Говорят, что при переработке плёнки используются шесть добавок — знаете ли вы их все?

Некоторые смолы или изделия из плёнки обладают присущими им свойствами, не отвечающими требованиям необходимой технологии переработки, поэтому для изменения перерабатываемости необходимо вводить добавки; другие материалы имеют относительно хорошие показатели переработки, однако их продукция по своим свойствам не отвечает требованиям, поэтому для изменения свойств продукции также необходимо вводить добавки.

Требования к плёнке с добавками

Низкая совместимость может привести к явлению «миграции», которое проявляется в виде «выпотевания» жидких добавок и «выцветания» твёрдых добавок.

Иногда, если требования к плёнке не особенно строгие, можно допустить определённую несовместимость, например между наполнителем и смолой. Пока размер частиц наполнителя невелик, основные требования к эксплуатационным свойствам плёнки всё же могут быть обеспечены; при обработке связующим агентом или поверхностно-активным веществом можно в большей мере раскрыть функциональные свойства наполнителя.

Однако некоторые добавки, улучшающие поверхностные свойства плёнки, например антиблокирующие и антистатические агенты, должны в незначительной степени мигрировать, чтобы они могли действовать на поверхности плёнки.

Добавки должны долго оставаться в плёнке, практически не теряясь или теряясь в очень незначительной степени, при этом потеря добавок происходит преимущественно тремя путями: испарение, экстракция и миграция. Это в основном связано с молекулярной массой добавки, её растворимостью в среде и растворимостью в смоле.

Условия переработки некоторых смол довольно жёсткие, например предполагают высокие температуры переработки; следует учитывать, будет ли выбранная добавка разлагаться и окажет ли она разъедающее воздействие на оборудование для переработки.

Для плёнок различного назначения предъявляются разные требования к запаху, токсичности, устойчивости к погодным воздействиям, термическим свойствам и т. д. добавок. Например, пакеты из пластика для пищевой продукции должны быть нетоксичными, поэтому применяемые в них добавки отличаются от добавок, используемых в пластиковых пакетах для упаковки общего назначения.

Синергетические и антагонистические эффекты в комбинациях добавок

В одной и той же системе смол две добавки могут обеспечить синергетический эффект. При неправильном сочетании некоторые добавки могут вызвать антагонистический эффект, ослабляющий функцию каждой добавки или даже делающий их неэффективными; например, сочетание сажи и фенольных антиоксидантов вызывает антагонистический эффект.

Добавки, способные изменять упаковочные свойства плёнок

Пластификаторы и термостабилизаторы

Пластификаторы и термостабилизаторы могут значительно улучшить совместимость материалов плёнки.

Пластификаторы, как следует из их названия, повышают пластичность материалов: с одной стороны, они увеличивают текучесть смолы при формовании и улучшают перерабатываемость; с другой стороны, это вещества, способные повышать гибкость и эластичность готовой плёнки.

Термостабилизаторы в основном повышают термостабильность смол.

Под воздействием солнечного света, света ламп и высокоэнергетических лучей полимерные материалы быстро стареют, что проявляется в пожелтении, охрупчивании, растрескивании, утрате поверхностного блеска, значительном снижении механических и электрических свойств и даже утрате эксплуатационной ценности. В этом сложном разрушительном процессе главной причиной старения полимерных материалов является ультрафиолетовое излучение. Оно в основном обусловлено совместным воздействием ультрафиолетового излучения солнечного света и кислорода атмосферы на макромолекулы полимеров.

Функции светостабилизаторов:

Они эффективно поглощают ультрафиолетовое излучение с длиной волны 290–410 нм, устраняют или ослабляют ультрафиолетовый свет, защищают полимерные плёночные материалы от повреждений под воздействием ультрафиолетового света и кислорода, продлевают срок службы и повышают светостойкость материалов. Поскольку большинство светостабилизаторов способны поглощать ультрафиолетовый свет, светостабилизаторы также называются УФ-абсорберами.

Дозировка светостабилизаторов:

По механизму действия светостабилизаторы подразделяются на: светозащитные агенты (пигменты), поглотители ультрафиолетового излучения, гасители ультрафиолетового излучения и ловушки свободных радикалов. Эти четыре механизма действия представляют собой четыре последовательно углубляющихся уровня светостабилизации.

После добавления светостабилизаторов, несмотря на крайне малое используемое количество, их эффект против старения очень значителен; как правило, необходимо добавить всего 0,1–0,5% от массы полимера.

Для большинства видов пластмасс при их изготовлении, переработке, хранении и применении наблюдается определённая чувствительность к окислительной деструкции. Кислород, проникающий в пластиковые плёнки, может вступать в реакцию почти со всеми полимерами, вызывая деструкцию или сшивку и тем самым изменяя свойства материала. Даже небольшое количество кислорода может привести к резким изменениям прочности, внешнего вида и эксплуатационных характеристик этих полимерных материалов. При переработке в условиях высоких температур и под воздействием солнечного света скорость окисления возрастает. Поэтому окисление полимеров обычно подразделяют на термическое окисление и фотоокисление.

