Es heißt, bei der Folienverarbeitung werden sechs Zusatzstoffe eingesetzt—Kennen Sie sie alle?

Einige Harze oder Folienprodukte besitzen inhärente Eigenschaften, die nicht den Anforderungen der jeweils benötigten Verarbeitungstechnologie entsprechen. Daher müssen Additive zugesetzt werden, um ihre Verarbeitbarkeit zu verändern; andere Materialien weisen zwar eine relativ gute Verarbeitungsleistung auf, ihre Produkteigenschaften erfüllen jedoch nicht die Anforderungen, sodass ebenfalls Additive zugesetzt werden müssen, um ihre Produkteigenschaften zu verändern.

Anforderungen an die Folie hinsichtlich der Additive

Schlechte Kompatibilität führt zum „Migrations“-Phänomen, das sich bei flüssigen Additiven als „Schwitzen“ und bei festen Additiven als „Ausblühen“ äußert.

Manchmal kann, wenn die Anforderungen an die Folie nicht besonders streng sind, eine gewisse mangelnde Kompatibilität toleriert werden, etwa eine schlechte Kompatibilität zwischen Füllstoff und Harz. Solange die Partikelgröße des Füllstoffs klein ist, können die grundlegenden Anforderungen an die Folieneigenschaften weiterhin erfüllt werden; wenn er mit einem Kopplungsmittel oder einem Tensid behandelt wird, kann seine Funktion besser zur Geltung gebracht werden.

Allerdings müssen einige Zusätze, die die Oberflächeneigenschaften der Folie verbessern, wie Anti-Blockmittel und Antistatika, einen geringfügigen Migrationsgrad aufweisen, damit sie ihre Wirkung auf der Folienoberfläche entfalten können.

Die Zusätze müssen über einen langen Zeitraum in der Folie verbleiben, wobei im Wesentlichen kein oder nur ein sehr geringer Verlust auftritt. Der Verlust von Zusätzen erfolgt hauptsächlich über drei Wege: Flüchtigkeit, Extraktion und Migration. Dies hängt hauptsächlich mit dem Molekulargewicht des Zusatzes, seiner Löslichkeit im Medium und seiner Löslichkeit im Harz zusammen.

Die Verarbeitungsbedingungen einiger Harze sind relativ anspruchsvoll, beispielsweise durch hohe Verarbeitungstemperaturen. Dabei sollte berücksichtigt werden, ob sich der ausgewählte Zusatzstoff zersetzt und ob er eine korrodierende Wirkung auf die Verarbeitungsanlagen hat.

Folien für unterschiedliche Verwendungszwecke haben unterschiedliche Anforderungen an Geruch, Toxizität, Witterungsbeständigkeit, thermische Eigenschaften usw. der Zusatzstoffe. Beispielsweise müssen Kunststoffbeutel für Lebensmittel ungiftig sein, daher werden andere Zusatzstoffe verwendet als in Kunststoffbeuteln für die allgemeine Verpackung.

Synergistische und antagonistische Effekte bei Zusatzstoffkombinationen

Im selben Harzsystem können zwei Zusätze einen „synergetischen Effekt“ bewirken. Werden sie unsachgemäß kombiniert, können einige Zusätze einen „antagonistischen Effekt“ hervorrufen, der die Funktion jedes Zusatzes schwächt oder sie sogar wirkungslos macht; beispielsweise führt die Kombination von Ruß und phenolischen Antioxidantien zu einem antagonistischen Effekt.

Zusätze, die die Verpackungseigenschaften von Folien verändern können

Weichmacher und Wärmestabilisatoren

Weichmacher und Wärmestabilisatoren können die Verträglichkeit der Folienmaterialien erheblich verbessern.

Weichmacher erhöhen, wie der Name bereits vermuten lässt, die Formbarkeit von Materialien: Einerseits steigern sie die Fließfähigkeit des Harzes während der Formgebung und verbessern die Verarbeitungseigenschaften; andererseits sind sie Substanzen, die die Flexibilität und Elastizität der fertigen Folie erhöhen können.

