Главная / Статьи-разработки-исследования/ Антиблокинги

Антиблокинги

Поверхностные свойства полимерных пленок играют значительную роль как в процессе их переработки, так и при использовании готовой упаковки. От качества поверхности пленок зависят три рабочие характеристики изделий, необходимые при их эксплуатации - трение, которое влияет на износ, адгезия (слипание/смачивание) поверхностных слоев пленок и электропроводность – скопление электрического заряда на поверхности. Рукава полиолефиновых пленок в процессе производства складываются в рулоны. При размотке рулонов или при изготовлении пакетов имеет место слипание слоев пленки. Эта адгезия между слоями пленки называется блокированием и является неотъемлемым свойством многих полимеров – ПЭ, ПП, ПВХ, ПА, ЛПЭНП, ПЭТФ.

Диаграмма № 1

Таблица № 1

Блокирование происходит в результате адгезионного взаимодействия двух слоев пленки под действием сил Ван-дер-Ваальса (сил взаимодействия между атомами водорода) в аморфных областях полимеров. Ее величина тем больше, чем меньше расстояние между слоями.
Другая причина слипания – наличие в полимере низкомолекулярных фракций, образующихся при синтезе и переработке, которые мигрируют на поверхность пленок и способствуют «склеиванию» слоев.

Для решения этой проблемы есть антиблокинги. Антиблокинги применяются для регулирования поверхностных свойств рукавных или щелевых пленок, ламинатов, экструзионных изделий. Это органические или неорганические дисперсные материалы, которые создают на поверхности шероховатости, уменьшающие площадь контакта пленок.
Чем больше частиц распределено в пленке, тем более явной проявляется ее шероховатость. Но при этом необходимо, чтобы частицы антиблокинга равномерно были распределены в материале. Иначе эффективность его действия снижается вследствие коагуляции частиц и образования агломератов, что приводит к образованию зон с различными силами взаимодействия слоев пленки, т.е. увеличивается площадь контакта.

Имеется почти линейная корреляция между шероховатостью поверхности и силой блокирования, представлена в таблице №1 и диаграмме № 1. Основное влияние на результат блокировки играют два фактора – количество частиц антиблокинга на поверхности (определяется процентом ввода антиблокинга в полимер), а также форма (пластинчатая, зернистая, сферическая, чешуйчатая) и размер частиц антиблокинга. Эти параметры определяют силу блокирования поверхности.

Таблица № 2. Размер и форма частиц неорганических антиблокингов.

Неорганические антиблокинги – это не мигрирующие дисперсные материалы, выдерживающие высокие температуры, не влияют на коронную обработку поверхности и способны улучшать адгезию печатной краски за счет шероховатостей на поверхности пленки.

Силикагель или синтетический диоксид титана является твердой аморфной модификацией диоксида кремния. Частицы силикагеля имеют сфероидальную форму (а) размером порядка 2 – 10 нм, отличаются высокой микропористостью, низкой абразивностью и гидроксилированной поверхностью. Силикагель обладает низкой способностью абсорбировать другие технологические добавки в пленках. Близкие показатели преломления силикагеля, ПЭ и ПП дают возможность получать пленки с высокой прозрачностью и чистотой ((б) – гранулы ПЭ с силикагелем). Это основная антиблокирующая добавка, которая имеет высокую антиблокорующую способность, и еще выгодна и по стоимости.

а)

б)

Природный диоксид кремния это осадочная порода, состоящая преимущественно из диатомитов – это водоросли, имеющие силицированные мембраны с разнообразными формами структур (с). Другими компонентами кремнезема служат кварц, карбонат кальция, глинистые минералы. Он обладает низкой абсорбционной способностью по отношению к другим добавкам, например, к скользящим и антистатикам.

с)

Высокая твердость (абразивность), которая вызывает истирание валов, и средняя эффективность антиблокирования ограничивают масштабы его применения. Он используется в тех случаях, когда оптические свойства пленок не очень важны, а также из-за низкой стоимости.

д) мел

е) кварц

ж) известняк

Минералы. В эту группу входят каолин, тальк, мел и кальцит. Все эти материалы являются аморфными. По сравнению с натуральным диоксидом кремния они имеют более высокую чистоту и более низкую абразивность. Правда и эффективность антиблокирования тоже низкая. Но зато дешевые.
Из неорганических материалов самым эффективным является кварц. Мел и тальк дешевле, но более гигроскопичны (склонны поглощать атмосферную влагу) и при вторичной переработке полимерных изделий могут возникнуть проблемы, так как присутствие влаги ускоряет процессы окисления полимеров.
Тальк представляет собой гидросиликат магния со слоистой структурой. Он скользкий на ощупь, имеет низкую твердость по Моосу – всего 1, и обладает высокой способностью поглощать влагу, но не влияет на прозрачность пленок.

з) тальк и структура его частиц

и) цеолит

Цеолиты – кристаллические гидратированные алюмосиликаты. Они обладают очень однородной структурой. Цеолиты встречаются как природные, так и могут быть синтезированы.

Так как эти материалы имеют сильно развитую пористую структуру, то их применение не утяжеляет продукцию, и вследствие этого фактора использование их ограничено.

Кроме всех перечисленных наполнителей в качестве неорганических антиблокингов применяются керамические, алюмосиликатные или стеклянные микросферы.

Стеклянные микросферы

Алюмосиликатные микросферы

В силу того, что производство микросфер дорогостоящее, применение их в качестве антиблокингов ограничено, хотя добавка не утяжеляет продукцию, что тоже немаловажно.

Неорганические составы антиблокинги вводятся в полимер в виде концентратов порошка в полимере носителе. Концентрация добавки в полимере может достигать порядка 50 %, но зависит от объема пористости.
Непористый материал при одинаковой концентрации с пористым материалом оказывает меньшее влияние на показатель текучести расплава (ПТР). Поэтому, например, концентрация смеси натурального диоксида кремния, талька или цеолита может достигать 50 % в полимере. Пористый силикагель более сильно влияет на ПТР, поэтому его максимальная концентрация в полимере достигает 20 %.

В таблице № 3 показаны зависимость силы блокирования от содержания антиблокинга.

Диаграмма № 2

На диаграмме № 2 показана зависимость силы блокирования не только от концентрации антиблокинга, но и от его природы. Из диаграммы видно, что органические вещества даже в малых количествах обладают антиблокирующим свойством.

Органические антиблокинги

Органические антиблокинги в свою очередь подразделяются на две группы.
Первая группа - это несовместимые с полимером соединения, которые мигрируют на поверхность изделия и образуют пограничный слой на поверхности пленки, предотвращая ее слипание (скользящие добавки). Так как они имеют меньшее светорассеяние по сравнению с неорганическими компонентами, то они используются для изготовления наиболее прозрачных пленок.
Наряду со скользящими добавками, которые снимают блокировку, применяются и другие антиблокировочные органические вещества, приведенные в таблице № 4.

Второй тип органических антиблокингов – это полимерные микро гранулы или микросферы, применяемые в производстве двухосно ориентированных полипропиленовых пленок для упаковки сигарет, например. Эти материалы образуют регулярные и гладкие выпуклости на поверхности, что позволяет предотвратить появление царапин на поверхности пленки и обеспечить низкий коэффициент трения без отрицательного влияния на прозрачность пленки.
Материалом для получения микросфер служат сшитый полиметилметакрилат (торговая марка Epostar компании “Nippon Shokobai”) и материалы на базе полиорганосилоксанов (торговая марка Tosperi компании “GE Silicones”).

Полимерные сферы из полиоксиалканатов

Полимерные сферы из отходов полимеров

В зависимости от требований, предъявляемых к качеству, оптическим и механическим свойствам пленок, а также от их толщины и типа (ориентированные, БОПП-пленки, рукавные и т.д.) и материала полимера, выбирается тот или иной материал антиблокинга.
Так, например, для пленок ПВХ антиблок не только добавка, создающая шероховатость, но и служит для предотвращения выпотевания пластификатора на поверхность пленок.
Пленки из сложных полиэфиров имеют превосходные электрические и оптические свойства и используются для производства видео, микропленок и магнитных лент. Но к их поверхности предъявляются очень высокие требования. С одной стороны поверхность должна быть плоской, а с другой стороны, если будет слишком плоской, то может произойти блокировка пленки, что вызовет проблемы с технологией производства изделий. Поэтому в таких случаях требуется антиблокинг с узким распределением частиц по размерам, чтобы избежать возвышений над поверхностью больше 0,15 мкм.
В таблице № 5 приведены варианты применения антиблокингов.

Но, оказывается, неоднозначно проявляет себя один и тот же материал антиблокинга в разных марках полимера. На диаграмме № 3 приведен пример работы антиблокинга из карбоната кальция в линейном и обычном полиэтилене.

Диаграмма № 3

При выборе антиблокинга необходимо учитывать целый ряд параметров:
*** стоимость и эффективность - предпочтительнее вводить более эффективные компоненты по сравнению с минералами - кремнезем или силикагель в меньшем количестве,
*** влияние на оптические свойства – чем больше разница показателя преломления между полимером и наполнителем, тем более мутная пленка.
*** влияние на физико-механические свойства – любая частица наполнителя является концентратором напряжений и приводит к снижению прочности, следовательно, чем меньше процент ввода антиблокинга, тем меньше влияние на прочность,
*** твердость – чем больше твердость материала наполнителя, тем больше абразивный износ оборудования,
*** возможность применения в упаковке пищевых продуктов,
*** возможность взаимодействия с другими добавками - неорганические наполнители и пигменты способны адсорбировать (поглощать) скользящие добавки, антистатики, стабилизаторы, что приводит к снижению их эффективности.
*** наличие примесей – в особенности содержание ионов переходных металлов, которые могут служить катализаторами различных химических реакций, в том числе и ускорять деструкцию макромолекул полимера. Это особенно заметно при длительных сроках эксплуатации в жестких условиях (высокая температура, влажность, УФ-излучение).

Вернуться

Рекомендуем ознакомится: добавки для полимеров, краситель для тротуарной плитки, меловая добавка, пигменты для бетона купить, пигменты для тротуарной плитки, краситель для бетона, суперконцентраты красителей, красители для полимеров, железоокисные пигменты, диоксид титана Минск.