اخبار

مقدمه‌ای بر پلی‌اولفین‌ها و اکستروژن فیلم

پلی‌اولفین‌ها، دسته‌ای از مواد ماکرومولکولی که از مونومرهای اولفین مانند اتیلن و پروپیلن سنتز می‌شوند، پرکاربردترین پلاستیک‌های تولید شده و مورد استفاده در سطح جهان هستند. رواج آنها ناشی از ترکیبی استثنایی از خواص، از جمله هزینه پایین، فرآیندپذیری عالی، پایداری شیمیایی برجسته و ویژگی‌های فیزیکی قابل تنظیم است. در میان کاربردهای متنوع پلی‌اولفین‌ها، محصولات فیلم از جایگاه ویژه‌ای برخوردارند و عملکردهای حیاتی را در بسته‌بندی مواد غذایی، پوشش‌های کشاورزی، بسته‌بندی صنعتی، محصولات پزشکی و بهداشتی و کالاهای مصرفی روزمره ایفا می‌کنند. رایج‌ترین رزین‌های پلی‌اولفین مورد استفاده برای تولید فیلم شامل پلی‌اتیلن (PE) - شامل پلی‌اتیلن خطی کم‌چگالی (LLDPE)، پلی‌اتیلن کم‌چگالی (LDPE) و پلی‌اتیلن پرچگالی (HDPE) - و پلی‌پروپیلن (PP) است.

تولید فیلم‌های پلی‌اولفین در درجه اول به فناوری اکستروژن متکی است و اکستروژن فیلم دمشی و اکستروژن فیلم ریخته‌گری دو فرآیند اصلی آن هستند.

۱. فرآیند اکستروژن فیلم دمشی

اکستروژن فیلم دمشی یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای تولید فیلم‌های پلی‌اولفین است. اصل اساسی شامل اکسترود کردن یک پلیمر مذاب به صورت عمودی به سمت بالا از طریق یک قالب حلقوی و تشکیل یک پاریسون لوله‌ای با دیواره نازک است. متعاقباً، هوای فشرده به داخل این پاریسون وارد می‌شود و باعث می‌شود که به حبابی با قطر قابل توجهی بزرگتر از قطر قالب تبدیل شود. با بالا آمدن حباب، توسط یک حلقه هوای خارجی به زور خنک و جامد می‌شود. سپس حباب خنک شده توسط مجموعه‌ای از غلتک‌های گیره (اغلب از طریق یک قاب جمع‌شونده یا قاب A) متلاشی می‌شود و متعاقباً قبل از پیچیده شدن روی یک رول، توسط غلتک‌های کششی کشیده می‌شود. فرآیند فیلم دمشی معمولاً فیلم‌هایی با جهت‌گیری دومحوری تولید می‌کند، به این معنی که آنها تعادل خوبی از خواص مکانیکی را هم در جهت ماشین (MD) و هم در جهت عرضی (TD)، مانند مقاومت کششی، مقاومت در برابر پارگی و مقاومت در برابر ضربه، نشان می‌دهند. ضخامت فیلم و خواص مکانیکی آن را می‌توان با تنظیم نسبت دمش (BUR - نسبت قطر حباب به قطر قالب) و نسبت کشش (DDR - نسبت سرعت برداشت به سرعت اکستروژن) کنترل کرد.

۲. فرآیند اکستروژن فیلم قالب‌گیری شده

اکستروژن فیلم ریخته‌گری یکی دیگر از فرآیندهای حیاتی تولید برای فیلم‌های پلی‌اولفین است، به ویژه برای ساخت فیلم‌هایی که به خواص نوری برتر (مانند شفافیت بالا، براقیت بالا) و یکنواختی ضخامت عالی نیاز دارند، مناسب است. در این فرآیند، پلیمر مذاب به صورت افقی از طریق یک قالب T شکل مسطح و شیاردار اکسترود می‌شود و یک شبکه مذاب یکنواخت تشکیل می‌دهد. سپس این شبکه به سرعت روی سطح یک یا چند غلتک سرد با سرعت بالا و خنک‌کننده داخلی کشیده می‌شود. مذاب به سرعت پس از تماس با سطح غلتک سرد جامد می‌شود. فیلم‌های ریخته‌گری عموماً دارای خواص نوری عالی، حس نرمی و قابلیت دوخت حرارتی خوب هستند. کنترل دقیق بر روی شکاف لبه قالب، دمای غلتک سرد و سرعت چرخش، امکان تنظیم دقیق ضخامت فیلم و کیفیت سطح را فراهم می‌کند.