Hitzestabilisatoren verbessern hauptsächlich die thermische Stabilität von Harzen.

Unter der Einstrahlung von Sonnenlicht, Lampenlicht und hochenergetischer Strahlung altern Polymerwerkstoffe schnell. Dies äußert sich in Vergilbung, Versprödung, Rissbildung, dem Verlust des Oberflächenglanzes, einer starken Abnahme der mechanischen und elektrischen Eigenschaften und sogar dem Verlust des Gebrauchswerts. In diesem komplexen zerstörerischen Prozess ist UV-Licht die Hauptursache für die Alterung von Polymerwerkstoffen. Sie ist hauptsächlich auf die kombinierte Einwirkung von UV-Licht im Sonnenlicht und Sauerstoff in der Atmosphäre auf die Makromoleküle der Polymere zurückzuführen.

Funktionen von Lichtstabilisatoren:

Sie können effektiv ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 290–410 nm absorbieren, dieses eliminieren oder abschwächen, Polymerfilme vor Schäden durch ultraviolettes Licht und Sauerstoff schützen, die Lebensdauer verlängern und die Lichtbeständigkeit von Materialien verbessern. Da die meisten Lichtstabilisatoren ultraviolettes Licht absorbieren können, werden Lichtstabilisatoren auch als Ultraviolett-Absorber bezeichnet.

Zugabemenge der Lichtstabilisatoren:

Je nach Wirkungsmechanismus der Lichtstabilisatoren lassen sie sich in folgende Gruppen einteilen: Lichtabschirmungsmittel (Pigmente), UV-Absorber, UV-Löschmittel und Radikalfänger. Diese vier Wirkmechanismen bilden vier zunehmend tief greifende Stufen der Lichtstabilisierung.

Trotz der äußerst geringen zugesetzten Menge ist ihre alterungsschützende Wirkung nach Zugabe von Lichtstabilisatoren sehr deutlich; im Allgemeinen müssen lediglich 0,1–0,5 % des Polymergewichts zugesetzt werden.

Bei den meisten Kunststoffarten besteht während der Herstellung, Verarbeitung, Lagerung und Anwendung eine gewisse Empfindlichkeit gegenüber oxidativem Abbau. Sauerstoff, der in Kunststofffolien eindringt, kann mit fast allen Polymeren reagieren und somit Abbau oder Vernetzung verursachen, wodurch sich die Eigenschaften des Materials verändern. Bereits eine geringe Sauerstoffmenge kann zu drastischen Veränderungen der Festigkeit, des Aussehens und der Leistung dieser Polymermaterialien führen. Bei hoher Verarbeitungstemperatur und Sonneneinstrahlung ist die Oxidationsrate höher. Daher wird die Polymeroxidation üblicherweise in thermische Oxidation und Fotooxidation unterteilt.

Das endgültige Ergebnis solcher Reaktionen ist die Alterung der Materialeigenschaften. Werden solche Reaktionen nicht verhindert, kann der Kunststoff schnell oxidieren und seinen Nutzwert verlieren.

Unterschiedliche Kunststoffe weisen eine unterschiedliche Stabilität gegenüber Sauerstoff auf, sodass einige Kunststoffe keine Antioxidationsmittel benötigen. Bei anderen müssen Antioxidationsmittel zugesetzt werden. Die Funktion von Antioxidationsmitteln besteht darin, aktive freie Radikale abzufangen und Kettenreaktionen zu unterbrechen, um den Oxidationsprozess und die Oxidationsgeschwindigkeit von Kunststoffen zu verzögern.

Im Allgemeinen ist die Schutzwirkung von Amin-Antioxidantien höher als diejenige phenolischer Antioxidantien. Da sich Amine unter Einwirkung von Licht und Sauerstoff jedoch unterschiedlich stark verfärben, sind sie für hellfarbige, leuchtendfarbige und transparente Folien nicht geeignet und werden daher selten in Kunststofffolien eingesetzt.

