ข่าว

บทนำเกี่ยวกับโพลีโอเลฟินและการอัดรีดฟิล์ม

โพลีโอเลฟินส์ ซึ่งเป็นวัสดุโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สังเคราะห์จากโมโนเมอร์โอเลฟินส์ เช่น เอทิลีนและโพรพิลีน เป็นพลาสติกที่ผลิตและใช้งานอย่างแพร่หลายที่สุดทั่วโลก ความแพร่หลายของโพลีโอเลฟินส์เกิดจากคุณสมบัติที่โดดเด่นหลายประการ ได้แก่ ต้นทุนต่ำ ความสามารถในการขึ้นรูปที่ดีเยี่ยม ความเสถียรทางเคมีที่โดดเด่น และคุณสมบัติทางกายภาพที่ปรับแต่งได้ ในบรรดาการใช้งานโพลีโอเลฟินส์ที่หลากหลาย ผลิตภัณฑ์ฟิล์มถือเป็นวัสดุสำคัญ โดยมีบทบาทสำคัญในบรรจุภัณฑ์อาหาร วัสดุคลุมทางการเกษตร บรรจุภัณฑ์อุตสาหกรรม ผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์และสุขอนามัย และสินค้าอุปโภคบริโภคในชีวิตประจำวัน เรซินโพลีโอเลฟินส์ที่นิยมใช้ในการผลิตฟิล์ม ได้แก่ โพลีเอทิลีน (PE) ซึ่งประกอบด้วยโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเชิงเส้น (LLDPE) โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) และโพลีโพรพิลีน (PP)

การผลิตฟิล์มโพลีโอเลฟินนั้นอาศัยเทคโนโลยีการอัดรีดเป็นหลัก โดยมีการอัดรีดฟิล์มแบบเป่าและการอัดรีดฟิล์มแบบหล่อเป็นสองกระบวนการหลัก

1. กระบวนการอัดรีดฟิล์มแบบเป่า

การอัดรีดฟิล์มแบบเป่าเป็นหนึ่งในวิธีการที่แพร่หลายที่สุดในการผลิตฟิล์มโพลีโอเลฟิน หลักการพื้นฐานคือการอัดรีดพอลิเมอร์หลอมเหลวขึ้นในแนวตั้งผ่านแม่พิมพ์รูปวงแหวน ทำให้เกิดพาริสันท่อผนังบาง จากนั้นอากาศอัดจะถูกป้อนเข้าไปภายในพาริสันนี้ ทำให้พองตัวเป็นฟองอากาศที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าแม่พิมพ์มาก เมื่อฟองอากาศลอยขึ้น ฟองอากาศจะถูกทำให้เย็นลงอย่างรุนแรงและแข็งตัวโดยวงแหวนอากาศภายนอก จากนั้นฟองอากาศที่เย็นตัวแล้วจะถูกยุบตัวโดยชุดลูกกลิ้งนิป (มักจะผ่านโครงแบบยุบตัวหรือโครงแบบ A) และต่อมาถูกดึงโดยลูกกลิ้งดึงก่อนที่จะถูกม้วนลงบนม้วนฟิล์ม กระบวนการเป่าฟิล์มโดยทั่วไปจะให้ฟิล์มที่มีทิศทางสองแกน ซึ่งหมายความว่าฟิล์มเหล่านี้มีคุณสมบัติเชิงกลที่สมดุลกันทั้งในทิศทางของเครื่องจักร (MD) และทิศทางตามขวาง (TD) เช่น ความต้านทานแรงดึง ความต้านทานการฉีกขาด และความต้านทานแรงกระแทก ความหนาของฟิล์มและคุณสมบัติเชิงกลสามารถควบคุมได้โดยการปรับอัตราส่วนการเป่า (BUR – อัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางฟองอากาศต่อเส้นผ่านศูนย์กลางแม่พิมพ์) และอัตราส่วนการดึงลง (DDR – อัตราส่วนของความเร็วการหยิบขึ้นต่อความเร็วการอัดขึ้นรูป)

