CaCO₃ придает белый цвет, а, значит, чем больше его используется, тем больше экономится TiO₂, но он же превращает красное внутреннее покрытие контейнеров в розовое. Может потребоваться большее количество красителя, или же красный краситель должен быть более темно красным.

Продолжение. Начало в статье «ДОБАВКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ ПАКЕТОВ (ЧАСТЬ I)»

CaCO₃ впервые начали вводить в пленку для изготовления пакетов в 1988 г., когда была нехватка полиэтилена при повышении цены на смолу вдвое с 25¢ до 50¢ за фунт.

В 1989-90 гг. цена на полиэтилен снова снизилась, и стала ниже цены на CaCO₃. Использование наполнителя сократилось, но не прекратилось полностью, поскольку при низких концентрациях оно может повысить производительность.

Если измерять производительность в фунтах в час, более высокая плотность наполненной пленки будет иметь очевидное значение. Относительный удельный вес CaCO₃ составляет 2.71 г/куб. см., это примерно в три раза больше, чем у полиэтилена, который имеет плотность 0.92 - 0.97.

Но линейная производительность в футах в часах также увеличивается, поскольку CaCO₃ увеличивает теплоотдачу, т. е. он нагревается и охлаждается быстрее, чем полиэтилен. Теплопроводность CaCO₃ в пять раз выше теплопроводности полиэтилена, поэтому компаунды с CaCO₃ плавятся и затвердевают быстрее, чем не наполненная смола. “И этого можно ожидать на каждый процент увеличения количества CaCO₃, Вы будете получать один процент повышения линейной производительности в футах в час”, - говорит Гай из Omya.

Более быстрое охлаждение означает и более низкий порог замерзания, и, следовательно, рукав более стабилен, а это еще одно преимущество для обработчиков LLDPE, у которых производительность часто ограничена устойчивостью рукава. Гай говорит, что из-за этой особенности добавление 25% CaCO₃ может увеличить производительность для некоторых LLDPE на 50%.

Производительность еще больше увеличивается при использовании стандартного гладкого отверстия на экструдере, а не питательного отверстия с нарезкой, поскольку экструдеры с нарезной зоной питания уже осуществляют подачу с высокой скоростью. Как рассказывает Руис из Heritage, при использовании машины с гладким отверстием, закачивание происходит после того, как материал расплавится, поэтому закачивание материала, который быстрее плавится, происходит эффективнее.

При использовании LLDPE повышение производительности зависит от сомономера. В компании Heritage сообщают, что добавление 20% CaCO₃, повышает производительность экструзии на 22% для гексенового сополимера, на 39% для октенового и на 47% для бутенового. Хотя больше всего производительность повышается при использовании бутенового полимера, свойства в наибольшей степени улучшаются при использовании гексенового.

По мере того, как уровень концентрации CaCO₃ в HMW-HDPE  повышается с 10% до 20%, скорость вращения шнека и производительность могут быть увеличены при примерно одних и тех же энергозатратах. (Фото: Hosokawa Alpine)

Объемное расширение в экструдере и разбухание экструдируемого потока различны при более высоких концентрациях CaCO₃, который не очень сильно расширяется при нагревании. Чистый LLDPE разбухает с плотности в твердом состоянии 0.920 г/куб. см до 0.70 г/куб. см в расплаве. LLDPE при 25% CaCO₃ имеет плотность 1.06 г/куб. см в холодном состоянии и 0.85 г/куб. см в расплаве.

Если у Вас в экструдере находится на 10% - 20% меньше смолы, которая проходит через этап плавления, Вы можете сэкономить энергию, и расплав, в конечном счете, получится более холодным. Полиэтилен с более высокими концентрациями CaCO₃ также экструдируется при более низком давлении и использует меньше амперной нагрузки двигателя, а это означает, что можно увеличить скорость шнека и, следовательно, линейную производительность пленки, не увеличивая энергозатрат. “При более высоких концентрациях CaCO₃ бывает меньше бросков напряжения и давления, поэтому процесс обработки протекает легче”, - говорит Хэнк Борнхоффт, менеджер продаж компании Kiefel.

При проведении испытаний на Hosokawa Alpine, Heritage Plastics показала, что по мере того, как содержание CaCO₃ повышается с 10% до 20% в пленке из HMW-HDPE, скорость вращения экструдера может быть увеличена, в то время как энергозатраты двигателя остаются на том же уровне, или же даже уменьшаются. При скоростях вращения шнека 70 и 115 оборотов в минуту, амперная нагрузка была практически одной и той же при концентрациях CaCO₃ в 10 и 20%.

Более того, производительность возрастает при более высоких концентрациях при обеих скоростях вращения шнека и той же самой или же более низкой амперной нагрузке. При 115 оборотах в минуту производительность увеличивается с 300 фунтов в час без наполнителя до 320 фунтов в час при 10% CaCO₃ и 350 фунтов в час при 20%. При скорости вращения шнека 70 оборотов в минуту производительность повышается с 189 фунтов в час без наполнителя до 202 фунтов в час при 10% и 223 фунтов в час при 20% CaCO₃.

Технологии по переработке, такие как высокоскоростное нанесение печати или производство пакетов, будут реализовываться быстрее при использовании более наполненной пленки, поскольку CaCO₃ выравнивает толщину пленки. Повышенный коэффициент трения пакетов из наполненного HDPE также облегчает их штабелирование.

Экономия на добавках

Добавление в пленку более высоких концентраций CaCO₃ может снизить объем необходимых красителей, антиадгезивных добавок и добавок, улучшающих скольжение, а это позволяет еще более снизить затраты. Так, например, обработчик, который добавляет 20% CaCO₃, может снизить степень скольжения в зависимости от толщины и применения. Использование меньшего количества добавок, улучшающих скольжение, улучшает атмосферу на предприятии, поскольку производится меньше синего дыма и пыли при производстве пакетов.

И компании, производящие товарные компаунды, и компании, осуществляющие собственное производство при производителях пленок, расширяют мощности по производству концентратов наполнителей. Компания Heritage Plastics приобрела питатели K-Tron для нового предприятия по производству компаундов, которое открывается в следующем месяце.

Сопротивление слипанию так сильно повышается при более высоких концентрациях CaCO₃ , что может и совсем не понадобиться добавка, улучшающая скольжение. В Heritage сообщают, что пакеты из октенового LLDPE хорошо открываются уже при 5% и более CaCO₃, в то время как пакеты из гексенового LLDPE легко открываются при 10% CaCO₃ и более–и все это без использования добавки, улучшающей скольжение.

CaCO₃ является природным отбеливателем, и он делает другие красители более интенсивными и яркими. При 7% - 10% CaCO₃ в HDPE, можно снизить концентрацию TiO2 примерно на 25%, а это существенная экономия для белых пакетов-маек. Тем не мене, для некоторых красителей могут потребоваться более высокие концентрации при использовании с CaCO₃. Так, например, красные внутренние покрытия контейнеров для медицинских отходов становятся розовыми при использовании CaCO₃, так что здесь может потребоваться больше красного красителя или же более темный оттенок красного для того, чтобы замаскировать присутствие CaCO₃.

Модификации оборудования

Обработчики говорят, что для линий по производству экструзионно-раздувной пленки не нужны никакие модификации для использования CaCO₃, кроме дополнительного питателя для подачи добавок. Повышается износ шнека, но при небольших концентрациях CaCO₃ он не так и велик. CaCO₃ умеренно абразивный материал, но он значительно менее абразивен, чем антиадгезивные добавки (двуокись кремния и диатомитовая земля) или же TiO₂, которую он заменяет. CaCO₃ имеет твёрдость по Моосу 3 по сравнению с 7 для диатомитовой земли или 5.5 для TiO₂.

Некоторые обработчики, которые используют 10% - 15% наполнителя, говорят, что они наблюдают усиление износа, а другие говорят, что этого не происходит. По словам Руиса из Heritage, необходимы лишь небольшая очистка и промывка головки. В компании Heritage Bag используют в качестве вещества для очистки с временным прекращением эксплуатации смесь 50/50 концентрата CaCO₃ и не наполненного полиэтилена.

Поставщики установок говорят, что при использовании более высоких концентраций наполнителя может потребоваться отношение длины и диаметра с большим значением длины L/D (25 - 30:1), а также барьерные шнеки для обеспечения лучшего смешивания. “Некоторые компании, производящие пленки из HDPE, увеличили соотношение длины и диаметра и добавили барьерные шнеки, чтобы облегчить смешивание”, - говорит Дэвид Нунес, президент Alpine American. “Но в этом нет необходимости”.

Экструдеры от Alpine, которые преимущественно используются производителями пленки для изготовления пакетов, обычно имеют отношение длины и диаметра 25:1. У экструдеров от Kiefel оно составляет 26:1 или 30:1. Компания Inteplast использует преимущественно более старые экструдеры от Kiefel с отношением 20:1. В компании Hilex, в которую теперь входят бывшие предприятия Sunoco и Vanguard, используют экструдеры от Alpine и Kiefel. Компания Heritage Bag использует, по большей части, экструдеры от Gloucester 24:1 и от Alpine 25:1. На бывших предприятиях Himolene, приобретенных Heritage, используются экструдеры от Reifenhauser с отношением 30:1 и от Аlpine с отношением 21:1.

Более быстрые нагревание и охлаждение при использовании CaCO₃ означают, что сварка пакетов происходит при более низких температурах, и что они ведут себя по-разному в  установках для сварки. Как отмечает Руис из Heritage, операторы обычно повышают нагревание, чтобы преодолеть проблемы со сваркой, но при высоких концентрациях CaCO₃, им может вместо этого понадобиться снижение температуры.

CaCO₃ повышает адгезию типографской краски, поэтому для пакетов из высоконаполненной пленки не нужна обработка коронным разрядом для выполнения простого нанесения печати, при котором не нужно испытание на отслаивание с помощью липкой ленты. Компания Heritage Bag наносит черным цветом идентификационную информацию продукта на внутреннее покрытие контейнеров без обработки коронным разрядом.

И, наконец, при использовании концентрата CaCO₃ по-другому протекает погрузка/разгрузка материала, потому что он очень тяжелый. Руис говорит, что один из обработчиков как-то загрузил в бункер слишком много материала, и кончилось тем, что “он приобрел грушевидную форму, и из него сыпались гранулы”. При транспортировке концентрата CaCO₃ железнодорожные вагоны обычно заполняются только наполовину.

Продолжение. Начало в статье «ДОБАВКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ ПАКЕТОВ (ЧАСТЬ I)»

www.polymery.ru