Giới thiệu về Polyolefin và Đùn màng
Polyolefin, một loại vật liệu đại phân tử được 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 bắt nguồn 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 tùy chỉnh. Trong số các ứng dụng đa dạng của polyolefin, các sản phẩm màng giữ vị trí tối quan trọng, phục vụ các chức năng quan trọng trong bao bì thực phẩm, lớp 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 polyethylene (PE) – bao gồm Polyethylene mật độ thấp tuyến tính (LLDPE), Polyethylene mật độ thấp (LDPE) và Polyethylene mật độ cao (HDPE) – và polypropylene (PP).
Quá trình sản xuất màng polyolefin chủ yếu dựa vào công nghệ đùn, trong đó Đùn màng thổi và Đùn màng đúc là hai quy trình cốt lõi.
1. Quy trình đùn màng thổi
Đùn màng thổi là một trong những phương pháp phổ biến nhất để sản xuất màng polyolefin. Nguyên lý cơ bản bao gồm đùn một loại polyme nóng chảy theo chiều thẳng đứng lên trên qua một khuôn hình khuyên, tạo thành một parison hình ống có thành mỏng. Sau đó, khí nén được đưa vào bên trong parison này, khiến nó phồng lên thành một bong bóng có đường kính lớn hơn đáng kể so với đường kính của khuôn. Khi bong bóng bay lên, nó bị làm mát cưỡng bức và đông cứng bằng một vòng khí bên ngoài. Bong bóng đã làm mát sau đó bị xẹp xuống bởi một bộ con lăn kẹp (thường thông qua một khung xẹp hoặc khung chữ A) và sau đó được kéo ra bằng các con lăn kéo trước khi được cuộn vào một cuộn. Quy trình thổi màng thường tạo ra các màng có định hướng hai trục, nghĩa là chúng thể hiện sự cân bằng tốt về các đặc tính 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 tính chất cơ học có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh tỷ lệ thổi phồng (BUR – tỷ lệ đường kính bong bóng với đường kính khuôn) và tỷ lệ kéo xuống (DDR – tỷ lệ tốc độ tiếp nhận với tốc độ đùn).
2. Quy trình đùn màng đúc
Đùn màng đúc là một quy trình sản xuất quan trọng khác đối với màng polyolefin, đặc biệt phù hợp để sản xuất màng đòi hỏi các đặc tính quang học vượt trội (ví dụ: độ trong suốt cao, độ bóng cao) và độ đồng đều về độ dày tuyệt vời. Trong quy trình này, polyme nóng chảy được đùn theo chiều ngang qua một khuôn chữ T phẳng, dạng khe, tạo thành một lớp màng nóng chảy đồng nhất. Sau đó, lớp màng này được kéo nhanh lên bề mặt của một hoặc nhiều lô làm lạnh tốc độ cao, làm mát bên trong. Chất nóng chảy đông cứng nhanh chóng khi tiếp xúc với bề mặt lô lạnh. Màng đúc thường có các đặc tính quang học tuyệt vời, cảm giác mềm mại và khả năng hàn nhiệt tốt. Kiểm soát chính xác khe hở môi khuôn, nhiệt độ lô làm lạnh 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 đùn màng polyolefin
Mặc dù công nghệ đùn đã phát triển, các nhà sản xuất vẫn thường gặp phải một loạt khó khăn trong quá trình xử lý trong quá trình sản xuất thực tế màng polyolefin, đặc biệt là khi phấn đấu đạt năng suất cao, hiệu quả, kích thước mỏng hơn và khi sử dụng nhựa hiệu suất cao mới. Những vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến tính ổn định của sản xuất mà còn tác động trực tiếp đến chất lượng và chi phí sản phẩm cuối cùng. Những thách thức chính bao gồm:
1. Gãy tan chảy (Da cá mập): Đây là một trong những khuyết tật phổ biến nhất trong quá trình đùn màng polyolefin. Về mặt vĩ mô, nó biểu hiện dưới dạng gợn sóng ngang định kỳ hoặc bề mặt gồ ghề không đều trên màng, hoặc trong trường hợp nghiêm trọng, biến dạng rõ rệt hơn. Gãy tan chảy chủ yếu xảy ra khi tốc độ cắt của polyme nóng chảy thoát ra khỏi khuôn vượt quá giá trị tới hạn, dẫn đến dao động trượt dính giữa thành khuôn và khối nóng chảy, hoặc khi ứng suất kéo dài tại lối ra của khuôn vượt quá cường độ nóng chảy. Khuyết tật này làm giảm nghiêm trọng các đặc tính quang học của màng (độ trong, độ bóng), độ mịn bề mặt và cũng có thể làm giảm các đặc tính cơ học và rào cản của màng.
