Wprowadzenie do poliolefin i wytłaczania folii
Poliolefiny, klasa materiałów makrocząsteczkowych syntetyzowanych z monomerów olefinowych, takich jak etylen i propylen, są najszerzej produkowanymi i wykorzystywanymi tworzywami sztucznymi na świecie. Ich powszechność wynika z wyjątkowego połączenia właściwości, w tym niskiego kosztu, doskonałej przetwarzalności, wyjątkowej stabilności chemicznej i dostosowywalnych właściwości fizycznych. Spośród różnorodnych zastosowań poliolefin, produkty foliowe zajmują pierwszorzędną pozycję, pełniąc kluczowe funkcje w opakowaniach żywności, pokryciach rolniczych, opakowaniach przemysłowych, produktach medycznych i higienicznych oraz codziennych towarach konsumpcyjnych. Najczęściej stosowane żywice poliolefinowe do produkcji folii obejmują polietylen (PE) – obejmujący liniowy polietylen o niskiej gęstości (LLDPE), polietylen o niskiej gęstości (LDPE) i polietylen o wysokiej gęstości (HDPE) – oraz polipropylen (PP).
Produkcja folii poliolefinowych opiera się przede wszystkim na technologii ekstruzji, przy czym dwoma podstawowymi procesami są ekstruzja folii rozdmuchowej i ekstruzja folii wylewanej.
1. Proces wytłaczania folii metodą rozdmuchową
Ekstruzja folii rozdmuchowej jest jedną z najpowszechniejszych metod produkcji folii poliolefinowych. Podstawowa zasada polega na wytłaczaniu stopionego polimeru pionowo w górę przez pierścieniową dyszę, tworząc cienkościenną rurową parison. Następnie do wnętrza tej parison wprowadza się sprężone powietrze, powodując jej nadmuchanie do postaci bańki o średnicy znacznie większej niż średnica dyszy. Gdy bańka unosi się, jest ona wymuszona i zestalana przez zewnętrzny pierścień powietrzny. Schłodzona bańka jest następnie zapadana przez zestaw rolek zaciskowych (często za pomocą ramy zapadającej się lub ramy A), a następnie ciągnięta przez rolki trakcyjne przed nawinięciem na rolkę. Proces rozdmuchiwania folii zazwyczaj daje folie o dwuosiowej orientacji, co oznacza, że wykazują one dobrą równowagę 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 wyciągania (DDR – stosunek prędkości odbioru do prędkości wytłaczania).
2. Proces wytłaczania folii odlewanej
Ekstruzja folii odlewanej to kolejny ważny 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 T, tworząc jednorodną stopioną wstęgę. Ta wstęga jest następnie szybko wciągana na powierzchnię jednej lub więcej szybkich, wewnętrznie chłodzonych rolek chłodzących. Stop szybko krzepnie po zetknięciu z powierzchnią zimnego walca. Folie odlewane zazwyczaj posiadają doskonałe właściwości optyczne, są miękkie w dotyku i dobrze zgrzewalne. Precyzyjna kontrola szczeliny wargowej matrycy, temperatury rolki chłodzącej i prędkości obrotowej umożliwia dokładną regulację grubości folii i jakości powierzchni.
6 największych wyzwań w zakresie wytłaczania folii poliolefinowych
Pomimo dojrzałości technologii wytłaczania producenci często napotykają szereg trudności w przetwarzaniu w praktycznej produkcji folii poliolefinowych, zwłaszcza gdy dążą do wysokiej wydajności, efektywności, cieńszych grubości i gdy wykorzystują nowe żywice o wysokiej wydajności. Problemy te nie tylko wpływają na stabilność produkcji, ale także bezpośrednio wpływają na jakość i koszt produktu końcowego. Kluczowe wyzwania obejmują:
1. Pęknięcie stopu (skóra rekina): Jest to jedna z najczęstszych wad w wytłaczaniu folii poliolefinowych. Makroskopowo objawia się ona okresowymi poprzecznymi falistościami lub nieregularnie szorstką powierzchnią na folii, a w poważnych przypadkach bardziej wyraźnymi zniekształceniami. Pęknięcie stopu występuje głównie wtedy, gdy szybkość ścinania stopu polimeru opuszczającego matrycę przekracza wartość krytyczną, co prowadzi do oscylacji stick-slip między ścianą matrycy a stopioną masą lub gdy naprężenie rozciągające na wyjściu z matrycy przekracza wytrzymałość stopu. Ta wada poważnie osłabia właściwości optyczne folii (czystość, połysk), gładkość powierzchni, a także może pogorszyć jej właściwości mechaniczne i barierowe.
