Nieuws

Inleiding tot polyolefinen en filmextrusie

Polyolefinen, een klasse macromoleculaire materialen gesynthetiseerd uit olefinemonomeren zoals etheen en propeen, zijn wereldwijd de meest geproduceerde en gebruikte kunststoffen. Hun populariteit is te danken aan een uitzonderlijke combinatie van eigenschappen, waaronder lage kosten, uitstekende verwerkbaarheid, uitstekende chemische stabiliteit en aanpasbare fysische eigenschappen. Binnen de diverse toepassingen van polyolefinen nemen folieproducten een belangrijke positie in en vervullen ze cruciale functies in voedselverpakkingen, landbouwafdekkingen, industriële verpakkingen, medische en hygiëneproducten en alledaagse consumptiegoederen. De meest voorkomende polyolefineharsen die voor de productie van folie worden gebruikt, zijn polyethyleen (PE) – waaronder lineair lagedichtheidspolyethyleen (LLDPE), lagedichtheidspolyethyleen (LDPE) en hogedichtheidspolyethyleen (HDPE) – en polypropyleen (PP).

De productie van polyolefinefolies is hoofdzakelijk gebaseerd op extrusietechnologie, waarbij geblazen filmextrusie en gegoten filmextrusie de twee belangrijkste processen zijn.

1. Blaasfolie-extrusieproces

Blaasfolie-extrusie is een van de meest gebruikte methoden voor de productie van polyolefinefilms. Het basisprincipe bestaat uit het verticaal omhoog extruderen van een gesmolten polymeer door een ringvormige matrijs, waardoor een dunwandige buisvormige parison ontstaat. Vervolgens wordt perslucht in het binnenste van deze parison geblazen, waardoor deze opblaast tot een bel met een diameter die aanzienlijk groter is dan die van de matrijs. Terwijl de bel opstijgt, wordt deze geforceerd gekoeld en gestold door een externe luchtring. De gekoelde bel wordt vervolgens samengedrukt door een set knijprollen (vaak via een inklapbaar frame of A-frame) en vervolgens getrokken door tractierollen voordat deze op een rol wordt gewikkeld. Het blaasfolieproces levert doorgaans films op met een biaxiale oriëntatie, wat betekent dat ze een goede balans vertonen tussen mechanische eigenschappen in zowel de machinerichting (MD) als de dwarsrichting (TD), zoals treksterkte, scheurweerstand en slagvastheid. De dikte van de folie en de mechanische eigenschappen kunnen worden geregeld door de blow-up ratio (BUR – verhouding tussen de diameter van de blaas en de diameter van de matrijs) en de draw-down ratio (DDR – verhouding tussen de opnamesnelheid en de extrusiesnelheid) aan te passen.

2. Gegoten film-extrusieproces

Gegoten filmextrusie 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 dikte-uniformiteit vereisen. Bij dit proces wordt het gesmolten polymeer horizontaal geëxtrudeerd door een vlakke T-matrijs met sleuf, waardoor een uniform gesmolten web ontstaat. Dit web wordt vervolgens snel op het oppervlak van een of meer snel, intern gekoelde koelrollen getrokken. De smelt stolt snel bij contact met het oppervlak van de koelrol. Gegoten films bezitten over het algemeen uitstekende optische eigenschappen, voelen zacht aan en zijn goed te sealen met warmte. Nauwkeurige controle over de lipopening van de matrijs, de temperatuur van de koelrol en de rotatiesnelheid maakt een nauwkeurige regeling van de filmdikte en oppervlaktekwaliteit mogelijk.

