Introducció a les poliolefines i l'extrusió de pel·lícules
Les poliolefines, una classe de materials macromoleculars sintetitzats a partir de monòmers d'olefines com l'etilè i el propilè, són els plàstics més produïts i utilitzats a nivell mundial. La seva prevalença prové d'una combinació excepcional de propietats, com ara un baix cost, una excel·lent processabilitat, una estabilitat química excepcional i unes característiques físiques adaptables. Entre les diverses aplicacions de les poliolefines, els productes de pel·lícula ocupen una posició primordial, ja que compleixen funcions crítiques en envasos d'aliments, recobriments agrícoles, envasos industrials, productes mèdics i d'higiene i béns de consum quotidians. Les resines de poliolefines més comunes utilitzades per a la producció de pel·lícules inclouen el polietilè (PE), que engloba el polietilè lineal de baixa densitat (LLDPE), el polietilè de baixa densitat (LDPE) i el polietilè d'alta densitat (HDPE), i el polipropilè (PP).
La fabricació de pel·lícules de poliolefines es basa principalment en la tecnologia d'extrusió, amb l'extrusió de pel·lícula bufada i l'extrusió de pel·lícula colada com els dos processos principals.
1. Procés d'extrusió de pel·lícula bufada
L'extrusió de pel·lícula bufada és un dels mètodes més prevalents per produir pel·lícules de poliolefines. El principi fonamental consisteix a extrudir un polímer fos verticalment cap amunt a través d'una matriu anular, formant un parisó tubular de paret fina. Posteriorment, s'introdueix aire comprimit a l'interior d'aquest parisó, fent que s'infli en una bombolla amb un diàmetre significativament més gran que el de la matriu. A mesura que la bombolla ascendeix, es refreda forçadament i se solidifica mitjançant un anell d'aire extern. La bombolla refredada es col·lapsa mitjançant un conjunt de rodets de presa (sovint mitjançant un marc col·lapsable o un marc en A) i posteriorment s'estira mitjançant rodets de tracció abans de ser enrotllada en un rotlle. El procés de pel·lícula bufada normalment produeix pel·lícules amb orientació biaxial, és a dir, que presenten un bon equilibri de propietats mecàniques tant en la direcció de la màquina (MD) com en la direcció transversal (TD), com ara la resistència a la tracció, la resistència a l'esquinçament i la resistència a l'impacte. El gruix de la pel·lícula i les propietats mecàniques es poden controlar ajustant la relació de bufat (BUR - relació entre el diàmetre de la bombolla i el diàmetre de la matriu) i la relació d'estirament (DDR - relació entre la velocitat d'adopció i la velocitat d'extrusió).
2. Procés d'extrusió de pel·lícula fosa
L'extrusió de pel·lícules foses és un altre procés de producció vital per a les pel·lícules de poliolefines, especialment adequat per a la fabricació de pel·lícules que exigeixen propietats òptiques superiors (per exemple, alta claredat, alta brillantor) i una excel·lent uniformitat de gruix. En aquest procés, el polímer fos s'extrudeix horitzontalment a través d'una matriu en T plana de tipus ranura, formant una xarxa fosa uniforme. Aquesta xarxa s'estira ràpidament sobre la superfície d'un o més rodets de refredament d'alta velocitat i refredats internament. La fosa se solidifica ràpidament en contacte amb la superfície del rodet fred. Les pel·lícules foses generalment tenen excel·lents propietats òptiques, un tacte suau i una bona termosegellabilitat. Un control precís sobre l'espai entre els llavis de la matriu, la temperatura del rodet de refredament i la velocitat de rotació permet una regulació precisa del gruix de la pel·lícula i la qualitat de la superfície.