6 چالش اصلی اکستروژن فیلم پلی اولفین

علیرغم بلوغ فناوری اکستروژن، تولیدکنندگان اغلب با مجموعه‌ای از مشکلات پردازش در تولید عملی فیلم‌های پلی‌اولفین مواجه می‌شوند، به خصوص هنگام تلاش برای خروجی بالا، راندمان، ضخامت کمتر و هنگام استفاده از رزین‌های جدید با کارایی بالا. این مسائل نه تنها بر پایداری تولید تأثیر می‌گذارند، بلکه مستقیماً بر کیفیت و هزینه نهایی محصول نیز تأثیر می‌گذارند. چالش‌های کلیدی عبارتند از:

۱. شکست مذاب (پوست کوسه): این یکی از رایج‌ترین عیوب در اکستروژن فیلم پلی‌اولفین است. از نظر ماکروسکوپی، به صورت موج‌های عرضی دوره‌ای یا سطح ناهموار نامنظم روی فیلم یا در موارد شدید، اعوجاج‌های برجسته‌تر ظاهر می‌شود. شکست مذاب در درجه اول زمانی رخ می‌دهد که سرعت برش مذاب پلیمری که از قالب خارج می‌شود از یک مقدار بحرانی فراتر رود و منجر به نوسانات چسبندگی-لغزش بین دیواره قالب و مذاب حجیم شود، یا زمانی که تنش کششی در خروجی قالب از استحکام مذاب بیشتر شود. این نقص به شدت خواص نوری فیلم (شفافیت، براقیت)، صافی سطح را به خطر می‌اندازد و همچنین می‌تواند خواص مکانیکی و مانع آن را کاهش دهد.

۲. رسوب قالب / تجمع قالب: این به تجمع تدریجی محصولات تخریب پلیمر، کسرهای وزن مولکولی کم، افزودنی‌های با پراکندگی ضعیف (مانند رنگدانه‌ها، عوامل ضد الکتریسیته ساکن، عوامل لغزنده) یا ژل‌ها از رزین در لبه‌های قالب یا درون حفره قالب اشاره دارد. این رسوبات می‌توانند در طول تولید جدا شوند، سطح فیلم را آلوده کرده و باعث ایجاد نقص‌هایی مانند ژل، رگه یا خراش شوند و در نتیجه بر ظاهر و کیفیت محصول تأثیر بگذارند. در موارد شدید، تجمع قالب می‌تواند خروجی قالب را مسدود کند و منجر به تغییرات اندازه، پارگی فیلم و در نهایت خاموش شدن اجباری خط تولید برای تمیز کردن قالب شود که منجر به کاهش قابل توجه راندمان تولید و هدر رفتن مواد اولیه می‌شود.

۳. فشار اکستروژن بالا و نوسانات: در شرایط خاص، به ویژه هنگام پردازش رزین‌های با ویسکوزیته بالا یا استفاده از شکاف‌های قالب کوچک‌تر، فشار درون سیستم اکستروژن (به ویژه در سر اکسترودر و قالب) می‌تواند بیش از حد بالا برود. فشار بالا نه تنها مصرف انرژی را افزایش می‌دهد، بلکه طول عمر تجهیزات (مانند ماردون، سیلندر، قالب) و ایمنی را نیز به خطر می‌اندازد. علاوه بر این، نوسانات ناپایدار در فشار اکستروژن مستقیماً باعث ایجاد تغییرات در خروجی مذاب می‌شود و منجر به ضخامت غیر یکنواخت فیلم می‌شود.

