Мастербат EVOH представляет собой гранулированный материал, изготовленный на основе сополимера этилена и винилового спирта (EVOH) с добавлением различных функциональных добавок. EVOH — это полимерный материал с отличными эксплуатационными характеристиками. Этилен и виниловый спирт обычно полимеризуются для образования смолы EVOH, которая затем смешивается и гранулируется с различными добавками (такими как антибактериальные агенты, антиоксиданты, смазочные материалы и т. д.) в специализированном оборудовании для получения мастербата EVOH.

Типы и области применения

Мастербат EVOH можно разделить на следующие распространенные типы в зависимости от их функций и областей применения:

Барьерный тип мастербата EVOH

Особенности: обладает выдающимися барьерными свойствами по отношению к газам, эффективно блокируя проникновение таких газов, как кислород и углекислый газ, а также обеспечивает хороший барьерный эффект против водяного пара. Это наиболее распространенный тип мастербата EVOH, который проектируется и производится преимущественно на основе высоких барьерных свойств самого EVOH.

Применение: широко используется в таких отраслях, как пищевая промышленность, фармацевтика, косметика и т. д., где требуется высокая барьерная эффективность упаковки. В пищевой упаковке он может использоваться для упаковки продуктов, подверженных окислению и порче, таких как картофельные чипсы, орехи и т. д., чтобы предотвратить проникновение кислорода и порчу продукта; в фармацевтической упаковке он защищает лекарственные препараты от воздействия кислорода и водяного пара в воздухе, обеспечивая стабильность и эффективность лекарств.

Антибактериальный мастербат EVOH

Особенности: в состав мастербата EVOH добавлены антибактериальные агенты, придающие ему способность подавлять или уничтожать микроорганизмы, такие как бактерии и плесень. Антибактериальные агенты обычно обладают длительным действием и широким спектром активности, сохраняя антибактериальный эффект в течение определенного времени.

Применение: подходит для областей с высокими требованиями к гигиене, таких как упаковка пищевых продуктов, упаковка медицинских изделий и т. д. В пищевой упаковке он снижает рост микроорганизмов на поверхности продуктов и продлевает срок их годности; в упаковке медицинских материалов он эффективно предотвращает бактериальное загрязнение и обеспечивает безопасность медицинских изделий.

Мастербат EVOH с повышенной атмосферостойкостью

Особенности: добавлены УФ-стабилизаторы, антиоксиданты и другие добавки для повышения атмосферостойкости и стабильности мастербата EVOH в условиях открытого воздуха. Он устойчив к воздействию таких факторов окружающей среды, как ультрафиолетовое излучение, перепады температуры и влажность, не склонен к старению, изменению цвета, охрупчиванию и другим явлениям.

Применение: обычно используется в наружных упаковочных материалах, сельскохозяйственных пленках и других областях. Например, использование мастербата EVOH с повышенной атмосферостойкостью в сельскохозяйственных пленках позволяет сохранять хорошие эксплуатационные характеристики при длительном использовании на открытом воздухе, продлевает срок службы пленки и обеспечивает стабильную среду для роста сельскохозяйственных культур.

Мастербат EVOH с модифицированной перерабатываемостью

Особенности: путем добавления различных технологических вспомогательных средств, таких как смазочные материалы, диспергаторы, пластификаторы и т. д., улучшается перерабатываемость EVOH. Снижается вязкость расплава, улучшается текучесть, что облегчает формование EVOH при экструзии, выдувном формовании, литье под давлением и других процессах переработки, снижает количество дефектов обработки и повышает эффективность производства и качество продукции.

Применение: используется при производстве различных изделий из EVOH, особенно в областях, требующих высокой точности и эффективности обработки, таких как упаковка премиум-класса, упаковка электронных компонентов и т. д. EVOH лучше адаптируется к различным технологиям обработки и оборудованию, удовлетворяя разнообразные производственные потребности.

Соотношение рецептуры

Соотношение компонентов в рецептуре мастербата EVOH может варьироваться в зависимости от конкретного применения и требований к характеристикам. Ниже приведены примеры типичных соотношений:

Рецептура мастербата EVOH для барьерного слоя: при производстве автомобильных топливных баков с высокой барьерной проницаемостью одна из рецептур барьерного мастербата включает HDPE (70%), EVOH (20%), HDPE, привитый малеиновым ангидридом (9%), антиоксидант 1010 (0,8%) и антиоксидант DSTP (0,2%). Смешивание этих компонентов и их добавление в экструдер для гранулирования позволяет получить мастербат EVOH для барьерных слоев.

