Nieuws

Inleiding tot polyolefinen en filmextrusie

Polyolefinen, een klasse macromoleculaire materialen gesynthetiseerd uit olefinemonomeren zoals ethyleen en propyleen, zijn wereldwijd de meest geproduceerde en gebruikte kunststoffen. Hun wijdverbreide toepassing is te danken aan een uitzonderlijke combinatie van eigenschappen, waaronder lage kosten, uitstekende verwerkbaarheid, uitzonderlijke chemische stabiliteit en aanpasbare fysische kenmerken. Van de diverse toepassingen van polyolefinen nemen folieproducten een prominente positie in, met cruciale functies in voedselverpakkingen, landbouwfolie, industriële verpakkingen, medische en hygiënische producten en alledaagse consumentenartikelen. De meest gebruikte polyolefineharsen voor folieproductie zijn polyethyleen (PE) – waaronder lineair lagedichtheidpolyethyleen (LLDPE), lagedichtheidpolyethyleen (LDPE) en hogedichtheidpolyethyleen (HDPE) – en polypropyleen (PP).

De productie van polyolefinefolies is voornamelijk gebaseerd op extrusietechnologie, waarbij blaasfolie-extrusie en gietfolie-extrusie de twee belangrijkste processen zijn.

1. Blaasfolie-extrusieproces

Blaasfolie-extrusie is een van de meest gangbare methoden voor de productie van polyolefinefolies. Het fundamentele principe berust op het verticaal omhoog extruderen van een gesmolten polymeer door een ringvormige matrijs, waardoor een dunwandige buisvormige voorvorm ontstaat. Vervolgens wordt perslucht in de voorvorm gebracht, waardoor deze opzwelt tot een bel met een diameter die aanzienlijk groter is dan die van de matrijs. Terwijl de bel omhoog stijgt, wordt deze door een externe luchtring geforceerd afgekoeld en gestold. De afgekoelde bel wordt vervolgens samengedrukt door een set aandrukrollen (vaak via een samendrukframe of A-frame) en daarna door trekrollen getrokken voordat deze op een rol wordt gewikkeld. Het blaasfolieproces levert doorgaans folies op met een biaxiale oriëntatie, wat betekent dat ze een goede balans vertonen van mechanische eigenschappen in zowel de machinerichting (MD) als de dwarsrichting (TD), zoals treksterkte, scheurweerstand en slagvastheid. De filmdikte en mechanische eigenschappen kunnen worden geregeld door de opblaasverhouding (BUR – verhouding tussen de diameter van de bel en de diameter van de matrijs) en de afwikkelverhouding (DDR – verhouding tussen de opwikkelsnelheid en de extrusiesnelheid) aan te passen.

2. Extrusieproces van gegoten folie

Extrusie van gegoten films is een ander essentieel productieproces voor polyolefinefilms, met name geschikt voor de productie van films die superieure optische eigenschappen (bijv. hoge helderheid, hoge glans) en een uitstekende dikteuniformiteit vereisen. Bij dit proces wordt het gesmolten polymeer horizontaal geëxtrudeerd door een vlakke, sleufvormige T-matrijs, waardoor een uniforme gesmolten strook ontstaat. Deze strook wordt vervolgens snel op het oppervlak van een of meer snel draaiende, intern gekoelde koelrollen getrokken. Het smeltmateriaal stolt snel bij contact met het koude roloppervlak. Gegoten films hebben over het algemeen uitstekende optische eigenschappen, voelen zacht aan en zijn goed hittebestendig. Nauwkeurige controle over de matrijsopening, de temperatuur van de koelrollen en de rotatiesnelheid maakt een precieze regeling van de filmdikte en de oppervlaktekwaliteit mogelijk.

De 6 grootste uitdagingen bij de extrusie van polyolefinefolie

Ondanks de volwassenheid van de extrusietechnologie ondervinden fabrikanten in de praktijk bij de productie van polyolefinefolies vaak een reeks verwerkingsproblemen, met name wanneer ze streven naar een hoge output, efficiëntie, dunnere folies en het gebruik van nieuwe hoogwaardige harsen. Deze problemen beïnvloeden niet alleen de productiestabiliteit, maar hebben ook een directe impact op de kwaliteit en de kosten van het eindproduct. Belangrijke uitdagingen zijn onder meer:

1. Smeltbreuk (haaienhuid): Dit is een van de meest voorkomende defecten bij de extrusie van polyolefinefolie. Macroscopisch gezien manifesteert het zich als periodieke dwarsrimpels of een onregelmatig ruw oppervlak op de folie, of in ernstige gevallen als meer uitgesproken vervormingen. Smeltbreuk treedt voornamelijk op wanneer de schuifsnelheid van de polymeersmelt die de matrijs verlaat een kritische waarde overschrijdt, wat leidt tot stick-slip-oscillaties tussen de matrijswand en de smeltmassa, of wanneer de trekspanning bij de matrijsuitgang de smeltsterkte overschrijdt. Dit defect tast de optische eigenschappen (helderheid, glans), de gladheid van het oppervlak en kan ook de mechanische eigenschappen en de barrièrewerking van de folie ernstig aantasten.

