Introdución ás poliolefinas e á extrusión de películas
As poliolefinas, unha clase de materiais macromoleculares sintetizados a partir de monómeros de olefinas como o etileno e o propileno, son os plásticos máis producidos e utilizados a nivel mundial. A súa prevalencia débese a unha combinación excepcional de propiedades, incluíndo o baixo custo, a excelente procesabilidade, a destacada estabilidade química e as características físicas adaptables. Entre as diversas aplicacións das poliolefinas, os produtos de película ocupan unha posición primordial, cumprindo funcións críticas en envases de alimentos, revestimentos agrícolas, envases industriais, produtos médicos e de hixiene e bens de consumo cotiáns. As resinas de poliolefina máis comúns empregadas para a produción de películas inclúen o polietileno (PE), que abrangue o polietileno lineal de baixa densidade (LLDPE), o polietileno de baixa densidade (LDPE) e o polietileno de alta densidade (HDPE), e o polipropileno (PP).
A fabricación de películas de poliolefina baséase principalmente na tecnoloxía de extrusión, sendo a extrusión de película soprada e a extrusión de película colada os dous procesos principais.
1. Proceso de extrusión de película soprada
A extrusión de película soprada é un dos métodos máis comúns para producir películas de poliolefina. O principio fundamental consiste en extruir un polímero fundido verticalmente cara arriba a través dunha matriz anular, formando un parison tubular de parede fina. Posteriormente, introdúcese aire comprimido no interior deste parison, o que fai que se inche nunha burbulla cun diámetro significativamente maior que o da matriz. A medida que a burbulla ascende, arrefríase e solidifícase á forza mediante un anel de aire externo. A burbulla arrefriada colapsa entón mediante un conxunto de rolos de presión (a miúdo a través dun marco colapsable ou marco en A) e posteriormente é arrastrada por rolos de tracción antes de ser enrolada nun rolo. O proceso de película soprada normalmente produce películas con orientación biaxial, o que significa que presentan un bo equilibrio de propiedades mecánicas tanto na dirección da máquina (MD) como na dirección transversal (TD), como a resistencia á tracción, a resistencia ao desgarro e a resistencia ao impacto. O grosor da película e as propiedades mecánicas pódense controlar axustando a relación de soprado (BUR: relación entre o diámetro da burbulla e o diámetro da matriz) e a relación de estiramento (DDR: relación entre a velocidade de recolección e a velocidade de extrusión).
2. Proceso de extrusión de película fundida
A extrusión de película fundida é outro proceso de produción vital para películas de poliolefina, especialmente axeitado para a fabricación de películas que requiren propiedades ópticas superiores (por exemplo, alta claridade, alto brillo) e unha excelente uniformidade de grosor. Neste proceso, o polímero fundido extrúese horizontalmente a través dunha matriz en T plana de tipo ranura, formando unha rede fundida uniforme. Esta rede extráese entón rapidamente sobre a superficie dun ou máis rolos de arrefriamento de alta velocidade e arrefriados internamente. A masa fundida solidifícase rapidamente ao entrar en contacto coa superficie do rolo frío. As películas fundidas xeralmente posúen excelentes propiedades ópticas, un tacto suave e unha boa selabilidade por calor. O control preciso sobre a separación do beizo da matriz, a temperatura do rolo de arrefriamento e a velocidade de rotación permite unha regulación precisa do grosor da película e da calidade da superficie.
Os 6 principais desafíos da extrusión de películas de poliolefina
A pesar da madurez da tecnoloxía de extrusión, os fabricantes atópanse con frecuencia cunha serie de dificultades de procesamento na produción práctica de películas de poliolefina, especialmente cando buscan un alto rendemento, eficiencia, grosores máis finos e cando utilizan novas resinas de alto rendemento. Estes problemas non só afectan á estabilidade da produción, senón que tamén inflúen directamente na calidade e no custo do produto final. Os principais desafíos inclúen:
1. Fractura da masa fundida (pel de tiburón): este é un dos defectos máis comúns na extrusión de películas de poliolefina. Macroscopicamente, maniféstase como ondulacións transversais periódicas ou unha superficie irregularmente rugosa na película, ou en casos graves, distorsións máis pronunciadas. A fractura da masa fundida ocorre principalmente cando a velocidade de cizallamento da masa fundida de polímero que sae da matriz supera un valor crítico, o que leva a oscilacións de adherencia e deslizamento entre a parede da matriz e a masa fundida a granel, ou cando a tensión de extensión na saída da matriz supera a resistencia da masa fundida. Este defecto compromete gravemente as propiedades ópticas da película (claridade, brillo), a suavidade da superficie e tamén pode degradar as súas propiedades mecánicas e de barreira.