Els 6 principals reptes de l'extrusió de pel·lícules de poliolefines
Malgrat la maduresa de la tecnologia d'extrusió, els fabricants sovint es troben amb una sèrie de dificultats de processament en la producció pràctica de pel·lícules de poliolefines, especialment quan busquen un alt rendiment, eficiència, calibres més prims i quan utilitzen noves resines d'alt rendiment. Aquests problemes no només afecten l'estabilitat de la producció, sinó que també tenen un impacte directe en la qualitat i el cost del producte final. Els principals reptes inclouen:
1. Fractura de la fosa (pell de tauró): Aquest és un dels defectes més comuns en l'extrusió de pel·lícules de poliolefines. Macroscòpicament, es manifesta com a ondulacions transversals periòdiques o una superfície irregularment rugosa a la pel·lícula, o en casos greus, distorsions més pronunciades. La fractura de la fosa es produeix principalment quan la velocitat de cisallament de la fosa de polímer que surt del motlle supera un valor crític, cosa que provoca oscil·lacions de stick-slip entre la paret del motlle i la fosa massiva, o quan la tensió d'extensió a la sortida del motlle supera la resistència de la fosa. Aquest defecte compromet greument les propietats òptiques de la pel·lícula (claredat, brillantor), la suavitat de la superfície i també pot degradar les seves propietats mecàniques i de barrera.
2. Depòsits acumulats / acumulació de matrius: Això fa referència a l'acumulació gradual de productes de degradació del polímer, fraccions de baix pes molecular, additius mal dispersos (per exemple, pigments, agents antiestàtics, agents lliscants) o gels de la resina a les vores del llavi de la matriu o dins de la cavitat de la matriu. Aquests dipòsits es poden desprendre durant la producció, contaminant la superfície de la pel·lícula i causant defectes com ara gels, ratlles o ratllades, afectant així l'aspecte i la qualitat del producte. En casos greus, l'acumulació de matrius pot bloquejar la sortida de la matriu, provocant variacions de calibre, esquinçament de la pel·lícula i, en última instància, obligant a aturar la línia de producció per a la neteja de les matrius, cosa que provoca pèrdues significatives en l'eficiència de la producció i el malbaratament de matèries primeres.
3. Alta pressió i fluctuació d'extrusió: En determinades condicions, sobretot quan es processen resines d'alta viscositat o s'utilitzen espais entre matrius més petits, la pressió dins del sistema d'extrusió (especialment al capçal i a la matriu de l'extrusora) pot arribar a ser excessivament alta. L'alta pressió no només augmenta el consum d'energia, sinó que també representa un risc per a la longevitat de l'equip (per exemple, cargol, cilindre, matriu) i la seguretat. A més, les fluctuacions inestables de la pressió d'extrusió provoquen directament variacions en la producció de la fosa, cosa que porta a un gruix de la pel·lícula no uniforme.
4. Rendiment limitat: Per prevenir o mitigar problemes com la fractura de la fosa i l'acumulació de matrius, els fabricants sovint es veuen obligats a reduir la velocitat del cargol de l'extrusora, limitant així la producció de la línia de producció. Això afecta directament l'eficiència de la producció i el cost de fabricació per unitat de producte, cosa que dificulta satisfer les demandes del mercat de pel·lícules a gran escala i de baix cost.
5. Dificultat en el control del calibre: La inestabilitat en el flux de la fosa, la distribució no uniforme de la temperatura a través del motlle i l'acumulació de motlles poden contribuir a variacions en el gruix de la pel·lícula, tant transversalment com longitudinalment. Això afecta el rendiment del processament posterior de la pel·lícula i les característiques d'ús final.
6. Canvi de resina difícil: Quan es canvia entre diferents tipus o graus de resines de poliolefines, o quan es canvien els masterbatchs de color, sovint és difícil purgar completament el material residual de la tirada anterior de l'extrusora i la matriu. Això provoca la barreja de materials antics i nous, generant material de transició, allargant els temps de canvi i augmentant les taxes de rebuig.
Aquests reptes comuns de processament limiten els esforços dels fabricants de pel·lícules de poliolefines per millorar la qualitat del producte i l'eficiència de la producció, i també representen obstacles per a l'adopció de nous materials i tècniques de processament avançades. Per tant, la cerca de solucions efectives per superar aquests reptes és crucial per al desenvolupament sostingut i saludable de tota la indústria de l'extrusió de pel·lícules de poliolefines.
Els ajudants del processament de polímers (PPA) són additius funcionals el valor principal dels quals rau en millorar el comportament reològic dels polímers fosos durant l'extrusió i modificar la seva interacció amb les superfícies dels equips, superant així una sèrie de dificultats de processament i millorant l'eficiència de la producció i la qualitat del producte.