2. Die Drool / Die Build-up: Điều này đề cập đến sự tích tụ dần dần của các sản phẩm phân hủy polyme, các thành phần có trọng lượng phân tử thấp, các chất phụ gia phân tán kém (ví dụ, chất tạo màu, chất chống tĩnh điện, chất chống trượt) hoặc gel từ nhựa ở các cạnh môi khuôn hoặc bên trong khoang khuôn. Các chất lắng đọng này có thể tách ra trong quá trình sản xuất, làm ô nhiễm bề mặt màng và gây ra các khuyết tật như gel, vệt hoặc vết xước, do đó ảnh hưởng đến vẻ ngoài và chất lượng của sản phẩm. Trong những trường hợp nghiêm trọng, sự tích tụ của khuôn có thể chặn lối ra của khuôn, dẫn đến các biến thể đo lường, rách màng và cuối cùng buộc phải dừng dây chuyền sản xuất để vệ sinh khuôn, dẫn đến tổn thất đáng kể về hiệu quả sản xuất và lãng phí nguyên liệu thô.
3. Áp suất đùn cao và dao động: Trong một số điều kiện nhất định, đặc biệt là khi xử lý nhựa có độ nhớt cao hoặc sử dụng khe hở khuôn nhỏ hơn, áp suất bên trong hệ thống đùn (đặc biệt là ở đầu máy đùn và khuôn) có thể trở nên quá cao. Áp suất cao không chỉ làm tăng mức tiêu thụ năng lượng mà còn gây nguy cơ cho tuổi thọ của thiết bị (ví dụ: trục vít, thùng, khuôn) và an toàn. Hơn nữa, sự dao động không ổn định của áp suất đùn gây ra trực tiếp sự thay đổi trong đầu ra nóng chảy, dẫn đến độ dày màng không đồng đều.
4. Thông lượng hạn chế: Để ngăn ngừa hoặc giảm thiểu các vấn đề như nứt 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, khiến việc đáp ứng nhu cầu thị trường đối với màng phim giá rẻ, quy mô lớn trở nên khó khăn.
5. Khó khăn trong việc kiểm soát thước đo: Sự không ổn định trong dòng chảy nóng chảy, sự phân bố nhiệt độ không đồng đều trên khuôn và sự tích tụ của 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 của màng và các đặc điểm sử dụng cuối cùng.
6. Khó thay đổi nhựa: Khi chuyển đổi giữa các loại hoặc cấp nhựa polyolefin khác nhau hoặc khi thay đổi màu masterbatch, vật liệu còn lại từ lần chạy trước thường khó được 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 thay đổi và tăng tỷ lệ phế liệu.
Những thách thức chung về xử lý này hạn chế nỗ lực của các nhà sản xuất màng polyolefin nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất, đồng thời cũng 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 vượt qua những thách thức này là rất quan trọng đối với sự phát triển bền vững và lành mạnh của toàn bộ ngành công nghiệp đùn màng polyolefin.
Giải pháp cho quy trình đùn màng polyolefin: Chất hỗ trợ chế biến polyme (PPA)
Chất hỗ trợ chế biến polyme (PPA) là các chất phụ gia chức năng có giá trị cốt lõi nằm ở việc cải thiện hành vi lưu biến của polyme nóng chảy trong quá trình đùn và thay đổi tương tác của chúng với bề mặt thiết bị, do đó khắc phục nhiều khó khăn trong quá trình chế biến và nâng cao hiệu quả sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm.
1. PPA gốc fluoropolymer
Cấu trúc và đặc tính hóa học: Đây hiện là loại PPA được sử dụng rộng rãi nhất, có công nghệ tiên tiến nhất và có hiệu quả rõ rệt. Chúng thường là các đồng trùng hợp hoặc đồng trùng hợp dựa trên các monome fluoroolefin như vinylidene fluoride (VDF), hexafluoropropylene (HFP) và tetrafluoroethylene (TFE), trong đó fluoroelastomer là đại diện tiêu biểu nhất. Các chuỗi phân tử của các PPA này rất giàu liên kết CF có năng lượng liên kết cao, độ phân cực thấp, mang lại các đặc tính lý hóa học độc đáo: năng lượng bề mặt cực thấp (tương tự như polytetrafluoroethylene/Teflon®), độ ổn định nhiệt tuyệt vời và tính trơ về mặt hóa học. Quan trọng là, 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 chính để chúng di chuyển hiệu quả đến các bề mặt kim loại của khuôn, nơi chúng tạo thành lớp phủ bôi trơn động.
Sản phẩm tiêu biểu: Các thương hiệu hàng đầu trên thị trường toàn cầu về PPA fluoropolymer 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 fluoropolymer từ Arkema (dòng Kynar®) và Solvay (Tecnoflon®) cũng được sử dụng làm hoặc là thành phần chính trong công thức PPA.
2. Chất hỗ trợ chế biến gốc silicon (PPA)
Cấu trúc và đặc tính hóa học: Các thành phần hoạt động chính trong loại PPA này là polysiloxanes, thường được gọi là silicon. Xương sống polysiloxane bao gồm các nguyên tử silicon và oxy xen kẽ (-Si-O-), với các nhóm hữu cơ (thường là methyl) gắn vào các nguyên tử silicon. 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 linh hoạt tốt và các đặc tính không dính đối với nhiều chất. Tương tự như PPA fluoropolymer, PPA gốc silicon hoạt động bằng cách di chuyển đến các bề mặt kim loại của thiết bị xử lý để tạo thành lớp bôi trơn.
Tính năng ứng dụng: Mặc dù PPA fluoropolymer chiếm ưu thế trong lĩnh vực đùn màng polyolefin, PPA gốc silicon có thể thể hiện những lợi thế 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 cụ thể. Ví dụ, chúng có thể được xem xét cho các ứng dụng yêu cầu hệ số ma sát cực thấp hoặc khi mong muốn các đặc điểm bề mặt cụ thể cho sản phẩm cuối cùng.
Đối mặt với lệnh cấm Fluoropolymer hay thách thức về nguồn cung PTFE?
Giải quyết những thách thức trong quá trình đùn màng polyolefin bằng các giải pháp PPA không chứa PFAS-Phụ gia Polymer không chứa Flo của SILIKE
SILIKE áp dụng cách tiếp cận chủ động với các sản phẩm dòng SILIMER, cung cấp các giải pháp sáng tạoChất hỗ trợ chế biến polyme không chứa PFAS (PPA)). Dòng sản phẩm toàn diện này có 100% PPA không chứa PFAS nguyên chất,Phụ gia Polymer PPA không chứa flo, VàHạt màu PPA không chứa PFAS và không chứa flo.Qualoại bỏ nhu cầu sử dụng chất phụ gia flo, các chất hỗ trợ chế biến này cải thiện đáng kể quy trình sản xuất cho LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP và nhiều quy trình đùn màng polyolefin khác. Chúng phù hợp với các quy định mới nhất về môi trường đồng thời thúc đẩy hiệu quả sản xuất, giảm thiểu thời gian chết và cải thiện chất lượng sản phẩm tổng thể. Các PPA không chứa PFAS của SILIKE mang lại lợi ích cho sản phẩm cuối cùng, bao gồm loại bỏ hiện tượng nứt nóng chảy (da cá mập), tăng độ mịn và chất lượng bề mặt vượt trội.
Nếu bạn đang phải vật lộn với tác động của lệnh cấm fluoropolymer hoặc tình trạng thiếu PTFE trong quy trình đùn polymer của mình, SILIKE cung cấpcác giải pháp thay thế cho fluoropolymer PPA/PTFE, Phụ gia không chứa PFAS dùng cho sản xuất màng phimđược thiết kế riêng để đáp ứng nhu cầu của bạn mà không cần thay đổi quy trình.
Thời gian đăng: 15-05-2025