2. Matrijsafzetting / Matrijsophoping: Dit verwijst naar de geleidelijke ophoping van polymeerafbraakproducten, fracties met een laag moleculair gewicht, slecht gedispergeerde additieven (bijv. pigmenten, antistatische middelen, glijmiddelen) of gels van de hars aan de randen van de matrijs of in de matrijsopening. Deze afzettingen kunnen tijdens de productie loslaten, het filmoppervlak vervuilen en defecten veroorzaken zoals gels, strepen of krassen, waardoor het uiterlijk en de kwaliteit van het product worden beïnvloed. In ernstige gevallen kan matrijsophoping de matrijsuitgang blokkeren, wat leidt tot diktevariaties, scheuren in de film en uiteindelijk tot stilstand van de productielijn voor het reinigen van de matrijs, met aanzienlijke verliezen in productie-efficiëntie en verspilling van grondstoffen tot gevolg.

3. Hoge extrusiedruk en -schommelingen: Onder bepaalde omstandigheden, met name bij de verwerking van harsen met een hoge viscositeit of bij gebruik van kleinere matrijsopeningen, kan de druk in het extrusiesysteem (vooral bij de extruderkop en de matrijs) extreem hoog worden. Hoge druk verhoogt niet alleen het energieverbruik, maar brengt ook risico's met zich mee voor de levensduur van de apparatuur (bijv. schroef, cilinder, matrijs) en de veiligheid. Bovendien veroorzaken instabiele schommelingen in de extrusiedruk direct variaties in de smeltopbrengst, wat leidt tot een niet-uniforme filmdikte.

4. Beperkte doorvoer: Om problemen zoals smeltbreuk en ophoping van materiaal in de matrijs te voorkomen of te verminderen, zijn fabrikanten vaak genoodzaakt de snelheid van de extruderschroef te verlagen, waardoor de output van de productielijn wordt beperkt. Dit heeft directe gevolgen voor de productie-efficiëntie en de productiekosten per producteenheid, waardoor het moeilijk wordt om te voldoen aan de marktvraag naar grootschalige, goedkope folies.

5. Moeilijkheden bij het controleren van de dikte: Instabiliteit in de smeltstroom, een niet-uniforme temperatuurverdeling over de matrijs en ophoping van materiaal op de matrijs kunnen allemaal bijdragen aan variaties in de filmdikte, zowel in de dwars- als in de lengterichting. Dit beïnvloedt de verdere verwerkingsprestaties en de uiteindelijke gebruikseigenschappen van de film.

6. Moeilijke harswisseling: Bij het wisselen tussen verschillende soorten of kwaliteiten polyolefineharsen, of bij het wisselen van kleurmasterbatches, is het vaak moeilijk om restmateriaal van de vorige run volledig uit de extruder en matrijs te verwijderen. Dit leidt tot vermenging van oud en nieuw materiaal, waardoor overgangsmateriaal ontstaat, de wisseltijden langer worden en de afvalpercentages toenemen.

Deze veelvoorkomende verwerkingsuitdagingen beperken de mogelijkheden van fabrikanten van polyolefinefolie om de productkwaliteit en productie-efficiëntie te verbeteren, en vormen tevens een belemmering voor de toepassing van nieuwe materialen en geavanceerde verwerkingstechnieken. Het vinden van effectieve oplossingen om deze uitdagingen te overwinnen is daarom cruciaal voor de duurzame en gezonde ontwikkeling van de gehele polyolefinefolie-extrusie-industrie.

Oplossingen voor het extrusieproces van polyolefinefolie: polymeerverwerkingshulpmiddelen (PPA's)

Polymere verwerkingshulpmiddelen (PPA's) zijn functionele additieven waarvan de kernwaarde ligt in het verbeteren van het reologische gedrag van polymeersmelten tijdens extrusie en het modificeren van hun interactie met apparatuuroppervlakken. Hierdoor worden diverse verwerkingsproblemen overwonnen en de productie-efficiëntie en productkwaliteit verbeterd.

