Slijm

Achtergrond

Slime is een uniek speelmateriaal dat is samengesteld uit een verknoopt polymeer. Het is geclassificeerd als een vloeistof en wordt meestal gemaakt door polyvinylalcoholoplossingen te combineren met boraationen in een grote mengcontainer. Het heeft vaak een onaangename geur, is groen van kleur en voelt koud en slijmerig aan.

In wetenschappelijke termen wordt slijm geclassificeerd als een niet-Newtonse vloeistof. Dit zijn dikke vloeistoffen met een variabele viscositeit. Viscositeit is een maat voor de weerstand tegen stroming wanneer een schuifkracht wordt uitgeoefend. Newtoniaanse vloeistoffen hebben een constante viscositeit, afhankelijk van hun samenstelling. Water is bijvoorbeeld altijd een dunne vloeistof met een lage viscositeit. Melasse is dik en heeft een hoge viscositeit. Niet-Newtoniaanse vloeistoffen, zoals slijm, hebben een andere viscositeit op basis van de hoeveelheid kracht die erop wordt uitgeoefend. Als er een kleine hoeveelheid kracht wordt uitgeoefend, zoals langzaam roeren met je vingers, voelen ze dun en waterachtig aan. Als er een hoge kracht wordt uitgeoefend, zoals het tegen een muur gooien, is de weerstand erg sterk. Ze worden niet-Newtoniaanse vloeistoffen genoemd omdat ze zich niet gedragen zoals voorspeld door de wetten van Newton. Andere materialen die zich ook zo gedragen zijn ketchup, gelatine, lijm en drijfzand.

De moleculaire structuur van slijm is de factor die verantwoordelijk is voor zijn interessante gedrag. Speelgoedslijm is meestal samengesteld uit verwarde polymeermoleculen met een lange keten. Deze polymeermoleculen kunnen worden gezien als spaghettistrengen. Wanneer ze op een bord worden samengevoegd, worden de strengen met elkaar vermengd en ontstaat er een verwarde puinhoop. Als de strengen tegen elkaar worden gewreven, worden ze uitgelijnd en gladder. Deze beweging geeft de massa zijn slijmerige, glibberige gevoel.

Hoewel het vermengen van de polymeerstrengen enige ingebouwde viscositeit zal geven, is er ook een verknopingsmiddel in slijm aanwezig om het het niet-Newtoniaanse vloeistofgedrag te geven. Verknopingsmiddelen zijn ionen die polymeerstrengen met relatief zwakke ionbindingen tijdelijk helpen verbinden. Deze bindingen zijn sterk genoeg om de polymeerstrengen bij elkaar te houden, maar niet sterk genoeg om de massa vast te maken.

Geschiedenis

Het verhaal van de ontwikkeling van speelgoedslijm gaat terug tot het begin van de twintigste eeuw toen de wetenschap van synthetische polymeren werd bepaald. In de jaren twintig legde Nobelprijswinnaar Hermann Staudinger de basis voor ons moderne begrip van polymeerwetenschap. Hij stelde een nieuw moleculair model voor polymeren voor; een van lange, ketenachtige moleculen en geen aggregaten of cyclische verbindingen zoals eerder werd gedacht. In 1928 werden zijn modellen bevestigd door Meyer en Mark. Deze twee wetenschappers bestudeerden de afmetingen van natuurlijk rubber met behulp van röntgentechnieken. In de jaren dertig werden de modellen van Staudinger algemeen aanvaard en begon de uitgebreide ontwikkeling van synthetische polymeren serieus.

Fabrikanten verkopen al jaren polymere speelmaterialen zoals slijm. Ze staan ​​erom bekend dat ze niet alleen kinderen en volwassenen amuseren, maar ook helpen bij de ontwikkeling van behendigheid en creativiteit. De vroegste van dit speelgoed waren kneedbare materialen zoals boetseerklei. De behoefte aan verbeterde en gevarieerde speelmaterialen leidde in de jaren vijftig tot de ontwikkeling van malle stopverf. Glow-in-the-dark domme stopverf werd vervolgens geïntroduceerd. In de jaren tachtig werden er verschillende soorten slijmspeelgoed geïntroduceerd. Deze producten zijn gemaakt van materialen als polyvinylalcohol, guargom of zelfs verrijkte melk.

Ontwerp

Hoewel er een grote verscheidenheid aan slijmvarianten wordt verkocht, hebben ze veel gemeenschappelijke kenmerken. Over het algemeen is slijm een ​​kleverige vloeistof die verkrijgbaar is in kleine kuipjes. Het kan op zichzelf worden verkocht of als onderdeel van een speelgoedset, zoals een accessoire voor een actiefiguur. Slijm heeft een licht onaangename geur en voelt koud en slijmerig aan. Kleuren variëren, maar de meest voorkomende zijn groen, blauw en rood. Sommige fabrikanten voegen geurstoffen toe om de geur te verbeteren.

