บทนำเกี่ยวกับสารช่วยในการแปรรูปโพลิเมอร์ (PPA) และมาสเตอร์แบทช์

1. บทนำเกี่ยวกับสารช่วยในการแปรรูปโพลิเมอร์ (PPA) และมาสเตอร์แบทช์

ในส่วนของปริมาณการใช้ PPA นั้น โดยทั่วไปจะควบคุมระดับ PPA ให้อยู่ระหว่าง 150 ถึง 1500 ppm (โดยน้ำหนัก) โดยมีปริมาณสูงสุดไม่เกิน 2000 ppm เพื่อให้มั่นใจได้ว่ามีการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอและมีประสิทธิภาพเต็มที่ โดยทั่วไปแนะนำให้ใช้มาสเตอร์แบทช์ที่มี PPA 2% ถึง 3%

2. หลักการทำงานของ PPA

ในทางปฏิบัติทางอุตสาหกรรมในปัจจุบันทั่วทั้งยุโรปและอเมริกา มีการใช้สารช่วยในการผลิตที่มีฟลูออโรโพลิเมอร์เป็นส่วนประกอบอย่างแพร่หลายเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของโพลิเมอร์ เมื่อสารเติมแต่งฟลูออโรโพลิเมอร์เหล่านี้ผสมกับโลหะหลอมเหลวในเครื่องอัดรีด แรงตึงผิวจะทำให้สารเหล่านี้เคลื่อนที่ไปยังพื้นผิวของโลหะหลอมเหลวและเกาะติดกับพื้นผิวโลหะของเครื่องอัดรีด ก่อตัวเป็นฟิล์มหล่อลื่น (ดูรูปที่ 1)

[ภาพที่ 1: แผนภาพแสดงหลักการทำงานของสารช่วยในการแปรรูปฟลูออโรโพลิเมอร์]

ที่สำคัญคือ ฟิล์มหล่อลื่นนี้เป็นแบบไดนามิก กล่าวคือ มันถูกพัดพาออกไปอย่างต่อเนื่องในขณะเดียวกันก็ถูกเติมเต็มเข้าไปใหม่ เพื่อให้แน่ใจว่าฟิล์มหล่อลื่นนี้จะก่อตัวขึ้นอย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวโลหะของหัวฉีดเครื่องอัดรีด จะต้องรักษาระดับสารเติมแต่งขั้นต่ำไว้ให้คงที่

3. การประยุกต์ใช้และผลกระทบของ PPA ในกระบวนการผลิตพลาสติก

3.1 การปรับปรุงประสิทธิภาพกระบวนการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการอัดรีด

PPA สามารถลดหรือขจัดปัญหาการสะสมของวัสดุที่แม่พิมพ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยลดเวลาหยุดทำงานเพื่อการบำรุงรักษา และเหมาะสำหรับการแปรรูปพลาสติกหลากหลายชนิด เช่น PE, PP, PEX, PA, PS และ PET นอกจากนี้ยังช่วยลดแรงดันในการอัดรีด ทำให้สามารถใช้ช่องว่างระหว่างแม่พิมพ์ที่แคบลงและอุณหภูมิในการทำงานที่ต่ำลง ซึ่งช่วยประหยัดพลังงาน ยิ่งไปกว่านั้น PPA ยังช่วยเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนของเรซินอีกด้วย

[ภาพที่ 4: การเปรียบเทียบระหว่างกรณีที่ไม่มี PPA และกรณีที่มี PPA]

ซ้าย: ไม่มี PPA (ประสิทธิภาพมาตรฐาน) | ขวา: มี PPA (ความคมชัด/ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น)

ภาพที่ 4 แสดงให้เห็นถึงบทบาทสำคัญของ PPA ในการผลิตฟิล์มสีต่างๆ ซึ่งช่วยให้สามารถเปลี่ยนสีได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องเสียเวลาทำความสะอาดอุปกรณ์นาน

3.2 บทบาทของ PPA ในการปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์การอัดรีด

PPA ช่วยลดการเกิดเจลได้อย่างมีประสิทธิภาพและรับประกันความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์ที่ดีเยี่ยม ช่วยเพิ่มคุณภาพอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการผลิต PE, PP, PEX และมาสเตอร์แบทช์สี นอกจากนี้ PPA ยังช่วยขจัดรอยแตกจากการหลอมเหลวและข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นบนพื้นผิว เช่น ผิวปลาฉลาม จึงช่วยเพิ่มความแข็งแรงต่อแรงกระแทกและความเงางามของพื้นผิวผลิตภัณฑ์ (ดูรูปที่ 5) อีกทั้งยังช่วยรักษาความหนาของผลิตภัณฑ์ให้สม่ำเสมอ ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับกระบวนการผลิตฟิล์มแบบหลายชั้นด้วยการอัดรีดร่วม นอกจากนี้ PPA ยังมีประสิทธิภาพในการกระจายเม็ดสี โดยทำหน้าที่เป็นสารกระจายตัวที่มีประสิทธิภาพ ช่วยให้สีสดใส สม่ำเสมอ และเปลี่ยนสีได้เร็วขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

[ภาพที่ 5: การเปรียบเทียบการแตกร้าวจากการหลอม (แบบมีและไม่มี PPA)]

ซ้าย: มี PPA (พื้นผิวเรียบ) | ขวา: ไม่มี PPA (มีรอยแตกร้าวแบบหนังฉลาม/รอยหลอมละลาย)

3.3 บทบาทของ PPA ในการขยายขอบเขตการคัดเลือกวัตถุดิบ

การใช้ PPA ช่วยให้การแปรรูปพอลิเมอร์ที่มีดัชนีหลอมเหลวต่ำ (เช่น MI

3.4 การเพิ่มประสิทธิภาพปริมาณงาน

PPA สามารถเพิ่มปริมาณการผลิตในกระบวนการอัดรีด โดยแสดงผลอย่างมีนัยสำคัญเมื่อแปรรูปโพลิเมอร์ เช่น PE, PP, PEX, PA และ PS

3.5 การปฏิบัติตามกฎระเบียบ

4. เทคนิคการประมวลผลที่เกี่ยวข้อง ได้แก่:

• กระบวนการเป่าฟิล์ม
• แคสต์ ฟิล์ม โปรดักชั่น
• การขึ้นรูปด้วยการเป่าแบบกลวง
• การอัดขึ้นรูปท่อ/ท่อกลม
• การดึงเส้นใย
• การอัดขึ้นรูปสายไฟและสายเคเบิล
• การอัดขึ้นรูปโปรไฟล์

4.1 หมายเหตุเกี่ยวกับวิธีการบวก PPA:

1. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอนุภาค PPA กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในพอลิเมอร์หลอมเหลว โดยขนาดอนุภาคควรต่ำกว่า 2 ไมครอน
2. โดยทั่วไป จะใช้อุปกรณ์เฉพาะและสูตรผลิตภัณฑ์ในการเตรียม PPA ให้เป็นมาสเตอร์แบทช์ความเข้มข้น 2-3% เพื่อให้กระจายตัวได้อย่างสม่ำเสมอ
3. เมื่อผสมเรซินที่มีค่าดัชนีมวลสารต่ำ (MI) กับมาสเตอร์แบทช์ PPA ควรค่อยๆ ลดความเข้มข้นของ PPA โดยเริ่มจาก 1000 ppm เพื่อหาปริมาณที่เหมาะสมที่สุด
4. เพื่อรักษาสมดุลไดนามิกของสารเคลือบหล่อลื่น PPA บนผนังแม่พิมพ์ ปริมาณ PPA ในเรซินที่ผ่านกระบวนการต้องคงอยู่เหนือขีดจำกัดขั้นต่ำ
5. ต้องใช้ความอดทนในช่วง "เวลาการเคลื่อนตัว" เมื่อเคลือบแม่พิมพ์ ซึ่งเวลานี้ได้รับอิทธิพลจากความเข้มข้นของ PPA อัตราการไหลของวัสดุ สภาพของอุปกรณ์ และคุณสมบัติทางรีโอโลยีของเรซิน
6. ต้องทำความสะอาดสายการผลิตอย่างละเอียดก่อนทำการทดสอบ PPA เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการสะสมของโพลิเมอร์หรือสิ่งปนเปื้อนใดๆ ที่จะส่งผลกระทบต่อผลลัพธ์

4.2 การใช้งานเฉพาะรุ่น:

5. การประยุกต์ใช้ PPA ในกระบวนการขึ้นรูปท่อด้วยการอัดรีด

• ช่วยปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวท่อ (ดูรูปที่ 6)
• ช่วยลดความหนืดที่ปรากฏ แรงเฉือน และแรงดันในการอัดขึ้นรูป (ดูรูปที่ 7 และ 8)
• เพิ่มปริมาณงาน: ภายใต้สภาวะความดันที่เท่ากัน PPA จะเพิ่มผลผลิตและประหยัดพลังงาน (ดูรูปที่ 9 และ 10)
• ช่วยลด/ขจัดปัญหาการสะสมของวัสดุในแม่พิมพ์และการแตกร้าวจากการหลอมละลาย
• ช่วยให้มั่นใจได้ว่าคุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกลจะคงอยู่ (ได้รับการยืนยันโดยการทดสอบ ASTM D2837 1,000 ชั่วโมง และ ISO TR-9080 10,000 ชั่วโมง)

[ภาพที่ 7/8: ผลกระทบของ PPA ต่อแรงดันการอัดรีด]

แกน Y: ความดัน (บาร์) | แกน X: เวลา (นาที)

วัสดุที่ 1: ไม่มี PPA | วัสดุที่ 2: PPA 300 ppm (ความดันลดลง 6%) | วัสดุที่ 3: PPA 600 ppm (ความดันลดลง 13%)

6. ข้อดีของการใช้ PPA ในกระบวนการผลิต PP

ลดการสะสมของคราบและเจลในแม่พิมพ์

การสะสมของวัสดุ (คราบเหนียว) บริเวณทางออกของแม่พิมพ์ทำให้คุณสมบัติทางแสงและทางกลลดลง PPA ช่วยป้องกันการสะสมของวัสดุที่ปากแม่พิมพ์ นอกจากนี้ PPA ยังช่วยลดการเกิดเจลที่เกิดจากข้อบกพร่องของอุปกรณ์ ("มุมอับ") หรือการเสื่อมสภาพจากความร้อน โดยการรักษาสมดุลไดนามิกบนผนังแม่พิมพ์ ป้องกันการสะสมที่นำไปสู่การเชื่อมโยงข้ามและการเกิดเจลออกซิเดชัน

การจัดการการรบกวนจากสารเติมแต่งอื่นๆ

สารเติมแต่งอื่นๆ อาจรบกวนการทำงานของ PPA โดยการขูด การดูดซับ หรือการแย่งพื้นที่บนผนังแม่พิมพ์

• อุปกรณ์กันสั่น: สารกันแสงประเภทอะมีนที่มีหมู่แทนที่ (Hindered Amine Light Stabilizers หรือ HALS) เช่น Chimassorb® 944 แสดงให้เห็นถึงการรบกวนสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิสูง
• เกลือกรด: สารป้องกันการกัดกร่อน เช่น ไฮโดรทัลไซต์ (HT) หรือแคลเซียมสเตียเรต (CaSt) สามารถขัดขวางการดูดซับที่ผนังแม่พิมพ์ได้
• สารป้องกันการจับตัวเป็นก้อน: ซิลิกาและทัลก์สังเคราะห์อาจดูดซับ PPA ได้เนื่องจากมีพื้นที่ผิวสูง
• ไทโอ2: ไทเทเนียมไดออกไซด์ที่ไม่เคลือบผิวจะมีโอกาสเกิดการรบกวนเนื่องจากการดูดซับและการเสียดสีสูงกว่าชนิดที่เคลือบผิว