Рецептура мастербата EVOH для двухслойной структуры кислородопроницаемой трубы PERT: сначала поместите EVOH в сушильный шкаф с принудительной циркуляцией воздуха при 110 ℃ на 4 часа, затем взвесьте EVOH согласно пропорции PERT. Смешайте совместители (например, va1202, nf468) в высокоскоростном смесителе в течение 10 минут. При этом соотношение EVOH к PERT составляет от 6:4 до 1,5:8,5, а количество добавляемого совместителя — 5–16 phr.

Рецептура для приготовления барьерного мастербата с микропластинами графена: одна из рецептур включает HDPE (85%), микропластины графена (8%), HDPE, привитый малеиновым ангидридом (6%), антиоксидант 1010 (0,8%) и антиоксидант DSTP (0,2%). После смешивания смесь добавляется в экструдер для гранулирования с целью получения барьерного мастербата с микропластинами графена. Однако EVOH здесь не является основным компонентом, а лишь одним из возможных барьерных материалов.

Кроме того, при приготовлении антибактериального мастербата EVOH в качестве основы обычно используется EVOH с добавлением определенного количества антибактериального агента. Количество добавляемого антибактериального агента может составлять около 1%–5%, а конкретное соотношение определяется требованиями к антибактериальному эффекту и активностью агента. При приготовлении мастербата EVOH с повышенной атмосферостойкостью добавляются такие добавки, как УФ-стабилизаторы и антиоксиданты. Обычно количество добавляемых УФ-стабилизаторов составляет около 0,5%–2%, а антиоксидантов — около 0,1%–1%.

Производственный процесс

Процесс производства мастербата EVOH обычно включает такие этапы, как подготовка сырья, смешивание, экструзия, гранулирование и т. д., следующие:

1. Подготовка сырья

Выбор подходящего типа смолы EVOH может потребовать подготовки различных добавок, таких как антибактериальные агенты, УФ-стабилизаторы, антиоксиданты, смазочные материалы, пластификаторы и т. д., в зависимости от требований к характеристикам продукта. Убедитесь, что качество и чистота сырья соответствуют производственным требованиям; высушите сырье для удаления влаги, чтобы предотвратить образование пузырьков или ухудшение характеристик продукта во время обработки. Например, сушите смолу EVOH в сушильном шкафу с принудительной циркуляцией воздуха при 110 ℃ в течение 4 часов.

2. Смешивание

Согласно заданному соотношению рецептуры точно взвесьте смолу EVOH и различные добавки и добавьте их в высокоскоростной смеситель для тщательного перемешивания. Благодаря высокоскоростному перемешиванию добавки равномерно диспергируются в смоле EVOH, образуя предварительную смесь. Время смешивания обычно составляет 10–15 минут для обеспечения однородности материалов.

3. Экструзия

Добавьте предварительную смесь в двухшнековый экструдер. Двухшнековые экструдеры обладают хорошими характеристиками смешивания и транспортировки, позволяя полностью расплавить и перемешать материалы при высоких температурах и давлениях. В процессе экструзии необходимо контролировать параметры температуры, скорости и давления экструдера. Как правило, температура экструдера устанавливается в диапазоне 180–240 ℃ и корректируется в зависимости от различных марок EVOH и характеристик добавок. Скорость обычно составляет от 100 до 300 об/мин для обеспечения равномерной экструзии материала и хорошего эффекта пластификации.

4. Гранулирование

Расплавленный материал, выходящий из экструдера, формируется в непрерывные жгуты или нити через формующую головку, а затем поступает в оборудование для гранулирования. Распространенные методы гранулирования включают воздушное охлаждение с последующей нарезкой, водяное охлаждение с последующей нарезкой и подводное гранулирование. Воздушное охлаждение с нарезкой — это процесс охлаждения экструдированных жгутов через устройство воздушного охлаждения с последующей нарезкой на гранулы с помощью гранулорезки; водяное охлаждение с нарезкой — это процесс охлаждения материала в виде жгута через водяную ванну перед нарезкой на гранулы; подводное гранулирование — это процесс непосредственной нарезки расплавленного материала под водой. Этот метод обеспечивает получение гранул правильной формы, гладкой поверхности и высокого качества, но стоимость оборудования также относительно высока.

5. Сортировка и упаковка

Мастербат EVOH после гранулирования проходит сортировку с помощью вибрационных грохотов и другого оборудования для удаления слишком крупных или слишком мелких частиц, обеспечивая однородность размера гранул продукта. Отсортированный качественный мастербат упаковывается, как правило, в герметичную упаковку, чтобы предотвратить воздействие влаги, окисления или других загрязнений, которые могут повлиять на характеристики продукта.

В производственном процессе для обеспечения стабильности и постоянства качества продукции необходимо строго контролировать качество каждого звена производства, включая контроль качества сырья, испытания промежуточных продуктов и комплексную проверку готовой продукции.

