İşlem yardımcısı katkı maddesi

Özet

Bu makale, plastik endüstrisinde kullanılan proses yardımcı katkı maddelerini, türlerini ve nihayetinde son ürün üzerindeki performanslarını incelemektedir.

Giriş

Katkı maddelerinin kullanımı ve bunların polimer eriyiklerine dahil edilmesi, polimer işleme endüstrisinde çok yaygındır. Plastik üreticileri özellikle akış hızlarını artırmak, enerji maliyetlerini düşürmek ve ekstrüzyon gibi polimer şekillendirme süreçlerinde kusurların oluşumunu en aza indirmekle ilgilenmektedir. Genel olarak, polimer ürünlerinin üretimindeki kusurlar iki gruba ayrılır: (1) genellikle ekstrüzyon sıcaklığından bağımsız olarak sabit kayma gerilimi altında meydana gelen yüzey kusurları ve (2) kararsız akış koşulları altında meydana gelen büyük kusurlar (eriyik arızası). Yüzey kusurları, ürün yüzeyinin berraklığının kaybından, nihai ürünlerin kullanılabilirliğini tamamen bozabilecek “köpekbalığı derisi” (yüzey pürüzlülüğü dahil) oluşumuna kadar değişir. Sonuç olarak, proses operasyonundaki üretim hızı genellikle azalır.

Polimer işleme yardımcıları (PPA’lar), plastik endüstrisinde polimerlerin işleme özelliklerini iyileştirerek ve nihai ürünlerin kalitesini artırarak çok önemli bir rol oynamaktadır. Bu malzemeler genellikle baz polimere küçük miktarlarda eklenir ve polimer türüne ve kullanılan işleme yöntemine bağlı olarak farklı işlevlere sahiptir.

2. Plastik endüstrisinde kullanılan proses yardımcı maddelerinin türleri

Proses yardımcı maddeleri genellikle floropolimerler, hiper dallanmış polimerler ve bor nitrür bazlı malzemelerden üretilir.

1.2. Floropolimer işlem yardımcısı

Florlu işleme yardımcıları, LLDPE ve HDPE dahil olmak üzere polietilende erime kırılma kusurlarını ortadan kaldırma yetenekleriyle iyi bilinmektedir. Bu katkı maddeleri, yüksek kaliteli ürünler elde etmek için kritik öneme sahip olan işleme sırasında düzgün bir polimer akışının korunmasına yardımcı olur. Bu malzemeler, ekstrüzyon basınçlarını önemli ölçüde azaltabilir, polimer üretimini artırabilir ve kalıp sarkmasını (kalıp ağzında malzeme birikmesi) önleyebilir.

2.2.Hibrodallanmış polimerler (HBP’ler)

Bu malzemeler, işleme ekipmanı ile polimer eriyiği arasındaki arayüzde yağlayıcı bir tabaka oluşturarak çalışır. Bu dinamik kaplama, işleme sırasında kayma gerilimini azaltır, çıktı ürünlerinin yüzey morfolojisini iyileştirir ve polimer ekstrüzyon işlemlerinde yaygın bir sorun olan “köpekbalığı derisi” gibi kusurların ortadan kaldırılmasına yardımcı olur.

Şekil 1 – Soldan sağa, hiper dallı polimer P3Ga içeren ekstrüde LLDPE lifleri. Saf LLDPE numunesi ve sırasıyla %0,05, %0,1, %0,5 ve %10 işleme yardımcı katkı maddesi içeren numuneler.

3.2. Bor Nitrür (NB) Proses Yardımcısı

Bu malzemeler, işlem ekipmanı ile işlenen malzeme arasında yağlayıcı bir tabaka oluşturarak çalışır. Bu tabaka sürtünmeyi ve aşınmayı azaltarak işlemlerin daha sorunsuz yürütülmesini ve bitmiş ürünlerin kalıplardan veya ekstrüzyon kalıplarından kolayca çıkarılmasını sağlar. Bor nitrürün benzersiz yapısı, yüksek basınç ve sıcaklıklarda özelliklerini korumasını sağlayarak zorlu işlem ortamları için güvenilir bir seçim haline getirir. Kısacası, bor nitrür işlem yardımcıları, termal kararlılıkları, yağlayıcı özellikleri, kimyasal dirençleri ve aşındırıcı olmamaları nedeniyle çeşitli endüstriyel uygulamalarda değerli malzemelerdir ve üretim süreçlerinde verimliliği ve ürün kalitesini artırmaya yardımcı olurlar.

3. Proses yardımcı katkı maddelerinin işlevleri

1.3. İşlenebilirliğin İyileştirilmesi

Proses yardımcıları, polimerlerin akış özelliklerini iyileştirir ve işleme sırasında sürtünmeyi azaltır. Bu, özellikle LDPE, LLDPE, HDPE ve PVC gibi yüksek viskoziteli veya yüksek moleküler ağırlıklı polimerler için önemlidir. Erime kırılması, ekstrüder kalıbında malzeme birikmesi ve jelleşme gibi ürün kalitesini ve üretim verimliliğini tehlikeye atabilecek işleme sorunlarını azaltmaya yardımcı olurlar.

2.3. Proses kusurlarının azaltılması

Proses yardımcıları, makinelerden daha sorunsuz bir akış sağlayarak proses hatalarını azaltmaya yardımcı olur. Bu da üretim hızlarının artmasına ve üretim döngüsü sürelerinin kısalmasına yol açar; bu da rekabetçi sektörlerde kritik öneme sahiptir.

Şekil 2 – Saf LLDPE numunesinde köpekbalığı derisi etkisinin mikroskobik görüntüleri. A) Köpekbalığı derisi etkisi olmayan sağlıklı numune. B) Pirinç kalıpta köpekbalığı derisi görünümlü numune. C) Çelik kalıpta köpekbalığı derisi görünümlü numune.

2.3. Ürün kalitesini artırmak

Proses yardımcı maddeleri, nihai polimer ürünlerinin yüzey kalitesini, şeffaflığını ve mekanik özelliklerini iyileştirir. Örneğin, akrilik bazlı katkı maddeleri, PVC üretiminde ürünün yüzey kalitesini iyileştirmek için yaygın olarak kullanılır ve bu da daha yüksek kaliteli ve daha uzun ömürlü ürünler elde edilmesini sağlar.

References:

[1]Kutz, M. (Ed.). (2011). Applied plastics engineering handbook: processing and materials. William Andrew.

[2] https://patents.google.com/patent/US7341702B2/en

[3]https://www.researchgate.net/publication/238994869_Chain-topology-controlled_hyperbranched_polyethylene_as_effective_polymer_processing_aid_PPA_for_extrusion_of_a_metallocene_linear-low-density_polyethylene_mLLDPE

[4] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0032386100001300

[5] https://patents.google.com/patent/US8648134B2/en

Derleyen: Ma’adeh Pir Gharib Nawaz

Editör: Dr. Mehrnaz Bahadori