۴. توان عملیاتی محدود: برای جلوگیری یا کاهش مسائلی مانند شکست مذاب و تجمع مواد در قالب، تولیدکنندگان اغلب مجبور به کاهش سرعت پیچ اکسترودر می‌شوند و در نتیجه خروجی خط تولید را محدود می‌کنند. این امر مستقیماً بر راندمان تولید و هزینه تولید به ازای هر واحد محصول تأثیر می‌گذارد و برآورده کردن تقاضای بازار برای فیلم‌های با مقیاس بزرگ و کم‌هزینه را دشوار می‌کند.

۵. دشواری در کنترل گیج: ناپایداری در جریان مذاب، توزیع غیریکنواخت دما در سراسر قالب و تجمع قالب، همگی می‌توانند در تغییرات ضخامت فیلم، چه به صورت عرضی و چه به صورت طولی، نقش داشته باشند. این امر بر عملکرد پردازش بعدی فیلم و ویژگی‌های استفاده نهایی آن تأثیر می‌گذارد.

۶. تغییر دشوار رزین: هنگام تغییر بین انواع یا گریدهای مختلف رزین‌های پلی‌اولفین، یا هنگام تغییر مستربچ‌های رنگی، اغلب تخلیه کامل مواد باقیمانده از مرحله قبل از اکسترودر و قالب دشوار است. این امر منجر به ترکیب مواد قدیمی و جدید، تولید مواد واسطه، طولانی شدن زمان تغییر و افزایش میزان ضایعات می‌شود.

این چالش‌های رایج در فرآیند، تلاش‌های تولیدکنندگان فیلم پلی‌اولفین را برای افزایش کیفیت محصول و بهره‌وری تولید محدود می‌کند و همچنین موانعی را برای پذیرش مواد جدید و تکنیک‌های پیشرفته فرآیند ایجاد می‌کند. بنابراین، یافتن راه‌حل‌های مؤثر برای غلبه بر این چالش‌ها برای توسعه پایدار و سالم کل صنعت اکستروژن فیلم پلی‌اولفین بسیار مهم است.

راهکارهایی برای فرآیند اکستروژن فیلم پلی اولفین: کمک‌فرآیندهای پلیمری (PPA)

کمک‌فرآیندهای پلیمری (PPAs) افزودنی‌های کاربردی هستند که ارزش اصلی آنها در بهبود رفتار رئولوژیکی مذاب‌های پلیمری در حین اکستروژن و اصلاح برهمکنش آنها با سطوح تجهیزات نهفته است، در نتیجه بر طیف وسیعی از مشکلات فرآیند غلبه کرده و راندمان تولید و کیفیت محصول را افزایش می‌دهند.

۱. PPA های مبتنی بر فلوروپلیمر

ساختار و ویژگی‌های شیمیایی: این‌ها در حال حاضر پرکاربردترین، از نظر فناوری بالغ‌ترین و مؤثرترین دسته از PPAها هستند. آن‌ها معمولاً هموپلیمرها یا کوپلیمرهای مبتنی بر مونومرهای فلورولفین مانند وینیلیدین فلوراید (VDF)، هگزافلوئوروپروپیلن (HFP) و تترافلوئورواتیلن (TFE) هستند که فلوروالاستومرها نماینده‌ترین آن‌ها هستند. زنجیره‌های مولکولی این PPAها غنی از پیوندهای CF با انرژی پیوند بالا و قطبیت کم هستند که خواص فیزیکوشیمیایی منحصر به فردی را به همراه دارند: انرژی سطحی بسیار پایین (شبیه به پلی تترافلوئورواتیلن/تفلون®)، پایداری حرارتی عالی و بی‌اثری شیمیایی. نکته مهم این است که PPAهای فلوروپلیمر عموماً سازگاری ضعیفی با ماتریس‌های پلی اولفین غیرقطبی (مانند PE، PP) نشان می‌دهند. این ناسازگاری پیش‌نیاز کلیدی برای مهاجرت مؤثر آن‌ها به سطوح فلزی قالب است، جایی که یک پوشش روان‌کننده پویا تشکیل می‌دهند.