2. กระบวนการอัดรีดฟิล์มหล่อ

การอัดรีดฟิล์มหล่อเป็นอีกหนึ่งกระบวนการผลิตที่สำคัญสำหรับฟิล์มโพลีโอเลฟิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับการผลิตฟิล์มที่ต้องการคุณสมบัติทางแสงที่เหนือกว่า (เช่น ความใสสูง ความเงาสูง) และความสม่ำเสมอของความหนาที่ดีเยี่ยม ในกระบวนการนี้ โพลิเมอร์หลอมเหลวจะถูกอัดรีดในแนวนอนผ่านแม่พิมพ์รูปตัว T แบบแบน ทำให้เกิดแผ่นใยหลอมเหลวที่สม่ำเสมอ จากนั้นแผ่นใยนี้จะถูกดึงอย่างรวดเร็วไปยังพื้นผิวของลูกกลิ้งเย็นความเร็วสูงที่ระบายความร้อนภายในหนึ่งชุดหรือมากกว่านั้น ของเหลวจะแข็งตัวอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับพื้นผิวของลูกกลิ้งเย็น โดยทั่วไปแล้วฟิล์มหล่อจะมีคุณสมบัติทางแสงที่ดีเยี่ยม ให้สัมผัสที่นุ่ม และสามารถปิดผนึกด้วยความร้อนได้ดี การควบคุมช่องว่างของขอบแม่พิมพ์ อุณหภูมิของลูกกลิ้งเย็น และความเร็วในการหมุนที่แม่นยำ ช่วยให้สามารถควบคุมความหนาและคุณภาพของพื้นผิวของฟิล์มได้อย่างแม่นยำ

ความท้าทายสูงสุด 6 ประการในการอัดรีดฟิล์มโพลีโอเลฟิน

แม้เทคโนโลยีการอัดรีดจะมีความก้าวหน้า แต่ผู้ผลิตมักประสบปัญหาในการแปรรูปฟิล์มโพลีโอเลฟินในทางปฏิบัติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องการผลผลิตสูง ประสิทธิภาพดี ความหนาบาง และการใช้เรซินประสิทธิภาพสูงชนิดใหม่ ปัญหาเหล่านี้ไม่เพียงแต่ส่งผลกระทบต่อเสถียรภาพการผลิตเท่านั้น แต่ยังส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพและต้นทุนของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายอีกด้วย ความท้าทายที่สำคัญ ได้แก่:

1. การแตกร้าวจากเมลต์ (Sharkskin): ข้อบกพร่องนี้เป็นหนึ่งในข้อบกพร่องที่พบบ่อยที่สุดในการอัดรีดฟิล์มโพลีโอเลฟิน เมื่อพิจารณาในระดับมหภาค จะพบเป็นริ้วคลื่นตามขวางเป็นระยะๆ หรือพื้นผิวที่ขรุขระไม่สม่ำเสมอบนฟิล์ม หรือในกรณีที่รุนแรง อาจพบการบิดเบี้ยวที่เด่นชัดกว่า การแตกร้าวจากเมลต์ส่วนใหญ่เกิดขึ้นเมื่ออัตราเฉือนของพอลิเมอร์หลอมที่ออกจากแม่พิมพ์มีค่าเกินค่าวิกฤต ทำให้เกิดการสั่นแบบ Stick-Slip ระหว่างผนังแม่พิมพ์และมวลหลอม หรือเมื่อความเค้นยืดที่ทางออกแม่พิมพ์มีค่ามากกว่าความแข็งแรงของมวลหลอม ข้อบกพร่องนี้ส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อคุณสมบัติทางแสง (ความใส ความเงา) ความเรียบของพื้นผิว และอาจทำให้คุณสมบัติเชิงกลและคุณสมบัติการกั้นของฟิล์มลดลง

