Знајте своје могућности за лисење пјене

Тандем екструзија ПС-а је и даље стандардна технологија, али се појављују нове могућности материјала и технологија опреме.

Пене ниске густине направљене од робних полимера имају безброј примена, а већина прерађивача производи пенасте фолије из тандемских екструзијских линија. Али прилично се чудимо зашто су линије тандем пена прво потребне. Ове су линије сложеније и теже за покретање, а да не спомињемо скупље од система пјењења са једним екструдером.

Штавише, у неким случајевима линија за екструдирање у тандему уопште није потребна за извлачење пена ниске густине. На пример, пенасти полистиренски слој ниске густине (ПС) може се произвести на једном екструдеру пена са излазним брзинама од око 600 лб / х. Па зашто је то могуће за ПС и зашто се друге термопластике не могу пенасти слично? Да бисте одговорили на ова питања, потребно је размотрити две ствари.

Пре свега, најкритичнији фактор који утиче на стабилан процес пењења за производњу висококвалитетних пена ниске густине су реолошке карактеристике полимера који се користе. Реологија је повезана са понашањем кристализације, молекуларном структуром и молекуларном тежином. ПС је полимер са одличним карактеристикама пењења из више разлога. То је аморфна смола чија је вискозност талине релативно мање осетљива на температуру талине него што је то случај са полукристалним полимерима. То значи да расподјела чврстоће талине не може бити толико широка колико расподјела температуре талине.

ПС се заснива на додатној полимеризацији стиреног мономера и као резултат има просечну молекулску масу у распону од 150 000 до око 400 000 г / мол (већа од кондензационих полимера као што су ПЕТ или ПЛА). То значи да ПС има релативно већу вискозност и чврстоћу талине при нормалној температури обраде (230 Ц, 446 Ф) и температури пењања (120-140 Ц, 248-284 Ф). Штавише, ПС има гломазни прстен од бензена као огранак на кичми молекула полимера, што је повољно за формирање веће густине заплетености молекуларних ланаца, чак и при високој температури. Верује се да ова карактеристика доприноси и понашању стврдњавања током двоосног издуживања.

Будући да се ПС не кристализује, нема бојазни за драстично повећање вискозности, посебно док се талина хлади да би се постигла оптимална температура талине за постизање пена најбољег квалитета.

Због ових карактеристика материјала, ПС се може пенушати релативно лако, чак и на неодређеном једном вијчаном екструдеру који обезбеђује мање једнолику расподелу температуре талине на крају секундарног екструдера. С обзиром да ПС даје релативно већи садржај затворених ћелија од осталих робних полимера (без обзира на ниво софистицираности опреме за пењење), са сигурношћу се може рећи да је ПС један од најбољих полимера за разне процесе пјене.

Ипак, упркос једноставности обраде, тандемске линије за екструзију и даље су префериране за обраду пјене ПС-ом јер пружају веома високу стопу излаза и пожељнију ћелијску структуру (видети Слику 1). Са једним екструдером је веома тешко постићи висок капацитет хлађења, због знатно ограниченог времена боравка.

Други критични фактор који доприноси квалитети завршне пене је опрема за пјењење. У типичној тандемској линији екструдирања пена ниске густине (Сл. 2), два повезана екструдера имају сасвим различите функције. Примарни екструдер делује на топљењу и хомогеној мешању материјала, укључујући адитиве и поново сакупљене пелете. Такође, будући да се физичко средство за пухање убризгава у примарни екструдер, вијак у екструдеру има важну улогу у распршивању средства за пухање у изузетно фине капљице.

Ове капљице морају се диспергирати у талини на такав начин да се површинско подручје максимизира, тако да се у што краћем року добије хомогена фаза раствора средства за пухање / полимера. У примарном екструдеру често се користи део за мешање ананаса или саксонски миксер (Сл. 3) за побољшање дистрибутивног мешања.