Een van de belangrijkste aspecten van slijmformulering is dat de materialen veilig moeten zijn voor jonge kinderen. In het algemeen betekent dit dat de grondstoffen die worden gebruikt om slijm te maken, niet-irriterend voor de huid of ogen moeten zijn en niet-toxisch bij inslikken. Bovendien eisen consumenten dat slijm (en speelgoed dat erop lijkt) geen schade aanricht aan zaken als kleding, stoffering, stof of vloerbedekking.

Grondstoffen

Slijmformules worden aanvankelijk door chemici in laboratoria geproduceerd. Deze wetenschappers beginnen met te bepalen welke esthetische kenmerken het slijm zal hebben. Ze bepalen bijvoorbeeld wat de consistentie zal zijn, welke kleur het zal hebben en hoe het zal ruiken. Consumententesten worden vaak gebruikt om te helpen bij het nemen van deze beslissingen. Nadat de kenmerken zijn bepaald, worden in het laboratorium kleine testbatches gemaakt met de primaire grondstoffen. De meest voorkomende ingrediënten die worden gebruikt bij de productie van speelgoedslijm zijn water, polymere materialen, geleermiddelen, kleurstoffen, vulstoffen en conserveermiddelen.

Het meest voorkomende materiaal in slijm is water, dat doorgaans meer dan 90% van de formule uitmaakt. Over het algemeen wordt speciaal behandeld gedeïoniseerd water gebruikt. Water is een verdunningsmiddel dat het slijm zijn vloeibare consistentie geeft. De bron van het water kan afkomstig zijn uit ondergrondse putten, meren en rivieren.

De polymere materialen zijn verantwoordelijk voor de belangrijke eigenschappen van slijm. Het meest gebruikte materiaal is polyvinylalcohol (PVA). PVA is een polymeer met lange keten dat een ruggengraat heeft van koolstofmoleculen waaraan talrijke hydroxylgroepen (OH) zijn bevestigd. In een typische slijmformule is ongeveer 2% PVA nodig. Een ander vergelijkbaar polymeer is polyvinylacetaat (PVAC). Dit heeft een iets andere chemische samenstelling, maar het gedraagt ​​zich op dezelfde manier als PVA wanneer een geleermiddel wordt toegevoegd. Bepaalde "natuurlijke" polymeren kunnen ook worden gebruikt om slijm te produceren. Veelvoorkomende voorbeelden zijn guargom, dat is afgeleid van de boon van de guarplant, methylcellulose, dat afkomstig is van planten, en maïszetmeel.

Terwijl de polymere materialen slijm zijn substantie geven, is een geleermiddel nodig om het het niet-Newtoniaanse vloeistofgedrag te geven. In klassieke slijmformuleringen wordt natriumboraat (Borax) of natriumtetraboraat gebruikt. Wanneer opgelost in water, dissocieert natriumboraat in natriumionen en boraationen. Als er een polymeer aanwezig is zoals PVA, gaan de boraationen een wisselwerking aan met de polymeerketens en vormen zwakke ionische bindingen die de oplossing dikker maken. Deze bindingen geven ook het vermogen om uit te rekken wanneer een kracht wordt uitgeoefend. Gewoonlijk maakt natriumboraat ongeveer 2% van het eindproduct uit. De verhouding van het polymeer tot het geleermiddel is een factor bij het bepalen van de consistentie van het slijm.

Aan slijmproducten worden verschillende extra ingrediënten toegevoegd om de kleur en geur te verbeteren. Over het algemeen zijn de polymere oplossingen die worden gebruikt bij de productie van slijm kleurloos. Daarom worden verschillende kleurstoffen toegevoegd om het product kleur te geven. Dit zijn doorgaans door de overheid gecertificeerde kleurstoffen voor levensmiddelen, zoals FD&C Blue en FD&C Yellow. Om de geur van slijm te verbeteren wordt vaak een geurstof toegevoegd. Geuren zijn gemaakt van vluchtige oliematerialen. Omdat besmetting door schimmels en bacteriën mogelijk is, worden ook conserveermiddelen zoals formaldehyde of methylparaben toegevoegd om microbiële groei te voorkomen. Bovendien kunnen verschillende zuren of basen worden toegevoegd om de pH van het slijm te regelen.

Het fabricageproces

De productie van slijm gebeurt in twee stappen. Eerst wordt een partij slijm gemaakt. Daarna wordt het afgevuld in de uiteindelijke verpakking. Dit proces kan echter variëren, aangezien het vullen gemakkelijker kan zijn als het verknopingsmiddel niet wordt toegevoegd totdat de polymere oplossing in de uiteindelijke verpakking zit. De volgende beschrijving schetst een batchproces.

