Zprávy

Úvod do polyolefinů a extruze fólií

Polyolefiny, třída makromolekulárních materiálů syntetizovaných z olefinových monomerů, jako je ethylen a propylen, jsou celosvětově nejrozšířenějšími a nejpoužívanějšími plasty. Jejich rozšířenost pramení z výjimečné kombinace vlastností, včetně nízkých nákladů, vynikající zpracovatelnosti, vynikající chemické stability a přizpůsobitelných fyzikálních vlastností. Mezi rozmanitými aplikacemi polyolefinů zaujímají fóliové produkty prvořadé postavení a plní klíčové funkce v balení potravin, zemědělských krytinách, průmyslových obalech, lékařských a hygienických výrobcích a zboží denní spotřeby. Mezi nejběžnější polyolefinové pryskyřice používané pro výrobu fólií patří polyethylen (PE) – zahrnující lineární polyethylen s nízkou hustotou (LLDPE), polyethylen s nízkou hustotou (LDPE) a polyethylen s vysokou hustotou (HDPE) – a polypropylen (PP).

Výroba polyolefinových fólií se primárně opírá o technologii extruze, přičemž dva základní procesy jsou vyfukování fólie a vytlačování lité fólie.

1. Proces vytlačování vyfukované fólie

Vyfukování fólie je jednou z nejrozšířenějších metod výroby polyolefinových fólií. Základní princip spočívá v protlačování roztaveného polymeru svisle nahoru prstencovou matricí, čímž se vytvoří tenkostěnný trubkový předlisek. Následně se do vnitřku tohoto předlisku zavádí stlačený vzduch, který způsobí jeho nafouknutí do bubliny s průměrem výrazně větším než průměr matrice. Jak bublina stoupá, je násilně ochlazována a tuhne pomocí vnějšího vzduchového prstence. Ochlazená bublina je poté stlačena sadou stíracích válců (často pomocí skládacího rámu nebo rámu ve tvaru A) a následně tažena trakčními válci, než je navinuta na roli. Proces vyfukování fólie obvykle vede k fóliím s biaxiální orientací, což znamená, že vykazují dobrou rovnováhu mechanických vlastností jak ve směru stroje (MD), tak v příčném směru (TD), jako je pevnost v tahu, odolnost proti roztržení a rázová houževnatost. Tloušťku fólie a mechanické vlastnosti lze řídit nastavením poměru vyfukování (BUR – poměr průměru bubliny k průměru matrice) a poměru tažení (DDR – poměr rychlosti navíjení k rychlosti extruze).

2. Proces vytlačování litého filmu

Extruze litých fólií je dalším důležitým výrobním procesem pro polyolefinové fólie, obzvláště vhodným pro výrobu fólií, které vyžadují vynikající optické vlastnosti (např. vysokou průhlednost, vysoký lesk) a vynikající rovnoměrnost tloušťky. V tomto procesu je roztavený polymer horizontálně extrudován plochou štěrbinovou T-matricí, čímž se vytvoří rovnoměrná roztavená síťovina. Tato síťovina je poté rychle nanesena na povrch jednoho nebo více vysokorychlostních, vnitřně chlazených chladicích válců. Tavenina při kontaktu s povrchem studeného válce rychle tuhne. Lité fólie mají obecně vynikající optické vlastnosti, měkký pocit a dobrou tepelnou svařitelnost. Přesné ovládání mezery břitu matrice, teploty chladicího válce a rychlosti otáčení umožňuje přesnou regulaci tloušťky fólie a kvality povrchu.

6 největších výzev při extruzi polyolefinových fólií

Navzdory vyspělosti technologie extruze se výrobci při praktické výrobě polyolefinových fólií často setkávají s řadou obtíží při zpracování, zejména při snaze o vysoký výkon, účinnost, tenčí tloušťky a při použití nových vysoce výkonných pryskyřic. Tyto problémy nejen ovlivňují stabilitu výroby, ale také přímo ovlivňují kvalitu a náklady konečného produktu. Mezi klíčové výzvy patří:

1. Lom taveniny (žraločí kůže): Toto je jedna z nejčastějších vad při extruzi polyolefinových fólií. Makroskopicky se projevuje jako periodické příčné vlnění nebo nepravidelně drsný povrch fólie, nebo v závažných případech výraznější deformace. K lomu taveniny dochází primárně tehdy, když smyková rychlost polymerní taveniny vystupující z matrice překročí kritickou hodnotu, což vede k oscilacím typu stick-slip mezi stěnou matrice a objemovou taveninou, nebo když tažné napětí na výstupu z matrice překročí pevnost taveniny. Tato vada vážně snižuje optické vlastnosti fólie (čirost, lesk), hladkost povrchu a může také zhoršit její mechanické a bariérové ​​vlastnosti.