Из безбедносних разлога, примарни вијак треба да има блистер прстен, који делује као заптивка талине, непосредно пре отвора за убризгавање агенса за пухање. На тај начин се спречава да запаљиво средство за пухање угљоводоника тече назад у резервоар или зону пуњења. Топљење напуњено средством за пухање пролазило би кроз унакрсну цев од талине од примарног до секундарног екструдера.

Секундарни екструдер обично се назива расхладни екструдер јер је то његова основна функција у процесу. Отопина се хлади до оптималне температуре да би се максимизирала чврстоћа талине и понашање очвршћивања у фази експанзије пене. Оптимална температура талине варира у зависности од садржаја средства за пухање раствореног у талини и почетне температуре кристализације или очвршћавања током хлађења.

На пример, ПС растворен са 5% изобутана треба да се охлади са 220 Ц (428 Ф) на око 135 Ц (275 Ф). Ово је типичан услов за производњу фолије од ПС пене која се користи за паковање хране за једнократну употребу, попут месних лежишта и шкољки. Током драматичног смањења температуре талине, вискозитет талине се знатно повећава, посебно на крају секундарног екструдера. Доста је тешко постићи равномерну расподелу температуре талине, што директно утиче на уједначеност чврстоће талине.

У случају полукристалних полимера, може доћи до кристализације у бачви расхладног екструдера и изазвати пораст притиска талине, посебно када температура талине превише падне, што знатно отежава контролу пењења. У зависности од растворљивости употријебљеног средства за пухање, тлак талине треба одржавати изнад притиска растворљивости средства за пухање на такав начин да средство за пухање остане потпуно растворено у талини. Када се охлађени растаљени полимер растворен са средствима за пухање приближи изласку усана, настаје нуклеотирање ћелије због термодинамичке нестабилности покренуте смањеним притиском.

У основи густина насељености ћелија пропорционална је броју нечистоћа уграђених у талину. Талк је најчешће коришћено нуклеирано средство ћелије за различите процесе пењења. Типичан опсег садржаја талка износи 0,3-2 мас.% За оптималну ћелијску структуру и однос експанзије. Додавање превише талка може резултирати високим садржајем отворених ћелија због изузетно мале дебљине ћелијског зида, што се може приписати прекомерно високој густини популације ћелија. Стопа пада притиска такође игра важну улогу у одређивању густине популације ћелија (Сл. 4).

Једном када ћелије буду генерисане у кораку нуклеације, оне расту све док се ћелијски притисак не смањи и не досегне атмосферски притисак. То се назива фазом раста ћелије, где и растворљивост и брзина дифузије агенса за пухање утичу на брзину раста ћелије у пене која се шири. На пример, сам угљен-диоксид (ЦО2) је готово немогуће користити за производњу пенасте плоче ниске густине помоћу прстенасте матрице, због јаког нагризавања на површини пенастог лима. Због тога се бутан или пентан често користе за израду лима од ПП или ПП пене. ЦО2 је погоднији за пену високе густине или средње густине која има бројне ситне ћелије, имајући у виду његову већу нуклеарну снагу ћелије у односу на средства за пухање угљоводоника.

Током фазе раста ћелије, пена пролази кроз драматично гашење због адијабатских експанзија и брзе апсорпције топлоте током испаравања средства за пухање. Да би се максимизирао омјер експанзије пјене, контрола температуре талине је врло важна, јер превисока температура талине може довести до знатних губитака плина усљед руптуре и коалесценције ћелије, а прениска температура талине може учинити да се талина кристализира или очврсне прије довољног ширења, као што је приказано на слици 5.

Зрак за хлађење често се наноси на површину пене која излази из матрице, а која је намењена формирању врло танког, чврстог слоја коже на површини пене за већи сјај, јер изглед пене је комерцијално важан.

