L'applicazione dei lubrificanti nei prodotti in plastica

I lubrificanti sono additivi funzionali essenziali nella produzione di materie plastiche. Riducendo l'attrito all'interno del fuso e tra il fuso e l'attrezzatura di lavorazione, migliorano la fluidità di lavorazione, evitano l'adesione del fuso alle attrezzature e prevengono difetti superficiali (come graffi e vaiolature) sul prodotto. Allo stesso tempo, ottimizzano la lucentezza superficiale e le proprietà di sformatura del prodotto. Nella lavorazione della plastica (come stampaggio a iniezione, estrusione, soffiaggio), i lubrificanti possono ridurre la temperatura di lavorazione e il consumo energetico, migliorare l'efficienza produttiva e sono adatti a quasi tutte le categorie di materie plastiche come PE, PP, PVC, PET, ABS, ecc. In base al loro meccanismo d'azione, si dividono in lubrificanti interni (che migliorano la fluidità interna del fuso) e lubrificanti esterni (che riducono l'attrito tra il fuso e l'attrezzatura). Attualmente, si stanno evolvendo verso elevata efficienza, bassa migrazione, compatibilità ambientale e multifunzionalità, che rappresentano il supporto fondamentale per bilanciare la lavorabilità della plastica e la qualità del prodotto.

1、 Il meccanismo centrale dei lubrificanti: ottimizzazione bidirezionale della lavorazione e delle prestazioni

1. Funzione di lubrificazione interna: riduce la viscosità della fusione e migliora la fluidità

I lubrificanti interni hanno una buona compatibilità con le resine plastiche, possono penetrare tra le catene molecolari, indebolire le forze intermolecolari, ridurre l'attrito dei segmenti e abbassare la viscosità della massa fusa:

Effetto: facilita il flusso della plastica durante la lavorazione, riempie gli stampi più completamente (ad esempio per parti stampate a iniezione complesse senza materiali mancanti), riduce la coppia della vite dell'estrusore e la pressione di iniezione;

Prodotti rappresentativi: stearato di butile, adipato di diottile, polietilenglicole;

Scenari di adattamento: estrusione di profili in PVC, produzione di stampaggio a iniezione di PP a pareti sottili, per evitare la deformazione del prodotto causata dalla scarsa fluidità della massa fusa.

2. Funzione di lubrificazione esterna: forma una pellicola isolante, migliora la sformatura e la superficie

I lubrificanti esterni hanno una scarsa compatibilità con la plastica e migrano sulla superficie della massa fusa durante la lavorazione, formando una pellicola lubrificante che isola il contatto diretto tra la massa fusa e l'attrezzatura (viti, stampi).

Effetto: impedisce l'adesione della fusione alle apparecchiature (come rulli di incollaggio di pellicole di estrusione, stampi di incollaggio di parti stampate a iniezione), riduce graffi superficiali e sbavature sui prodotti e migliora la lucentezza della superficie;

Prodotti rappresentativi: acido stearico, stearato di calcio, cera di paraffina, cera di paraffina microcristallina;

Scenari di adattamento: film soffiato in PE, stampaggio a iniezione di gusci di elettrodomestici in ABS, estrusione di tubi in PVC, per garantire una lavorazione continua e fluida e migliorare la qualità dell'aspetto del prodotto.

3. Assistenza collaborativa: bilanciamento di molteplici esigenze

Alcuni lubrificanti hanno altre funzioni, come lo stearato di calcio e lo stearato di zinco, che sono sia lubrificanti esterni sia componenti ausiliari degli stabilizzatori termici del PVC; i lubrificanti a base di glicole polietilenico possono migliorare le proprietà antistatiche delle materie plastiche, ottenendo un effetto sinergico di "lubrificazione+stabilità/antistaticità":

Applicazione tipica: nella produzione di materiali per cavi in ​​PVC, lo stearato di calcio risolve contemporaneamente i problemi di lubrificazione e stabilità termica, semplificando la formula; il lubrificante a base di glicole polietilenico viene utilizzato per pellicole per imballaggio alimentare in PE, bilanciando i requisiti di fluidità e antistaticità.

2、 Tipi di lubrificanti tradizionali e plastiche compatibili: corrispondenza precisa di caratteristiche e scenari

I diversi lubrificanti presentano differenze significative in termini di compatibilità, resistenza al calore ed efficienza di lubrificazione e devono essere selezionati in base al tipo di plastica, alla tecnologia di lavorazione e all'uso del prodotto:

1. Acidi grassi e loro derivati ​​(acido stearico, sali di acido stearico): lubrificanti universali

Vantaggi principali: basso costo, effetto di lubrificazione bilanciato, con funzioni di lubrificazione sia interne che esterne, e alcuni possono contribuire alla stabilità termica;

Prodotti rappresentativi: acido stearico (SA), stearato di calcio (CaSt ₂), stearato di zinco (ZnSt ₂), stearato di magnesio (MgSt ₂);

Adatto per materie plastiche: PE, PP, PVC, ABS;

Applicazioni tipiche: contenitori per il pranzo stampati a iniezione in PP (per migliorare la sformatura), tubi in PVC (antiaderente allo stampo + stabilità termica ausiliaria), giocattoli in ABS (per migliorare la lucentezza superficiale), con una quantità di aggiunta tipica dello 0,1% -1,0%.

2. Lubrificanti esteri (stearato di butile, adipato di diottile): il principale lubrificante interno

Vantaggi principali: buona compatibilità con la resina, elevata efficienza di lubrificazione interna e nessun impatto sulla trasparenza del prodotto;

Plastiche compatibili: PVC, PET, PC, PP trasparente;

Applicazioni tipiche: pellicola trasparente in PVC, preforme per bottiglie di bevande in PET, coperture per lampade in PC, per evitare l'appannamento causato dalla precipitazione di lubrificanti interni, con una quantità aggiunta dello 0,3% -2,0%.

3. Cera di paraffina (cera di paraffina, cera di paraffina microcristallina, cera di polietilene): il lubrificante principale per la lubrificazione esterna

Vantaggi principali: forte effetto di lubrificazione esterna, moderata resistenza al calore (temperatura di lavorazione ≤ 200 ℃), può migliorare significativamente la lucentezza superficiale dei prodotti;

Prodotti rappresentativi: cera di paraffina completamente raffinata, cera di paraffina microcristallina (MPW), cera di polietilene (cera PE);

Plastiche compatibili: PE, PP, ABS, PS;

Applicazioni tipiche: pellicola soffiata per sacchetti della spesa in PE (rullo antiaderente), trafilatura di sacchetti intrecciati in PP (migliora la filamentabilità), rivestimento di elettrodomestici in ABS (migliora la levigatezza della superficie), con una quantità aggiuntiva dello 0,2% -1,5%.

4. Polietere (polietilenglicole PEG): tipo funzionale speciale

Vantaggi principali: compatibilità regolabile, combinazione di funzioni di lubrificazione e antistatiche, bassa migrazione, rispettoso dell'ambiente, conforme agli standard per il contatto con gli alimenti;

Plastiche compatibili: PE, PP, PET, PVC per uso alimentare;

Applicazioni tipiche: pellicole per alimenti in PE, contenitori per il pranzo al microonde in PP, bottiglie per alimenti in PET, per impedire la migrazione del lubrificante e la contaminazione degli alimenti, con una quantità aggiunta dello 0,2% -0,8%.

3、 Pratica applicativa dei lubrificanti nei principali prodotti in plastica: progettazione di formule basate su scenari

1. Prodotti in poliolefina (PE, PP): bilanciamento tra efficienza di lavorazione e qualità superficiale

PE e PP hanno una buona fluidità di lavorazione, ma sono necessari lubrificanti per ottimizzare la sformatura e la lucentezza superficiale. Il composto comunemente utilizzato è paraffina + stearato:

Stampaggio a soffiaggio di film agricoli in PE:

Formula: materia prima PE + 0,3% paraffina microcristallina + 0,2% stearato di calcio + 0,15% antiossidante 1076;

Processo: temperatura del film soffiato di 150-180 ℃, rapporto di soffiaggio di 2,5-3,0;

Effetto: la pellicola non presenta alcun fenomeno di avvolgimento adesivo, la superficie è liscia senza graffi, la trasmissione della luce è superiore all'85% e l'avvolgimento è liscio senza adesione.

Parti stampate a iniezione in PP a parete sottile (come il supporto per telefono):

Formula: materia prima PP + 0,5% cera di polietilene + 0,3% stearato di butile + 0,2% antiossidante 168;

Processo: temperatura di stampaggio a iniezione 180-200 ℃, pressione di stampaggio a iniezione 80-100 MPa;

Effetto: lo stampo riempito con materiale fuso viene riempito rapidamente e completamente, senza segni di carenza o restringimento, la sformatura è fluida e la lucentezza superficiale del prodotto è ≥ 90.

2. Prodotti in PVC: lubrificazione e stabilità termica in sinergia

La temperatura di lavorazione del PVC è prossima alla temperatura di decomposizione ed è necessario un lubrificante per ridurla. Allo stesso tempo, viene utilizzato uno stabilizzante termico, comunemente ottenuto combinando una lubrificazione interna a base di stearato e una lubrificazione esterna a base di stearato:

Estrusione di profili per porte e finestre in PVC:

Formula: resina PVC + 0,8% stearato di butile (lubrificazione interna) + 0,5% stearato di calcio (lubrificazione esterna + stabilità termica ausiliaria) + 2,0% stabilizzante termico composito di calcio e zinco;

Processo: temperatura di estrusione 150-170 ℃, velocità di trazione 5-8 m/min;

Effetto: la superficie del profilo è liscia e priva di imperfezioni, le dimensioni sono stabili, la vite dell'estrusore non presenta accumuli di materiale e l'efficienza produttiva aumenta del 15%.

Estrusione di tubi trasparenti in PVC:

Formula: resina PVC + 1,0% adipato di diottile (lubrificazione interna) + 0,3% acido stearico (lubrificazione esterna) + 1,5% olio di soia epossidico (sinergia plastificante+lubrificazione);

Processo: temperatura di estrusione di 140-160 ℃, temperatura di raffreddamento di 40-50 ℃;

Effetto: il tubo è trasparente e antiappannamento, con una superficie liscia, senza pieghe o aderenze quando viene piegato.

3. Prodotti in plastica ingegneristica (PET, PC, ABS): resistenza alla temperatura e controllo preciso della superficie

La temperatura di lavorazione delle materie plastiche tecniche è elevata (PET: 260-280 ℃, PC: 280-320 ℃), e richiede lubrificanti resistenti alle alte temperature per evitare la decomposizione e compromettere le prestazioni del prodotto:

Stampaggio a iniezione di preforme per bottiglie per bevande in PET:

Formula: materia prima PET+0,4% polietilenglicole (PEG-6000)+0,2% ipofosfito 168;

Processo: temperatura di essiccazione di 160 ℃, temperatura di stampaggio a iniezione di 270-280 ℃;

Effetto: la superficie del flacone grezzo è liscia e priva di segni di colata. Dopo il soffiaggio, il corpo della bottiglia risulta trasparente, senza ingiallimento o graffi, e l'efficienza di sformatura è migliorata del 20%.

Stampaggio a iniezione di gusci di elettrodomestici in ABS:

Formula: resina ABS + 0,6% paraffina microcristallina + 0,4% stearato di zinco + 0,3% antiossidante 1010;

Processo: temperatura di stampaggio a iniezione 220-240 ℃, temperatura dello stampo 60-80 ℃;

Effetto: la lucentezza superficiale del guscio è uniforme, senza graffi o sbavature, e il tasso di ritenzione della resistenza all'impatto è superiore al 95%, soddisfacendo i requisiti di aspetto e prestazioni degli elettrodomestici.

4. Plastiche a contatto con gli alimenti: bassa migrazione, priorità ambientale

Le plastiche a contatto con gli alimenti hanno requisiti rigorosi per la tossicità e la migrazione dei lubrificanti e devono essere selezionati prodotti conformi agli standard GB 9685 e UE n. 10/2011

Stampaggio a iniezione per contenitori per il pranzo al microonde in PP:

Formula: materia prima PP + 0,3% polietilenglicole (PEG-4000) + 0,1% stearato di calcio + 0,1% antiossidante 1010;

Effetto: la quantità di lubrificante migrato è inferiore a 0,01 mg/kg, il che soddisfa gli standard di qualità alimentare. La superficie del portapranzo è liscia e facile da pulire e può resistere al riscaldamento a microonde a 130 °C senza rilasciare alcun odore.

Pellicola soffiata per la conservazione degli alimenti in PE:

Formula: materia prima PE + 0,2% polietilenglicole (PEG-2000) + 0,15% butil stearato;

Effetto: la pellicola non aderisce, ha una superficie liscia e non presenta rischi di migrazione a contatto con gli alimenti, garantendone la freschezza.

4、 Sfide applicative e tendenze di sviluppo

1. Sfide esistenti

Difficile equilibrio di compatibilità: un eccesso di lubrificante interno può facilmente precipitare e rendere il prodotto appiccicoso, mentre un eccesso di lubrificante esterno può facilmente migrare e compromettere l'adesione superficiale (ad esempio durante la stampa e la verniciatura);

Adattamento alla temperatura di lavorazione: le materie plastiche tecniche hanno temperature di lavorazione elevate e i lubrificanti comuni sono soggetti a decomposizione e guasti, richiedendo prodotti specializzati resistenti alle alte temperature;

Pressione sulla conformità ambientale: alcuni lubrificanti tradizionali (come lo stearato di metalli pesanti) non sono conformi alle norme RoHS dell'UE e al contatto con gli alimenti, limitando gli scenari di fascia alta.

2. Tendenze di sviluppo

Efficiente e a bassa migrazione: sviluppare lubrificanti ad alto peso molecolare (come la cera di polietilene modificata), ridurre la migrazione attraverso l'intreccio delle catene molecolari e adattarsi al confezionamento di alimenti e prodotti farmaceutici;

Ecocompatibili e multifunzionali: sviluppo di lubrificanti di origine biologica (come derivati ​​dell'olio di ricino e cera vegetale) che sono atossici e biodegradabili, ma possiedono anche funzioni lubrificanti, antiossidanti e antistatiche;

Adattamento di precisione: sviluppare lubrificanti specializzati resistenti alle alte temperature per plastiche specifiche (come PC e PET lavorati ad alte temperature) e sviluppare lubrificanti antiappannamento per prodotti trasparenti;

Integrazione composita: sviluppare additivi compositi "lubrificazione+stabilità termica+antiossidanti", semplificare le formule, ridurre i costi di lavorazione, come prodotti complessi di sali di acido stearico e antiossidanti.

5、 Riepilogo: Lubrificanti - il "equilibrio collegato tra lavorazione della plastica e qualità

Dallo stampaggio a soffiaggio fluido di film in PE, all'estrusione stabile di profili in PVC, fino all'aspetto raffinato delle scocche degli elettrodomestici in ABS, i lubrificanti sono diventati la chiave per bilanciare efficienza e qualità nella produzione di materie plastiche, ottimizzando la fluidità di lavorazione, migliorando la sformatura e migliorando la qualità superficiale. Non sono solo un aiuto alla lavorazione, ma influenzano direttamente anche il tasso di qualificazione dei prodotti in plastica (ad esempio, riducendo i difetti superficiali), i costi di produzione (ad esempio, riducendo il consumo energetico) e gli scenari applicativi (ad esempio, la conformità al contatto con gli alimenti). In futuro, con i progressi nella ricerca e nello sviluppo di lubrificanti multifunzionali efficienti, a bassa migrazione ed ecocompatibili, l'industria della plastica sarà ulteriormente promossa verso uno sviluppo di fascia alta e green, fornendo supporto alla produzione di prodotti in plastica più richiesti.