2. Stékání / Usazeniny na matrici: Toto se týká postupného hromadění produktů degradace polymerů, nízkomolekulárních frakcí, špatně dispergovaných aditiv (např. pigmentů, antistatických činidel, kluzných činidel) nebo gelů z pryskyřice na okrajích břitu matrice nebo uvnitř dutiny matrice. Tyto usazeniny se mohou během výroby uvolnit, kontaminovat povrch filmu a způsobit defekty, jako jsou gely, pruhy nebo škrábance, čímž ovlivní vzhled a kvalitu výrobku. V závažných případech může usazenina na matrici zablokovat výstup z matrice, což vede ke změnám v tloušťce, trhání filmu a v konečném důsledku k nutnému odstavení výrobní linky kvůli čištění matrice, což má za následek významné ztráty efektivity výroby a plýtvání surovinami.

3. Vysoký extruzní tlak a kolísání: Za určitých podmínek, zejména při zpracování vysoce viskózních pryskyřic nebo použití menších mezer mezi lisovacími hlavami, může být tlak v extruzním systému (zejména v hlavě extruderu a matrici) nadměrně vysoký. Vysoký tlak nejen zvyšuje spotřebu energie, ale také představuje riziko pro životnost zařízení (např. šneku, válce, lisovací hlavy) a bezpečnost. Nestabilní kolísání extruzního tlaku navíc přímo způsobuje změny ve výstupu taveniny, což vede k nerovnoměrné tloušťce filmu.

4. Omezená propustnost: Aby se zabránilo problémům, jako je praskání taveniny a hromadění usazenin v matrici, nebo aby se tyto problémy zmírnily, jsou výrobci často nuceni snižovat rychlost šneku extrudéru, čímž omezují výkon výrobní linky. To přímo ovlivňuje efektivitu výroby a výrobní náklady na jednotku produktu, což ztěžuje uspokojení poptávky trhu po velkovýrobě nízkonákladových fólií.

5. Obtíže s regulací tloušťky: Nestabilita toku taveniny, nerovnoměrné rozložení teploty v trysce a nánosy na trysce mohou přispívat ke změnám tloušťky filmu, a to jak příčně, tak podélně. To ovlivňuje následné zpracování filmu a jeho vlastnosti při konečném použití.

6. Obtížná výměna pryskyřice: Při přechodu mezi různými typy nebo jakostmi polyolefinových pryskyřic nebo při změně barevných masterbatchů je často obtížné zcela odstranit zbytkový materiál z předchozího cyklu z extruderu a matrice. To vede k promíchávání starých a nových materiálů, vzniku přechodového materiálu, prodlužování doby výměny a zvyšování míry zmetkovitosti.

Tyto běžné problémy se zpracováním omezují úsilí výrobců polyolefinových fólií o zvyšování kvality výrobků a efektivity výroby a také představují překážky pro zavádění nových materiálů a pokročilých technik zpracování. Hledání účinných řešení k překonání těchto problémů je proto klíčové pro udržitelný a zdravý rozvoj celého odvětví extruze polyolefinových fólií.

Řešení pro proces extruze polyolefinových fólií: Pomocné látky pro zpracování polymerů (PPA)

Pomocné látky pro zpracování polymerů (PPA) jsou funkční přísady, jejichž hlavní hodnota spočívá ve zlepšení reologického chování polymerních tavenin během extruze a modifikaci jejich interakce s povrchy zařízení, čímž se překonává řada obtíží při zpracování a zvyšuje se efektivita výroby a kvalita produktů.