Top 6 uitdagingen bij het extruderen van polyolefinefilms

Ondanks de volwassenheid van de extrusietechnologie stuiten fabrikanten vaak op een reeks verwerkingsproblemen bij de praktische productie van polyolefinefolies, met name bij het streven naar een hoge output, efficiëntie, dunnere diktes en bij het gebruik van nieuwe, hoogwaardige harsen. Deze problemen hebben niet alleen invloed op de productiestabiliteit, maar hebben ook een directe impact op de kwaliteit en kosten van het eindproduct. De belangrijkste uitdagingen zijn:

1. Smeltbreuk (haaienhuid): Dit is een van de meest voorkomende defecten bij de extrusie van polyolefinefolie. Macroscopisch manifesteert het zich als periodieke dwarsrimpels of een onregelmatig ruw oppervlak op de folie, of in ernstige gevallen, 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 bulksmelt, of wanneer de rekspanning bij de uitgang van de matrijs de smeltsterkte overschrijdt. Dit defect brengt de optische eigenschappen (helderheid, glans) en de gladheid van het oppervlak van de folie ernstig in gevaar en kan ook de mechanische en barrière-eigenschappen ervan aantasten.

2. Ophoping van matrijsvocht / Ophoping van matrijsvocht: 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 matrijsholte. Deze afzettingen kunnen tijdens de productie loskomen, het filmoppervlak verontreinigen en defecten zoals gels, strepen of krassen veroorzaken, wat het uiterlijk en de kwaliteit van het product beïnvloedt. In ernstige gevallen kan ophoping van matrijsvocht de uitgang van de matrijs blokkeren, wat leidt tot afwijkingen in de maatvoering, scheuren van de film en uiteindelijk tot stilstand van de productielijn voor het reinigen van de matrijs, wat resulteert in aanzienlijk verlies van productie-efficiëntie en verspilling van grondstoffen.

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 (met name bij de extruderkop en de matrijs) extreem hoog oplopen. Hoge druk verhoogt niet alleen het energieverbruik, maar vormt ook een risico voor de levensduur van apparatuur (bijv. schroef, cilinder, matrijs) en de veiligheid. Bovendien veroorzaken onstabiele schommelingen in de extrusiedruk direct variaties in de smeltuitvoer, wat leidt tot een ongelijkmatige filmdikte.

4. Beperkte doorvoer: Om problemen zoals smeltbreuk en matrijsopbouw te voorkomen of te beperken, zijn fabrikanten vaak genoodzaakt de snelheid van de extruderschroef te verlagen, waardoor de output van de productielijn wordt beperkt. Dit heeft een directe impact op de productie-efficiëntie en de productiekosten per eenheid product, waardoor het moeilijk is om te voldoen aan de marktvraag naar grootschalige, goedkope films.

5. Moeilijkheden bij het controleren van de dikte: Instabiliteit van de smeltstroom, een ongelijkmatige temperatuurverdeling over de matrijs en matrijsopbouw kunnen allemaal bijdragen aan variaties in de filmdikte, zowel in de dwars- als in de lengterichting. Dit beïnvloedt de verdere verwerkingsprestaties en de eigenschappen van de film voor eindgebruik.

6. Moeilijke harswissel: Bij het wisselen tussen verschillende soorten of kwaliteiten polyolefineharsen, of bij het wisselen van kleurmasterbatches, is restmateriaal van de vorige run vaak moeilijk volledig uit de extruder en matrijs te verwijderen. Dit leidt tot vermenging van oude en nieuwe materialen, waardoor overgangsmateriaal ontstaat, de omschakeltijden worden verlengd en er meer afval ontstaat.

Deze veelvoorkomende uitdagingen op het gebied van verwerking belemmeren de inspanningen van fabrikanten van polyolefinefolie om de productkwaliteit en productie-efficiëntie te verbeteren, en vormen tevens belemmeringen voor de implementatie van nieuwe materialen en geavanceerde verwerkingstechnieken. Het vinden van effectieve oplossingen om deze uitdagingen het hoofd te bieden, is daarom cruciaal voor de duurzame en gezonde ontwikkeling van de gehele polyolefinefolie-extrusie-industrie.

Oplossingen voor het extrusieproces van polyolefinefilms: Polymeerverwerkingshulpmiddelen (PPA's)

Polymer Processing Aids (PPA's) zijn functionele additieven waarvan de kernwaarde ligt in het verbeteren van het reologische gedrag van polymeersmelten tijdens extrusie en het wijzigen van hun interactie met apparatuuroppervlakken, waardoor een reeks verwerkingsproblemen wordt overwonnen en de productie-efficiëntie en productkwaliteit worden verbeterd.

