Модификация биоразлагаемых пластмасс PLA/PBAT: оптимизация конфигурации винта для минимизации рисков термической деградации

В связи с глобальным внедрением запретов на пластик спрос на биоразлагаемые материалы, такие как ПЛА (полимолочная кислота) и ПБАТ (полибутиленадипат-терефталат), резко возрос. Однако эти полимеры чрезвычайно чувствительны к температуре и сдвиговым усилиям. Во время процесса компаундирования неправильная конфигурация элементов шнека может легко вызвать термическую деградацию, что приведет к снижению вязкости расплава, пожелтению гранул и значительному снижению механических свойств.

В отличие от традиционных ПЭ или ПП, биоразлагаемые пластики склонны к гидролизу и термическому разложению при повышенных температурах.

• Узкое окно переработки: ПЛА обычно перерабатывается при температуре от 170°C до 190°C. Если локальный нагрев от трения (вязкая диссипация) превышает 200°C, молекулярная масса быстро падает.

• Чувствительность к влаге: Даже следовые количества влаги могут вызвать расщепление сложноэфирной связи под высоким давлением. Поэтому эффективность дегазации (вентиляции) является решающим фактором качества конечного продукта.

При выборе и конфигурации двухшнекового экструдера для ПЛА/ПБАТ руководящими принципами являются «низкая температура, низкий сдвиг и высокое распределение».

• Избегайте чрезмерного сдвига: Уменьшите использование нейтральных смесительных блоков под углом 90 градусов. Вместо этого увеличьте количество смесительных блоков с передним транспортированием под углом 30 или 45 градусов, чтобы обеспечить перемешивание во время движения материала, минимизируя накопление тепла из-за длительного времени пребывания.

• Элементы распределительного смешивания: Мы рекомендуем использовать элементы SME (Screw Mixing Element) или TME (Turbine Mixing Element). Эти компоненты эффективно диспергируют добавки (такие как крахмал или CaCO3) без создания чрезмерного трения.

• Технический параметр: Односторонний зазор между элементами шнека и стенкой цилиндра должен поддерживаться в пределах от 0,02 мм до 0,05 мм.

• Цель: Плотный зазор предотвращает обратный поток материала и локальный перегрев, обеспечивая стабильный выход давления и стабильное качество расплава. (Ссылка: Отчет о точности сборки на заводе - Ссылка: #INSP-2023-V3)

Поскольку компаундирование биоразлагаемых материалов часто включает крахмал или другие натуральные наполнители, шнек и цилиндр должны обладать достаточной долговечностью:

• Материал цилиндра: Рекомендуется биметаллический цилиндр с футеровкой из высокохромистого сплава для защиты от истирания натуральными наполнителями.

• Стандарт твердости: Элементы шнека должны достигать твердости 58-64 HRC путем вакуумной закалки для обеспечения долговечности и предотвращения загрязнения конечного продукта металлом.

Для производителей компаундов ПЛА/ПБАТ точность деталей экструдера определяет успех контроля деградации. Оптимизируя геометрию шнека, поддерживая температурную стабильность в пределах +/- 1°C и используя элементы шнека для моделей Coperion или Leistritz с высокой совместимостью, компании могут максимизировать производительность, сохраняя при этом основные механические свойства материала.