1. PPAs op basis van fluorpolymeren

Chemische structuur en eigenschappen: Dit is momenteel de meest gebruikte, technologisch volwassen en aantoonbaar effectieve klasse van PPA's. Het zijn doorgaans homopolymeren of copolymeren op basis van fluorolefinemonomeren zoals vinylideenfluoride (VDF), hexafluoropropyleen (HFP) en tetrafluorethyleen (TFE), waarbij fluoro-elastomeren het meest representatief zijn. De moleculaire ketens van deze PPA's zijn rijk aan CF-bindingen met een hoge bindingsenergie en lage polariteit, die unieke fysisch-chemische eigenschappen verlenen: extreem lage oppervlakte-energie (vergelijkbaar met polytetrafluorethyleen/Teflon®), uitstekende thermische stabiliteit en chemische inertheid. Cruciaal is dat fluorpolymeer-PPA's over het algemeen een slechte compatibiliteit vertonen met niet-polaire polyolefinematrices (zoals PE, PP). Deze incompatibiliteit is een belangrijke voorwaarde voor hun effectieve migratie naar de metalen oppervlakken van de matrijs, waar ze een dynamische smerende coating vormen.

Representatieve producten: Toonaangevende merken op de wereldmarkt voor fluorpolymeer-PPA's zijn onder andere de Viton™ FreeFlow™-serie van Chemours en de Dynamar™-serie van 3M, die een aanzienlijk marktaandeel hebben. Daarnaast worden bepaalde fluorpolymeersoorten van Arkema (Kynar®-serie) en Solvay (Tecnoflon®) ook gebruikt als, of vormen ze belangrijke componenten in, PPA-formuleringen.

2. Op siliconen gebaseerde verwerkingshulpmiddelen (PPA's)

Chemische structuur en eigenschappen: De belangrijkste actieve componenten in deze klasse van PPA's zijn polysiloxanen, beter bekend als siliconen. De polysiloxaanstructuur bestaat uit afwisselende silicium- en zuurstofatomen (-Si-O-), met organische groepen (meestal methyl) die aan de siliciumatomen zijn gehecht. Deze unieke moleculaire structuur geeft siliconenmaterialen een zeer lage oppervlaktespanning, uitstekende thermische stabiliteit, goede flexibiliteit en niet-hechtende eigenschappen ten opzichte van veel stoffen. Net als fluorpolymeer-PPA's werken op siliconen gebaseerde PPA's door te migreren naar de metalen oppervlakken van de verwerkingsapparatuur om daar een smeerlaag te vormen.

Toepassingskenmerken: Hoewel fluorpolymeer-PPA's de extrusiesector voor polyolefinefolies domineren, kunnen op siliconen gebaseerde PPA's unieke voordelen bieden of synergetische effecten creëren bij gebruik in specifieke toepassingsscenario's of in combinatie met bepaalde harssystemen. Ze kunnen bijvoorbeeld worden overwogen voor toepassingen die een extreem lage wrijvingscoëfficiënt vereisen of waar specifieke oppervlakte-eigenschappen voor het eindproduct gewenst zijn.

Wordt u geconfronteerd met verboden op fluorpolymeren of leveringsproblemen met PTFE?

Los de uitdagingen bij de extrusie van polyolefinefolie op met PFAS-vrije PPA-oplossingen.- Fluorvrije polymeeradditieven van SILIKE

SILIKE hanteert een proactieve aanpak met zijn SILIMER-productserie en biedt innovatieve oplossingen.PFAS-vrije polymeerverwerkingshulpmiddelen (PPA's)Deze uitgebreide productlijn omvat 100% zuivere PFAS-vrije PPA's.fluorvrije PPA-polymeeradditieven, EnPFAS-vrije en fluorvrije PPA-masterbatches.Doorwaardoor het gebruik van fluoradditieven overbodig wordt.Deze verwerkingshulpmiddelen verbeteren het productieproces voor LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP en diverse polyolefinefolie-extrusieprocessen aanzienlijk. Ze voldoen aan de nieuwste milieuregelgeving en verhogen tegelijkertijd de productie-efficiëntie, minimaliseren stilstand en verbeteren de algehele productkwaliteit. De PFAS-vrije PPAs van SILIKE bieden voordelen voor het eindproduct, waaronder het voorkomen van smeltbreuk (haaienhuid), een verbeterde gladheid en een superieure oppervlaktekwaliteit.

Als u problemen ondervindt met de gevolgen van verboden op fluorpolymeren of tekorten aan PTFE in uw polymeerextrusieprocessen, biedt SILIKE de volgende oplossing.alternatieven voor fluorpolymeer PPAs/PTFE, PFAS-vrije additieven voor filmproductiedie zijn afgestemd op uw behoeften, zonder dat er proceswijzigingen nodig zijn.