Wprowadzenie do poliolefin i wytłaczania folii
Poliolefiny, klasa materiałów makrocząsteczkowych syntetyzowanych z monomerów olefinowych, takich jak etylen i propylen, są najpowszechniej produkowanymi i wykorzystywanymi tworzywami sztucznymi na świecie. Ich popularność wynika z wyjątkowego połączenia właściwości, takich jak niski koszt, doskonała przetwórczość, wyjątkowa stabilność chemiczna i możliwość dostosowania właściwości fizycznych. Wśród różnorodnych zastosowań poliolefin, folie zajmują kluczową pozycję, pełniąc kluczowe funkcje w opakowaniach żywności, powłokach rolniczych, opakowaniach przemysłowych, produktach medycznych i higienicznych oraz artykułach codziennego użytku. Do najpopularniejszych żywic poliolefinowych stosowanych w produkcji folii należą polietylen (PE) – obejmujący liniowy polietylen niskiej gęstości (LLDPE), polietylen niskiej gęstości (LDPE) i polietylen wysokiej gęstości (HDPE) – oraz polipropylen (PP).
Produkcja folii poliolefinowych opiera się przede wszystkim na technologii wytłaczania, przy czym dwoma podstawowymi procesami są wytłaczanie folii metodą rozdmuchową i wylewaną.
1. Proces wytłaczania folii metodą rozdmuchową
Ekstruzja folii metodą rozdmuchu jest jedną z najpopularniejszych metod produkcji folii poliolefinowych. Podstawowa zasada polega na wytłaczaniu stopionego polimeru pionowo w górę przez pierścieniową dyszę, tworząc cienkościenną, rurową preparację. Następnie do wnętrza tej preparacji wprowadzane jest sprężone powietrze, co powoduje jej rozdęcie do postaci pęcherzyka o średnicy znacznie większej niż średnica dyszy. W miarę unoszenia się pęcherzyk jest wymuszone schładzany i krzepnięty przez zewnętrzny pierścień powietrzny. Schłodzony pęcherzyk jest następnie zagęszczany przez zestaw rolek dociskowych (często za pomocą ramy zagłuszającej lub ramy A), a następnie ciągniony przez rolki trakcyjne, po czym nawijany na rolkę. Proces rozdmuchu folii zazwyczaj daje folie o orientacji dwuosiowej, co oznacza, że charakteryzują się one dobrą równowagą właściwości mechanicznych zarówno w kierunku maszynowym (MD), jak i poprzecznym (TD), takich jak wytrzymałość na rozciąganie, odporność na rozdarcie i udarność. Grubość folii i właściwości mechaniczne można kontrolować poprzez regulację współczynnika rozdmuchu (BUR – stosunek średnicy pęcherzyka do średnicy matrycy) i współczynnika odciągania (DDR – stosunek szybkości odbioru do szybkości wytłaczania).
2. Proces wytłaczania folii wylewanej
Ekstruzja folii odlewanej to kolejny istotny proces produkcyjny folii poliolefinowych, szczególnie odpowiedni do produkcji folii wymagających doskonałych właściwości optycznych (np. wysokiej przejrzystości, wysokiego połysku) i doskonałej jednorodności grubości. W tym procesie stopiony polimer jest wytłaczany poziomo przez płaską, szczelinową matrycę typu T, tworząc jednorodną stopioną wstęgę. Wstęga ta jest następnie szybko naciągana na powierzchnię jednego lub kilku szybkich, chłodzonych wewnętrznie walców chłodzących. Stopiony materiał szybko krzepnie w kontakcie z powierzchnią zimnego walca. Folie odlewane charakteryzują się zazwyczaj doskonałymi właściwościami optycznymi, miękkością w dotyku i dobrą zgrzewalnością. Precyzyjna kontrola szczeliny między krawędziami matrycy, temperatury walca chłodzącego i prędkości obrotowej pozwala na precyzyjną regulację grubości folii i jakości powierzchni.
6 największych wyzwań w wytłaczaniu folii poliolefinowych
Pomimo dojrzałości technologii wytłaczania, producenci często napotykają szereg trudności w praktycznym wytwarzaniu folii poliolefinowych, zwłaszcza w dążeniu do wysokiej wydajności, efektywności, cieńszych grubości oraz przy stosowaniu nowych, wysokowydajnych żywic. Problemy te nie tylko wpływają na stabilność produkcji, ale także bezpośrednio wpływają na jakość i koszt produktu końcowego. Do kluczowych wyzwań należą:
1. Pękanie stopu (skóra rekina): Jest to jedna z najczęstszych wad w wytłaczaniu folii poliolefinowych. Makroskopowo objawia się okresowymi poprzecznymi pofałdowaniami lub nieregularną, chropowatą powierzchnią folii, a w cięższych przypadkach – wyraźniejszymi odkształceniami. Pękanie stopu występuje głównie wtedy, gdy szybkość ścinania stopu polimeru opuszczającego matrycę przekracza wartość krytyczną, prowadząc do oscylacji stick-slip między ścianką matrycy a masą stopu, lub gdy naprężenie rozciągające na wyjściu z matrycy przekracza wytrzymałość stopu. Wada ta poważnie pogarsza właściwości optyczne folii (przezroczystość, połysk), gładkość powierzchni, a także może pogorszyć jej właściwości mechaniczne i barierowe.
