Добавки, які поліпшують ковзання, зменшують тертя між плівками, а також між плівками і обладнанням, тим самим вони полегшують переміщення при реалізації операцій по переробці та упаковці, які здійснюються нижче по технологічному ланцюжку.
Ефективність добавок, що поліпшують ковзання, вимірюється або з точки зору статики, або з точки зору кінетики. Коефіцієнт тертя (COF) являє собою безрозмірне число, що характеризує опір ковзанню двох поверхонь, які знаходяться в контакті один з одним. COF дорівнює силі, необхідної для прослизання однієї поверхні відносно іншої, поділеній на силу, прикладену перпендикулярно контактують поверхонь.
COF = (сила, що викликає ковзання плівкових поверхонь) / (маса переміщення)
ASTM D 1894-73 є стандартним випробуванням для визначення коефіцієнта тертя пластмасових плівок. В цілому, значення коефіцієнта тертя, що перевищують 0.50, вважаються вказують на неслизьку поверхню, а значення менше 0.20 розглядаються як поверхні з високою здатністю до ковзання, які в значній мірі схильні до телескопічним складанню рулонів.
Схематичне зображення вимірювання СOF
(Малюнок надано: ExxonMobil Chemical)
Діапазон добавок, що поліпшують ковзання, включає як традиційні амідні добавки, що поліпшують ковзання, так і більш сучасні немігрірующіе марки, які відповідають вимогам до високих експлуатаційних характеристик при більш високих температурах, забезпечують більш високу надійність і підтримують стабільне значення коефіцієнта тертя до ламінування і після. Добавки, які поліпшують ковзання, поставляються у вигляді рецептур маткових сумішей, які забезпечують різні значення швидкості дифузії, температури кінцевого використання, створені на основі різних основних смол і можуть сприймати різні друкарські чорнила.
Амідні добавки, що поліпшують ковзання на основі жирних кислот
Традиційні добавки, що поліпшують ковзання, створюються на основі амідів жирних кислот, включаючи первинні аміди, вторинні аміди і бісаміди. Оскільки ці матеріали не зовсім розчиняються в полімері, вони мігрують на поверхню плівки і утворюють покриття, яке зменшує тертя. Важливими чинниками при виборі амідних добавок, що знижують ковзання, є ефективність зменшення коефіцієнта тертя, температурна стабільність і швидкість міграції. На швидкість міграції впливають вибір аміду, вибір основного полімеру, концентрація добавки, що перешкоджає ковзанню, і температура застосування. Все більше і більше значення набуває термоокислительная стабільність, у міру того, як обробники все частіше використовують полімери з більш високими температурами обробки. Окислювальна деградація мастил може викликати втрату здатності до ковзання, втрату забарвлення і поява запаху. Аміди з більш високою тепловою стабільністю також менш летючий, і залишаються в полімері навіть при підвищених температурах обробки.
Первинні добавки, що поліпшують ковзання: в число найбільш часто використовуваних добавок, що поліпшують ковзання, входять олеаміди і ерукаміди, первинні ненасичені аміди з відносно невеликими молекулами, які мігрують з високою швидкістю через полімерні плівки і дають низькі значення коефіцієнта тертя при низьких концентраціях, вони відносно недорогі . У ерукаміда, виробленого з нетваринного жирів, більш висока термічна стабільність в порівнянні з олеамідом. При своїх більш високій точці плавлення і теплостійкості, важливі властивості для застосувань, в яких використовуються більш сучасні полімери з більш високими температурами обробки, ерукаміди все більше витісняють олеамід.
Вторинні і бісамідние добавки, що поліпшують ковзання: такі аміди з більшими молекулами мають меншу швидкістю міграції в порівнянні з первинними амидами, що полегшує управління коефіцієнтом тертя; вони можуть використовуватися в багатошарових плівках для обмеження змінного ефекту одним з шарів. Так, наприклад, такі вторинні аміди, як олеіл пальмітамід і стеарил ерукамід, будуть мігрувати через поверхневий шар поліпропіленового сополимера, але не будуть мігрувати через основний шар з поліпропіленового гомополимера. Вторинні аміди і бісаміди також менш летких і мають більш високу термічну стабільність, ніж первинні аміди, що робить їх корисними при створенні полімерних застосувань і використанні технологій отримання литої плівки з більш високими температурами. Вони також зазвичай менше заважають при реалізації вторинних операцій, таких як нанесення друку і герметизація в порівнянні з первинними амидами.
Амідні добавки до полімерів, що поліпшують ковзання, і взаємодії добавок
На експлуатаційні характеристики амідних мастил впливає безліч факторів:
• Концентрація добавки, яка покращує ковзання: швидкість дифузії для даної добавки підвищується з підвищенням концентрації в полімері.