1. PPA's op basis van fluorpolymeren

Chemische structuur en kenmerken: Dit is momenteel de meest gebruikte, technologisch volwassen en aantoonbaar effectieve klasse PPA's. Het zijn doorgaans homopolymeren of copolymeren op basis van fluorolefinemonomeren zoals vinylideenfluoride (VDF), hexafluorpropyleen (HFP) en tetrafluorethyleen (TFE), waarbij fluorelastomeren de meest representatieve zijn. De moleculaire ketens van deze PPA's zijn rijk aan CF-bindingen met 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. Kritisch is dat fluorpolymeer-PPA's over het algemeen een slechte compatibiliteit vertonen met apolaire polyolefinematrices (zoals PE en PP). Deze incompatibiliteit is een belangrijke voorwaarde voor hun effectieve migratie naar de metaaloppervlakken van de matrijs, waar ze een dynamische smerende coating vormen.

Representatieve producten: Toonaangevende merken op de wereldwijde markt 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 fluorpolymeerkwaliteiten van Arkema (Kynar®-serie) en Solvay (Tecnoflon®) ook gebruikt als, of zijn ze belangrijke componenten in, PPA-formuleringen.

2. Verwerkingshulpmiddelen op basis van siliconen (PPA's)

Chemische structuur en kenmerken: De belangrijkste actieve componenten in deze klasse PPA's zijn polysiloxanen, ook wel siliconen genoemd. De polysiloxaanruggengraat bestaat uit afwisselende silicium- en zuurstofatomen (-Si-O-), met organische groepen (meestal methyl) aan de siliciumatomen. 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 PPA's op siliconenbasis door te migreren naar de metalen oppervlakken van de verwerkingsapparatuur en daar een smeerlaag te vormen.

Toepassingskenmerken: Hoewel fluorpolymeer-PPA's de sector voor extrusie van polyolefinefolie domineren, kunnen PPA's op siliconenbasis unieke voordelen bieden of synergetische effecten creëren bij gebruik in specifieke toepassingsscenario's of in combinatie met specifieke harssystemen. Ze kunnen bijvoorbeeld worden overwogen voor toepassingen die extreem lage wrijvingscoëfficiënten vereisen of waar specifieke oppervlakte-eigenschappen voor het eindproduct gewenst zijn.

Heeft u te maken met een verbod op fluorpolymeren of uitdagingen op het gebied van de levering van PTFE?

Los uitdagingen op bij het extruderen van polyolefinefilms met PFAS-vrije PPA-oplossingen-SILIKE's fluorvrije polymeeradditieven

SILIKE hanteert een proactieve aanpak met zijn SILIMER-serieproducten en biedt innovatievePFAS-vrije polymeerverwerkingshulpmiddelen (PPA's)Deze uitgebreide productlijn bevat 100% pure PFAS-vrije PPA's,fluorvrije PPA-polymeeradditieven, EnPFAS-vrije en fluorvrije PPA-masterbatches.Doorwaardoor de noodzaak voor fluoradditieven vervaltDeze verwerkingshulpmiddelen verbeteren het productieproces voor LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP en diverse extrusieprocessen van polyolefinefolie aanzienlijk. Ze voldoen aan de nieuwste milieuvoorschriften en verhogen tegelijkertijd de productie-efficiëntie, minimaliseren de downtime en verbeteren de algehele productkwaliteit. De PFAS-vrije PPA's van SILIKE bieden voordelen voor het eindproduct, waaronder het voorkomen van smeltbreuk (haaienhuid), een verbeterde gladheid en een superieure oppervlaktekwaliteit.

Als u worstelt met de impact van verboden op fluorpolymeren of tekorten aan PTFE in uw polymeerextrusieprocessen, biedt SILIKEalternatieven voor fluorpolymeer PPA's/PTFE, PFAS-vrije additieven voor de productie van foliedie zijn afgestemd op uw behoeften, zonder dat er proceswijzigingen nodig zijn.