2. Ślinienie się matrycy / Nagromadzenie się matrycy: Odnosi się to 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 wargi matrycy lub w jej wnęce. 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 się matrycy może zablokować wyjście z matrycy, co prowadzi do zmian grubości, rozdarcia folii i ostatecznie wymusza przerwy w produkcji w celu czyszczenia matrycy, co powoduje znaczne straty w wydajności produkcji i marnotrawstwo surowców.
3. Wysokie ciśnienie wytłaczania i wahania: W pewnych warunkach, szczególnie podczas przetwarzania żywic o wysokiej lepkości lub przy użyciu mniejszych szczelin matrycy, ciśnienie w systemie wytłaczania (szczególnie przy głowicy wytłaczarki i matrycy) może stać się nadmiernie wysokie. Wysokie ciśnienie nie tylko zwiększa zużycie energii, ale również stwarza ryzyko dla trwałości sprzętu (np. ślimaka, cylindra, matrycy) i bezpieczeństwa. Ponadto niestabilne wahania ciśnienia wytłaczania bezpośrednio powodują zmiany w wydajności stopu, co prowadzi do nierównomiernej grubości folii.
4. Ograniczona przepustowość: Aby zapobiec lub złagodzić problemy, takie jak pękanie stopu i narastanie matrycy, producenci są często zmuszeni do zmniejszenia prędkości ślimaka wytłaczarki, ograniczając w ten sposób wydajność linii produkcyjnej. Ma to bezpośredni wpływ na wydajność produkcji i koszt wytwarzania na jednostkę produktu, co utrudnia zaspokojenie popytu rynkowego na folie na dużą skalę i o niskich kosztach.
5. Trudności w kontroli grubości: Niestabilność przepływu stopu, nierównomierny rozkład temperatury w matrycy i narastanie matrycy mogą przyczyniać się do zmian grubości folii, zarówno poprzecznie, jak i wzdłużnie. Wpływa to na późniejsze parametry przetwarzania folii i cechy końcowego zastosowania.
6. Trudna zmiana żywicy: Podczas zmiany między różnymi typami lub gatunkami żywic poliolefinowych lub podczas zmiany kolorów masterbatchów, pozostałości materiału z poprzedniego cyklu są często trudne do całkowitego usunięcia z wytłaczarki i matrycy. Prowadzi to do mieszania się starych i nowych materiałów, generowania materiału przejściowego, wydłużania czasu zmiany i zwiększania liczby odpadów.
Te powszechne wyzwania związane z przetwarzaniem ograniczają wysiłki producentów folii poliolefinowych w celu zwiększenia jakości produktu i wydajności produkcji, a także stanowią bariery dla przyjęcia nowych materiałów i zaawansowanych technik przetwarzania. Dlatego poszukiwanie skutecznych rozwiązań w celu przezwyciężenia tych wyzwań ma kluczowe znaczenie dla zrównoważonego i zdrowego rozwoju całego przemysłu wytłaczania folii poliolefinowych.
Substancje 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 przezwyciężenie szeregu trudności związanych z przetwarzaniem, a także zwiększenie wydajności produkcji i jakości produktu.