2. Deposición/acumulación de matrices: Isto refírese á acumulación gradual de produtos de degradación de polímeros, fraccións de baixo peso molecular, aditivos mal dispersos (por exemplo, pigmentos, axentes antiestáticos, axentes deslizantes) ou xeles da resina nos bordos do beizo da matriz ou dentro da cavidade da matriz. Estes depósitos poden desprenderse durante a produción, contaminando a superficie da película e causando defectos como xeles, raias ou rabuñaduras, o que afecta á aparencia e á calidade do produto. En casos graves, a acumulación de matrices pode bloquear a saída da matriz, o que leva a variacións de calibre, rotura da película e, en última instancia, forzar a parada da liña de produción para a limpeza das matrices, o que resulta en perdas significativas na eficiencia da produción e no desperdicio de materia prima.
3. Alta presión e flutuación de extrusión: En determinadas condicións, especialmente ao procesar resinas de alta viscosidade ou usar espazos entre matrices máis pequenos, a presión dentro do sistema de extrusión (especialmente no cabezal e na matriz da extrusora) pode chegar a ser excesivamente alta. A alta presión non só aumenta o consumo de enerxía, senón que tamén supón un risco para a lonxevidade do equipo (por exemplo, parafuso, barril, matriz) e a seguridade. Ademais, as flutuacións inestables na presión de extrusión provocan directamente variacións na saída da masa fundida, o que leva a un grosor da película non uniforme.
4. Rendemento limitado: Para previr ou mitigar problemas como a fractura da masa fundida e a acumulación de matrices, os fabricantes adoitan verse obrigados a reducir a velocidade do parafuso da extrusora, o que limita a produción da liña de produción. Isto afecta directamente á eficiencia da produción e ao custo de fabricación por unidade de produto, o que dificulta o cumprimento das demandas do mercado de películas de baixo custo e a grande escala.
5. Dificultade no control do calibre: A inestabilidade no fluxo da masa fundida, a distribución non uniforme da temperatura a través da matriz e a acumulación de material na matriz poden contribuír a variacións no grosor da película, tanto transversal como lonxitudinalmente. Isto afecta o rendemento do procesamento posterior da película e as características do uso final.
6. Cambio de resina difícil: Ao cambiar entre diferentes tipos ou graos de resinas de poliolefina, ou ao cambiar os masterbatches de cor, o material residual da tirada anterior adoita ser difícil de purgar completamente da extrusora e da matriz. Isto leva á mestura de materiais antigos e novos, xerando material de transición, prolongando os tempos de cambio e aumentando as taxas de refugallo.
Estes desafíos comúns de procesamento limitan os esforzos dos fabricantes de películas de poliolefina para mellorar a calidade do produto e a eficiencia da produción, e tamén supoñen barreiras para a adopción de novos materiais e técnicas de procesamento avanzadas. Polo tanto, a busca de solucións eficaces para superar estes desafíos é crucial para o desenvolvemento sostido e saudable de toda a industria da extrusión de películas de poliolefina.
Os axudantes do procesamento de polímeros (PPA) son aditivos funcionais cuxo valor fundamental reside en mellorar o comportamento reolóxico dos polímeros fundidos durante a extrusión e modificar a súa interacción coas superficies dos equipos, superando así unha serie de dificultades de procesamento e mellorando a eficiencia da produción e a calidade do produto.
