Устранения дефектов разрыва расплава при производстве пленок для упаковки пищевых продуктов на основе металлоценового полиэтилена с использованием процессинговой добавки 3M Dynamar FX-5929
Макаров Тимофей, ведущий инженер ЗАО «3М Россия»
В настоящее время полиэтилен является наиболее популярным материалом, используемым для упаковки свежих или замороженных продуктов, например, овощей, фруктов, зелени, мяса, рыбы, птицы и полуфабрикатов. Благодаря сочетанию таких свойств, как прочность, прозрачность, влагонепроницаемость и относительно низкая цена, полиэтиленовые пленки занимают лидирующее положение среди прочих материалов для упаковки пищевых продуктов.
Технологии получения полиэтилена в промышленности развивались с первой половины XX-го века, начиная с радикальной технологии получения полиэтилена низкой плотности в присутствии пероксидных инициаторов. С разработкой в середине 50-х годов XX века ионно-координационных катализаторов Циглера-Натта и технологии получения полиэтилена высокой плотности дальнейшее развитие производства полиэтилена идет наиболее высокими темпами. Важным этапом явилась разработка в 1970-х годах технологии получения линейного полиэтилена низкой плотности.
Современные инновации в области производства полиэтилена связаны с появлением в 1990-х годах и развитием технологии металлоценовых катализаторов, особенностью которой, в отличие от традиционных катализаторов Циглера-Натта, является наличие единого центра полимеризации. Это позволяет получать полимер с предсказуемой заданной структурой. Пленки, полученные из металлоценового линейного полиэтилена низкой плотности, обладают исключительно высокими механическими свойствами, высокой прозрачностью, глянцем, защитными свойствами и отличной способностью к сварке. Однако особенности структуры металлоценового полиэтилена, характеризуемые высокой молекулярной массой и узким молекулярно-массовым распределением, обуславливают определенные сложности в технологии получения пленки на основе данного материала.
Одной из наиболее распространенных технологий получения полиэтиленовой пленки является экструзия с раздувом. Сущность метода заключается в том, что гранулированный полиэтилен поступает в экструдер, расплавляется и выдавливается из формующей головки в виде рукава, раздуваемого воздухом до требуемых размеров, и затем складывается в двухслойное полотно. Технологический режим получения пленки сильно зависит от свойств используемого полимера и, если при получении пленки из полиэтилена низкой плотности технолог имеет возможность достаточно широко варьировать параметры технологического процесса и работать в режиме высокой производительности, то при переработке современных высокоэффективных марок полиэтилена таких как металлоценовый линейный полиэтилен низкой плотности технолог зачастую сталкивается с рядом проблем и ограничений, связанных с особенностями структуры материала, описанными выше. Основной проблемой в данном случае является появление поверхностных дефектов структуры пленки типа «акулья кожа», которые появляются при переходе на высокоскоростной режим экструзии. Данные дефекты связаны с началом проявления процесса разрыва расплава в поверхностном слое выходящего из фильеры экструдера расплава полимера вследствие релаксации накопленных в материале напряжений, которые создаются в результате трения в пристеночном слое при прохождении расплава через формующую фильеру.
Появление дефекта типа «акульей кожи» всегда сопровождается ухудшением оптических свойств пленки. В технологической практике для решения подобных проблем рекомендуется повысить температуру переработки полимера и/или снизить производительность экструдера, однако данный подход не всегда оправдан экономически. По этой причине для устранения дефектов разрыва расплава в настоящее время широко применяются полимерные процессинговые добавки (ППД) на основе фторполимеров 3M Dynamar, позволяющие перенести начало возникновения дефектов разрыва расплава в область более высоких скоростей переработки. Механизм устранения дефектов разрыва расплава в этом случае обусловлен образованием динамического слоя фторполимера на внутренней поверхности фильеры, который обеспечивает скольжение расплава полимера вдоль стенки, снимая таким образом поверхностные напряжения, накопленные материалом в процессе экструзии.
В настоящее время на российский рынок выводится процессинговая добавка третьего поколения Dynamar FX-5929, разработанная специально для линейного полиэтилена, в том числе и для металлоценовых марок. Введение 0,01-0,03% добавки FX-5929 в рецептуру пленочных композиций позволяет ликвидировать дефекты разрыва расплава в течение нескольких минут и продолжать наработку пленки без появления дефектов. Дополнительным эффектом добавки FX-5929 является снижения давления экструзии на 20-30% от исходного, что позволяет нарастить производительность экструзии более чем на 50%. По этой причине в настоящее время многие крупнейшие производители полиэтилена включают процессинговые добавки в рецептуру пленочных марок металлоценового линейного полиэтилена.
