Antibloqueantes

Agentes Antibloqueo

Los agentes antibloqueantes se utilizan en la industria de las películas de embalaje para evitar que la película se adhiera a sí misma durante el procesamiento, el uso o el almacenamiento en rollos o en cajas de cartón. La temperatura elevada, la presión y el tiempo de procesamiento aumentan la tendencia al bloqueo. Esto es potencialmente costoso porque el mal comportamiento en las líneas de procesamiento puede provocar interrupciones costosas en la producción, junto con la acumulación estática. La película afectada puede destinarse a la fabricación de bolsas de supermercado, bolsas de basura y bolsas para mercancías industriales, alimentos congelados, prendas de vestir, etc. La fuerza que resiste el deslizamiento de dos superficies de película en contacto entre sí es mucho mayor cuando las superficies son lisas (y, por lo tanto, en contacto íntimo sobre un área amplia) que cuando son rugosas. El papel de los agentes antibloqueantes es agrietar ligeramente las superficies de la película, lo que se logra mediante las partículas aditivas que sobresalen de la superficie de la película, de modo que las superficies estén en contacto entre sí en menos puntos.

Antibloques inorgánicos

La elección del aditivo antibloqueo depende del polímero, la calidad de película deseada y si hay un pigmento. Se utilizan varias sustancias inorgánicas, que incluyen sílice precipitada amorfa sintética, tierras de diatomeas, sienita de nefelina, arcilla calcinada, carbonato de calcio recubierto, carbonato de magnesio, sulfato de magnesio, mica, talco y varias zeolitas. Las partículas de carbonato de calcio son aproximadamente esféricas, pero las de sílice son irregulares; mica forma hojas; y el talco es como un plato. Los estabilizadores y otros aditivos pueden adsorberse sobre sílice y otros minerales antibloqueo, lo que reduce la durabilidad de la película a menos que la pérdida del estabilizador activo se compense con un nivel de dosis más alto. Los antibloques están disponibles en forma de masterbatches. El aditivo debe estar muy bien disperso en el polímero portador para evitar tener regiones localizadas donde podría producirse adherencia. Otros rellenos inorgánicos con propiedades antibloqueantes incluyen carbonato de calcio, esferas cerámicas de silicato de alúmina, zeolita, arcilla de caolín, feldespato y mica. Pero hay compensaciones; en la película de PE, el carbonato de calcio, por ejemplo, puede proporcionar la baja fuerza de bloqueo de talco y DE, pero solo cuando se carga a dos o tres veces su concentración (o más), reduciendo la claridad de la película y aumentando su densidad. Al juzgar la idoneidad de un relleno común como CaCO3 como antibloqueo en aplicaciones de película de poliolefina, los investigadores han observado relaciones complicadas entre el tipo de mineral y poliolefina. En un estudio de Heritage Plastics, por ejemplo, LLDPE con 5% de carbonato de calcio de 1 micrón mostró fuerzas de bloqueo cercanas a las de talco y DE. CaCO3 también aumentó la energía superficial del LLDPE, haciéndolo más adecuado para la impresión. Los niveles más altos de carbonato de calcio, hasta un 20%, redujeron la fricción y la fuerza de bloqueo aún más para el PE catalizado con metaloceno pegajoso. Pero en las bolsas de HDPE de alto peso molecular, el carbonato de calcio tiende a aumentar la CoF (aunque esto en realidad puede ser una ventaja en situaciones donde las bolsas están apiladas y no deben deslizarse unas sobre otras). Los agentes antibloqueo inorgánicos consisten en partículas inorgánicas que suelen ser rugosas y mal definidas. Actúan para reducir el CoF al sobresalir físicamente de la superficie de la película. Las partículas ayudan a disminuir el área de contacto entre las capas de la película, lo que reduce la fricción general, lo que facilita la separación de las películas entre sí. Al separar físicamente las capas de película, también disminuyen las diversas interacciones intermoleculares atractivas. Los materiales antibloqueo inorgánicos incluyen sílice, caolín, mica y carbonato de calcio. Sin embargo, el tamaño, la forma, el color y las impurezas variables de las partículas de estos materiales de origen natural tienen un impacto negativo en las propiedades ópticas de las películas, como la turbidez. Esto limita el uso de agentes antibloqueo inorgánicos a aplicaciones comerciales.

DE, diatomita o "sílice natural", proporciona un fuerte antibloqueo a bajas concentraciones y es el siguiente antibloqueo inorgánico más utilizado, aunque su uso probablemente esté disminuyendo. Esta forma de sílice se compone de restos de microorganismos diatomeas de forma irregular. Se ha demostrado que la fuerza de bloqueo de la DE en la película de PE es menor que la del talco cuando cada uno de ellos se usa en concentraciones inferiores al 0,5% (aunque su efecto de bloqueo es aproximadamente igual por encima de esta concentración). En comparación con otros antibloqueo inorgánicos, el DE crea poca turbidez en las películas delgadas, ya que su índice de refracción (1,5) es similar al del PE. El DE tampoco tiende a absorber otros aditivos tanto como otros antibloqueo inorgánicos, aunque absorbe la humedad. El DE es caro y los grados de DE suelen contener niveles bajos de polvo de sílice cristalina, un peligro respiratorio conocido. La sílice sintética es otro antibloqueo de alta claridad, pero al igual que el DE, tiene la dureza más alta de estos aditivos y, por lo tanto, puede dañar fácilmente las superficies metálicas de las herramientas. También tiende a absorber agentes deslizantes y puede ser difícil de dispersar y, como el DE, absorbe la humedad y es caro.

La sienita de nefelina (un aluminosilicato de sodio y potasio anhidro) es un antibloqueo mineral relativamente nuevo para los plásticos. Proporciona propiedades de partículas similares a las de otros bloqueadores minerales, con partículas angulares y en bloque, y es dispersable en polímeros. Su distribución de tamaño de partícula determina su efectividad antibloqueo en películas, siendo el mejor un tamaño de partícula medio óptimo de aproximadamente 7 micrones, dependiendo del espesor de la película, según un estudio. Se dice que la pirofilita (un mineral de silicato de aluminio hidratado), otra nueva opción antibloqueo, ofrece propiedades antibloqueo como las del talco tradicional y la DE. Su morfología de partículas combina los mejores atributos de otros antibloqueo minerales, con partículas laminares similares al talco y partículas irregulares en bloque. Según se informa, esta combinación también proporciona fuerza, resistencia a la barrera y eficiencia térmica en las películas. También tiene un pH más bajo, lo que limita su interacción con agentes deslizantes de amida. En los datos de prueba del productor, la pirofilita proporcionó fuerzas de bloqueo más bajas que el talco y la nefelina sienita (aunque más alta que la DE) cuando cada una se cargó a 5000 ppm en una película soplada de LDPE. También se ha demostrado que el polvo de vidrio reciclado tiene propiedades antibloqueo. Para el antibloqueo, sus niveles de carga deben ser más altos que el DE y el talco, pero es menos abrasivo que el DE. Al igual que la DE y la nefelina sienita, tiene un índice de refracción más bajo lo que permite su uso en películas de alta claridad. Otras cargas inorgánicas con propiedades antibloqueo incluyen carbonato de calcio, esferas de cerámica de silicato de alúmina, zeolita, arcilla de caolín, feldespato y mica. Pero hay compensaciones; en la película de PE, el carbonato de calcio, por ejemplo, puede proporcionar la baja fuerza de bloqueo del talco y la DE, pero solo cuando se carga a dos o tres veces su concentración (o más), lo que reduce la claridad de la película y aumenta su densidad. Al juzgar la idoneidad de un relleno común como el CaCO3 como antibloqueo en aplicaciones de películas de poliolefinas, los investigadores han observado relaciones complicadas entre el tipo de mineral y poliolefina. En un estudio de Heritage Plastics, por ejemplo, el LLDPE con un 5% de carbonato de calcio de tamaño de 1 micra mostró fuerzas de bloqueo cercanas a las del talco y la DE. El CaCO3 también elevó la energía superficial del LLDPE, haciéndolo más adecuado para la impresión. Los niveles más altos de carbonato de calcio, tan altos como el 20%, redujeron la fricción y la fuerza de bloqueo aún más para el PE pegajoso catalizado por metaloceno. Pero en las bolsas de HDPE de alto peso molecular, el carbonato de calcio tendía a aumentar el CoF (aunque esto puede ser una ventaja en situaciones en las que las bolsas están apiladas y no deben deslizarse unas sobre otras). Las comparaciones directas de los antibloqueo inorgánicos más comunes dependen en gran medida de la situación de la prueba, el grado de antibloqueo y la película de poliolefina y, por supuesto, los puntos que el evaluador está tratando de enfatizar al realizar las pruebas. Por ejemplo, Specialty Minerals y Rio Tinto han comparado las propiedades de algunos de los antibloqueo inorgánicos mencionados anteriormente en varias resinas de poliolefina.

Antibloques Orgánicos

Los antibloqueantes orgánicos permiten que una película de poliolefina conserve su claridad, o para mejorar su claridad, cuando el agente orgánico se usa para reducir la cantidad de antibloqueo inorgánico. En general, las químicas de amida migratoria utilizadas como agentes deslizantes, discutidas anteriormente, también proporcionan propiedades antibloqueo. Las amidas grasas saturadas, como la behenamida y la estearamida en particular, proporcionan un antibloqueo superior para las poliolefinas, especialmente a temperaturas más altas, en comparación con la erucamida y la oleamida. Sin embargo, al comparar varios antibloqueantes orgánicos, los resultados de la fuerza de bloqueo pueden verse muy afectados por cambios menores en la temperatura de prueba, la cristalinidad de la poliolefina y el índice de fusión, por lo que a menudo es difícil dar respuestas claras sobre qué agente orgánico es "mejor" para un material o situación de procesamiento para bloquear las comparaciones de fuerza de Fine Organics). Aunque los agentes orgánicos brindan mejores cualidades de deslizamiento y liberación de metales que los inorgánicos, son varias veces más caros, limitándolos más a aplicaciones extruidas especiales. Los agentes antibloqueo orgánicos son materiales que migran a la superficie de la película. También denominados "agentes de liberación" o "agentes de deslizamiento", estos materiales son de naturaleza química. Añaden lubricidad a la superficie, que es responsable de disminuir el CoF. Los materiales incluyen amidas, estearatos, siliconas y PTFE. Estos materiales son a menudo significativamente más costosos que los agentes antibloqueo inorgánicos y, por lo tanto, están restringidos a aplicaciones más exigentes.

Sílice precipitada

Las sílices precipitadas, funcionan mediante el mecanismo físico de antibloqueo descrito anteriormente. Sin embargo, se producen sintéticamente, lo que da como resultado un producto químicamente puro y bien definido; haciéndolos altamente eficientes. La incorporación de una pequeña cantidad de este material en una película (<0.5%) es suficiente para bajar significativamente el CoF y lograr un efecto antibloqueo. Preferiblemente, la sílice precipitada se introduce mediante una mezcla madre. Estos masterbatches se utilizan luego en máquinas de procesamiento como extrusoras, calendarios y mezcladores planetarios. Para el procesamiento, se recomienda el uso de una extrusora equipada con una zona de ventilación, ya que la sílice precipitada contiene algo de agua fisisorbida. La adición de sílice precipitada (y cualquier otra partícula inorgánica) tiene un efecto adverso sobre la turbidez, lo que disminuye la transparencia de la película. En la práctica, el CoF y la neblina se ajustan por tanto al producto y al procedimiento de fabricación en cuestión. La turbidez es causada por la dispersión de la luz por partículas en la superficie de la película y en la interfaz entre partículas y película. Una distribución de tamaño de partícula estrecha es fundamental para minimizar la turbidez. Esencialmente, una distribución de tamaño de partícula estrecha asegura que cada partícula tenga las dimensiones correctas para contribuir al mecanismo de antibloqueo físico, reduciendo la cantidad total de partículas necesarias para reducir suficientemente el CoF. Esta es la razón por la que las sílices precipitadas derivadas sintéticamente son agentes antibloqueo inorgánicos superiores, y es el mejor en su clase con respecto a la compensación entre CoF y turbidez. La adición de un agente antibloqueo tiene un efecto limitado pero adverso sobre la neblina, lo que afecta negativamente a la transparencia de la película. Las sílices precipitadas son agentes antibloqueo inorgánicos esenciales para películas poliméricas de alta transparencia.

Claridad / Antideslizantes Antideslizantes

Los "antibloques de claridad" o los "antibloques de deslizamiento de alta claridad" son formulaciones que combinan un ingrediente antibloqueo mineral con un agente de deslizamiento y/o clarificante. Las partículas minerales en productos de alta claridad tienen formas esféricas de distribución de tamaño uniforme para minimizar la dispersión de la luz. Estas mezclas ayudan a neutralizar la neblina creada por el agente mineral. La sinergia de las combinaciones antibloqueo inorgánicas / orgánicas minimiza la cantidad total de antibloqueo requerida en una película. Para la película LLDPE, por ejemplo, estas formulaciones permiten que los procesadores reduzcan la cantidad de LDPE que normalmente se mezcla con el LLDPE para mejorar la claridad. Sin embargo, encontrar la combinación y concentración correctas de agente de deslizamiento / antibloqueo orgánico / inorgánico para una aplicación requiere examinar varios factores competitivos.

ASTM-D3354

La cantidad de rugosidad de la superficie se puede evaluar mediante microscopía de fuerza atómica. Más tradicionalmente, la efectividad de nuevos métodos de prueba como ASTM-D3354.