Emmotllament per extrusió per bufat de pel·lícula de polietilè

 

La pel·lícula de polietilè (PE) és la varietat de pel·lícula de plàstic més àmpliament produïda i utilitzada. No és tòxic i inodor, i presenta una gran resistència i tenacitat juntament amb una excel·lent resistència a la humitat i a l'aigua, una bona obertura (antibloqueig) i un rendiment a baixa temperatura, alhora que conserva un cert nivell de transparència. La seva termosegellabilitat és excel·lent, amb una temperatura de segellat relativament baixa d'uns 100 graus, la qual cosa permet una còmoda fabricació de bosses mitjançant calefacció elèctrica. La pel·lícula de PE es produeix directament mitjançant l'emmotllament per extrusió per bufat a partir de pellets de resina de polietilè i, en general, no requereix additius; la coloració es pot aconseguir incorporant masterbatch. Les resines de polietilè per a pel·lícula bufada inclouen polietilè de baixa densitat (LDPE), polietilè lineal de baixa densitat (LLDPE) i polietilè d'alta densitat (HDPE).

 

1) Pel·lícula d'hivernacle agrícola

La pel·lícula d'hivernacle agrícola és una pel·lícula d'ample amplada bufada a partir de LDPE o barreges de LDPE amb LLDPE, normalment pel procés de pel·lícula bufada cap amunt amb un enlairament pla i pla. L'amplada Layflat abasta un ampli rang (menys o igual a 1000 mm o superior o igual a 5000 mm). El gruix típic és de 0,03–0,14 mm, resistència a la tracció superior o igual a 12 MPa i allargament a la ruptura superior o igual al 300%. Aquestes pel·lícules són resistents a la pluja, transmeten la llum i retenen la calor, permetent el cultiu durant tot l'any de verdures i fruites dins d'estructures d'hivernacle. Segons els requisits agronòmics, els principals subtipus funcionals inclouen:

• Pel·lícula d'hivernacle reforçada: es prepara afegint més del 25% en pes de LLDPE a LDPE. La resistència a la tracció es pot augmentar fins a aproximadament 20 MPa i l'allargament a la ruptura superior o igual al 400%. Si la pel·lícula es bufa completament de LLDPE, la resistència es millora encara més, amb una millor resistència a la punxada i una superfície més llisa; el gruix de la pel·lícula es pot reduir entre un 20 i un 30%.

• Pel·lícula d'hivernacle de llarga vida: la pel·lícula ordinària d'hivernacle sol durar entre 0,5 i 1 any. Els graus de llarga vida augmenten la vida útil almenys dues vegades fins a 2-3 anys. S'obtenen afegint 0,3-0,5 parts en massa d'un estabilitzador de llum i 0,1-0,3 parts d'un antioxidant al LDPE; la superfície de LDPE es mulla primer amb oli blanc, després es barreja i es bufa en una pel·lícula.

• Pel·lícula antigoteig d'hivernacle: dissenyada perquè no es formin boira ni gotes a la superfície de la pel·lícula, millorant així la transmissió de la llum i afavorint el creixement dels cultius. Si s'afegeix un tensioactiu adequat o un masterbatch antigoteig, augmenta l'afinitat de la pel·lícula per l'aigua. Nombroses gotes petites s'uneixen en altres més grans que flueixen al llarg de la paret de la pel·lícula fins a terra, eliminant així la boira interna, millorant la transparència i evitant que les gotes caiguin directament sobre els cultius.

2) Pel·lícula de mantell agrícola

La pel·lícula de mulch agrícola fa referència a la pel·lícula de cobertura del sòl. És una pel·lícula de LDPE molt prima feta per modelat per bufat, amb un gruix de 0,008–0,014 mm i una amplada de 600–1000 mm. El mulch transparent i incolor s'utilitza principalment com a pel·lícula per a la cria de plàntules i la cobertura dels cultius per promoure la maduresa primerenca, augmentar els rendiments i controlar les plagues; generalment es fabrica pel mètode de pel·lícula bufada cap amunt. La pel·lícula de mulch funcional es produeix incorporant un 3-5% en pes de colorants al PE per obtenir colors vermell, groc, blau, gris, negre i altres. Així, els diferents cultius reben les bandes espectrals específiques que necessiten, aconseguint una maduresa més primerenca i un major rendiment, supressió de plagues i inhibició de males herbes.