Je nach Antioxidationswirkung werden Antioxidantien in primäre Antioxidantien und Hilfsantioxidantien eingeteilt. Anilinantioxidantien haben eine bessere Antioxidationswirkung, verursachen jedoch eine stärkere Umweltbelastung und werden hauptsächlich in Kautschukprodukten eingesetzt; Phenolantioxidantien haben etwas schwächere Antioxidationswirkungen, verursachen aber eine geringere Umweltbelastung und eine bessere Gesamtwirkung und werden überwiegend in Kunststofffolien eingesetzt. Mercaptane oder Thioester und Phosphite werden üblicherweise als Hilfsantioxidantien eingestuft und zusammen mit primären Antioxidantien eingesetzt, um synergistische Effekte zu erzielen und die Wirksamkeit von Antioxidantien zu verlängern.

Nach dem Schmelzen weisen Polymere normalerweise eine relativ hohe Viskosität auf. Während der Verarbeitung reibt sich die Polymerschmelze, wenn sie durch enge Spalte, Angüsse und andere Fließkanäle gelangt, an den Oberflächen der Verarbeitungsmaschinen. Diese Reibung verringert die Fließfähigkeit der Schmelze, und starke Reibung führt zu einer rauen, glanzlosen Folienoberfläche oder zu Fließlinien. Aus diesem Grund werden Additive benötigt, um die Schmierfähigkeit zu verbessern, die Reibung zu verringern und die Grenzflächenhaftung zu reduzieren.

Neben der Verbesserung des Fließvermögens können Schmiermittel außerdem als Schmelzpromotoren, Anti-Blockiermittel und antistatische Mittel, Gleitmittel usw. wirken.

Die Aufgabe externer Schmiermittel besteht hauptsächlich darin, das Reibungsverhalten zwischen dem Polymerschmelz und der heißen Metalloberfläche der Verarbeitungsaggregate zu verbessern. Sie besitzen eine geringe Verträglichkeit mit dem Polymer und wandern leicht aus dem Inneren der Schmelze nach außen, sodass sie an der Grenzfläche zwischen der Kunststoffschmelze und dem Metall eine dünne Schmierschicht bilden können.

Innenschmiermittel sind mit Polymeren gut verträglich. Sie wirken im Inneren des Polymers, indem sie die zwischenmolekulare Kohäsionskraft des Polymers verringern und dadurch die innere Reibungswärmeerzeugung des Kunststoffschmelzes und die Fließfähigkeit der Schmelze verbessern.

In der Praxis hat jedes Schmiermittel eine Rolle, die eine bestimmte Anforderung erfüllen kann; innere und äußere Schmierung wirken stets zusammen, doch ein Aspekt kann stärker ausgeprägt sein. Dasselbe Schmiermittel zeigt in verschiedenen Polymeren oder unter unterschiedlichen Verarbeitungsbedingungen unterschiedliche Schmierwirkungen; beispielsweise wird bei hoher Temperatur und hohem Druck ein internes Schmiermittel herausgedrückt und wirkt dann als externes Schmiermittel.

Bei der Produktion von Kunststofffolien treten mitunter Blockierscheinungen auf. Beispielsweise lassen sich bei der Kunststofffolienproduktion zwei Folienschichten nur schwer voneinander trennen, was die automatische Hochgeschwindigkeitsverpackung erschwert. Um dies zu überwinden, kann dem Harz eine geringe Menge eines Additivs zugesetzt werden, das die Oberflächengleitfähigkeit erhöht und damit die äußere Gleitfähigkeit verbessert; im Allgemeinen wird es als Anti-Blockiermittel oder Gleitmittel bezeichnet. Im Allgemeinen besteht die Molekularstruktur von Schmiermitteln aus zwei Teilen: einer langkettigen unpolaren Gruppe und einer polaren Gruppe.