Итогом таких реакций является старение эксплуатационных свойств. Если такие реакции не предотвращаются, полимер может быстро окислиться и утратить эксплуатационную ценность.

Различные пластмассы обладают разной устойчивостью к кислороду, поэтому некоторые пластмассы не нуждаются в антиоксидантах, тогда как в другие их необходимо добавлять.

В целом защитная эффективность аминных антиоксидантов выше, чем у фенольных, однако, поскольку амины в различной степени обесцвечиваются под действием света и кислорода, они не подходят для светлоокрашенных, яркоокрашенных и прозрачных плёнок, поэтому редко используются в пластиковых плёнках.

По эффективности антиоксидантного действия антиоксиданты подразделяются на основные и вспомогательные. Антиоксиданты на основе анилина обладают более высокой антиоксидантной эффективностью, но оказывают большее загрязняющее воздействие и преимущественно применяются в резиновых изделиях; фенольные антиоксиданты имеют несколько более слабое антиоксидантное действие, но меньшее загрязняющее воздействие и лучшие общие показатели, поэтому чаще всего используются в пластиковых плёнках. Меркаптаны или тиоэфиры, а также фосфиты обычно относятся к вспомогательным антиоксидантам и применяются совместно с основными антиоксидантами для создания синергетического эффекта и продления срока их эффективного действия.

После плавления полимеры обычно имеют относительно высокую вязкость. В ходе переработки, когда расплавленный полимер проходит через узкие зазоры, литники и другие каналы потока, расплав полимера взаимодействует с поверхностями перерабатывающего оборудования. Это трение снижает текучесть расплава, а сильное трение приводит к тому, что поверхность плёнки становится шероховатой, теряет блеск или покрывается линиями течения. Поэтому необходимы добавки для повышения смазывающей способности, снижения трения и уменьшения межфазной адгезии.

Помимо повышения текучести, смазки могут также выступать в качестве ускорителей плавления, антиблокирующих и антистатических агентов, скользящих агентов и т. д.

Основная роль внешних смазок заключается в снижении трения между расплавом полимера и горячей металлической поверхностью перерабатывающего оборудования. Они плохо совместимы с полимером и легко мигрируют из внутренней части расплава на его поверхность, поэтому на границе раздела между расплавом пластмассы и металлом может образовываться тонкий смазочный слой.

Внутренние смазки хорошо совместимы с полимерами. Они действуют внутри полимера, снижая межмолекулярную силу сцепления, тем самым уменьшая выделение тепла при внутреннем трении расплава пластмассы и повышая его текучесть.

На практике каждый смазочный материал выполняет функцию, позволяющую достичь определённого требования; внутренняя и наружная смазки всегда действуют совместно, однако одна из них может быть более выражена. Один и тот же смазочный материал проявляет различные смазывающие свойства в разных полимерах или при разных условиях переработки; например, при высокой температуре и высоком давлении внутренний смазочный материал выдавливается наружу и становится внешним смазочным материалом.

При производстве пластиковых плёнок мы сталкиваемся с некоторыми явлениями слипания. Например, при производстве пластиковой плёнки два слоя плёнки трудно разделить, что затрудняет автоматическую высокоскоростную упаковку. Для преодоления этого в смолу можно добавить небольшое количество добавки, повышающей смазочные свойства поверхности, чтобы усилить внешнюю смазку; обычно её называют антиблокирующим агентом или агентом скольжения. Как правило, молекулярная структура смазочных веществ состоит из двух частей: длинноцепной неполярной группы и полярной группы.

Их совместимость с различными полимерами различается, поэтому они проявляют различные эффекты внутренней и наружной смазки.

В процессе экструзионного формования он способен улучшать текучесть, повышать адгезию полимерного материала к цилиндру и пресс-форме, а также предотвращать залипание и уменьшать его. Кроме того, он способен улучшать внешний вид и глянец плёнки. Количество используемой смазки обычно составляет 0,5–1%.

При выборе следует обратить внимание на:

1. Если свойства текучести полимера уже отвечают требованиям процесса формования, следует chiefly уделить внимание роли внешней смазки для обеспечения баланса между внутренней и внешней смазкой;
2. Эффективность внешней смазки следует оценивать по тому, может ли она сформировать на поверхности пластика сплошную жидкую плёнку при температуре формования. Поэтому температура плавления внешнего смазывающего вещества должна быть близка к температуре формования, однако для формирования сплошной плёнки необходим перепад 10–30 ℃;
3. Слабое поверхностное сцепление, низкая вязкость, хорошая растекаемость на границе раздела и лёгкое формирование межфазного слоя;
4. Отличная термостойкость и химическая стабильность, отсутствие разложения или испарения в процессе переработки; отсутствие коррозии оборудования, загрязнения плёнки и токсичности.

