Tin tức

Giới thiệu về Polyolefin và Ép đùn màng

Polyolefin, một loại vật liệu polyme tổng hợp từ các monome olefin như etylen và propylen, là loại nhựa được sản xuất và sử dụng rộng rãi nhất trên toàn cầu. Sự phổ biến của chúng xuất phát từ sự kết hợp đặc biệt của các đặc tính, bao gồm chi phí thấp, khả năng gia công tuyệt vời, độ ổn định hóa học vượt trội và các đặc tính vật lý có thể điều chỉnh được. Trong số các ứng dụng đa dạng của polyolefin, các sản phẩm dạng màng chiếm vị trí hàng đầu, đóng vai trò quan trọng trong bao bì thực phẩm, màng phủ nông nghiệp, bao bì công nghiệp, sản phẩm y tế và vệ sinh, và hàng tiêu dùng hàng ngày. Các loại nhựa polyolefin phổ biến nhất được sử dụng để sản xuất màng bao gồm polyetylen (PE) – bao gồm polyetylen mật độ thấp tuyến tính (LLDPE), polyetylen mật độ thấp (LDPE) và polyetylen mật độ cao (HDPE) – và polypropylen (PP).

Việc sản xuất màng polyolefin chủ yếu dựa vào công nghệ ép đùn, trong đó ép đùn màng thổi (Blown Film Extrusion) và ép đùn màng đúc (Cast Film Extrusion) là hai quy trình cốt lõi.

1. Quy trình ép đùn màng thổi

Ép đùn thổi màng là một trong những phương pháp phổ biến nhất để sản xuất màng polyolefin. Nguyên tắc cơ bản là ép đùn polyme nóng chảy theo chiều dọc lên trên qua một khuôn hình vòng, tạo thành một phôi hình ống thành mỏng. Sau đó, không khí nén được đưa vào bên trong phôi này, làm cho nó phồng lên thành một bong bóng có đường kính lớn hơn đáng kể so với đường kính của khuôn. Khi bong bóng nổi lên, nó được làm nguội và đông cứng cưỡng bức bằng một vòng khí bên ngoài. Bong bóng đã nguội sau đó được làm xẹp bởi một bộ con lăn ép (thường thông qua khung xẹp hoặc khung chữ A) và sau đó được kéo bởi các con lăn kéo trước khi được cuộn thành cuộn. Quá trình thổi màng thường tạo ra các màng có định hướng hai trục, có nghĩa là chúng thể hiện sự cân bằng tốt về các tính chất cơ học theo cả hướng máy (MD) và hướng ngang (TD), chẳng hạn như độ bền kéo, khả năng chống rách và độ bền va đập. Độ dày màng và các tính chất cơ học có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh tỷ lệ thổi phồng (BUR – tỷ lệ đường kính bọt khí so với đường kính khuôn) và tỷ lệ kéo giãn (DDR – tỷ lệ tốc độ kéo so với tốc độ đùn).

2. Quy trình ép đùn màng đúc

Ép đùn màng đúc là một quy trình sản xuất quan trọng khác đối với màng polyolefin, đặc biệt phù hợp để sản xuất các loại màng đòi hỏi các đặc tính quang học vượt trội (ví dụ: độ trong suốt cao, độ bóng cao) và độ đồng nhất độ dày tuyệt vời. Trong quy trình này, polyme nóng chảy được ép đùn theo chiều ngang qua khuôn chữ T dạng khe phẳng, tạo thành một lớp màng nóng chảy đồng nhất. Lớp màng này sau đó được kéo nhanh lên bề mặt của một hoặc nhiều trục làm nguội tốc độ cao, được làm mát bên trong. Chất nóng chảy đông đặc nhanh chóng khi tiếp xúc với bề mặt trục làm nguội. Màng đúc thường có các đặc tính quang học tuyệt vời, cảm giác mềm mại và khả năng hàn nhiệt tốt. Việc kiểm soát chính xác khe hở môi khuôn, nhiệt độ trục làm nguội và tốc độ quay cho phép điều chỉnh chính xác độ dày màng và chất lượng bề mặt.

6 Thách thức hàng đầu trong quá trình ép đùn màng polyolefin

Mặc dù công nghệ ép đùn đã phát triển hoàn thiện, các nhà sản xuất vẫn thường xuyên gặp phải một loạt khó khăn trong quá trình sản xuất thực tế màng polyolefin, đặc biệt là khi hướng đến sản lượng cao, hiệu quả, độ dày mỏng hơn và khi sử dụng các loại nhựa hiệu năng cao mới. Những vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến sự ổn định của sản xuất mà còn tác động trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng và chi phí. Các thách thức chính bao gồm:

1. Nứt chảy (Dạng da cá mập): Đây là một trong những khuyết tật phổ biến nhất trong quá trình ép đùn màng polyolefin. Về mặt vĩ mô, nó biểu hiện dưới dạng các gợn sóng ngang định kỳ hoặc bề mặt gồ ghề không đều trên màng, hoặc trong trường hợp nghiêm trọng hơn, là các biến dạng rõ rệt hơn. Nứt chảy chủ yếu xảy ra khi tốc độ cắt của polyme nóng chảy thoát ra khỏi khuôn vượt quá một giá trị tới hạn, dẫn đến dao động trượt-dính giữa thành khuôn và khối polyme nóng chảy, hoặc khi ứng suất kéo giãn tại cửa ra của khuôn vượt quá độ bền của polyme nóng chảy. Khuyết tật này làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến các đặc tính quang học của màng (độ trong suốt, độ bóng), độ mịn bề mặt, và cũng có thể làm suy giảm các đặc tính cơ học và tính chất chắn của màng.