Ihre Kompatibilität mit verschiedenen Polymeren ist unterschiedlich und zeigt daher unterschiedliche innere und äußere Schmierwirkungen.

Bei der Extrusionsformung kann sie die Fließfähigkeit verbessern, die Haftung zwischen dem Polymermaterial und dem Zylinder sowie der Form verbessern und Rückstände verhindern und reduzieren. Darüber hinaus kann sie das Erscheinungsbild und den Glanz der Folie verbessern. Die Menge des eingesetzten Schmierstoffs beträgt im Allgemeinen 0,5–1 %.

Bei der Auswahl ist Folgendes zu beachten:

1. Wenn die Fließeigenschaften des Polymers bereits die Anforderungen des Formgebungsprozesses erfüllen, ist vor allem die Rolle der Außenlubrikation zu berücksichtigen, um einen Ausgleich zwischen innerer und äußerer Schmierung sicherzustellen;
2. Die Wirksamkeit der Außenlubrikation ist daran zu beurteilen, ob sie bei der Formtemperatur auf der Kunststoffoberfläche einen vollständigen Flüssigkeitsfilm bilden kann. Daher sollte der Schmelzpunkt des äußeren Schmiermittels nahe an der Formtemperatur liegen, es ist jedoch eine Differenz von 10 °C–30 °C erforderlich, um einen vollständigen Film zu bilden;
3. Geringe Oberflächenanziehung, geringe Viskosität, gute Benetzbarkeit an der Grenzfläche und leichte Bildung einer Grenzflächenschicht;
4. Ausgezeichnete Hitzebeständigkeit und chemische Stabilität, keine Zersetzung oder Flüchtigkeit während der Verarbeitung; keine Korrosion der Ausrüstung, keine Kontamination der Folie und keine Toxizität.

Anwendungseigenschaften verschiedener Schmierstofftypen:

Natürliches Paraffinwachs wird hauptsächlich für die äußere Schmierung verwendet und kann bei vielen Kunststoffen als Schmiermittel und Trennmittel eingesetzt werden, mit einer üblichen Dosierung von 0,2–1 phr. Da seine Kompatibilität, thermische Stabilität und Dispergierbarkeit nicht besonders gut sind, sollte die Dosierung nicht zu hoch sein und es sollte am besten zusammen mit einem inneren Schmiermittel verwendet werden. Weißöl wird hingegen meist als inneres Schmiermittel für PVC und PS eingesetzt, bietet gute Schmierleistung und gute thermische Stabilität und wird üblicherweise mit 0,5 phr dosiert. Beide sind nicht giftig und können für lebensmittelechte Verpackungen verwendet werden.

Es gibt auch mikrokristallines Paraffinwachs: Es wird ebenfalls als Schmiermittel in der Kunststoffverarbeitung mit einer Dosierung von 1–2 Phr eingesetzt, und seine thermische Stabilität und Schmierwirkung sind besser als die von gewöhnlichem Paraffinwachs. Auch niedrigmolekulare Polymere werden häufig als Schmiermittel eingesetzt, etwa Polyethylenwachs und niedrigmolekulares Polypropylen; ihre innere und äußere Schmierwirkung sind beide gut, und sie sind ungiftig.

Polyethylenwachs eignet sich zur Extrusion und zum Kalandrieren von Materialien wie PVC, mit einer üblichen Dosierung von 0,1–1 phr; es kann die Verarbeitungseffizienz verbessern, die Folienblockierung verhindern und die Dispersierbarkeit von Füllstoffen oder Pigmenten verbessern, seine Kompatibilität und Transparenz sind jedoch nicht sehr gut.

Transparente Kunststofffolien, -tafeln oder -platten bilden in einer feuchten Umgebung, wenn die Luftfeuchtigkeit unter den Taupunkt sinkt, eine Schicht feiner Wassertropfen auf ihrer Oberfläche. Dadurch wird die Oberfläche trüb und beschlagen und die Lichtdurchlässigkeit beeinträchtigt. Beispielsweise können bei Verwendung einer Folie zum Verpacken von Produkten die Inhalte aufgrund der Beschlagbildung nicht gesehen werden. Außerdem können die entstandenen Tropfen leicht Fäulnis und Beschädigungen der Inhalte verursachen.