1. PPA na bazie fluoropolimerów
Struktura chemiczna i charakterystyka: Obecnie jest to najszerzej stosowana, technologicznie dojrzała i demonstracyjnie skuteczna klasa PPA. Są to zazwyczaj homopolimery lub kopolimery oparte na monomerach 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 wiązania i niskiej polaryzacji, które nadają unikalne właściwości fizykochemiczne: wyjątkowo niską energię powierzchniową (podobną do politetrafluoroetylenu/teflonu®), doskonałą stabilność termiczną i obojętność chemiczną. Krytycznie rzecz biorąc, fluoropolimerowe PPA wykazują na ogół słabą kompatybilność z niepolarnymi matrycami poliolefinowymi (takimi jak PE, PP). Ta niezgodność jest kluczowym warunkiem wstępnym ich skutecznej migracji do powierzchni metalowych matrycy, gdzie tworzą dynamiczną powłokę smarującą.
Produkty reprezentatywne: Wiodące marki na światowym rynku fluoropolimerowych PPA obejmują serię Viton™ FreeFlow™ firmy Chemours i serię Dynamar™ firmy 3M, które mają znaczący udział w rynku. Ponadto niektóre gatunki fluoropolimerów firmy Arkema (seria Kynar®) i Solvay (Tecnoflon®) są również stosowane jako lub są kluczowymi składnikami w formulacjach PPA.
2. Środki wspomagające przetwarzanie na bazie silikonu (PPA)
Struktura chemiczna i charakterystyka: Głównymi składnikami aktywnymi w tej klasie PPA są polisiloksany, powszechnie nazywane silikonami. Szkielet polisiloksanu składa się z naprzemiennych atomów krzemu i tlenu (-Si-O-), z grupami organicznymi (zwykle metylowymi) przyłączonymi do atomów krzemu. Ta unikalna struktura molekularna nadaje materiałom silikonowym bardzo niskie napięcie powierzchniowe, doskonałą stabilność termiczną, dobrą elastyczność i właściwości nieprzywierające do wielu substancji. Podobnie jak fluoropolymerowe PPA, silikonowe PPA działają poprzez migrację do metalowych powierzchni urządzeń przetwórczych, tworząc warstwę smarującą.
Cechy aplikacji: Chociaż fluoropolimerowe PPA dominują w sektorze wytłaczania folii poliolefinowych, silikonowe PPA mogą wykazywać wyjątkowe zalety lub tworzyć efekty synergistyczne, gdy są stosowane w określonych scenariuszach aplikacji lub w połączeniu z określonymi systemami żywic. Na przykład mogą być brane pod uwagę w zastosowaniach wymagających ekstremalnie niskich współczynników tarcia lub gdy wymagane są określone właściwości powierzchni dla produktu końcowego.
Czy grozi nam zakaz stosowania fluoropolimerów lub wyzwanie związane z dostawami PTFE?
Rozwiąż problemy związane z wytłaczaniem folii poliolefinowych dzięki rozwiązaniom PPA bez PFAS-Dodatki do polimerów bez fluoru firmy SILIKE
Firma SILIKE stosuje proaktywne podejście w przypadku swoich produktów z serii SILIMER, oferując innowacyjne rozwiązaniaŚrodki pomocnicze do przetwarzania polimerów niezawierające PFAS (PPA)). Ta kompleksowa linia produktów obejmuje 100% czyste PPA wolne od PFAS,dodatki do polimerów PPA bez fluoru, IMasterbatchy PPA bez PFAS i fluoru.Przezeliminując potrzebę stosowania dodatków fluoru, te środki wspomagające przetwarzanie znacznie usprawniają proces produkcyjny LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP i różnych procesów wytłaczania folii poliolefinowych. Są one zgodne z najnowszymi przepisami dotyczącymi ochrony środowiska, a jednocześnie zwiększają wydajność produkcji, minimalizują przestoje i poprawiają ogólną jakość produktu. PPA bez PFAS firmy SILIKE przynoszą korzyści produktowi końcowemu, w tym eliminację pękania stopu (skóra rekina), zwiększoną gładkość i lepszą 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: 15-05-2025