1. PPA na bázi fluoropolymerů

Chemická struktura a vlastnosti: V současné době se jedná o nejrozšířenější, technologicky nejvyspělejší a prokazatelně účinnou třídu PPA. Obvykle se jedná o homopolymery nebo kopolymery na bázi fluoroolefinových monomerů, jako je vinylidenfluorid (VDF), hexafluorpropylen (HFP) a tetrafluorethylen (TFE), přičemž nejreprezentativnější jsou fluoroelastomery. Molekulární řetězce těchto PPA jsou bohaté na vazby CF s vysokou energií a nízkou polaritou, které jim propůjčují jedinečné fyzikálně-chemické vlastnosti: extrémně nízkou povrchovou energii (podobně jako polytetrafluorethylen/Teflon®), vynikající tepelnou stabilitu a chemickou inertnost. Kriticky je důležité, že fluoropolymerní PPA obecně vykazují špatnou kompatibilitu s nepolárními polyolefinovými matricemi (jako je PE, PP). Tato nekompatibilita je klíčovým předpokladem pro jejich efektivní migraci na kovové povrchy nástroje, kde tvoří dynamický mazací povlak.

Reprezentativní produkty: Mezi přední značky na globálním trhu s fluoropolymerními PPA patří řada Viton™ FreeFlow™ od společnosti Chemours a řada Dynamar™ od společnosti 3M, které zaujímají významný podíl na trhu. Kromě toho se jako PPA formulace používají nebo jsou klíčovými složkami také některé druhy fluoropolymerů od společností Arkema (řada Kynar®) a Solvay (Tecnoflon®).

2. Pomocné látky na bázi silikonu (PPA)

Chemická struktura a vlastnosti: Hlavními aktivními složkami v této třídě PPA jsou polysiloxany, běžně označované jako silikony. Polysiloxanová kostra se skládá ze střídajících se atomů křemíku a kyslíku (-Si-O-) s organickými skupinami (obvykle methylovými) připojenými k atomům křemíku. Tato jedinečná molekulární struktura propůjčuje silikonovým materiálům velmi nízké povrchové napětí, vynikající tepelnou stabilitu, dobrou flexibilitu a neadhezivní vlastnosti vůči mnoha látkám. Podobně jako fluoropolymerní PPA fungují PPA na bázi silikonu tak, že migrují na kovové povrchy procesního zařízení a vytvářejí mazací vrstvu.

Vlastnosti aplikace: Ačkoli fluoropolymerní PPA dominují sektoru extruze polyolefinových fólií, PPA na bázi silikonu mohou vykazovat jedinečné výhody nebo vytvářet synergické efekty při použití ve specifických aplikačních scénářích nebo ve spojení s konkrétními pryskyřičnými systémy. Mohou být například zvažovány pro aplikace vyžadující extrémně nízké koeficienty tření nebo tam, kde jsou pro konečný produkt požadovány specifické povrchové vlastnosti.

Čelíte zákazům fluoropolymerů nebo problémům s dodávkami PTFE?

Řešení problémů s extruzí polyolefinových fólií pomocí řešení PPA bez obsahu PFAS-Přísady z polymerů bez fluoru od SILIKE

Společnost SILIKE u svých produktů řady SILIMER zaujímá proaktivní přístup a nabízí inovativníPomocné látky pro zpracování polymerů (PPA) bez obsahu PFASTato komplexní produktová řada obsahuje 100% čisté PPA bez PFAS,bezfluorové PPA polymerní přísadyaMasterbatche PPA bez obsahu PFAS a fluoru.Podleeliminuje potřebu fluorových přísadTyto pomocné látky významně zlepšují výrobní proces extruze LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP a různých polyolefinových fólií. Jsou v souladu s nejnovějšími environmentálními předpisy a zároveň zvyšují efektivitu výroby, minimalizují prostoje a zlepšují celkovou kvalitu výrobku. PPA bez PFAS od společnosti SILIKE přinášejí konečnému výrobku výhody, včetně eliminace lomu taveniny (žraločí kůže), zvýšené hladkosti a vynikající kvality povrchu.

Pokud se potýkáte s dopadem zákazů fluoropolymerů nebo nedostatku PTFE ve vašich procesech extruze polymerů, SILIKE vám to nabízíalternativy k fluoropolymerům PPA/PTFE, Přísady bez PFAS pro výrobu fóliíkteré jsou přizpůsobeny vašim potřebám, bez nutnosti změn procesů.