• Тип смоли: міграція добавки проходить повільніше в кристалічних смолах, таких як поліетилен високої щільності (HDPE) і поліпропілен (РР), ніж в поліетилені низької щільності (LDPE). Такі полярні смоли, як EVA (етилен вініл ацетат), вступають у взаємодію з функціональними групами добавок, сповільнюючи їх міграцію. При використанні високоаморфних і липких полімерів, таких як металлоценовий LLDPE (лінійні поліетилени низької щільності), необхідні більш високі концентрації таких добавок для отримання того ж коефіцієнта тертя в порівнянні з випадками використання менш липких і менш аморфних полімерів.
• Інші добавки: оскільки антистатичні і противовуалирующие речовини та інші добавки мігрують на поверхню плівки, вони можуть скласти конкуренцію добавкам, поліпшує ковзання, під час дифузії і в рамках окремих ділянок поверхні.
• Обробка нижче по технологічному ланцюжку: обробка коронним розрядом до нанесення друку робить поверхню більш полярної за рахунок окислення полімеру, вона також дозволяє випалювати поверхневу мастило і створювати градієнт концентрації добавки. В результаті посилюється міграція добавки до оброблюваної стороні і з'являється можливість виникнення проблем при подальшому нанесенні друку.
• Натяг при намотування: добавка, що поліпшує ковзання, мігрує в туго намотаною плівці з меншою швидкістю в порівнянні з плівкою, намотаною з меншим натягом рулону.
• Товщина плівки: в плівках з більшою товщиною добавки довше приходять в стабільний стан, в той час як при використанні більш тонких плівок необхідно додавання більш високих концентрацій у порівнянні з більш товстими плівками для отримання того ж самого коефіцієнта тертя.
При оцінці будь-добавки, включаючи добавки, що поліпшують ковзання, слід вивчити рецептуру в цілому для того, щоб зрозуміти, які можуть виникнути потенційні взаємодії, і оптимізувати концентрації добавок. На експлуатаційні характеристики амідних добавок, що поліпшують ковзання, можуть впливати технологічні операції нижче по технологічному ланцюжку, такі як адгезивні ламінування, яке змінює полярність плівки і прибирає добавку з поверхні. Надмірне введення добавки, або в результаті несподіваних взаємодій, або в результаті надмірних доз, може давати в результаті порошкоподібний осад на напрямних і витяжних вальцах, викликати проблеми з нанесення друку, або 'вологе злипання', при якому надлишок добавки робить поверхню дуже гладкою, що дозволяє верствам зливатися один з одним.
Немігрірующіе добавки, що поліпшують ковзання, і спеціальні рецептури
Немігрірующіе добавки, що поліпшують ковзання, такі як силоксани, мають дуже великі молекули з молекулярною масою в 30 - 50 разів більше, ніж у первинних і вторинних амідів. Їх великий розмір не дозволяє їм здійснювати дифузію через полімерну матрицю, тому зниження коефіцієнта тертя забезпечується молекулами добавки, які з'являються на поверхні смоли під час екструзії. Такі матеріали, що поліпшують ковзання, використовуються в спеціальних застосуваннях. Вони дають негайне зниження коефіцієнта тертя, на який не робить ніякого впливу тривале зберігання або висока температура застосування. Оскільки коефіцієнт тертя плівки даного типу змінюється після екструзії в мінімальному ступені, можна зменшити витрати за рахунок додавання добавки, яка покращує ковзання, тільки до поверхневого шару багатошарових плівок.
Немігрірующіе добавки, що поліпшують ковзання, дають невелика зміна CoF після закінчення 62 днів
(Малюнок надано: Ampacet Corporation)
Добавки, що перешкоджають злипанню шарів плівки
Злипання, адгезія сусідніх шарів плівки, може відбуватися в результаті контакту під впливом тиску і / або теплоти. Воно може мати місце в процесі обробки, використання і / або зберігання плівки. Через це можуть виникати проблеми при розмотування рулонів плівки, роботі з плівкою, яка складалася в стоси листами, або ж при розкритті пакета з плівки для здійснення розфасовки. Виробники плівки долають таке тяжіння між шарами поліетилену і поліпропілену або інших плівок шляхом додавання або неорганічних, або органічних речовин, що перешкоджають злипанню.
Злипання: прагнення двох шарів плівки прилипати один до одного
(Малюнок надано: Specialty Minerals Inc.)
Хоча злипання можна вимірювати на свіжовиготовленої плівці прямо з вальців, більш відтворювані результати можна отримати за рахунок використання випробування "Вимушеного отлипания" ASTM D 3354, в ході якого плівки розділяють, знову з'єднують разом і зберігають при деякому тиску (6.9 кПа) і при певній температур (40ºC або 60ºC) протягом 24 годин до випробування.