1. PPA baseados en fluoropolímeros
Estrutura e características químicas: Estes son actualmente a clase de PPA máis utilizada, tecnoloxicamente madura e demostrablemente eficaz. Normalmente son homopolímeros ou copolímeros baseados en monómeros de fluoroolefina como o fluoruro de vinilideno (VDF), o hexafluoropropileno (HFP) e o tetrafluoroetileno (TFE), sendo os fluoroelastómeros os máis representativos. As cadeas moleculares destes PPA son ricas en enlaces CF de alta enerxía de enlace e baixa polaridade, que lles confiren propiedades fisicoquímicas únicas: enerxía superficial extremadamente baixa (semellante ao politetrafluoroetileno/Teflon®), excelente estabilidade térmica e inercia química. Fundamentalmente, os PPA de fluoropolímeros xeralmente presentan pouca compatibilidade con matrices de poliolefina non polares (como PE, PP). Esta incompatibilidade é un requisito previo clave para a súa migración eficaz ás superficies metálicas do molde, onde forman un revestimento lubricante dinámico.
Produtos representativos: Entre as marcas líderes no mercado mundial de PPA de fluoropolímeros están a serie Viton™ FreeFlow™ de Chemours e a serie Dynamar™ de 3M, que ocupan unha cota de mercado significativa. Ademais, certos graos de fluoropolímeros de Arkema (serie Kynar®) e Solvay (Tecnoflon®) tamén se usan como compoñentes clave nas formulacións de PPA ou son nelas.
2. Axudantes de procesamento a base de silicona (PPA)
Estrutura e características químicas: Os principais compoñentes activos desta clase de PPA son os polisiloxanos, coñecidos comunmente como siliconas. A estrutura principal de polisiloxano consta de átomos de silicio e osíxeno alternados (-Si-O-), con grupos orgánicos (normalmente metilo) unidos aos átomos de silicio. Esta estrutura molecular única confire aos materiais de silicona unha tensión superficial moi baixa, unha excelente estabilidade térmica, boa flexibilidade e propiedades non adhesivas fronte a moitas substancias. De xeito similar aos PPA de fluoropolímeros, os PPA baseados en silicona funcionan migrando ás superficies metálicas do equipo de procesamento para formar unha capa lubricante.
Características da aplicación: Aínda que os PPA de fluoropolímeros dominan o sector da extrusión de películas de poliolefina, os PPA a base de silicona poden presentar vantaxes únicas ou crear efectos sinérxicos cando se usan en escenarios de aplicación específicos ou en conxunto con sistemas de resina particulares. Por exemplo, poderían considerarse para aplicacións que requiren coeficientes de fricción extremadamente baixos ou onde se desexan características superficiais específicas para o produto final.
Enfróntase a prohibicións de fluoropolímeros ou a desafíos no subministro de PTFE?
Resolve os desafíos da extrusión de películas de poliolefina con solucións de PPA sen PFAS-Aditivos poliméricos sen flúor de SILIKE
SILIKE adopta unha actitude proactiva cos seus produtos da serie SILIMER, ofrecendo solucións innovadorasAxudantes de procesamento de polímeros libres de PFAS (PPA)). Esta ampla liña de produtos inclúe PPA 100 % puros sen PFAS,Aditivos poliméricos PPA sen flúor, eMasterbatches de PPA sen PFAS e sen flúorPoreliminando a necesidade de aditivos de flúor, estes axustes de procesamento melloran significativamente o proceso de fabricación de LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP e varios procesos de extrusión de películas de poliolefina. Cumpren coas últimas normativas ambientais, ao mesmo tempo que aumentan a eficiencia da produción, minimizan o tempo de inactividade e melloran a calidade xeral do produto. Os PPA libres de PFAS de SILIKE achegan beneficios ao produto final, como a eliminación da fractura por fusión (pel de tiburón), unha maior suavidade e unha calidade superficial superior.
Se tes problemas co impacto das prohibicións de fluoropolímeros ou coa escaseza de PTFE nos teus procesos de extrusión de polímeros, SILIKE ofrecealternativas aos PPA/PTFE de fluoropolímeros, Aditivos sen PFAS para a fabricación de películasque se adaptan ás súas necesidades, sen necesidade de cambios nos procesos.
Data de publicación: 15 de maio de 2025