محصولات نماینده: برندهای پیشرو در بازار جهانی PPA های فلوئوروپلیمر شامل سری Viton™ FreeFlow™ شرکت Chemours و سری Dynamar™ شرکت 3M هستند که سهم قابل توجهی از بازار را در اختیار دارند. علاوه بر این، گریدهای خاصی از فلوئوروپلیمر از Arkema (سری Kynar®) و Solvay (Tecnoflon®) نیز به عنوان یا از اجزای کلیدی فرمولاسیون PPA استفاده می‌شوند.

2. کمک‌فرآیندهای مبتنی بر سیلیکون (PPA)

ساختار و ویژگی‌های شیمیایی: اجزای فعال اصلی در این دسته از PPAها، پلی‌سیلوکسان‌ها هستند که معمولاً به عنوان سیلیکون شناخته می‌شوند. اسکلت پلی‌سیلوکسان از اتم‌های متناوب سیلیکون و اکسیژن (-Si-O-) تشکیل شده است که گروه‌های آلی (معمولاً متیل) به اتم‌های سیلیکون متصل هستند. این ساختار مولکولی منحصر به فرد، به مواد سیلیکونی کشش سطحی بسیار کم، پایداری حرارتی عالی، انعطاف‌پذیری خوب و خواص غیرچسبندگی نسبت به بسیاری از مواد را می‌دهد. مشابه PPAهای فلوئوروپلیمر، PPAهای مبتنی بر سیلیکون با مهاجرت به سطوح فلزی تجهیزات پردازش برای تشکیل یک لایه روان‌کننده عمل می‌کنند.

ویژگی‌های کاربردی: اگرچه PPA های فلوئوروپلیمر در بخش اکستروژن فیلم پلی اولفین غالب هستند، PPA های مبتنی بر سیلیکون ممکن است مزایای منحصر به فردی از خود نشان دهند یا هنگام استفاده در سناریوهای کاربردی خاص یا همراه با سیستم‌های رزینی خاص، اثرات هم افزایی ایجاد کنند. به عنوان مثال، آنها ممکن است برای کاربردهایی که نیاز به ضرایب اصطکاک بسیار پایین دارند یا در مواردی که ویژگی‌های سطحی خاصی برای محصول نهایی مورد نظر است، در نظر گرفته شوند.

مواجهه با ممنوعیت‌های فلوروپلیمر یا چالش‌های تامین PTFE؟

چالش‌های اکستروژن فیلم پلی‌اولفین را با راهکارهای PPA بدون PFAS حل کنیدافزودنی‌های پلیمری بدون فلوئور SILIKE

سیلایک (SILIKE) با محصولات سری SILIMER خود رویکردی پیشگیرانه در پیش گرفته و نوآوری‌هایی را ارائه می‌دهد.کمک‌فرآیندهای پلیمری بدون PFAS (PPAs)این خط تولید جامع شامل PPA های 100٪ خالص و بدون PFAS است،افزودنی‌های پلیمری PPA بدون فلوئور، ومستربچ‌های PPA بدون PFAS و بدون فلوئور.توسطحذف نیاز به افزودنی‌های فلوئوراین کمک‌فرآیندها به طور قابل توجهی فرآیند تولید LLDPE، LDPE، HDPE، mLLDPE، PP و فرآیندهای مختلف اکستروژن فیلم پلی‌اولفین را بهبود می‌بخشند. آنها با آخرین مقررات زیست‌محیطی مطابقت دارند و در عین حال راندمان تولید را افزایش می‌دهند، زمان از کارافتادگی را به حداقل می‌رسانند و کیفیت کلی محصول را بهبود می‌بخشند. PPA های بدون PFAS شرکت SILIKE مزایایی را برای محصول نهایی به همراه دارند، از جمله حذف شکستگی مذاب (پوست کوسه)، افزایش صافی و کیفیت سطح برتر.

اگر با تأثیر ممنوعیت‌های فلوروپلیمر یا کمبود PTFE در فرآیندهای اکستروژن پلیمری خود دست و پنجه نرم می‌کنید، SILIKE پیشنهاد می‌دهدجایگزین‌هایی برای فلوئوروپلیمر PPA/PTFE, افزودنی‌های بدون PFAS برای تولید فیلمکه متناسب با نیازهای شما تنظیم شده‌اند، بدون نیاز به تغییر فرآیند.