2. Die Drool / Die Build-up: หมายถึงการสะสมตัวของผลิตภัณฑ์ที่เสื่อมสภาพจากพอลิเมอร์อย่างค่อยเป็นค่อยไป เศษส่วนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ สารเติมแต่งที่กระจายตัวไม่ดี (เช่น เม็ดสี สารป้องกันไฟฟ้าสถิต สารกันลื่น) หรือเจลจากเรซินที่ขอบปากแม่พิมพ์หรือภายในโพรงแม่พิมพ์ คราบเหล่านี้อาจหลุดออกระหว่างการผลิต ปนเปื้อนพื้นผิวฟิล์มและก่อให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น เจล รอยเส้น หรือรอยขีดข่วน ซึ่งส่งผลกระทบต่อรูปลักษณ์และคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ในกรณีที่รุนแรง การสะสมตัวของแม่พิมพ์อาจปิดกั้นทางออกของแม่พิมพ์ นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของเกจวัด ฟิล์มฉีกขาด และท้ายที่สุดต้องหยุดสายการผลิตเพื่อทำความสะอาดแม่พิมพ์ ส่งผลให้เกิดการสูญเสียประสิทธิภาพการผลิตและการสูญเสียวัตถุดิบอย่างมาก

3. แรงดันอัดรีดสูงและความผันผวน: ในบางสภาวะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องแปรรูปเรซินที่มีความหนืดสูงหรือใช้ช่องว่างแม่พิมพ์ที่เล็กลง แรงดันภายในระบบอัดรีด (โดยเฉพาะที่หัวและแม่พิมพ์ของเครื่องอัดรีด) อาจสูงเกินไป แรงดันสูงไม่เพียงแต่เพิ่มการใช้พลังงานเท่านั้น แต่ยังเสี่ยงต่ออายุการใช้งานของอุปกรณ์ (เช่น สกรู บาร์เรล แม่พิมพ์) และความปลอดภัยอีกด้วย นอกจากนี้ ความผันผวนของแรงดันอัดรีดที่ไม่เสถียรยังส่งผลโดยตรงต่อความแปรปรวนของผลผลิตหลอมเหลว ส่งผลให้ความหนาของฟิล์มไม่สม่ำเสมอ

4. ปริมาณงานที่จำกัด: เพื่อป้องกันหรือบรรเทาปัญหาต่างๆ เช่น การแตกของฟิล์มหลอมและการสะสมตัวของแม่พิมพ์ ผู้ผลิตมักถูกบังคับให้ลดความเร็วของสกรูอัดรีด ซึ่งส่งผลให้ผลผลิตของสายการผลิตลดลง สิ่งนี้ส่งผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพการผลิตและต้นทุนการผลิตต่อหน่วยผลิตภัณฑ์ ทำให้ยากต่อการตอบสนองความต้องการของตลาดสำหรับฟิล์มขนาดใหญ่ที่มีต้นทุนต่ำ

5. ความยากลำบากในการควบคุมเกจ: ความไม่เสถียรของการไหลของของเหลวหลอมเหลว การกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอทั่วแม่พิมพ์ และการสะสมตัวของแม่พิมพ์ ล้วนเป็นสาเหตุที่ทำให้ความหนาของฟิล์มเปลี่ยนแปลงไปทั้งในแนวขวางและแนวยาว ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการประมวลผลและคุณลักษณะการใช้งานของฟิล์มในภายหลัง

6. การเปลี่ยนเรซินที่ยาก: เมื่อเปลี่ยนเรซินโพลีโอเลฟินชนิดหรือเกรดต่างๆ หรือเปลี่ยนมาสเตอร์แบตช์สี วัสดุที่เหลือจากการผลิตครั้งก่อนมักยากที่จะกำจัดออกจากเครื่องอัดรีดและแม่พิมพ์ได้หมด ส่งผลให้วัสดุเก่าและวัสดุใหม่ปะปนกัน ทำให้เกิดวัสดุเปลี่ยนผ่าน ยืดเวลาการเปลี่ยนเรซิน และเพิ่มอัตราการเกิดเศษวัสดุ