Характеристики применения различных типов смазочных средств:

Натуральный парафиновый воск преимущественно применяется для внешнего смазывания, а также может использоваться как смазывающий и разделительный агент для многих пластмасс. Общая дозировка составляет 0,2–1 phr, однако его совместимость, термостабильность и диспергируемость не очень хороши, поэтому дозировка не должна быть слишком большой; лучше всего применять его совместно с внутренним смазывающим агентом. Белое масло преимущественно используется как внутренний смазывающий агент для ПВХ и ПС, обладает хорошими смазывающими свойствами и теплостойкостью; общая дозировка составляет 0,5 phr. Оба компонента нетоксичны и могут применяться для упаковки пищевых продуктов.

Также используется микрокристаллический парафиновый воск: его также применяют в качестве смазки при переработке пластмасс в дозировке 1–2 части на 100 частей полимера; его термическая стабильность и смазывающие свойства лучше, чем у обычного парафинового воска. Полимеры с низкой молекулярной массой также широко применяются в качестве смазок, например полиэтиленовый воск и низкомолекулярный полипропилен; их внутренние и наружные смазывающие свойства хороши, и они нетоксичны.

Полиэтиленовый воск подходит для экструзии и каландрирования материалов, таких как ПВХ, с общей дозировкой 0,1–1 phr; он может повысить эффективность переработки, предотвратить слипание плёнки и улучшить диспергируемость наполнителей или пигментов, однако его совместимость и прозрачность не очень хороши.

Прозрачные пластиковые плёнки, листы или пластины в условиях повышенной влажности, когда влажность опускается ниже точки росы, образуют на своей поверхности слой мелких капель воды, из-за чего поверхность становится мутной и запотевает, а распространение световых волн затрудняется. Например, при использовании плёнки для упаковки продукции из-за запотевания невозможно увидеть содержимое, а образовавшиеся капли также могут легко привести к порче и повреждению содержимого.

Классификация антизапотевающих добавок:

▷ Внутренние антизапотевающие агенты добавляются в смолу в процессе компаундирования. Их преимущества в том, что они не теряются и сохраняют эффективность в течение длительного времени, однако для полимеров с высокой кристалличностью трудно добиться хороших антизапотевающих свойств;

▷ Антизапотевающие агенты для наружного покрытия растворяют в органическом растворителе или воде, а затем наносят на поверхность пластиковых плёнок. Они просты в применении и недороги, но имеют низкую стойкость и легко смываются или стираются. Их применяют только тогда, когда внутренние антизапотевающие агенты неэффективны или когда стойкость не требуется.

Эффективность антизапотевателей подразделяется на четыре типа: начальные антизапотевающие свойства, долговременные антизапотевающие свойства, антизапотевающие свойства при низких температурах и антизапотевающие свойства при высоких температурах. Одному антизапотевателю сложно обеспечить все четыре эффекта; обычно, исходя из требований плёнки к антизапотевающему эффекту, выбирают несколько типов и применяют их в сочетании.

Антизапотеватели должны обладать следующими свойствами:

1. Высокой антизапотевающей эффективностью, быстрым действием и хорошей долговечностью;
2. Хорошая термическая стабильность, устойчивость к разложению под воздействием тепла, при этом продукты разложения не вызывают деградации полимера;
3. Хорошая совместимость с другими добавками без нарушения их функций;
4. Не оказывает влияния на прозрачность, электрические свойства, адгезию, устойчивость к загрязнениям и другие функции плёнки.

Несколько типичных антифоговых добавок:

Моноолеат глицерина — белое воскообразное вещество, которое можно использовать в качестве внутреннего антизапотевающего агента. Он обладает хорошей начальной антизапотевающей эффективностью и эффективностью при низких температурах и подходит для пищевых упаковочных плёнок. Обычная дозировка в полиэтилене составляет 1–1,5 части, а в полиолефинах — 0,5–1 часть.

Монопальмитат сорбитана представляет собой жёлтое гранулированное вещество и внутренний антизапотеватель; он начинает действовать быстро и обеспечивает длительный эффект, при этом являясь внутренним антизапотевателем. Это жёлтое гранулированное твёрдое вещество с температурой плавления около 60 °C и длительным сроком действия. Его часто используют в сельскохозяйственных плёнках, а также в качестве материала для пищевой упаковки. Дозировка в поливинилхлориде обычно составляет 1,5–1,8 части, а в поливинилацетате — 0,7–1 часть.

Полиоксиэтилен (20) глицерил моностеарат также является внутренним антизапоевателем с предельно быстрым действием и хорошими начальными антизапоевательными свойствами, в том числе при низких температурах. Это бледно-жёлтая жидкость, которая также обладает антистатическими свойствами, что делает её пригодной для пищевых упаковочных плёнок.