Badania procesu wytłaczania oraz wybranych właściwości biokompozytowych folii polietylen/skrobia termoplastyczna

Abstract

Celem rozprawy było określenie wpływu modyfikacji polietylenu małej gęstości skrobią termoplastyczną w zakresie 0-50% na właściwości biokompozycji, jak również na charakterystykę procesu jej wytłaczania z rozdmuchiwaniem swobodnym i właściwo-ści otrzymanych folii rękawowych. Przeprowadzone badania pozwoliły na zidentyfiko-wanie problemów technologicznych występujących podczas wytłaczania z rozdmuchi-waniem swobodnym biokompozycji polietylen/skrobia termoplastyczna, jak również zdefiniowanie zależności pomiędzy warunkami procesu jej wytłaczania i właściwościami otrzymywanej folii. W pierwszym etapie badań doświadczalnych wytworzono na wytłaczarce dwuśli-makowej kompozycje polietylen/skrobia termoplastyczna z dodatkiem kompatybilizatora – polietylenu szczepionego bezwodnikiem maleinowym. Otrzymane granulaty biokom-pozycji zostały poddane badaniom struktury chemicznej, gęstości normalnej, masowego wskaźnika szybkości płynięcia, zależności p-ν-T, właściwości cieplnych oraz zawartości wilgoci. Wykazano, że skrobia termoplastyczna pełni funkcję plastyfikatora polietylenu, pomimo tego, że sama charakteryzuje się gorszą przetwarzalnością. Kompozycja ma większą wartość MFR niż każdy z jej składników osobno. Stwierdzono również wystę-powanie znacznie mniejszych zmian objętości właściwej kompozycji podczas chłodzenia wraz ze wzrostem zawartości skrobi, co ma znaczący wpływ na właściwości folii. Wy-tłoczone biokompozycje, jak i sam granulat skrobi termoplastycznej, charakteryzowały się bardzo niską zawartością wilgoci, poniżej 0,5%. W drugim etapie badań doświadczalnych przeprowadzono proces wytłaczania z rozdmuchiwaniem swobodnym folii, gdzie jako czynniki wejściowe przyjęto zawartość skrobi termoplastycznej w przetwarzanej biokompozycji, stopień rozdmuchiwania rę-kawa foliowego, prędkość obrotową walców odbierających folię oraz temperaturę gło-wicy wytłaczarskiej. Wyznaczono następujące wielkości charakteryzujące proces wytła-czania: masowe natężenie przypływu tworzywa, maksymalną temperaturę wytłoczyny, wysokość linii krzepnięcia tworzywa, natężenie przepływu powietrza chłodzącego, ci-śnienie powietrza wewnątrz rękawa foliowego oraz jednostkowe zużycie energii. Bada-nia wykazały, że obecność skrobi termoplastycznej powoduje nagrzewanie autotermiczne przetwarzanej kompozycji w układzie uplastyczniającym wytłaczarki, a intensywność tego efektu rośnie wraz z jej zawartością. W rezultacie następuje wzrost temperatury wy-tłoczyny oraz podniesienie linii krzepnięcia tworzywa, a w konsekwencji zwiększa się również wymagana efektywność chłodzenia. Zmniejszeniu ulega natomiast jednostkowe zużycie energii, gdyż ciepło generowane przez nagrzewanie autotermiczne zmniejsza pobór mocy czynnej przez grzejniki układu uplastyczniającego i głowicy wytłaczarskiej. Określono czynniki predysponujące rękaw foliowy do utraty stabilności, są to: duża za-wartość skrobi termoplastycznej, mały stopień rozdmuchiwania, mała prędkość obrotowa walców odbierających oraz wysoka temperatura głowicy. W trzecim etapie badań doświadczalnych określono właściwości otrzymanych fo-lii biokompozytowych. Badania obejmowały: strukturę chemiczną, pomiary cech geome-trycznych folii, barwę i połysk, właściwości cieplne, chropowatość zewnętrznej po-wierzchni folii oraz wyznaczenie charakterystyki mechanicznej. Pomimo występującego efektu nagrzewania autotermicznego nie stwierdzono zmian w strukturze chemicznej wy-tłoczonej kompozycji. Cechy geometryczne folii były zależne głównie od stopnia roz-dmuchiwania i prędkości obrotowej walców odbierających folię. Zaobserwowano rów-nież znaczący wpływ zawartości skrobi na grubość folii oraz topografię jej powierzchni, co jest uwarunkowane odmiennym przebiegiem krzywych p-ν-T dla polietylenu i skrobi termoplastycznej. Obecność skrobi w kompozycji powoduje również obniżanie wartości naprężeń przy granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie. Poprawia natomiast wydłużenie przy zerwaniu w kierunku wzdłużnym, co dowodzi dobrego poziomu kom-patybilizacji. Dodatkowo wykazano, że interakcja zawartości skrobi termoplastycznej i prędkości obrotowej walców odbierających wpływa na mechanizm deformacji podczas rozciągania oraz mechanizm przebicia folii. Badania spektrofotometrem pozwoliły na stwierdzenie, że zawartość skrobi wpływa na percepcję barwy tła za pojedynczą warstwą folii. Efekt ten może być zniwelowany poprzez zmniejszenie grubości folii. Wykazano możliwość wytwarzania folii o 50% zawartości skrobi termoplastycznej, która nie będzie miała dostrzegalnego wpływu na barwę tła, ale konieczne jest wtedy stosowanie dużych wartości stopnia rozdmuchiwania i prędkości obrotowej walców odbierających.