2. Ociekanie matrycy / Nagromadzenie matrycy: Odnosi się do stopniowego gromadzenia się produktów degradacji polimeru, frakcji o niskiej masie cząsteczkowej, słabo rozproszonych dodatków (np. pigmentów, środków antystatycznych, środków poślizgowych) lub żeli z żywicy na krawędziach warg matrycy lub w jej gnieździe. Osady te mogą odrywać się podczas produkcji, zanieczyszczając powierzchnię folii i powodując wady, takie jak żele, smugi lub zarysowania, wpływając tym samym na wygląd i jakość produktu. W poważnych przypadkach nagromadzenie matrycy może zablokować wyjście z matrycy, prowadząc do wahań grubości, rozrywania folii i ostatecznie wymuszając przerwy w produkcji w celu czyszczenia matrycy, co skutkuje znacznymi stratami w wydajności produkcji i marnotrawstwem surowców.
3. Wysokie ciśnienie wytłaczania i wahania: W pewnych warunkach, szczególnie podczas przetwarzania żywic o wysokiej lepkości lub przy użyciu mniejszych szczelin między matrycami, ciśnienie w systemie wytłaczania (zwłaszcza w głowicy wytłaczarki i matrycy) może osiągnąć nadmierny poziom. Wysokie ciśnienie nie tylko zwiększa zużycie energii, ale również zagraża trwałości urządzeń (np. ślimaka, cylindra, matrycy) i bezpieczeństwu. Ponadto, niestabilne wahania ciśnienia wytłaczania bezpośrednio powodują wahania wydajności stopu, co prowadzi do nierównomiernej grubości folii.
4. Ograniczona wydajność: Aby zapobiec lub złagodzić problemy, takie jak pękanie stopu i narastanie osadów na matrycach, producenci często są zmuszeni do zmniejszenia prędkości ślimaka wytłaczarki, co ogranicza wydajność linii produkcyjnej. Ma to bezpośredni wpływ na wydajność produkcji i koszt wytworzenia jednostki produktu, utrudniając zaspokojenie popytu rynkowego na tanie folie wielkogabarytowe.
5. Trudności w kontroli grubości: Niestabilność przepływu stopu, nierównomierny rozkład temperatury w matrycy oraz narastanie temperatury na matrycy mogą przyczyniać się do zmian grubości folii, zarówno w kierunku poprzecznym, jak i wzdłużnym. Wpływa to na późniejsze właściwości przetwórcze folii i jej właściwości użytkowe.
6. Trudna zmiana żywicy: Podczas zmiany rodzaju lub gatunku żywic poliolefinowych lub przy zmianie koloru koncentratów barwiących, resztki materiału z poprzedniego cyklu produkcyjnego często trudno jest całkowicie usunąć z wytłaczarki i matrycy. Prowadzi to do mieszania się starych i nowych materiałów, powstawania materiału przejściowego, wydłużania czasu przezbrajania i zwiększania ilości odpadów.
Te powszechne wyzwania w zakresie przetwarzania ograniczają wysiłki producentów folii poliolefinowych w zakresie poprawy jakości produktów i wydajności produkcji, a także stanowią bariery utrudniające wdrażanie nowych materiałów i zaawansowanych technik przetwarzania. Dlatego poszukiwanie skutecznych rozwiązań w celu sprostania tym wyzwaniom ma kluczowe znaczenie dla zrównoważonego i zdrowego rozwoju całej branży wytłaczania folii poliolefinowych.
Środki wspomagające przetwarzanie polimerów (PPA) to dodatki funkcjonalne, których podstawową funkcją jest poprawa właściwości reologicznych stopionych polimerów podczas wytłaczania oraz modyfikacja ich interakcji z powierzchniami urządzeń. Dzięki temu możliwe jest pokonanie szeregu trudności związanych z przetwarzaniem, a także zwiększenie wydajności produkcji i jakości produktu.