Slijm wordt gemaakt door een 5:1-mengsel van een polyvinylalcohol (PVA)-oplossing en een Borax-oplossing te combineren.

Samenstelling van de batch

• 1 De partijen slijm worden gemaakt in grote roestvrijstalen tanks voorzien van mixers en een temperatuurregelsysteem. Beginnend met water, voegen compounders de rest van de grondstoffen toe volgens de instructies van de formule op specifieke tijden en temperaturen. Met behulp van computerbesturing worden de mengsnelheid en temperatuur geregeld. Slijm wordt meestal verwarmd om de PVA in de oplossing te laten mengen. Kleurstoffen, conserveringsmiddelen en andere additieven worden als laatste toegevoegd.

Kwaliteitscontrole

• 2 Na de bereidingsfase wordt een batchmonster ter goedkeuring naar het kwaliteitscontrolelab gebracht. Op dit gebied worden fysische en chemische evaluaties uitgevoerd om ervoor te zorgen dat de partij voldoet aan de minimumspecificaties die in de formule-instructies worden beschreven. Tests, zoals pH-bepaling, viscositeitscontroles en evaluaties van uiterlijk en geur, kunnen worden uitgevoerd. Indien nodig kunnen op dit punt aanpassingen worden gedaan. Nadat de batch is goedgekeurd, wordt deze naar een opslagtank gepompt, waar deze wordt opgeslagen voordat deze wordt gevuld.

Vullen en inpakken

• 3 De vulfase is afhankelijk van het type verpakking waarin het slijm wordt verkocht. Voor de typische kuip met slijm vindt het proces plaats op een vullijn. Aan het ene uiteinde van de vullijn bevindt zich een trechter met de lege kuipen. Deze kuipen worden fysiek gemanipuleerd door een roterende machine totdat ze rechtop staan. Vervolgens worden ze via een transportband naar de vulkoppen bewogen, die de slijmoplossing bevatten.
• 4 De vulkoppen zijn een reeks zuigerbuizen die met elkaar zijn verbonden op een cirkelvormige carrousel. Terwijl de kuipen onder de vulkoppen door gaan, wordt er product in geïnjecteerd.
• 5 Eenmaal gevuld worden de kuipjes meegevoerd naar een sluitmachine. Deze machine sorteert de deksels, plaatst ze op de kuipjes en draait ze vast.
• 6 Indien nodig gaan de kuipjes door een etiketteermachine. Soms is dit niet nodig omdat er gebruik wordt gemaakt van voorgedecoreerde verpakkingen. Op dit punt kunnen verdere verpakkingsstappen plaatsvinden, zoals krimpfolie of het toevoegen van een kartonnen achterkant. De pakketten worden vervolgens in dozen gedaan en op pallets gestapeld. De pallets worden naar de opslag gesleept en uiteindelijk naar lokale winkels verscheept.

Kwaliteitscontrole

Kwaliteitscontrole is een continu proces dat plaatsvindt tijdens het gehele productieproces. Voorafgaand aan het batchen worden de grondstoffen geïnspecteerd en getest om er zeker van te zijn dat ze voldoen aan de minimale specificaties. Dit inspectieproces omvat doorgaans het werk van chemici voor kwaliteitscontrole, die verschillende fysische en chemische kenmerken controleren. Ze meten kenmerken van de binnenkomende grondstoffen zoals deeltjesgrootte, pH, viscositeit, uiterlijk en geur. Als een grondstof niet aan de vooraf bepaalde specificaties voldoet, wordt deze afgekeurd. Batches worden op dezelfde manier getest.

Als een batch niet aan alle specificaties voldoet, kan een aanpassing worden gemaakt. Als de kleur van de batch bijvoorbeeld niet goed is, kan er meer kleurstof worden toegevoegd. Conserveringstests helpen ervoor te zorgen dat het speelgoed bij langdurig gebruik veilig is voor microbiële groei. Er worden ook stabiliteitstests uitgevoerd. Deze onderzoeken volgen de prestaties van een afgewerkte batch onder verschillende omgevingsomstandigheden. Op de vullijnen inspecteren lijninspecteurs het uiterlijk van de flessen, de dopafdichting en de vulgewichten.

De Toekomst

Speelgoed zoals slijm heeft een intrinsieke kwaliteit die ze zowel fascinerend als leuk maakt. Hoewel de huidige materialen commercieel succes hebben, blijft er een behoefte bestaan ​​aan verbeterde en gevarieerde formuleringen van speelmateriaal. Er zijn al enkele variaties op het klassieke slijmproduct beschikbaar. Er worden bijvoorbeeld slijmkits verkocht waarmee de gebruiker zijn eigen slijmproducten kan maken. In de toekomst zullen speelgoedfabrikanten zich richten op het vinden van nieuwe manieren om huidig ​​slijm te verkopen en ook op het creëren van nieuwe, nieuwe materialen.