2. Hiện tượng đọng cặn/tích tụ trên khuôn: Hiện tượng này đề cập đến sự tích tụ dần dần các sản phẩm phân hủy polymer, các phân tử có trọng lượng phân tử thấp, các chất phụ gia phân tán kém (ví dụ: chất tạo màu, chất chống tĩnh điện, chất làm trơn), hoặc các chất keo từ nhựa tại mép khuôn hoặc bên trong khoang khuôn. Các chất cặn này có thể bong ra trong quá trình sản xuất, làm ô nhiễm bề mặt màng và gây ra các khuyết tật như keo, vệt hoặc vết xước, do đó ảnh hưởng đến hình thức và chất lượng sản phẩm. Trong trường hợp nghiêm trọng, hiện tượng tích tụ cặn trên khuôn có thể làm tắc nghẽn lối ra của khuôn, dẫn đến sự thay đổi độ dày màng, rách màng và cuối cùng buộc phải dừng dây chuyền sản xuất để làm sạch khuôn, dẫn đến tổn thất đáng kể về hiệu quả sản xuất và lãng phí nguyên liệu.

3. Áp suất ép đùn cao và dao động: Trong một số điều kiện nhất định, đặc biệt khi xử lý nhựa có độ nhớt cao hoặc sử dụng khe hở khuôn nhỏ hơn, áp suất bên trong hệ thống ép đùn (đặc biệt là tại đầu ép đùn và khuôn) có thể trở nên quá cao. Áp suất cao không chỉ làm tăng mức tiêu thụ năng lượng mà còn gây rủi ro cho tuổi thọ thiết bị (ví dụ: trục vít, thùng máy, khuôn) và an toàn. Hơn nữa, sự dao động không ổn định của áp suất ép đùn trực tiếp gây ra sự thay đổi trong sản lượng nóng chảy, dẫn đến độ dày màng không đồng đều.

4. Năng suất hạn chế: Để ngăn ngừa hoặc giảm thiểu các vấn đề như nứt vỡ do nóng chảy và tích tụ khuôn, các nhà sản xuất thường buộc phải giảm tốc độ trục vít máy đùn, do đó hạn chế sản lượng của dây chuyền sản xuất. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sản xuất và chi phí sản xuất trên mỗi đơn vị sản phẩm, gây khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu thị trường về màng phim giá rẻ, quy mô lớn.

5. Khó khăn trong việc kiểm soát độ dày màng: Sự không ổn định trong dòng chảy nóng chảy, phân bố nhiệt độ không đồng đều trên khuôn và sự tích tụ vật liệu trên khuôn đều có thể góp phần gây ra sự thay đổi về độ dày màng, cả theo chiều ngang và chiều dọc. Điều này ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý tiếp theo và các đặc tính sử dụng cuối cùng của màng.

6. Khó khăn trong việc chuyển đổi nhựa: Khi chuyển đổi giữa các loại hoặc cấp độ nhựa polyolefin khác nhau, hoặc khi thay đổi hỗn hợp màu, vật liệu dư thừa từ lần chạy trước thường khó loại bỏ hoàn toàn khỏi máy đùn và khuôn. Điều này dẫn đến việc trộn lẫn vật liệu cũ và mới, tạo ra vật liệu chuyển tiếp, kéo dài thời gian chuyển đổi và tăng tỷ lệ phế phẩm.

Những thách thức phổ biến trong quá trình sản xuất này hạn chế nỗ lực của các nhà sản xuất màng polyolefin trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất, đồng thời tạo ra rào cản đối với việc áp dụng các vật liệu mới và kỹ thuật xử lý tiên tiến. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để khắc phục những thách thức này là rất quan trọng đối với sự phát triển bền vững và lành mạnh của toàn bộ ngành công nghiệp ép đùn màng polyolefin.

Giải pháp cho quy trình ép đùn màng polyolefin: Chất hỗ trợ xử lý polymer (PPAs)

Các chất hỗ trợ xử lý polyme (PPAs) là các chất phụ gia chức năng có giá trị cốt lõi nằm ở việc cải thiện tính chất lưu biến của polyme nóng chảy trong quá trình ép đùn và điều chỉnh sự tương tác của chúng với bề mặt thiết bị, từ đó khắc phục một loạt khó khăn trong quá trình xử lý và nâng cao hiệu quả sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm.

