زیر میزان عبورپذیری اکسیژن را در برخی پلیمرها نشان می‌دهد (در دمای ۲۰ درجه سلسیوس و رطوبت نسبی ۶۵٪):
| پلیمر | عبورپذیری اکسیژن (cm³.20µm/m².day.atm) |
| EVOH (32٪ مولی اتیلن) | 0.41 |
| پلی‌آمید 6 (PA6) | 32.26 |
| پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) | 38.75 |
| پلی‌وینیل کلراید (PVC) | 458.79 |
| پلی‌پروپیلن (PP) | 5349.65 |
| پلی‌اتیلن (PE) | 10348.23 |
ویژگی‌های کلیدی
برخی از مهم‌ترین ویژگی‌های فنی اتیلن وینیل الکل (EVOH) عبارت‌اند از:
- مقاومت بسیار بالا در برابر نفوذ اکسیژن، نیتروژن، دی‌اکسید کربن و سایر گازها
- حفظ عطر، طعم و کیفیت مواد بسته‌بندی‌شده
- مقاوم در برابر روغن‌ها و حلال‌های آلی
- قابلیت چاپ‌پذیری بالا و براقیت سطحی مطلوب
- مقاومت مناسب در برابر شرایط جوی
- فرآیندپذیری مناسب در روش‌های اکستروژن، قالب‌گیری دمشی و لمیناسیون
- شفافیت بالا و ظاهر یکنواخت
اگرچه این ماده دارای خواص مهندسی برتری است، اما در حضور رطوبت، عملکرد آن در برابر نفوذ گازها کاهش می‌یابد. برای غلبه بر این محدودیت، از فناوری Co-extrusion استفاده می‌شود تا لایه EVOH میان لایه‌هایی از پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، نایلون یا پلیمرهای مقاوم به رطوبت قرار گیرد. این ساختار چندلایه‌ای باعث می‌شود تا خواص سدکنندگی EVOH حتی در محیط‌های مرطوب حفظ شود.
کاربردهای صنعتی
بسته‌بندی مواد غذایی
اصلی‌ترین کاربرد اتیلن وینیل الکل (EVOH) در صنعت بسته‌بندی مواد غذایی است. این ماده به عنوان لایه‌ای داخلی در فیلم‌های چندلایه، مانع نفوذ اکسیژن، روغن‌های معدنی مانند MOAH و MOSH، و ترکیبات معطر می‌شود. استفاده از این کوپلیمر در فناوری بسته‌بندی با اتمسفر اصلاح‌شده (MAP)، موجب افزایش ماندگاری و حفظ طعم و کیفیت محصول می‌گردد.
خودروسازی
در صنعت خودروسازی، از EVOH در ساخت مخازن سوخت استفاده می‌شود. این ماده با ایجاد سدکنندگی بالا نسبت به هیدروکربن‌های فرار، انتشار بخارات سوخت را کاهش داده و با استانداردهای زیست‌محیطی هماهنگ است.
کشاورزی
فیلم‌های کشاورزی حاوی لایه EVOH به منظور کنترل عبور گازهای مضر و سموم به محیط کشت و جلوگیری از افت کیفیت محصولات به کار می‌روند. این فیلم‌ها موجب بهبود راندمان و کیفیت تولیدات کشاورزی می‌شوند.
تأسیسات ساختمانی
در لوله‌های چندلایه‌ای که در سامانه‌های تأسیسات آب و گرمایش مورد استفاده قرار می‌گیرند، لایه EVOH از ورود اکسیژن به داخل سیستم جلوگیری می‌کند و از خوردگی قطعات فلزی محافظت می‌نماید.
بسته‌بندی شوینده‌ها
قابلیت انحلال در آب، امکان استفاده از EVOH در بسته‌بندی‌هایی را فراهم کرده است که در تماس با آب، به‌طور کامل تجزیه شده و با مواد شوینده ترکیب می‌شوند. این نوع بسته‌بندی‌ها در محصولات شوینده خانگی و صنعتی کاربرد گسترده دارند.
تولید، بازار و چالش‌ها
اتیلن وینیل الکل (EVOH) برای اولین‌بار در دهه ۷۰ میلادی به تولید صنعتی رسید. در دهه ۹۰، مصرف جهانی این ماده رشد دو رقمی داشت، اما به‌مرور با ورود مواد جایگزین و افزایش هزینه‌های تولید، نرخ رشد آن کاهش یافت. از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۷ این نرخ به میانگین ۶ درصد و از ۲۰۰۷ تا ۲۰۱۱ به کمتر از ۲ درصد در سال رسید.
بازار جهانی این کوپلیمر به دلیل هزینه بالای تولید، پیچیدگی فرآیند و نیاز به تجهیزات تخصصی، بازاری محدود و تقریباً انحصاری است. حجم تجارت جهانی آن در سال ۲۰۱۶ کمتر از ۲۵۰ هزار تن بوده که نشان‌دهنده کاربردهای خاص و هدفمند این محصول است. همچنین، توزیع مصرف آن بیشتر در کشورهای توسعه‌یافته بوده و در مناطق آسیایی به جز برخی کشورهای صنعتی، مصرف اندکی دارد.
در حال حاضر، هیچ واحد تولیدی فعال یا در حال احداثی برای اتیلن وینیل الکل (EVOH) در داخل کشور وجود ندارد. با توجه به وابستگی برخی صنایع استراتژیک به این ماده، توسعه زیرساخت تولید آن می‌تواند گامی مؤثر در ارتقاء صنعت پلیمر و کاهش واردات باشد. قیمت هر تن از این ماده در سال جاری بین ۳۴۵۰ تا ۵۲۰۰ دلار برآورد شده است که نشان‌دهنده ارزش اقتصادی بالای آن در بازار جهانی است.
چرا EVOH انتخابی ایده‌آل است؟
- مقاومت بسیار بالا در برابر اکسیژن و سایر گازها
- افزایش بهداشت مواد غذایی با جلوگیری از نفوذ روغن‌های معدنی
- سازگاری با فناوری‌های پیشرفته تولید فیلم‌های چندلایه
جمع‌بندی
اتیلن وینیل الکل (EVOH) یکی از کوپلیمرهای مهندسی با خواص سدکنندگی بی‌نظیر است که در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارد. ویژگی‌های برجسته این ماده در مقاومت در برابر نفوذ گاز، حفظ کیفیت مواد، فرآیندپذیری مناسب و قابلیت حل شدن در آب، آن را به گزینه‌ای ممتاز در تولید فیلم‌های چندلایه و محصولات مهندسی بدل ساخته است. با وجود چالش‌هایی مانند حساسیت به رطوبت و هزینه بالا، EVOH همچنان یکی از مؤثرترین پلیمرهای تخصصی در صنعت بسته‌بندی و مهندسی به‌شمار می‌رود.
با توجه به خلأ تولید داخلی و پتانسیل مصرف بالا، ایجاد ظرفیت‌های بومی‌سازی این ماده می‌تواند منافع اقتصادی، صنعتی و زیست‌محیطی مهمی به همراه داشته باشد.