1. PPA na bazie fluoropolimerów
Struktura chemiczna i właściwości: Jest to obecnie najpowszechniej stosowana, technologicznie dojrzała i wykazująca udowodnioną skuteczność klasa PPA. Są to zazwyczaj homopolimery lub kopolimery na bazie monomerów fluoroolefinowych, takich jak fluorek winylidenu (VDF), heksafluoropropylen (HFP) i tetrafluoroetylen (TFE), przy czym najbardziej reprezentatywne są fluoroelastomery. Łańcuchy cząsteczkowe tych PPA są bogate w wiązania CF o wysokiej energii i niskiej polarności, co nadaje im unikalne właściwości fizykochemiczne: wyjątkowo niską energię powierzchniową (podobną do politetrafluoroetylenu/teflonu®), doskonałą stabilność termiczną i obojętność chemiczną. Co istotne, fluoropolimerowe PPA wykazują zazwyczaj słabą kompatybilność z niepolarnymi matrycami poliolefinowymi (takimi jak PE, PP). Ta niekompatybilność jest kluczowym warunkiem ich skutecznej migracji do metalowych powierzchni matrycy, gdzie tworzą dynamiczną powłokę smarującą.
Produkty reprezentatywne: Wiodące marki na globalnym rynku fluoropolimerowych PPA to seria Viton™ FreeFlow™ firmy Chemours oraz seria Dynamar™ firmy 3M, które mają znaczący udział w rynku. Ponadto, niektóre gatunki fluoropolimerów firm Arkema (seria Kynar®) i Solvay (Tecnoflon®) są również wykorzystywane jako lub stanowią kluczowe składniki formulacji PPA.
2. Środki wspomagające przetwarzanie na bazie silikonu (PPA)
Struktura chemiczna i właściwości: Głównymi składnikami aktywnymi tej klasy PPA są polisiloksany, powszechnie nazywane silikonami. Szkielet polisiloksanu składa się z naprzemiennie ułożonych atomów krzemu i tlenu (-Si-O-), z grupami organicznymi (zazwyczaj metylowymi) przyłączonymi do atomów krzemu. Ta unikalna struktura molekularna zapewnia materiałom silikonowym bardzo niskie napięcie powierzchniowe, doskonałą stabilność termiczną, dobrą elastyczność i właściwości antyadhezyjne w stosunku do wielu substancji. Podobnie jak fluoropolimerowe PPA, PPA na bazie silikonu działają poprzez migrację do metalowych powierzchni urządzeń przetwórczych, tworząc warstwę smarującą.
Cechy zastosowania: Chociaż fluoropolimerowe PPA dominują w sektorze wytłaczania folii poliolefinowych, PPA na bazie silikonu mogą wykazywać wyjątkowe zalety lub generować efekty synergiczne, gdy są stosowane w określonych scenariuszach zastosowań lub w połączeniu z określonymi systemami żywic. Na przykład, można je rozważyć w zastosowaniach wymagających wyjątkowo niskich współczynników tarcia lub tam, gdzie pożądane są specyficzne właściwości powierzchni produktu końcowego.
Czy czekają nas zakazy stosowania fluoropolimerów czy wyzwania związane z dostawami PTFE?
Rozwiąż problemy związane z wytłaczaniem folii poliolefinowych dzięki rozwiązaniom PPA bez PFAS-Dodatki do polimerów bezfluorowych firmy SILIKE
SILIKE stosuje proaktywne podejście w przypadku swoich produktów z serii SILIMER, oferując innowacyjne rozwiązaniaŚrodki wspomagające przetwarzanie polimerów niezawierające PFAS (PPA)). Ta kompleksowa linia produktów zawiera w 100% czyste PPA wolne od PFAS,dodatki polimerowe PPA bez fluoru, IMasterbatchy PPA bez PFAS i fluoru.Przezeliminując potrzebę stosowania dodatków fluorowychTe środki wspomagające proces znacząco usprawniają proces produkcyjny folii LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP i różnych procesów wytłaczania folii poliolefinowych. Są one zgodne z najnowszymi przepisami ochrony środowiska, a jednocześnie zwiększają wydajność produkcji, minimalizują przestoje i poprawiają ogólną jakość produktu. PPA firmy SILIKE niezawierające PFAS przynoszą korzyści produktowi końcowemu, w tym eliminację pęknięć stopowych (tzw. „skórki rekina”), zwiększoną gładkość i doskonałą jakość powierzchni.
Jeśli zmagasz się ze skutkami zakazów stosowania fluoropolimerów lub niedoborów PTFE w procesach wytłaczania polimerów, SILIKE oferujealternatywy dla fluoropolimerów PPA/PTFE, Dodatki bez PFAS do produkcji foliiktóre są dostosowane do Twoich potrzeb i nie wymagają żadnych zmian w procesie.
Czas publikacji: 15 maja 2025 r.