1. PPA basats en fluoropolímers
Estructura i característiques químiques: Actualment, aquests són els PPA de la classe més utilitzada, tecnològicament madura i demostrablement eficaç. Normalment són homopolímers o copolímers basats en monòmers de fluoroolefines com el fluorur de vinilidè (VDF), l'hexafluoropropilè (HFP) i el tetrafluoroetilè (TFE), sent els fluoroelastòmers els més representatius. Les cadenes moleculars d'aquests PPA són riques en enllaços CF d'alta energia d'enllaç i baixa polaritat, que els confereixen propietats fisicoquímiques úniques: energia superficial extremadament baixa (similar al politetrafluoroetilè/Tefló®), excel·lent estabilitat tèrmica i inertícia química. Críticament, els PPA de fluoropolímers generalment presenten una baixa compatibilitat amb matrius de poliolefines no polars (com el PE, el PP). Aquesta incompatibilitat és un requisit previ clau per a la seva migració efectiva a les superfícies metàl·liques del dau, on formen un recobriment lubricant dinàmic.
Productes representatius: Entre les marques líders al mercat mundial de PPA de fluoropolímers s'inclouen la sèrie Viton™ FreeFlow™ de Chemours i la sèrie Dynamar™ de 3M, que ocupen una quota de mercat significativa. A més, certs graus de fluoropolímers d'Arkema (sèrie Kynar®) i Solvay (Tecnoflon®) també s'utilitzen com a components clau de les formulacions de PPA.
2. Ajudants de processament a base de silicona (PPA)
Estructura i característiques químiques: Els principals components actius d'aquesta classe de PPA són els polisiloxans, comunament anomenats silicones. La cadena principal de polisiloxà consisteix en àtoms alterns de silici i oxigen (-Si-O-), amb grups orgànics (normalment metil) units als àtoms de silici. Aquesta estructura molecular única confereix als materials de silicona una tensió superficial molt baixa, una excel·lent estabilitat tèrmica, bona flexibilitat i propietats no adherents envers moltes substàncies. De manera similar als PPA de fluoropolímers, els PPA basats en silicona funcionen migrant a les superfícies metàl·liques de l'equip de processament per formar una capa lubricant.
Característiques de l'aplicació: Tot i que els PPA de fluoropolímer dominen el sector de l'extrusió de pel·lícules de poliolefines, els PPA basats en silicona poden presentar avantatges únics o crear efectes sinèrgics quan s'utilitzen en escenaris d'aplicació específics o juntament amb sistemes de resina particulars. Per exemple, es podrien considerar per a aplicacions que requereixen coeficients de fricció extremadament baixos o on es desitgen característiques superficials específiques per al producte final.
Prohibicions de fluoropolímers o problemes de subministrament de PTFE?
Resol els reptes de l'extrusió de pel·lícules de poliolefines amb solucions de PPA sense PFAS-Additius polimèrics sense fluor de SILIKE
SILIKE adopta un enfocament proactiu amb els seus productes de la sèrie SILIMER, oferint solucions innovadoresCoadjuvants de processament de polímers sense PFAS (PPA)). Aquesta completa línia de productes inclou PPA 100% purs sense PFAS,Additius polimèrics PPA sense fluor, iMasterbatchs de PPA sense PFAS ni fluor.Pereliminant la necessitat d'additius de fluor, aquests ajudes al processament milloren significativament el procés de fabricació de LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP i diversos processos d'extrusió de pel·lícules de poliolefines. S'adapten a les normatives mediambientals més recents alhora que augmenten l'eficiència de la producció, minimitzen el temps d'inactivitat i milloren la qualitat general del producte. Els PPA lliures de PFAS de SILIKE aporten beneficis al producte final, com ara l'eliminació de la fractura per fusió (pell de tauró), una major suavitat i una qualitat superficial superior.
Si teniu problemes amb l'impacte de les prohibicions de fluoropolímers o l'escassetat de PTFE en els vostres processos d'extrusió de polímers, SILIKE us ofereixalternatives als PPA/PTFE de fluoropolímer, Additius sense PFAS per a la fabricació de pel·lículesque s'adapten a les vostres necessitats, sense necessitat de canvis en els processos.
Data de publicació: 15 de maig de 2025