ความท้าทายด้านกระบวนการผลิตที่พบบ่อยเหล่านี้เป็นอุปสรรคต่อความพยายามของผู้ผลิตฟิล์มโพลีโอเลฟินในการยกระดับคุณภาพผลิตภัณฑ์และประสิทธิภาพการผลิต อีกทั้งยังเป็นอุปสรรคต่อการนำวัสดุใหม่ๆ และเทคนิคการผลิตขั้นสูงมาใช้ ดังนั้น การแสวงหาวิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพเพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้จึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาอย่างยั่งยืนและแข็งแกร่งของอุตสาหกรรมการอัดรีดฟิล์มโพลีโอเลฟินโดยรวม

โซลูชันสำหรับกระบวนการอัดรีดฟิล์มโพลีโอเลฟิน: สารช่วยการประมวลผลโพลีเมอร์ (PPA)

สารช่วยการประมวลผลโพลีเมอร์ (Polymer Processing Aids หรือ PPA) เป็นสารเติมแต่งที่มีคุณค่าหลักในการปรับปรุงพฤติกรรมการไหลของโพลีเมอร์หลอมเหลวระหว่างการอัดรีดและปรับเปลี่ยนการโต้ตอบกับพื้นผิวของอุปกรณ์ จึงเอาชนะความยากลำบากในการประมวลผลต่างๆ และเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพของผลิตภัณฑ์

1. PPA ที่ใช้ฟลูออโรโพลีเมอร์

โครงสร้างและลักษณะทางเคมี: PPA เหล่านี้เป็น PPA ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี และพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพ โดยทั่วไปแล้ว PPA จะเป็นโฮโมพอลิเมอร์หรือโคพอลิเมอร์ที่มีโมโนเมอร์ฟลูออโรโอเลฟินเป็นองค์ประกอบ เช่น ไวนิลิดีนฟลูออไรด์ (VDF) เฮกซะฟลูออโรโพรพิลีน (HFP) และเตตระฟลูออโรเอทิลีน (TFE) โดยฟลูออโรอีลาสโตเมอร์เป็นองค์ประกอบหลัก สายโซ่โมเลกุลของ PPA เหล่านี้อุดมไปด้วยพันธะ CF ที่มีพลังงานพันธะสูงและขั้วต่ำ ซึ่งให้คุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์ ได้แก่ พลังงานพื้นผิวต่ำมาก (คล้ายกับพอลิเตตระฟลูออโรเอทิลีน/เทฟลอน®) มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม และความเฉื่อยทางเคมี ที่สำคัญ PPA ฟลูออโรพอลิเมอร์มักมีปัญหาในความเข้ากันได้กับเมทริกซ์พอลิโอเลฟินที่ไม่มีขั้ว (เช่น PE, PP) ความไม่เข้ากันนี้เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้ PPA สามารถเคลื่อนที่ไปยังพื้นผิวโลหะของแม่พิมพ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะสร้างชั้นเคลือบหล่อลื่นแบบไดนามิก

ผลิตภัณฑ์ตัวแทน: แบรนด์ชั้นนำในตลาดโลกสำหรับ PPA ฟลูออโรโพลิเมอร์ ได้แก่ Viton™ FreeFlow™ ของ Chemours และ Dynamar™ ของ 3M ซึ่งครองส่วนแบ่งตลาดที่สำคัญ นอกจากนี้ ฟลูออโรโพลิเมอร์บางเกรดจาก Arkema (Kynar® series) และ Solvay (Tecnoflon®) ยังใช้เป็นหรือเป็นส่วนประกอบสำคัญในสูตร PPA อีกด้วย

2. สารช่วยแปรรูปที่ใช้ซิลิโคนเป็นฐาน (PPAs)

