اکستروژن فیلم دمشی

یکی از مهمترین روش های فرایند پلیمرها، اکستروژن فیلم دمشی است. مقدار زیادی از پلیمرها ( به ویژه پلی اتیلن) با این روش فرایند می شوند. کاربردهای پیچیده و منحصر به فردی را برای این محصولات مانند بالن های هواشناسی می توان نام برد، با این وجود، کاربرد بیشتر این محصولات در بسته بندی های انعطاف پذیر برای مواد غذایی، کیسه های خرید و … خلاصه می شود.

روش های مختلفی برای تولید فیلم های پلاستیکی وجود دارد. بسته به نوع فرایند استفاده شده برای تولید فیلم و کاربرد آن، ضخامت فیلم های حاصل متفاوت است. روش های متداول برای تولید فیلم های پلاستیکی شامل ریخته گری حلال، اکستروژن و کلندر کردن است.

در روش ریخته گری حلال، فیلم نازک پلیمری به وسیله ریخته گری محلول از پلیمر روی تسمه ای که از داخل یک تونل گرم عبور می کند، تولید می شود. با کنترل مناسب دما و سرعت عبور تسمه، حلال تبخیر شده و فیلم نهایی تشکیل می شود. پلیمرهای سلولوزی مانند سلولوز استات به طور عمده از این روش تولید می شوند.

در روش کلندر کردن، فیلم پلاستیکی با عبور مذاب پلیمر از میان غلتک های مختلف با شکاف تنظیم شدنی تولید می شوند. فیلم های پلی وینیل کلراید(PVC) و به ویژه پلی وینیل کلرید سخت و بدون نرم کننده به طور عمده به این روش تولید می شوند. مهمترین مزیت این روش سرعت تولید زیاد و کنترل خوب ضخامت محصول است.

مهم ترین روش تولید فیلم براساس فناوری اکستروژن بنا شده است که عبارت از فرایند فیلم تخت با استفاده از دای تخت و فرایند فیلم دمشی با استفاده از دای حلقوی است. رایج ترین روش تولید فیلم پلاستیکی روش دمشی است . در این روش، پلاستیک مذاب در اکسترودر با عبور از دای حلقوی به شکل لوله ای توخالی و نازک خارج می شود. با دمش هوا به داخل این لوله توخالی، ضمن جلوگیری از جمع شدن آن، لوله متورم شده و قطر آن افزایش می یابد و حباب تشکیل می شود. در آغاز حباب از پلاستیک مذاب شکل می گیرد، سپس در معرض جریان شدیدی از هوای سرد قرار می گیرد که از بیرون دمیده شده و سرد شدن را تسریع می کند. در انتها فیلم نازک سرد شده با عبور از غلتک های هدایت کننده روی استوانه ای پیچیده شده و در مرحله بعدی به شکل کیسه های پلاستیکی در اندازه های معین بریده می شود.

مواد اولیه

پلیمرها

بسته به کاربرد فیلم پلاستیکی و شرایط مصرف آن، مواد مختلفی می توانند در تولید این فیلم ها استفاده شوند. پلیمرهایی که بیشترین کاربرد را در تولید فیلم های پلاستیکی از روش اکستروژن دمشی دارند، عبارت از انواع پلی اتیلن ها، پلی پروپیلن ها، پلی آمیدها، پلی استایرن، پلی کربنات، پلی اتیلن وینیل استات و پلی وینیل کلراید است.

افزودنی ها

در بسیاری از مواقع برای جلوگیری از بعضی پدیده ها یا افزایش بعضی خواص در فرایند فیلم دمشی از افزودنی های ویژه ای استفاده می شود. مهم ترین افزودنی های در حال استفاده در این فرایند عبارت از عوامل ضد الکتریسیته ساکن، عوامل لیز کننده، پایدار کننده های UV ، عوامل ضد اکسنده، عوامل ضد چسبندگی و کمک فرایند ها است که به طور مختصر شرح داده می شود.

عوامل ضد الکتریسیته ساکن

در بسیاری از مواقع مقاومت الکتریکی سطحی و حجمی زیاد پلیمرها باعث ایجاد الکتریسیته ساکن می شود که این حالت به جذب گردو غبار در زمان انبارداری و هنگام استفاده از محصول، کاهش چاپ پذیری و افزایش اشتعال پذیری در محیط هایی که دارای بخارات حلال های منفجرشونده هستند، منجر می شود. بنابراین، در بسیاری از مواقع استفاده از افزودنی  برای جلوگیری از به وجود آمدن الکتریسیته ساکن و تخلیه بار الکتریکی ضروری به نظر می رسد. عملکرد این مواد بدین ترتیب است که رسانایی الکتریکی سطح پلاستیک را افزایش می دهد تا از تجمع بار الکتریکی جلوگیری کند. از نظر ساختار شیمیایی مواد ضد الکتریسیته ساکن به سه گروه دسته بندی می شوند: 1- ترکیبات کاتیونی مانند نمک های سولفونیوم، فسفنیم و آمونیوم های نوع چهارم که پلیمرهای قطبی مانند PVC کارایی بسیار خوبی دارند. 2- ترکیبات آنیونی که اغلب از ترکیبات آلکیل سولفات، سولفونات، فسفات، دی کربامات یا کربوکسیلات تشکیل شده است. 3- ترکیبات غیر یونی که اغلب حالت مایع یا موم داشته و نقطه نرمی بسیار کمی دارند. با توجه به قطبیت بسیار کم، این مواد به عنوان عامل ضد الکتریسیته ساکن داخلی بسیار خوب برای PP و PE شناخته می شوند. ترکیباتی نظیر استرهای پلی اتیلن گلیکول، استرهای اسید چرب، مونو یا دی گلیسیریدهای آمین های چرب اتوکسی شده در این دسته جای می گیرند.