ПЛА АЛТЕРНАТИВНО
Иако се пењење ПС-ом широко користи деценијама, касније се ставља под микроскоп околиша. Да ли су тврдње еколога - и забране које су уследиле у многим градовима - засноване на „звучној науци“, није поента. Истина је да многи прерађивачи гледају на више "еколошки прихватљивих" опција, при чему је полимерна киселина (ПЛА) највећа на листи.

Будући да је реч о полимеру на биолошкој основи, ПЛА је компостиран и, са мање од 1 УСД / лб у Северној Америци, према овом тексту, сматра се једном од најприхватљивијих алтернатива ПС пени. Али пјенање ПЛА-а није лак посао обраде. Као што је већ напоменуто, ПЛА је кондензациони полимер ниже молекулске тежине од ПС, тако да има интринзично нижу вискозност и чврстоћу топљења. То чини реолошка својства ПЛА прилично осетљива на температуру топљења.

Као резултат тога, пјенастом ПЛА-у морају се додати продуживачи ланца да би се повећала молекулска маса како би се повећао вискозитет и чврстоћа топљења. Иако је ланац продужен са ПЛА, и даље је тешко добити висококвалитетну ПЛА пену са високим односом експанзије - као и високим садржајем затворених ћелија - коришћењем конвенционалних тандемских екструдера за пену. То је зато што у већини случајева конвенционални тандемски екструдери пене за ПС нису у могућности да обезбеде одличну униформност температуре талине. Конкретно, отварање ћелија на ћелијским зидовима може се догодити због локалних слабих тачака екстензијске вискозности, јер дебљина ћелијске стијенке постаје све тања и тања током фазе раста ћелије.

Пошто је ПЛА полукристални полимер и његова вискозност је прилично ниска и осетљива на температуру топљења, изузетно је тешко правилно пјенасти ПЛА за производе ниске густине. Штавише, повећање вискозности изазване кристализацијом при ниском температурном распону игра улогу у сужавању прозора процеса пенања. Због тога ови атрибути ПЛА смоле неминовно захтевају напреднији тандемски екструдер пена који има иновативне дизајне вијака и екструдера за реактивни процес екструзије за пењење ПЛА. Из тог разлога, само неколико компанија за производњу пјене могло би успети да комерцијализује ПЛА пену ниске густине за паковање за једнократну употребу широм света.

Тренутно комерцијализована ПЛА пена још увек има неколико ограничења у стварној примени. Прво, ПЛА пена ниске густине има неадекватну отпорност на топлоту за примену на високим температурама. ПЛА пена се значајно деформише када дође у контакт са кипућом водом или топлом храном. Друго, ФДА није одобрила употребу ПЛА пене која има продужетак ланца у директном контакту са топлом храном или водом. То је због забринутости да би се молекуле за проширење ланца на бази епоксида могле увући у вруће напуњен садржај.

Као резултат, примена тренутног лима ПЛА пене је ограничена на само нискотемпературно паковање попут тацни за месо, рибу, поврће и воће. Ова два недостатка одгађају практичну замену традиционалне ПС пене компостираном ПЛА пеном.

Недавно је компанија Мацро Енгинееринг анд Тецхнологи Инц. израдила иновативну линију за екструдирање пена у тандему која је у стању да произведе 16 пута прошириву плочану плочицу ПЛА уз помоћ напредног дизајна вијака и опреме. Поред тога, Мацро је изумео нову технологију која чека патент како би се превазишла два критична недостатка конвенционалне ПЛА пене. На слици 6 приказани су експериментални резултати који упоређују отпорност на врелу воду између уобичајене ПЛА пене и Макро-ове отпорне на топлоту ПЛА. Јасно је да се за топлотно отпорне плоче од ПЛА пена не показују веће деформације пене.

Све што се узме у обзир, предвиђа се да ће компабилна ПЛА пена као обновљиво алтернативно паковање постепено привлачити све већу пажњу на тржиштима амбалаже од пена широм света.


Време објављивања: Јун-24-2010