3) Pel·lícula d'embalatge

La pel·lícula d'embalatge de PE es divideix en tipus lleugers i pesats.

• Pel·lícula d'embalatge lleuger: fabricat amb LDPE i s'utilitza principalment per envasar aliments, brioixeria, dolços, verdures, fruites, productes farmacèutics, tèxtils, articles de primera necessitat, roba i productes similars. Per adaptar-se a les línies d'envasament automatitzades, normalment s'afegeixen petites quantitats d'agents antilliscants o antiestàtics. La producció utilitza més habitualment el procés de bufat cap amunt o bufat pla. L'amplada Layflat abasta una àmplia gamma (menys o igual a 70 mm o superior o igual a 1000 mm). El gruix és de 0,02–0,20 mm i la resistència a la tracció és superior o igual a 10 MPa.

• Bosses de samarreta (compra) de HDPE i bosses de roba: molt utilitzades i produïdes principalment pel procés de bufat ascendent. L'amplada plana és de 70 a 1000 mm, el gruix de 0,007 a 0,10 mm i la resistència a la tracció superior o igual a 25 MPa.

• Pel·lícula d'embalatge resistent: feta pel procés de bufat ascendent a partir de LDPE de pes molecular més elevat. El gruix típic és de 0,2-0,35 mm, amb cada bossa capaç de contenir 20-30 kg de contingut. Les aplicacions inclouen envasos de productes agrícoles, matèries primeres químiques, fertilitzants, pesticides, aliments, sucre, sal, productes farmacèutics i tèxtils.

Les resines de LDPE per a pel·lícula bufada presenten un rang de flux de fusió (MFR) relativament ampli de 0,5 a 7 g/10 min i es seleccionen segons l'ús previst de la pel·lícula (vegeu la taula 1-1). Les resines LLDPE per a pel·lícula bufada solen tenir un MFR d'1-2 g/10 min. Els graus de pel·lícula bufada HDPE tenen un MFR de 0,2-1 g/10 min. HDPE té una temperatura de fusió més alta i, dins del rang de canvis de velocitat de cisalla, una viscositat elevada; a causa de la seva estructura molecular lineal, presenta una forta orientació induïda pel flux.

Taula 1-1 Selecció de resines LDPE per a graus de pel·lícula

Grau de cinema	MFR de resina (g/10 min)
Pel·lícula d'embalatge lleuger	2–4
Pel·lícula d'alta transparència	5–7
Pel·lícula de mulch agrícola	4–7
Pel·lícula d'hivernacle	1.5–4.5
Pel·lícula termoretràctil	2–5
Pel·lícula d'embalatge de gran resistència	0.25–0.5

 

 

1) Extrusora

La pel·lícula de LDPE convencional amb una amplada plana superior o igual a 300 mm es fa normalment mitjançant el procés de pel·lícula bufada cap amunt amb enlairament plana plana. El diàmetre del cargol recomanat oscil·la entre 45 i 150 mm. Per a amplades planes superiors a 1 m, es poden utilitzar dues extrusores d'un sol cargol per a la coextrusió de pel·lícules d'amplada ampla. El cargol L/D és de 20 a 30 amb una relació de compressió de 3 a 3,5 i es prefereix un cargol progressiu (canal cònic).

Per a la pel·lícula HDPE, són adequades extrusores de mida més petita, amb cargol L/D de 16-25. Els dissenys de cargols normalment incorporen una secció de cisalla dedicada i una secció de mescla.

2) Cap de morir

La pel·lícula LDPE empra habitualment matrius anulars de mandril espiral o de tipus aranya, amb diàmetres de matriu de 100 a 1000 mm. Quan es requereix una uniformitat de gruix superior, es recomana una matriu giratòria. S'utilitzen tant processos de bufat cap amunt com plans.

La pel·lícula HDPE normalment utilitza una matriu de nucli de mandril espiral. S'ha de tenir cura en el disseny del canal de flux, la geometria en espiral i les dimensions del llavi de la matriu per evitar velocitats de cisalla excessives, que poden provocar fractures de la fosa. A causa d'aquestes característiques de formació, les matrius de pel·lícula HDPE són relativament petites, generalment de 30 a 200 mm de diàmetre.

3) Refrigeració

S'utilitza principalment la refrigeració per anell d'aire. La pressió típica del ventilador és de 4000–8000 Pa amb un cabal d'aire de 15–75 m³/min.

 

1) Temperatura d'extrusió

La temperatura d'extrusió ve determinada principalment pel flux de fusió de la resina de PE-com més alt sigui el MFR, més baixa serà la temperatura requerida. Des del port d'alimentació fins al paquet de pantalla (placa trencadora), les temperatures del barril augmenten progressivament de manera que la temperatura del capçal de la matriu sigui aproximadament igual o 10-20 graus inferior a la temperatura a la punta del cargol. Això promou una paris gruixuda estable i una millor transparència de la pel·lícula. Les temperatures d'extrusió típiques per a les pel·lícules de PE es mostren a la taula 2-1.

Taula 2-1 Temperatures d'extrusió per a pel·lícules de polietilè (graus)

Grau de cinema	Barril Zona 1	Barril Zona 2	Barril Zona 3	Adaptador	Morir
LDPE - Pel·lícula d'embalatge lleuger	120–140	130–140	140–160	150–160	160–170
LDPE – Pel·lícula d'hivernacle	150–170	160–180	170–180	180–190	170–180
LDPE - Pel·lícula d'embalatge de gran resistència	180–200	170–180	180–190	190–200	180–190
Pel·lícula LLDPE	160–180	180–200	200–220	200–220	220–230
Pel·lícula HDPE	200–220	220–240	240–260	250–260	240–250

2) Die Gap

L'espai entre els llavis varia segons el tipus de resina; els intervals representatius es mostren a la taula 2-2. A mesura que augmenta la MFR de resina, es selecciona una bretxa de matriu més petita; a mesura que augmenta el gruix de la pel·lícula objectiu, s'utilitza un buit més gran. Per exemple, per a la pel·lícula LDPE de gran resistència (MFR més baix i calibre més gruixut) es selecciona un espai de matriu d'uns 1,0 mm; per a la pel·lícula de càrrega lleugera de LDPE (MFR més alt i calibre més prim), l'espai de la matriu sol ser de 0,5 a 0,6 mm. Com que la viscositat de fusió del LLDPE és més alta i relativament insensible als canvis en la velocitat de cisalla, la seva temperatura d'extrusió és més alta i el buit de la matriu és significativament més gran que el del LDPE; en cas contrari, pot aparèixer una superfície rugosa de "pell de tauró". Les resines de pel·lícula bufada HDPE tenen un MFR relativament baix, de manera que la bretxa de la matriu és generalment una mica més gran que la del LDPE.

Taula 2-2 Intervals típics de separació de llavi de matriu (mm)

Tipus de pel·lícula	Espai de la matriu (mm)
LDPE	0.5–1.0
LLDPE	1.5–2.5
HDPE	1.2–1.5

3) Relació d'explosió (BUR)

Després de sortir de la matriu anular, el parís gruixut s'infla amb aire comprimit, augmentant el seu diàmetre, reduint-ne el gruix i impartint-ne un dibuix transversal. Una proporció típica d'explosió és de 2 a 5. Si el BUR és massa alt, la bombolla revolotearà, la forma de la bombolla es torna inestable, la uniformitat del gruix es deteriora i la pel·lícula és propensa a trencar-se. A mesura que augmenta la BUR, la resistència a la tracció transversal de la pel·lícula, la resistència a l'esquinçament i la resistència a l'impacte augmenten, però la transparència i la brillantor disminueixen i la resistència a la tracció longitudinal tendeix a disminuir. Els BUR representatius de les pel·lícules PE es mostren a la taula 2-3.

Taula 2-3 Proporcions d'explosió representatives per a pel·lícules PE

Tipus de pel·lícula	BUR típic
LDPE	1.5–3.5
LLDPE	1.5–2.0
HDPE	3.2–6.0

4) Relació de dibuix (direcció de la màquina)

Després que el parís abandona el dau, es guia als rotlles de tirada (nip) i se sotmet a estirar longitudinalment. La velocitat de la línia de transport és generalment de 3 a 5 vegades la velocitat d'extrusió (sortida) de la massa fosa, produint un estirament de 3 a 5 vegades en la direcció de la màquina i un augment marcat de la resistència a la tracció longitudinal. Això beneficia les aplicacions de bosses on predomina la càrrega longitudinal.