عوامل لیز کننده

فیلم های پلی اتیلن معمولا ضریب اصطکاک زیادی دارند و این ضریب اصطکاک زیاد باعث سختی حرکت لایه های فیلم روی یکدیگر و روی ماشین آلات فرایندی فیلم هنگام تولید می شود. عوامل لیزکننده باعث اصلاح سطح این فیلم ها شده و در نهایت باعث کاهش اصطکاک فیلم ها یا کاهش اصطکاک میان فیلم و سطح دستگاه می شود و می توان گفت این عوامل قابلیت افزایش سرعت تولید و افزایش سرعت عملیات بسته بندی را دارند. ساختار شیمیایی عوامل لیزکننده از نوع استر آمیدها، اولئوآمیدها و اروسامیدها هستند که همراه با ماده پلیمری اولیه به اکسترودر خورانده می شوند. با توجه به ناسازگاری با بستر پلی اولفینی ، روی سطح مهاجرت می کنند و ضریب اصطکاک سطح را کاهش می دهند. این مواد معمولا به شکل مستربچ به پلیمر پایه در بخش تغذیه اکستروژن اضافه می شوند.

عوامل ضد چسبندگی

فیلم های پلیمری تمایل زیادی به چسبیدن به هم دارند. این حالت جزء خواص ذاتی پلیمرهایی از قبیل PP، LLDPE،  LDPE، PET و PA است و به دلیل وجود مولکول هایی با وزن مولکولی کم و نیز مواد مومی شکل موجود در آمیزه، لایه چسبنده میان دو فیلم ایجاد می شود. افزودنی های ضد چسبندگی با ایجادد سطحی زبر روی فیلم باعث کاهش نیروی چسبندگی میان لایه ها می شود. این افزودنی ها معمولا” از جنس تالک، سیلیکا یا خاک دیاتومه هستند.

کمک فرایند های پلیمری

در فراورش پلیمرها هنگامی که شرایط فرایندی به نحوی باشد که مقادیر تنش برشی و گرانروی به طور همزمان زیاد باشند، پدیده ای نامطلوب سطحی به وجود می آید که ناشی از آثار کشسان بوده و موسوم به شکست مذاب است. این پدیده به ویژه در فرایند تولید فیلم LLDPE اتفاق می افتد و ظاهر محصول را خراب می کند. وقوع این حالت باعث عدم افزایش سرعت تولید و همچنین نداشتن سرعت خروجی زیاد می شود. در این حالت برای کاهش گرانروی ظاهری LLDPE از افزودنی هایی موسوم به کمک فرایند استفاده می شود.

کمک فرایند ها معمولا پلیمری هستند و ساختار شیمیایی حاوی فلوئور دارند. نسل جدیدتر این افزودنی ها از جنس پلیمرهای پرشاخه و ترکیبات نیترید- بور هستند. عملکرد این مواد بدین شکل است که پوششی نازک روی سطح دای تشکیل می دهند و موجب ایجاد لایه ای با انرژی سطحی کم در سطح مشترک فلز و مواد پلیمری می شوند. این انرژی سطحی کم موجب سر خوردن پایدارتر مواد پلیمری در این ناحیه می شود. باید به این نکته توجه داشت، معمولا یک ساعت طول می کشد تا این مراحل طی شده و این سازوکار عمل کند. در واقع، کارایی این افزودنی پس از یک ساعت از ورود آن ها به اکسترودر نمایان می شود. مقدار مصرف عوامل کمک فرایند حدود  ppm 100-1000 است.

کاربرد نهایی فیلم تولید شده از روش دمشی تعیین کننده نوع مواد استفاده شده و حتی دستگاه های فراورش آن است. یکی از کاربردهای فیلم های دمشی، تولید کیسه گونی برای حمل مواد سنگین است. تعداد زیادی از محصولات تولیدی در دنیا ، به عنوان مثال نمک، مواد شیمیایی، گرانول های پلاستیکی، مواد غذایی و کودهای شیمیایی، در این نوع کیسه ها که به طور عمده از جنس پلی اتیلن  هستند، بسته بندی و جابجا می شوند. وزن مواد در این بسته بندی ها حداکثر تا kg50 است. فیلم های تولیدی برای این کاربرد باید مقاومت خوبی در برابر سوراخ شدن و پارگی داشته باشند. از استحکام زیاد، خزش خوب، مقاومت در برابر رشد ترک و دوخت پذیری خوب نیز برخوردار باشند. ضخامت فیلم در این محصول   150-200 میکرومتر بوده  و معمولا از جنس LDPE یا ترکیبی از این پلیمر با پلیمرهای LLDPE  یا MDPE است.

واحد تحقیق و توسعه شرکت فناوران رنگدانه سپاهان