Klassifizierung der Antibeschlagmittel:

▷ Interne Anti-Beschlag-Mittel werden beim Compoundieren dem Harz zugesetzt. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie nicht leicht verloren gehen und dauerhaft wirksam sind; bei Polymeren mit hoher Kristallinität ist es jedoch schwierig, eine gute Anti-Beschlag-Wirkung zu erzielen;

▷ Externe Anti-Beschlag-Mittel werden in einem organischen Lösungsmittel oder Wasser gelöst und anschließend auf die Oberfläche von Kunststofffolien aufgetragen. Sie sind einfach anzuwenden und kostengünstig, besitzen jedoch eine geringe Beständigkeit und werden leicht abgewaschen oder abgewischt. Sie werden nur eingesetzt, wenn interne Anti-Beschlag-Mittel unwirksam sind oder wenn keine hohe Beständigkeit erforderlich ist.

Die Wirkung von Antikondensmitteln kann in vier Arten unterteilt werden: anfängliche Antikondenswirkung, dauerhafte Antikondenswirkung, Antikondenswirkung bei niedrigen Temperaturen und Antikondenswirkung bei hohen Temperaturen. Es ist schwierig, einem Antikondensmittel alle vier Wirkungen zu verleihen; üblicherweise werden je nach den Anforderungen der Folie an die Antikondenswirkung mehrere Arten ausgewählt und kombiniert.

Antikondensmittel sollten folgende Eigenschaften aufweisen:

1. Hohe Antikondenswirkung, schnelle Wirkung und gute Langzeitwirkung;
2. Gute thermische Stabilität, durch Wärme nicht leicht zersetzbar, und die Zersetzungsprodukte verursachen keinen Abbau des Polymers;
3. Gute Verträglichkeit mit anderen Zusatzstoffen, ohne die Funktionen der übrigen Zusatzstoffe zu beeinträchtigen;
4. Keine Beeinträchtigung der Transparenz, der elektrischen Eigenschaften, der Haftung, der Kontaminationsbeständigkeit und der übrigen Funktionen der Folie.

Einige typische Antibeschlagmittel:

Glycerylmonooleat ist eine weiße, wachsartige Substanz, die als internes Anti-Beschlag-Mittel eingesetzt werden kann. Es verfügt über eine gute anfängliche Anti-Beschlag-Wirkung und eine Anti-Beschlag-Wirkung bei niedrigen Temperaturen und eignet sich für Lebensmittelverpackungsfolien. Die übliche Dosierung in Polyethylen beträgt 1–1,5 Teile, in Polyolefinen 0,5–1 Teil.

Sorbitanmonopalmitat ist eine gelbe granulierte Substanz und ein inneres Antibeschlagmittel; es wirkt schnell und dauerhaft und ist ein inneres Antibeschlagmittel. Es handelt sich um einen gelben körnigen Feststoff mit einem Schmelzpunkt von etwa 60 °C sowie dauerhafter Wirkung. Es wird häufig in Agrarfolien verwendet und kann auch als Material für Lebensmittelverpackungen eingesetzt werden. Die Dosierung in Polyvinylchlorid beträgt im Allgemeinen 1,5–1,8 Teile und in Polyvinylacetat 0,7–1 Teil.

Polyoxyethylen-(20)-glycerylmonostearat ist ebenfalls ein internes Anti-Beschlagsmittel mit äußerst schneller Wirkung sowie guter anfänglicher Anti-Beschlagwirkung und guter Anti-Beschlagwirkung bei niedrigen Temperaturen. Es ist blassgelb und flüssig und besitzt zudem antistatische Wirkung, sodass es sich für Lebensmittelverpackungsfolien eignet.