โครงสร้างและลักษณะทางเคมี: ส่วนประกอบสำคัญใน PPA ประเภทนี้คือโพลีไซลอกเซน ซึ่งมักเรียกว่าซิลิโคน โครงสร้างหลักของโพลีไซลอกเซนประกอบด้วยอะตอมซิลิคอนและออกซิเจนสลับกัน (-Si-O-) โดยมีหมู่อินทรีย์ (โดยทั่วไปคือเมทิล) ยึดติดกับอะตอมซิลิคอน โครงสร้างโมเลกุลที่เป็นเอกลักษณ์นี้ทำให้วัสดุซิลิโคนมีแรงตึงผิวต่ำมาก มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม มีความยืดหยุ่นที่ดี และมีคุณสมบัติไม่ยึดติดกับสารหลายชนิด เช่นเดียวกับ PPA ฟลูออโรโพลิเมอร์ PPA ที่มีซิลิโคนเป็นส่วนประกอบหลัก ทำงานโดยการเคลื่อนย้ายไปยังพื้นผิวโลหะของอุปกรณ์แปรรูปเพื่อสร้างชั้นหล่อลื่น

คุณสมบัติการใช้งาน: แม้ว่า PPA ฟลูออโรโพลิเมอร์จะได้รับความนิยมอย่างมากในอุตสาหกรรมการอัดรีดฟิล์มโพลีโอเลฟิน แต่ PPA ที่มีส่วนประกอบของซิลิโคนอาจมีข้อได้เปรียบเฉพาะตัวหรือสร้างผลลัพธ์ที่เสริมประสิทธิภาพเมื่อใช้ในสถานการณ์การใช้งานเฉพาะ หรือใช้ร่วมกับระบบเรซินเฉพาะ ตัวอย่างเช่น อาจพิจารณาใช้ในงานที่ต้องการค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำมาก หรือในกรณีที่ต้องการคุณสมบัติพื้นผิวเฉพาะสำหรับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

เผชิญกับปัญหาการห้ามใช้ฟลูออโรโพลีเมอร์หรือการจัดหา PTFE หรือไม่?

แก้ไขปัญหาการอัดรีดฟิล์มโพลีโอเลฟินด้วยโซลูชัน PPA ที่ปราศจาก PFASสารเติมแต่งโพลิเมอร์ปราศจากฟลูออรีนของ SILIKE

SILIKE ใช้แนวทางเชิงรุกกับผลิตภัณฑ์ซีรีส์ SILIMER โดยนำเสนอนวัตกรรมสารช่วยแปรรูปโพลีเมอร์ที่ปราศจาก PFAS (PPA)) ผลิตภัณฑ์ที่ครอบคลุมนี้ประกอบด้วย PPA บริสุทธิ์ 100% ปราศจาก PFASสารเติมแต่งโพลิเมอร์ PPA ปราศจากฟลูออรีน, และมาสเตอร์แบตช์ PPA ปราศจาก PFAS และฟลูออรีน.โดยการกำจัดความจำเป็นในการเติมฟลูออรีนสารช่วยในกระบวนการเหล่านี้ช่วยปรับปรุงกระบวนการผลิต LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP และกระบวนการรีดฟิล์มโพลีโอเลฟินต่างๆ ได้อย่างมีนัยสำคัญ สารเหล่านี้สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมล่าสุด พร้อมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต ลดเวลาหยุดทำงาน และปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์โดยรวม PPA ปราศจากสาร PFAS ของ SILIKE มอบประโยชน์มากมายให้กับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ไม่ว่าจะเป็นการขจัดปัญหาการแตกร้าวจากความร้อน (ผิวฉลาม) ความเรียบเนียนที่เพิ่มขึ้น และคุณภาพพื้นผิวที่เหนือกว่า

หากคุณกำลังเผชิญกับผลกระทบของการห้ามฟลูออโรโพลีเมอร์หรือการขาดแคลน PTFE ในกระบวนการอัดรีดโพลีเมอร์ของคุณ SILIKE ขอเสนอทางเลือกอื่นสำหรับฟลูออโรโพลีเมอร์ PPA/PTFE, สารเติมแต่งที่ปราศจาก PFAS สำหรับการผลิตฟิล์มที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อตอบโจทย์ความต้องการของคุณ โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงกระบวนการใดๆ