Introducción a las poliolefinas y la extrusión de películas
Las poliolefinas, una clase de materiales macromoleculares sintetizados a partir de monómeros olefínicos como el etileno y el propileno, son los plásticos más producidos y utilizados a nivel mundial. Su prevalencia se debe a una combinación excepcional de propiedades, como su bajo coste, excelente procesabilidad, extraordinaria estabilidad química y características físicas adaptables. Entre las diversas aplicaciones de las poliolefinas, las películas ocupan un lugar destacado, cumpliendo funciones esenciales en el envasado de alimentos, recubrimientos agrícolas, envases industriales, productos médicos e higiénicos, y bienes de consumo diario. Las resinas de poliolefina más comunes empleadas para la producción de películas incluyen el polietileno (PE), que abarca el polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), el polietileno de baja densidad (LDPE) y el polietileno de alta densidad (HDPE), y el polipropileno (PP).
La fabricación de películas de poliolefina se basa principalmente en la tecnología de extrusión, siendo la extrusión de película soplada y la extrusión de película fundida los dos procesos principales.
1. Proceso de extrusión de película soplada
La extrusión de película soplada es uno de los métodos más comunes para producir películas de poliolefina. El principio fundamental consiste en extruir verticalmente un polímero fundido hacia arriba a través de una matriz anular, formando un parisón tubular de paredes delgadas. Posteriormente, se introduce aire comprimido en el interior de este parisón, lo que provoca que se infle formando una burbuja con un diámetro significativamente mayor que el de la matriz. A medida que la burbuja asciende, se enfría y solidifica forzosamente mediante un anillo de aire externo. La burbuja enfriada se colapsa mediante un conjunto de rodillos de presión (a menudo mediante un marco colapsable o un marco en A) y posteriormente se estira mediante rodillos de tracción antes de enrollarse en un rollo. El proceso de película soplada generalmente produce películas con orientación biaxial, lo que significa que presentan un buen equilibrio de propiedades mecánicas tanto en la dirección de la máquina (MD) como en la dirección transversal (TD), como la resistencia a la tracción, la resistencia al desgarro y la resistencia al impacto. El espesor de la película y las propiedades mecánicas se pueden controlar ajustando la relación de soplado (BUR: relación entre el diámetro de la burbuja y el diámetro de la matriz) y la relación de extracción (DDR: relación entre la velocidad de recogida y la velocidad de extrusión).
2. Proceso de extrusión de película fundida
La extrusión de película fundida es otro proceso vital para la producción de películas de poliolefina, especialmente indicada para la fabricación de películas que requieren propiedades ópticas superiores (p. ej., alta claridad y alto brillo) y una excelente uniformidad de espesor. En este proceso, el polímero fundido se extruye horizontalmente a través de una matriz plana de ranura en T, formando una banda fundida uniforme. Esta banda se extiende rápidamente sobre la superficie de uno o más rodillos de enfriamiento de alta velocidad con refrigeración interna. La masa fundida se solidifica rápidamente al entrar en contacto con la superficie del rodillo. Las películas fundidas generalmente poseen excelentes propiedades ópticas, un tacto suave y una buena termosellabilidad. El control preciso de la separación del labio de la matriz, la temperatura del rodillo de enfriamiento y la velocidad de rotación permite una regulación precisa del espesor de la película y la calidad de la superficie.
Los 6 principales desafíos de la extrusión de películas de poliolefina
A pesar de la madurez de la tecnología de extrusión, los fabricantes se enfrentan con frecuencia a una serie de dificultades de procesamiento en la producción práctica de películas de poliolefina, especialmente al buscar alta producción, eficiencia, espesores más delgados y al utilizar nuevas resinas de alto rendimiento. Estos problemas no solo afectan la estabilidad de la producción, sino que también inciden directamente en la calidad y el coste del producto final. Los principales desafíos incluyen:
1. Fractura por fusión (piel de tiburón): Este es uno de los defectos más comunes en la extrusión de películas de poliolefina. Macroscópicamente, se manifiesta como ondulaciones transversales periódicas o una superficie irregularmente rugosa en la película, o en casos graves, distorsiones más pronunciadas. La fractura por fusión ocurre principalmente cuando la velocidad de cizallamiento del polímero fundido que sale del molde supera un valor crítico, lo que provoca oscilaciones de adherencia-deslizamiento entre la pared del molde y el material fundido, o cuando la tensión de extensión a la salida del molde supera la resistencia del material fundido. Este defecto compromete gravemente las propiedades ópticas de la película (claridad, brillo), la suavidad de la superficie y también puede degradar sus propiedades mecánicas y de barrera.
2. Acumulación de material en el molde: Se refiere a la acumulación gradual de productos de degradación del polímero, fracciones de bajo peso molecular, aditivos mal dispersos (p. ej., pigmentos, agentes antiestáticos, agentes deslizantes) o geles de la resina en los bordes del molde o dentro de su cavidad. Estos depósitos pueden desprenderse durante la producción, contaminando la superficie de la película y causando defectos como geles, vetas o rayones, lo que afecta la apariencia y la calidad del producto. En casos graves, la acumulación en el molde puede bloquear la salida del molde, lo que provoca variaciones de espesor, desgarro de la película y, en última instancia, obliga a detener la línea de producción para la limpieza del molde, lo que resulta en pérdidas significativas de eficiencia de producción y desperdicio de materia prima.
3. Alta presión de extrusión y fluctuaciones: En determinadas condiciones, especialmente al procesar resinas de alta viscosidad o al utilizar holguras de matriz más pequeñas, la presión dentro del sistema de extrusión (especialmente en el cabezal y la matriz de la extrusora) puede ser excesivamente alta. Una presión alta no solo aumenta el consumo de energía, sino que también pone en riesgo la vida útil del equipo (p. ej., tornillo, cilindro, matriz) y la seguridad. Además, las fluctuaciones inestables en la presión de extrusión causan variaciones directas en la salida de la masa fundida, lo que resulta en un espesor de película no uniforme.
4. Rendimiento limitado: Para prevenir o mitigar problemas como la fractura de la masa fundida y la acumulación de material en la matriz, los fabricantes a menudo se ven obligados a reducir la velocidad del tornillo de la extrusora, lo que limita la producción de la línea de producción. Esto afecta directamente la eficiencia de la producción y el coste de fabricación por unidad de producto, lo que dificulta satisfacer la demanda del mercado de películas de bajo coste y a gran escala.
5. Dificultad en el control del espesor: La inestabilidad del flujo de fusión, la distribución no uniforme de la temperatura en el molde y la acumulación de material en el molde pueden contribuir a variaciones en el espesor de la película, tanto transversal como longitudinalmente. Esto afecta el rendimiento posterior del procesamiento de la película y sus características de uso final.
6. Cambio de resina difícil: Al cambiar entre diferentes tipos o grados de resinas de poliolefina, o al cambiar los masterbatches de color, suele ser difícil purgar completamente el material residual de la producción anterior de la extrusora y la matriz. Esto provoca la mezcla de materiales antiguos y nuevos, lo que genera material de transición, prolonga los tiempos de cambio y aumenta la tasa de desperdicios.
Estos desafíos comunes de procesamiento limitan los esfuerzos de los fabricantes de películas de poliolefina para mejorar la calidad del producto y la eficiencia de la producción, y también obstaculizan la adopción de nuevos materiales y técnicas de procesamiento avanzadas. Por lo tanto, la búsqueda de soluciones eficaces para superar estos desafíos es crucial para el desarrollo sostenido y próspero de toda la industria de extrusión de películas de poliolefina.
Los auxiliares de procesamiento de polímeros (PPA) son aditivos funcionales cuyo valor principal radica en mejorar el comportamiento reológico de los polímeros fundidos durante la extrusión y modificar su interacción con las superficies de los equipos, superando así una serie de dificultades de procesamiento y mejorando la eficiencia de la producción y la calidad del producto.
1. PPA basados en fluoropolímeros
Estructura y características químicas: Actualmente, constituyen la clase de PPA más utilizada, tecnológicamente madura y de eficacia demostrada. Suelen ser homopolímeros o copolímeros basados en monómeros de fluoroolefina, como el fluoruro de vinilideno (VDF), el hexafluoropropileno (HFP) y el tetrafluoroetileno (TFE), siendo los fluoroelastómeros los más representativos. Las cadenas moleculares de estos PPA son ricas en enlaces CF de alta energía de enlace y baja polaridad, lo que les confiere propiedades fisicoquímicas únicas: energía superficial extremadamente baja (similar al politetrafluoroetileno/Teflon®), excelente estabilidad térmica e inercia química. Esencialmente, los PPA de fluoropolímero generalmente presentan poca compatibilidad con matrices de poliolefina apolares (como PE y PP). Esta incompatibilidad es un requisito clave para su migración efectiva a las superficies metálicas de la matriz, donde forman un recubrimiento lubricante dinámico.
Productos representativos: Entre las marcas líderes en el mercado global de PPA de fluoropolímero se encuentran las series Viton™ FreeFlow™ de Chemours y Dynamar™ de 3M, que cuentan con una cuota de mercado significativa. Además, ciertos grados de fluoropolímero de Arkema (serie Kynar®) y Solvay (Tecnoflon®) también se utilizan como componentes clave en formulaciones de PPA.
2. Auxiliares de procesamiento a base de silicona (PPA)
Estructura química y características: Los principales componentes activos de esta clase de PPA son los polisiloxanos, comúnmente conocidos como siliconas. La estructura principal del polisiloxano consiste en átomos alternados de silicio y oxígeno (-Si-O-), con grupos orgánicos (típicamente metilo) unidos a los átomos de silicio. Esta singular estructura molecular confiere a los materiales de silicona una tensión superficial muy baja, excelente estabilidad térmica, buena flexibilidad y propiedades antiadherentes frente a diversas sustancias. Al igual que los PPA de fluoropolímero, los PPA a base de silicona funcionan migrando a las superficies metálicas del equipo de procesamiento para formar una capa lubricante.
Características de la aplicación: Si bien los PPA de fluoropolímero dominan el sector de la extrusión de películas de poliolefina, los PPA a base de silicona pueden presentar ventajas únicas o crear efectos sinérgicos al utilizarse en aplicaciones específicas o en combinación con sistemas de resina específicos. Por ejemplo, podrían considerarse para aplicaciones que requieren coeficientes de fricción extremadamente bajos o donde se desean características superficiales específicas para el producto final.
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Hora de publicación: 15 de mayo de 2025