1. PPAs gốc fluoropolymer

Cấu trúc và đặc tính hóa học: Đây hiện là nhóm PPA được sử dụng rộng rãi nhất, có công nghệ hoàn thiện nhất và hiệu quả được chứng minh rõ rệt nhất. Chúng thường là các homopolymer hoặc copolymer dựa trên các monome fluoroolefin như vinylidene fluoride (VDF), hexafluoropropylene (HFP) và tetrafluoroethylene (TFE), trong đó fluoroelastomer là đại diện tiêu biểu nhất. Chuỗi phân tử của các PPA này giàu các liên kết CF có năng lượng liên kết cao, độ phân cực thấp, tạo nên các đặc tính lý hóa độc đáo: năng lượng bề mặt cực thấp (tương tự như polytetrafluoroethylene/Teflon®), độ ổn định nhiệt tuyệt vời và tính trơ hóa học. Quan trọng hơn, các PPA fluoropolymer thường có khả năng tương thích kém với các ma trận polyolefin không phân cực (như PE, PP). Sự không tương thích này là điều kiện tiên quyết quan trọng để chúng di chuyển hiệu quả đến bề mặt kim loại của khuôn, nơi chúng tạo thành một lớp phủ bôi trơn động.

Sản phẩm tiêu biểu: Các thương hiệu hàng đầu trên thị trường toàn cầu về chất kết dính polymer flo (PPA) bao gồm dòng sản phẩm Viton™ FreeFlow™ của Chemours và dòng sản phẩm Dynamar™ của 3M, chiếm thị phần đáng kể. Ngoài ra, một số loại polymer flo từ Arkema (dòng Kynar®) và Solvay (Tecnoflon®) cũng được sử dụng hoặc là thành phần chính trong các công thức PPA.

2. Các chất hỗ trợ xử lý gốc silicon (PPAs)

Cấu trúc và đặc tính hóa học: Thành phần hoạt tính chính trong nhóm PPA này là polysiloxan, thường được gọi là silicon. Cấu trúc xương sống của polysiloxan bao gồm các nguyên tử silic và oxy xen kẽ (-Si-O-), với các nhóm hữu cơ (thường là metyl) gắn vào các nguyên tử silic. Cấu trúc phân tử độc đáo này mang lại cho vật liệu silicon sức căng bề mặt rất thấp, độ ổn định nhiệt tuyệt vời, độ dẻo tốt và đặc tính không bám dính đối với nhiều chất. Tương tự như PPA gốc flo, PPA gốc silicon hoạt động bằng cách di chuyển đến bề mặt kim loại của thiết bị gia công để tạo thành một lớp bôi trơn.

Đặc điểm ứng dụng: Mặc dù các chất kết dính polymer flo (PPA) chiếm ưu thế trong lĩnh vực ép đùn màng polyolefin, nhưng các chất kết dính polymer gốc silicon (PPA) có thể thể hiện những ưu điểm độc đáo hoặc tạo ra hiệu ứng hiệp đồng khi được sử dụng trong các tình huống ứng dụng cụ thể hoặc kết hợp với các hệ thống nhựa đặc biệt. Ví dụ, chúng có thể được xem xét cho các ứng dụng yêu cầu hệ số ma sát cực thấp hoặc khi cần các đặc tính bề mặt cụ thể cho sản phẩm cuối cùng.

Đối mặt với lệnh cấm sử dụng fluoropolymer hay những thách thức về nguồn cung PTFE?

Giải quyết các thách thức trong quá trình ép đùn màng polyolefin bằng các giải pháp PPA không chứa PFAS.- Các chất phụ gia polyme không chứa flo của SILIKE

SILIKE áp dụng cách tiếp cận chủ động với các sản phẩm dòng SILIMER, mang đến những giải pháp sáng tạo.Các chất hỗ trợ xử lý polyme không chứa PFAS (PPAs)Dòng sản phẩm toàn diện này bao gồm các PPAs tinh khiết 100% không chứa PFAS,Phụ gia polyme PPA không chứa flo, VàHạt nhựa PPA không chứa PFAS và flo.Qualoại bỏ nhu cầu sử dụng chất phụ gia floCác chất hỗ trợ xử lý này giúp cải thiện đáng kể quy trình sản xuất đối với LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP và các quy trình ép đùn màng polyolefin khác nhau. Chúng tuân thủ các quy định môi trường mới nhất đồng thời tăng hiệu quả sản xuất, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và cải thiện chất lượng sản phẩm tổng thể. Các chất hỗ trợ xử lý không chứa PFAS của SILIKE mang lại lợi ích cho sản phẩm cuối cùng, bao gồm loại bỏ hiện tượng nứt vỡ khi nóng chảy (vết sần), tăng độ mịn và chất lượng bề mặt vượt trội.

Nếu bạn đang gặp khó khăn với tác động của lệnh cấm fluoropolymer hoặc tình trạng thiếu hụt PTFE trong quy trình ép đùn polymer của mình, SILIKE có thể cung cấp giải pháp sau:các giải pháp thay thế cho PPAs/PTFE chứa flo, Các chất phụ gia không chứa PFAS dùng trong sản xuất phimĐược thiết kế riêng để đáp ứng nhu cầu của bạn, mà không cần thay đổi quy trình nào.