ข่าว

บทนำเกี่ยวกับโพลีโอเลฟินส์และการขึ้นรูปฟิล์มด้วยการอัดรีด

โพลีโอเลฟินส์ ซึ่งเป็นวัสดุโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สังเคราะห์จากโมโนเมอร์โอเลฟิน เช่น เอทิลีนและโพรพิลีน เป็นพลาสติกที่ผลิตและใช้งานอย่างแพร่หลายที่สุดทั่วโลก ความแพร่หลายของโพลีโอเลฟินส์เกิดจากคุณสมบัติที่โดดเด่นหลายประการ ได้แก่ ต้นทุนต่ำ การแปรรูปที่ดีเยี่ยม ความเสถียรทางเคมีสูง และคุณลักษณะทางกายภาพที่สามารถปรับแต่งได้ ในบรรดาการใช้งานที่หลากหลายของโพลีโอเลฟินส์ ผลิตภัณฑ์ฟิล์มมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยทำหน้าที่สำคัญในบรรจุภัณฑ์อาหาร การคลุมทางการเกษตร บรรจุภัณฑ์อุตสาหกรรม ผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์และสุขอนามัย และสินค้าอุปโภคบริโภคในชีวิตประจำวัน เรซินโพลีโอเลฟินส์ที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตฟิล์ม ได้แก่ โพลีเอทิลีน (PE) ซึ่งรวมถึงโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเชิงเส้น (LLDPE) โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) และโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) และโพลีโพรพิลีน (PP)

การผลิตฟิล์มโพลีโอเลฟินส่วนใหญ่พึ่งพาเทคโนโลยีการอัดรีด โดยมีกระบวนการหลักสองอย่างคือ การอัดรีดฟิล์มแบบเป่า (Blown Film Extrusion) และการอัดรีดฟิล์มแบบหล่อ (Cast Film Extrusion)

1. กระบวนการรีดขึ้นรูปฟิล์มเป่า

การอัดขึ้นรูปฟิล์มแบบเป่าเป็นหนึ่งในวิธีการผลิตฟิล์มโพลีโอเลฟินที่แพร่หลายที่สุด หลักการพื้นฐานคือการอัดขึ้นรูปพอลิเมอร์หลอมเหลวขึ้นไปในแนวตั้งผ่านแม่พิมพ์วงแหวน ทำให้เกิดพาริสันทรงกระบอกผนังบาง จากนั้นจะมีการอัดอากาศเข้าไปภายในพาริสัน ทำให้มันพองตัวเป็นฟองที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าแม่พิมพ์อย่างมาก ขณะที่ฟองลอยขึ้น มันจะถูกทำให้เย็นลงและแข็งตัวโดยวงแหวนอากาศภายนอก ฟองที่เย็นลงแล้วจะถูกบีบอัดโดยลูกกลิ้งหนีบ (มักใช้เฟรมบีบอัดหรือเฟรมรูปตัว A) และจากนั้นจะถูกดึงโดยลูกกลิ้งดึงก่อนที่จะม้วนลงบนม้วน ฟิล์มที่ได้จากกระบวนการเป่าขึ้นรูปมักมีคุณสมบัติการเรียงตัวแบบสองแกน ซึ่งหมายความว่าฟิล์มจะมีคุณสมบัติทางกลที่สมดุลกันดีทั้งในทิศทางตามแนวยาว (MD) และทิศทางตามขวาง (TD) เช่น ความแข็งแรงดึง ความต้านทานการฉีกขาด และความแข็งแรงกระแทก ความหนาและคุณสมบัติทางกลของฟิล์มสามารถควบคุมได้โดยการปรับอัตราส่วนการขยายตัว (BUR – อัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางฟองอากาศต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของแม่พิมพ์) และอัตราส่วนการดึงลง (DDR – อัตราส่วนของความเร็วในการดึงต่อความเร็วในการอัดขึ้นรูป)

2. กระบวนการขึ้นรูปฟิล์มหล่อขึ้นรูป

การขึ้นรูปฟิล์มด้วยการอัดรีด (Cast film extrusion) เป็นกระบวนการผลิตที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งสำหรับฟิล์มโพลีโอเลฟิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับการผลิตฟิล์มที่ต้องการคุณสมบัติทางแสงที่เหนือกว่า (เช่น ความใสสูง ความเงางามสูง) และความสม่ำเสมอของความหนาที่ดีเยี่ยม ในกระบวนการนี้ โพลิเมอร์หลอมเหลวจะถูกอัดรีดในแนวนอนผ่านแม่พิมพ์รูปตัว T แบบแบนและมีช่อง ทำให้เกิดเป็นแผ่นหลอมเหลวที่สม่ำเสมอ จากนั้นแผ่นหลอมเหลวนี้จะถูกดึงอย่างรวดเร็วไปยังพื้นผิวของลูกกลิ้งระบายความร้อนความเร็วสูงหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้น โพลิเมอร์หลอมเหลวจะแข็งตัวอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับพื้นผิวของลูกกลิ้งระบายความร้อน ฟิล์มที่ขึ้นรูปด้วยการอัดรีดโดยทั่วไปจะมีคุณสมบัติทางแสงที่ดีเยี่ยม สัมผัสที่นุ่มนวล และสามารถปิดผนึกด้วยความร้อนได้ดี การควบคุมที่แม่นยำเหนือช่องว่างของปากแม่พิมพ์ อุณหภูมิของลูกกลิ้งระบายความร้อน และความเร็วในการหมุน ช่วยให้สามารถควบคุมความหนาและคุณภาพของพื้นผิวฟิล์มได้อย่างแม่นยำ

6 ความท้าทายหลักในการผลิตฟิล์มโพลีโอเลฟินด้วยการอัดรีด

แม้ว่าเทคโนโลยีการอัดรีดจะพัฒนาไปมากแล้ว แต่ผู้ผลิตมักประสบปัญหาในการผลิตฟิล์มโพลีโอเลฟินในทางปฏิบัติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องการผลผลิตสูง ประสิทธิภาพดี ความหนาบางลง และเมื่อใช้เรซินประสิทธิภาพสูงรุ่นใหม่ ปัญหาเหล่านี้ไม่เพียงแต่ส่งผลต่อความเสถียรของการผลิต แต่ยังส่งผลกระทบโดยตรงต่อคุณภาพและต้นทุนของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ความท้าทายที่สำคัญ ได้แก่:

1. การแตกร้าวจากการหลอม (ลักษณะคล้ายหนังฉลาม): นี่เป็นหนึ่งในข้อบกพร่องที่พบบ่อยที่สุดในการขึ้นรูปฟิล์มโพลีโอเลฟินด้วยการอัดรีด ในระดับมหภาค จะปรากฏเป็นริ้วคลื่นตามขวางเป็นระยะๆ หรือพื้นผิวที่ขรุขระไม่สม่ำเสมอ บนฟิล์ม หรือในกรณีที่รุนแรง อาจเกิดการบิดเบี้ยวที่เห็นได้ชัดเจนมากขึ้น การแตกร้าวจากการหลอมเกิดขึ้นเป็นหลักเมื่ออัตราการเฉือนของพอลิเมอร์หลอมเหลวที่ออกจากแม่พิมพ์เกินค่าวิกฤต ทำให้เกิดการสั่นแบบติดๆ ขัดๆ ระหว่างผนังแม่พิมพ์และเนื้อพอลิเมอร์หลอมเหลว หรือเมื่อความเค้นดึงที่ทางออกของแม่พิมพ์เกินความแข็งแรงของเนื้อพอลิเมอร์หลอมเหลว ข้อบกพร่องนี้ทำให้คุณสมบัติทางแสงของฟิล์ม (ความใส ความมันเงา) ความเรียบของพื้นผิวลดลงอย่างมาก และยังอาจทำให้คุณสมบัติทางกลและคุณสมบัติในการกั้นของฟิล์มลดลงได้อีกด้วย

2. คราบตกค้าง/การสะสมตัวของวัสดุในแม่พิมพ์: หมายถึงการสะสมตัวอย่างค่อยเป็นค่อยไปของผลิตภัณฑ์จากการเสื่อมสภาพของพอลิเมอร์ สารประกอบที่มีโมเลกุลน้ำหนักต่ำ สารเติมแต่งที่กระจายตัวได้ไม่ดี (เช่น เม็ดสี สารป้องกันไฟฟ้าสถิต สารหล่อลื่น) หรือเจลจากเรซินบริเวณขอบแม่พิมพ์หรือภายในโพรงแม่พิมพ์ คราบเหล่านี้อาจหลุดลอกออกมาในระหว่างการผลิต ทำให้พื้นผิวฟิล์มปนเปื้อนและก่อให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น เจล รอยด่าง หรือรอยขีดข่วน ซึ่งส่งผลต่อรูปลักษณ์และคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ในกรณีที่รุนแรง การสะสมตัวของวัสดุในแม่พิมพ์อาจปิดกั้นทางออกของแม่พิมพ์ ทำให้ความหนาของฟิล์มไม่สม่ำเสมอ ฟิล์มฉีกขาด และในที่สุดต้องหยุดสายการผลิตเพื่อทำความสะอาดแม่พิมพ์ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการผลิตลดลงและสิ้นเปลืองวัตถุดิบอย่างมาก

3. แรงดันการอัดรีดสูงและการผันผวน: ภายใต้เงื่อนไขบางประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อแปรรูปเรซินที่มีความหนืดสูงหรือใช้ช่องว่างของแม่พิมพ์ที่แคบ แรงดันภายในระบบการอัดรีด (โดยเฉพาะที่หัวฉีดและแม่พิมพ์) อาจสูงเกินไป แรงดันสูงไม่เพียงแต่เพิ่มการใช้พลังงานเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดความเสี่ยงต่ออายุการใช้งานของอุปกรณ์ (เช่น สกรู กระบอก แม่พิมพ์) และความปลอดภัยอีกด้วย นอกจากนี้ การผันผวนที่ไม่เสถียรของแรงดันการอัดรีดจะทำให้ปริมาณการหลอมเหลวเปลี่ยนแปลงไปโดยตรง ส่งผลให้ความหนาของฟิล์มไม่สม่ำเสมอ

4. ข้อจำกัดด้านปริมาณการผลิต: เพื่อป้องกันหรือบรรเทาปัญหาต่างๆ เช่น การแตกร้าวของเนื้อวัสดุหลอมเหลวและการสะสมตัวของวัสดุในแม่พิมพ์ ผู้ผลิตมักจำเป็นต้องลดความเร็วของสกรูเครื่องอัดรีด ซึ่งจะจำกัดปริมาณการผลิตของสายการผลิต ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการผลิตและต้นทุนการผลิตต่อหน่วย ทำให้ยากที่จะตอบสนองความต้องการของตลาดสำหรับฟิล์มต้นทุนต่ำในปริมาณมาก

5. ความยากลำบากในการควบคุมความหนา: ความไม่เสถียรของการไหลของวัสดุหลอมเหลว การกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอทั่วแม่พิมพ์ และการสะสมตัวของวัสดุบนแม่พิมพ์ ล้วนส่งผลให้ความหนาของฟิล์มแปรผันทั้งในแนวขวางและแนวยาว ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการประมวลผลและคุณลักษณะการใช้งานขั้นสุดท้ายของฟิล์ม

6. การเปลี่ยนเรซินที่ยากลำบาก: เมื่อเปลี่ยนไปใช้เรซินโพลีโอเลฟินชนิดหรือเกรดต่างๆ หรือเมื่อเปลี่ยนมาสเตอร์แบทช์สี มักจะยากที่จะกำจัดวัสดุที่เหลือจากรอบการผลิตก่อนหน้าออกจากเครื่องอัดรีดและแม่พิมพ์ได้อย่างหมดจด ซึ่งนำไปสู่การปะปนกันของวัสดุเก่าและใหม่ ก่อให้เกิดวัสดุช่วงเปลี่ยนผ่าน ยืดเวลาการเปลี่ยนผ่าน และเพิ่มอัตราของเสีย

ปัญหาที่พบได้ทั่วไปในกระบวนการผลิตเหล่านี้เป็นอุปสรรคต่อความพยายามของผู้ผลิตฟิล์มโพลีโอเลฟินในการปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์และประสิทธิภาพการผลิต อีกทั้งยังเป็นอุปสรรคต่อการนำวัสดุใหม่และเทคนิคการผลิตขั้นสูงมาใช้ ดังนั้น การค้นหาแนวทางแก้ไขที่มีประสิทธิภาพเพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาอย่างยั่งยืนและแข็งแรงของอุตสาหกรรมการอัดรีดฟิล์มโพลีโอเลฟินโดยรวม

แนวทางแก้ไขสำหรับกระบวนการอัดรีดฟิล์มโพลีโอเลฟิน: สารช่วยในการแปรรูปโพลีเมอร์ (PPAs)

สารช่วยในการแปรรูปพอลิเมอร์ (Polymer Processing Aids หรือ PPAs) คือสารเติมแต่งที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว โดยคุณค่าหลักอยู่ที่การปรับปรุงพฤติกรรมทางรีโอโลยีของพอลิเมอร์หลอมเหลวระหว่างการอัดขึ้นรูป และปรับเปลี่ยนปฏิสัมพันธ์ของพอลิเมอร์กับพื้นผิวของอุปกรณ์ ซึ่งจะช่วยเอาชนะปัญหาต่างๆ ในการแปรรูป และเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพของผลิตภัณฑ์

1. PPA ที่ใช้ฟลูออโรโพลิเมอร์เป็นส่วนประกอบ

โครงสร้างทางเคมีและคุณลักษณะ: ปัจจุบัน สารกลุ่มนี้เป็นสารหล่อลื่นโพลียูรีเทน (PPA) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด มีเทคโนโลยีที่พัฒนาแล้ว และมีประสิทธิภาพเป็นที่ประจักษ์ โดยทั่วไปแล้วจะเป็นโฮโมโพลิเมอร์หรือโคโพลิเมอร์ที่ใช้โมโนเมอร์ฟลูออโรโอเลฟินเป็นพื้นฐาน เช่น ไวนิลิดีนฟลูออไรด์ (VDF) เฮกซาฟลูออโรโพรพิลีน (HFP) และเตตระฟลูออโรเอทิลีน (TFE) โดยฟลูออโรอีลาสโตเมอร์เป็นตัวอย่างที่พบมากที่สุด สายโซ่โมเลกุลของ PPA เหล่านี้อุดมไปด้วยพันธะ CF ที่มีพลังงานพันธะสูงและขั้วต่ำ ซึ่งทำให้มีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ ได้แก่ พลังงานพื้นผิวต่ำมาก (คล้ายกับโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน/เทฟลอน®) เสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม และความเฉื่อยทางเคมี ที่สำคัญคือ PPA ฟลูออโรโพลิเมอร์โดยทั่วไปเข้ากันได้ไม่ดีกับเมทริกซ์โพลีโอเลฟินที่ไม่มีขั้ว (เช่น PE, PP) ความไม่เข้ากันนี้เป็นเงื่อนไขสำคัญสำหรับการเคลื่อนย้ายอย่างมีประสิทธิภาพไปยังพื้นผิวโลหะของแม่พิมพ์ ซึ่งพวกมันจะก่อตัวเป็นสารเคลือบหล่อลื่นแบบไดนามิก

ผลิตภัณฑ์ตัวอย่าง: แบรนด์ชั้นนำในตลาดโลกสำหรับสารเคลือบ PPA ฟลูออโรโพลีเมอร์ ได้แก่ ซีรีส์ Viton™ FreeFlow™ ของ Chemours และซีรีส์ Dynamar™ ของ 3M ซึ่งครองส่วนแบ่งการตลาดอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ ฟลูออโรโพลีเมอร์บางเกรดจาก Arkema (ซีรีส์ Kynar®) และ Solvay (Tecnoflon®) ก็ถูกนำมาใช้เป็นส่วนประกอบหลักหรือเป็นส่วนประกอบสำคัญในสูตร PPA ด้วยเช่นกัน

2. สารช่วยในการประมวลผลที่มีส่วนประกอบของซิลิโคน (PPAs)

โครงสร้างทางเคมีและคุณลักษณะ: ส่วนประกอบสำคัญในกลุ่ม PPA นี้คือ โพลีไซล็อกเซน ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าซิลิโคน โครงสร้างหลักของโพลีไซล็อกเซนประกอบด้วยอะตอมซิลิคอนและออกซิเจนสลับกัน (-Si-O-) โดยมีหมู่สารอินทรีย์ (โดยทั่วไปคือหมู่เมทิล) เกาะอยู่กับอะตอมซิลิคอน โครงสร้างโมเลกุลที่เป็นเอกลักษณ์นี้ทำให้วัสดุซิลิโคนมีแรงตึงผิวต่ำมาก มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม มีความยืดหยุ่นดี และไม่เกาะติดกับสารหลายชนิด เช่นเดียวกับ PPA ที่เป็นฟลูออโรโพลีเมอร์ PPA ที่ใช้ซิลิโคนเป็นส่วนประกอบจะทำงานโดยการเคลื่อนตัวไปยังพื้นผิวโลหะของอุปกรณ์แปรรูปเพื่อสร้างชั้นหล่อลื่น

คุณสมบัติการใช้งาน: แม้ว่า PPA ที่ทำจากฟลูออโรพอลิเมอร์จะครองตลาดการขึ้นรูปฟิล์มโพลีโอเลฟิน แต่ PPA ที่ทำจากซิลิโคนอาจมีข้อดีเฉพาะตัวหรือสร้างผลเสริมฤทธิ์กันเมื่อใช้ในสถานการณ์การใช้งานเฉพาะหรือร่วมกับระบบเรซินบางชนิด ตัวอย่างเช่น อาจพิจารณาใช้ในงานที่ต้องการค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำมาก หรือในกรณีที่ต้องการคุณลักษณะพื้นผิวเฉพาะสำหรับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

กำลังเผชิญกับข้อจำกัดด้านการผลิตฟลูออโรโพลิเมอร์ หรือปัญหาการขาดแคลน PTFE อยู่ใช่หรือไม่?

แก้ปัญหาความท้าทายในการขึ้นรูปฟิล์มโพลีโอเลฟินด้วยสารละลาย PPA ปลอดสาร PFAS-สารเติมแต่งโพลิเมอร์ปลอดฟลูออรีนของ SILIKE

SILIKE ใช้แนวทางเชิงรุกกับผลิตภัณฑ์ซีรีส์ SILIMER โดยนำเสนอนวัตกรรมใหม่ๆสารช่วยในการแปรรูปพอลิเมอร์ (PPA) ที่ปราศจาก PFASผลิตภัณฑ์กลุ่มนี้ประกอบด้วย PPA บริสุทธิ์ 100% ที่ปราศจาก PFASสารเติมแต่งโพลิเมอร์ PPA ที่ปราศจากฟลูออรีน, และมาสเตอร์แบทช์ PPA ปราศจาก PFAS และฟลูออรีน.โดยขจัดความจำเป็นในการเติมสารฟลูออรีนสารช่วยในการผลิตเหล่านี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิต LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP และกระบวนการอัดรีดฟิล์มโพลีโอเลฟินต่างๆ อย่างมีนัยสำคัญ สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมล่าสุด พร้อมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต ลดเวลาหยุดทำงาน และปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์โดยรวม สาร PPA ที่ปราศจาก PFAS ของ SILIKE นำมาซึ่งประโยชน์ต่อผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย รวมถึงการกำจัดรอยแตกจากการหลอมเหลว (ผิวปลาฉลาม) ความเรียบเนียนที่เพิ่มขึ้น และคุณภาพพื้นผิวที่เหนือกว่า

หากคุณกำลังประสบปัญหาจากผลกระทบของการห้ามใช้ฟลูออโรโพลิเมอร์ หรือการขาดแคลน PTFE ในกระบวนการขึ้นรูปโพลิเมอร์ของคุณ SILIKE มีทางออกให้ทางเลือกอื่นนอกเหนือจากฟลูออโรพอลิเมอร์ PPA/PTFE, สารเติมแต่งที่ปราศจาก PFAS สำหรับการผลิตฟิล์มซึ่งได้รับการปรับแต่งให้ตรงกับความต้องการของคุณ โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงกระบวนการใดๆ