أخبار

مقدمة عن البولي أوليفينات وبثق الأغشية

البولي أوليفينات، وهي فئة من المواد الجزيئية الكبيرة المصنعة من مونومرات الأوليفين مثل الإيثيلين والبروبيلين، تُعدّ من أكثر أنواع البلاستيك إنتاجًا واستخدامًا على مستوى العالم. ويعود انتشارها الواسع إلى مزيج استثنائي من الخصائص، بما في ذلك انخفاض التكلفة، وسهولة التصنيع، والاستقرار الكيميائي المتميز، وإمكانية تعديل الخصائص الفيزيائية. ومن بين التطبيقات المتنوعة للبولي أوليفينات، تحتل منتجات الأغشية مكانة بارزة، إذ تؤدي وظائف حيوية في تغليف المواد الغذائية، والأغطية الزراعية، والتغليف الصناعي، والمنتجات الطبية ومنتجات النظافة، والسلع الاستهلاكية اليومية. وتشمل أكثر راتنجات البولي أوليفين شيوعًا المستخدمة في إنتاج الأغشية البولي إيثيلين (PE) - بما في ذلك البولي إيثيلين الخطي منخفض الكثافة (LLDPE)، والبولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE)، والبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) - والبولي بروبيلين (PP).

يعتمد تصنيع أغشية البولي أوليفين بشكل أساسي على تقنية البثق، حيث يعتبر بثق الأغشية المنفوخة وبثق الأغشية المصبوبة العمليتين الأساسيتين.

1. عملية بثق الأغشية المنفوخة

يُعدّ بثق الأغشية المنفوخة من أكثر الطرق شيوعًا لإنتاج أغشية البولي أوليفين. يقوم مبدأ هذه العملية على بثق بوليمر منصهر عموديًا لأعلى عبر قالب حلقي، مُشكّلًا أنبوبًا رقيق الجدران. بعد ذلك، يُضخّ هواء مضغوط إلى داخل هذا الأنبوب، مما يؤدي إلى انتفاخه مُكوّنًا فقاعة بقطر أكبر بكثير من قطر القالب. أثناء صعود الفقاعة، تُبرّد قسرًا وتُصلّب بواسطة حلقة هواء خارجية. ثم تُضغط الفقاعة المُبرّدة بواسطة مجموعة من بكرات الضغط (غالبًا عبر إطار ضغط أو إطار على شكل حرف A)، ثم تُسحب بواسطة بكرات السحب قبل لفّها على بكرة. تُنتج عملية بثق الأغشية عادةً أغشية ثنائية المحور، أي أنها تُظهر توازنًا جيدًا في الخصائص الميكانيكية في كلٍ من اتجاه الماكينة (MD) والاتجاه العرضي (TD)، مثل قوة الشد، ومقاومة التمزق، وقوة الصدم. يمكن التحكم في سمك الفيلم والخواص الميكانيكية عن طريق ضبط نسبة النفخ (BUR - نسبة قطر الفقاعة إلى قطر القالب) ونسبة السحب (DDR - نسبة سرعة السحب إلى سرعة البثق).

2. عملية بثق الأغشية المصبوبة

يُعدّ بثق الأغشية المصبوبة عملية إنتاجية حيوية أخرى لأغشية البولي أوليفين، وهي مناسبة بشكل خاص لتصنيع الأغشية التي تتطلب خصائص بصرية فائقة (مثل الشفافية العالية واللمعان الشديد) وتجانسًا ممتازًا في السماكة. في هذه العملية، يُبثق البوليمر المنصهر أفقيًا عبر قالب مسطح ذي فتحة على شكل حرف T، مُشكِّلًا شبكة منصهرة متجانسة. ثم تُسحب هذه الشبكة بسرعة على سطح واحدة أو أكثر من أسطوانات التبريد عالية السرعة والمبردة داخليًا. يتصلب المصهور بسرعة عند ملامسته سطح الأسطوانة الباردة. تتميز الأغشية المصبوبة عمومًا بخصائص بصرية ممتازة، وملمس ناعم، وقابلية جيدة للحام الحراري. يتيح التحكم الدقيق في فجوة حافة القالب، ودرجة حرارة أسطوانة التبريد، وسرعة الدوران، تنظيمًا دقيقًا لسماكة الغشاء وجودة سطحه.

أهم 6 تحديات في عملية بثق أغشية البولي أوليفين

على الرغم من نضج تقنية البثق، يواجه المصنّعون باستمرار سلسلة من صعوبات المعالجة في الإنتاج العملي لأغشية البولي أوليفين، لا سيما عند السعي لتحقيق إنتاجية عالية وكفاءة وسماكات أقل، وعند استخدام راتنجات جديدة عالية الأداء. لا تؤثر هذه المشكلات على استقرار الإنتاج فحسب، بل تؤثر أيضًا بشكل مباشر على جودة المنتج النهائي وتكلفته. تشمل التحديات الرئيسية ما يلي:

1. تشقق الانصهار (جلد القرش): يُعدّ هذا العيب من أكثر العيوب شيوعًا في عملية بثق أغشية البولي أوليفين. يظهر على المستوى العياني على شكل تموجات عرضية دورية أو سطح خشن غير منتظم على الغشاء، أو في الحالات الشديدة، تشوهات أكثر وضوحًا. يحدث تشقق الانصهار بشكل أساسي عندما يتجاوز معدل قص البوليمر المنصهر الخارج من القالب قيمة حرجة، مما يؤدي إلى تذبذبات انزلاقية بين جدار القالب وكتلة الانصهار، أو عندما يتجاوز إجهاد التمدد عند مخرج القالب قوة الانصهار. يُؤثر هذا العيب سلبًا على الخصائص البصرية للغشاء (الوضوح، اللمعان)، ونعومة سطحه، وقد يُؤدي أيضًا إلى تدهور خصائصه الميكانيكية وخصائص العزل.

٢. تراكم الرواسب على القالب: يشير هذا المصطلح إلى التراكم التدريجي لمنتجات تحلل البوليمر، والجسيمات ذات الوزن الجزيئي المنخفض، والمواد المضافة ضعيفة التشتت (مثل الأصباغ، والمواد المضادة للكهرباء الساكنة، ومواد التزليق)، أو المواد الهلامية من الراتنج على حواف القالب أو داخل تجويفه. قد تنفصل هذه الرواسب أثناء الإنتاج، ملوثةً سطح الفيلم ومسببةً عيوبًا مثل الهلام، والخطوط، والخدوش، مما يؤثر على مظهر المنتج وجودته. في الحالات الشديدة، قد يؤدي تراكم الرواسب على القالب إلى انسداد مخرج القالب، مما يؤدي إلى اختلافات في السماكة، وتمزق الفيلم، وفي النهاية إلى إيقاف خط الإنتاج لتنظيف القالب، مما ينتج عنه خسائر كبيرة في كفاءة الإنتاج وهدر المواد الخام.

3. ارتفاع ضغط البثق وتقلباته: في بعض الظروف، وخاصة عند معالجة الراتنجات عالية اللزوجة أو استخدام فجوات قوالب صغيرة، قد يرتفع الضغط داخل نظام البثق (خاصة عند رأس البثق والقالب) بشكل مفرط. لا يؤدي ارتفاع الضغط إلى زيادة استهلاك الطاقة فحسب، بل يُشكل أيضًا خطرًا على عمر المعدات (مثل البرغي والأسطوانة والقالب) والسلامة. علاوة على ذلك، تتسبب التقلبات غير المستقرة في ضغط البثق بشكل مباشر في اختلافات في كمية المادة المنصهرة الناتجة، مما يؤدي إلى عدم انتظام سُمك الفيلم.

4. محدودية الإنتاجية: لتجنب أو تخفيف مشاكل مثل تشقق المادة المنصهرة وتراكم المواد في القالب، يضطر المصنّعون غالبًا إلى تقليل سرعة لولب البثق، مما يحد من إنتاجية خط الإنتاج. يؤثر هذا بشكل مباشر على كفاءة الإنتاج وتكلفة تصنيع الوحدة الواحدة، مما يصعب تلبية متطلبات السوق للأغشية واسعة النطاق ومنخفضة التكلفة.

5. صعوبة التحكم في سمك الطبقة: قد تُسهم عوامل مثل عدم استقرار تدفق المادة المنصهرة، وعدم انتظام توزيع درجة الحرارة عبر القالب، وتراكم المواد عليه، في حدوث اختلافات في سمك الطبقة، سواءً في الاتجاه العرضي أو الطولي. ويؤثر ذلك على أداء معالجة الطبقة اللاحقة وخصائص استخدامها النهائي.

6. صعوبة تغيير الراتنج: عند التبديل بين أنواع أو درجات مختلفة من راتنجات البولي أوليفين، أو عند تغيير الخلطات اللونية، غالباً ما يصعب التخلص تماماً من المواد المتبقية من الدفعة السابقة من جهاز البثق والقالب. يؤدي ذلك إلى اختلاط المواد القديمة والجديدة، مما ينتج عنه مواد انتقالية، ويطيل أوقات التغيير، ويزيد من معدلات الهدر.

تُقيّد هذه التحديات الشائعة في عمليات التصنيع جهود مُصنّعي أغشية البولي أوليفين لتحسين جودة المنتج وكفاءة الإنتاج، كما تُشكّل عوائق أمام تبنّي مواد جديدة وتقنيات تصنيع متطورة. لذا، يُعدّ البحث عن حلول فعّالة للتغلّب على هذه التحديات أمرًا بالغ الأهمية من أجل التنمية المستدامة والسليمة لصناعة بثق أغشية البولي أوليفين بأكملها.

حلول لعملية بثق أغشية البولي أوليفين: مساعدات معالجة البوليمر (PPAs)

تُعد مساعدات معالجة البوليمر (PPAs) إضافات وظيفية تكمن قيمتها الأساسية في تحسين السلوك الريولوجي لمصاهير البوليمر أثناء البثق وتعديل تفاعلها مع أسطح المعدات، وبالتالي التغلب على مجموعة من صعوبات المعالجة وتعزيز كفاءة الإنتاج وجودة المنتج.

1. فوسفات ثنائي الفينيل متعدد الكلور القائم على الفلوروبوليمر

التركيب الكيميائي والخصائص: تُعدّ هذه الفئة من البوليمرات النشطة (PPAs) حاليًا الأكثر استخدامًا ونضجًا من الناحية التقنية، والأكثر فعاليةً بشكلٍ مُثبت. وهي عادةً ما تكون بوليمرات متجانسة أو بوليمرات مشتركة تعتمد على مونومرات الفلوروأوليفين مثل فلوريد الفينيليدين (VDF) وسداسي فلورو البروبيلين (HFP) ورباعي فلورو الإيثيلين (TFE)، وتُعدّ المطاطات الفلورية الأكثر تمثيلًا لها. تتميز السلاسل الجزيئية لهذه البوليمرات النشطة بوفرة روابط CF ذات طاقة ربط عالية وقطبية منخفضة، مما يُكسبها خصائص فيزيائية وكيميائية فريدة: طاقة سطحية منخفضة للغاية (شبيهة ببولي تترافلورو الإيثيلين/تفلون®)، وثبات حراري ممتاز، وخمول كيميائي. ومن الجدير بالذكر أن بوليمرات الفلوروبوليمر النشطة تُظهر عمومًا توافقًا ضعيفًا مع مصفوفات البولي أوليفين غير القطبية (مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين). ويُعدّ هذا التباين شرطًا أساسيًا لهجرتها الفعّالة إلى الأسطح المعدنية للقالب، حيث تُشكّل طبقة تشحيم ديناميكية.

المنتجات النموذجية: تشمل العلامات التجارية الرائدة في السوق العالمية لمركبات البوليمر الفلوروبوليمرية سلسلة Viton™ FreeFlow™ من Chemours وسلسلة Dynamar™ من 3M، واللتان تستحوذان على حصة سوقية كبيرة. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم بعض أنواع البوليمر الفلوروبوليمري من Arkema (سلسلة Kynar®) وSolvay (Tecnoflon®) كمكونات أساسية في تركيبات مركبات البوليمر الفلوروبوليمرية.

2. مواد مساعدة للمعالجة تعتمد على السيليكون (PPAs)

التركيب الكيميائي والخصائص: المكونات النشطة الرئيسية في هذه الفئة من مواد التشحيم الضوئية هي متعددات السيلوكسان، والمعروفة باسم السيليكونات. يتكون هيكل متعدد السيلوكسان من ذرات السيليكون والأكسجين بالتناوب (-Si-O-)، مع مجموعات عضوية (عادةً ميثيل) مرتبطة بذرات السيليكون. يمنح هذا التركيب الجزيئي الفريد مواد السيليكون توترًا سطحيًا منخفضًا للغاية، وثباتًا حراريًا ممتازًا، ومرونة جيدة، وخصائص غير لاصقة تجاه العديد من المواد. على غرار مواد التشحيم الضوئية المصنوعة من الفلوروبوليمر، تعمل مواد التشحيم الضوئية القائمة على السيليكون عن طريق الهجرة إلى الأسطح المعدنية لمعدات المعالجة لتشكيل طبقة تشحيم.

ميزات التطبيق: على الرغم من هيمنة البوليمرات الفلورية على قطاع بثق أغشية البولي أوليفين، إلا أن البوليمرات الفلورية القائمة على السيليكون قد تُظهر مزايا فريدة أو تُحدث تأثيرات تآزرية عند استخدامها في تطبيقات محددة أو بالاقتران مع أنظمة راتنجية معينة. على سبيل المثال، يمكن النظر فيها للتطبيقات التي تتطلب معاملات احتكاك منخفضة للغاية أو حيث تُطلب خصائص سطحية محددة للمنتج النهائي.

هل تواجهون حظراً على الفلوروبوليمر أو تحديات في توريد مادة PTFE؟

حلول PPA الخالية من PFAS لتحديات بثق أغشية البولي أوليفينإضافات البوليمر الخالية من الفلور من شركة سيليك

تتبنى شركة SILIKE نهجًا استباقيًا مع منتجات سلسلة SILIMER الخاصة بها، حيث تقدم منتجات مبتكرةمواد مساعدة لمعالجة البوليمر خالية من PFAS (PPAs)تتميز هذه المجموعة الشاملة من المنتجات بمركبات PPAs نقية 100% وخالية من مركبات PFAS.إضافات بوليمر PPA خالية من الفلور، وخلطات رئيسية من البولي فينيل أسيتات خالية من مركبات PFAS وخالية من الفلور.بواسطةالاستغناء عن الحاجة إلى إضافات الفلورتُحسّن هذه المواد المُساعدة في عمليات التصنيع بشكلٍ ملحوظ عملية إنتاج البولي إيثيلين الخطي منخفض الكثافة (LLDPE)، والبولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE)، والبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، والبولي إيثيلين الخطي منخفض الكثافة المُعدّل (mLLDPE)، والبولي بروبيلين (PP)، بالإضافة إلى عمليات بثق أغشية البولي أوليفين المختلفة. وتتوافق هذه المواد مع أحدث اللوائح البيئية، كما تُعزز كفاءة الإنتاج، وتقلل من وقت التوقف، وتُحسّن جودة المنتج بشكلٍ عام. وتُضفي مُحسّنات البولي بروبيلين الخالية من مركبات PFAS من SILIKE مزايا عديدة على المنتج النهائي، بما في ذلك منع تشقق المادة المنصهرة (ظاهرة جلد القرش)، وزيادة النعومة، وتحسين جودة السطح.

إذا كنت تعاني من تأثير حظر استخدام الفلوروبوليمر أو نقص مادة PTFE في عمليات بثق البوليمر، فإن SILIKE تقدمبدائل لبوليمرات الفلور PPAs/PTFE, إضافات خالية من مركبات PFAS لتصنيع الأغشيةمصممة خصيصًا لتلبية احتياجاتك، دون الحاجة إلى أي تغييرات في العمليات.