Схематичне зображення вимірювання отлипания
(Малюнок надано: ExxonMobil Chemical)
Неорганічні мінеральні добавки, що перешкоджають злипанню, які розподіляються у вигляді частинок по всій плівки, можуть стати причиною утворення шорсткою поверхні на мікроскопічному рівні, що перешкоджає злипанню знаходяться поруч один з одним шарів плівки. Неорганічні добавки, що перешкоджають злипанню, включаючи тальк і двоокис кремнію, використовуються повсюдно. Одним з недоліків неорганічних добавок, що перешкоджають злипанню, є те, що ці частинки можуть негативно впливати на прозорість плівки. Можна також використовувати органічні добавки, що перешкоджають злипанню, включаючи аміди, стеарати, силікони і політетрафторетилен (PTFE), особливо, в висококласних застосуваннях.
Рентабельні неорганічні добавки, що перешкоджають злипанню
Неорганічні добавки, що перешкоджають злипанню, відносно дешеві, і максимально широко застосовуються для виробництва великосерійних товарних застосувань. Тальк є найбільш широко використовуваної неорганічної добавкою, що перешкоджає злипанню; на його частку припадає близько 40% глобального ринку. На частку діатомітової землі (DE), природного кремнеземистого мінералa, припадає близько 25% світового ринку, на частку синтетичного кремнезему доводиться ще 25%, при цьому на частку решти мінеральних речовин, таких як каолін, карбонат кальцію і слюда, припадають решта 10%.
Хімічні та фізичні властивості неорганічних антіадгезівних добавок
(Малюнок надано: Ampacet Corporation)
У тальку часто виявляється найнижче відношення "вартість-продуктивність", в той час як DE часто стає найкращим способом зведення до мінімуму загальної концентрації неорганічного компонента і його впливу на оптичні властивості плівки. Традиційні неорганічні частинки добавок, що перешкоджають злипанню, мають нерегулярну форму і розмір, через які виникають погані оптичні властивості плівки. Прозорість пов'язана з індексом заломлення, розподілом розмірів частинок і концентрацією. Найбільшу прозорість можна отримати в разі, коли індекс заломлення добавки, що перешкоджає злипанню, найближче відповідає індексу заломлення смоли. Більші частинки добавки, що перешкоджає злипанню, забезпечують більш високу стійкість до злипання; в той же час, більш дрібні частинки дають більш високу прозорість. Управління розподілом розмірів частинок і їх максимальними розмірами дозволяє створювати потрібне співвідношення оптичних і антіадгезівних властивостей.
Традиційні неорганічні добавки, що перешкоджають прилипанню, з частинками нерегулярної форми
(Малюнок надано: ExxonMobil Chemical)
Органічні антиадгезивні добавки з високим ступенем міграції
Органічні антиадгезивні частки за своєю природою схильні мігрувати і кристалізуватися на поверхні плівки, що перешкоджає злипанню розташованих поруч один з одним шарів плівки. Ці матеріали зазвичай дорожче, ніж неорганічні, і, як правило, їх використовують в цілях з більш високою доданою вартістю. У число повсюдно використовуваних органічних антіадгезівних добавок входять компаунди аміду, органічного стеарата і різних сімейств металевого стеарата, а також такі матеріали як силікон і PTFE.
Для застосувань, що вимагають високої міцності, органічні амідні антиадгезивні добавки можуть використовуватися і самі по собі, але частіше за все вони використовуються для зниження концентрації неорганічної антиадгезивного добавки. Амідів потрібен якийсь час для дифузії з поверхнею, перш ніж вони зможуть надавати антиадгезивну вплив. Аміди кращого всього використовувати в складі м'яких полімерів, таких як EVA, в яких неорганічні добавки, що перешкоджають злипанню, не настільки ефективні. Серед різних амідів найефективніші антиадгезивні властивості забезпечує використання стеарамідов і беханамідов. Так, наприклад, беханамід використовується ефективно в складі біакісально орієнтованих поліпропіленових плівок для забезпечення поліпшення ковзання і перешкоджання злипанню при збереженні прекрасної прозорості.
Заключні міркування і висновки
Добавки, які поліпшують ковзання і перешкоджають злипанню, найчастіше використовуються в поліолефінів. Вони також знаходять своє застосування в PP, PVC, PS, PA (нейлону), а також PET, де їх використовують при виробництві одно- і багатошарових плівок для виготовлення пластмасових пакетів і інших видів упаковки. При використанні в цілому ряді застосувань для цих добавок потрібні необхідні дозволи при використанні для застосувань, що контактують з харчовими продуктами. Хоча добавки, що поліпшують ковзання і перешкоджають злипанню, можуть додаватися безпосередньо виробником смоли, їх зазвичай додає обробник за допомогою цілого ряду маткових сумішей.