Производственное оборудование

Оборудование для производства мастербата EVOH включает в себя оборудование для обработки сырья, смесительное оборудование, экструзионно-грануляционное оборудование, вспомогательное оборудование и т. д. Ниже приведено подробное описание:

1. Оборудование для обработки сырья

Сушильная машина: используется для сушки смолы EVOH и другого сырья с целью удаления влаги. Распространенные типы включают сушильный шкаф с принудительной циркуляцией воздуха, вакуумную сушилку и т. д. Сушильный шкаф с принудительной циркуляцией воздуха имеет простую конструкцию и низкую стоимость, подходит для общих требований к сушке; вакуумная сушилка позволяет быстро сушить сырье при более низких температурах, избегая ухудшения свойств при высоких температурах, и подходит для случаев, когда требуются высокие условия сушки.

2. Смесительное оборудование

Высокоскоростной смеситель: является ключевым оборудованием для смешивания смолы EVOH с добавками. Он обеспечивает однородное перемешивание материалов за короткое время благодаря высокоскоростным вращающимся мешалкам. Имеет преимущества высокой эффективности смешивания и хорошей однородности смеси, может удовлетворять потребности смешивания различных рецептур.

3. Экструзионно-грануляционное оборудование

Двухшнековый экструдер: является одним из основных видов оборудования для производства мастербата EVOH. Он обладает хорошими характеристиками транспортировки, смешивания и пластификации материалов, позволяя полностью расплавить и однородно перемешать смолу EVOH и добавки при высокой температуре и давлении. Конструкция шнека и отношение длины к диаметру двухшнековых экструдеров могут быть выбраны и отрегулированы в зависимости от различных производственных процессов и требований к продукции для достижения наилучшего эффекта экструзии.

Гранулятор: используется совместно с двухшнековым экструдером, нарезает экструдированные жгутовые или нитевидные материалы на гранулы. В зависимости от способа нарезки его можно разделить на грануляторы с воздушным охлаждением, грануляторы с водяным охлаждением и подводные грануляторы. Гранулятор с воздушным охлаждением подходит для случаев, когда требования к внешнему виду гранул не высоки; поверхность гранул, получаемых гранулятором с водяным охлаждением, относительно гладкая; подводный гранулятор обладает высокой производительностью, правильной формой гранул и хорошим качеством, обычно используется при производстве продукции премиум-класса.

4. Вспомогательное оборудование

Загрузочная машина: используется для автоматической подачи сырья в смесители или экструдеры, обеспечивая автоматизацию транспортировки сырья, повышая эффективность производства и снижая интенсивность ручного труда. Распространенные типы включают шнековые дозаторы, вакуумные загрузчики и т. д.

Охлаждающее оборудование: в процессе экструзионно-грануляционного процесса материал охлаждается для быстрого затвердевания и формования. Для нарезки с воздушным охлаждением обычно устанавливается система воздушного охлаждения, включающая вентиляторы и охлаждающие трубы и т. д.; для гранулирования с водяным охлаждением и подводного гранулирования требуется система циркуляционного водяного охлаждения, включающая бак для охлаждающей воды, насос и трубопроводы охлаждения, чтобы обеспечить эффект охлаждения и стабильную температуру воды.

Сортировочное оборудование: сортирует мастербат EVOH после гранулирования для удаления частиц, не соответствующих требованиям к размеру. Обычно используемое сортировочное оборудование включает вибрационные грохоты, которые классифицируют и сортируют частицы по различным размерам ячеек сетки, обеспечивая однородность размера гранул продукта.

Упаковочное оборудование: используется для упаковки отсортированного качественного мастербата EVOH. Распространенное упаковочное оборудование включает автоматические упаковочные машины, которые могут автоматизировать процессы дозирования, наполнения и запечатывания, повышая эффективность и качество упаковки и гарантируя, что продукция не подвергается воздействию влаги или загрязнений при хранении и транспортировке.

Связанные требования

Экструдер играет ключевую роль в производстве мастербата EVOH, и ниже приведены некоторые требования к экструдеру:

Конструкция шнека

Высокая эффективность смешивания: при производстве мастербата EVOH необходимо тщательно перемешать смолу EVOH с различными добавками. Шнек должен иметь специальные элементы смешивания, такие как месильные блоки, зубчатые диски и т. д., которые создают сильное воздействие сдвига и растяжения, обеспечивая тщательное перемешивание материала во время экструзии и равномерную дисперсию добавок в матрице EVOH.

Подходящее отношение длины к диаметру: шнек с большим отношением длины к диаметру способствует полной пластификации и смешиванию материалов. Для производства мастербата EVOH обычно подходит отношение длины к диаметру от 25 до 40. Более длинные шнеки обеспечивают достаточное время пребывания материала для полного плавления при высоких температурах и давлениях, а также помогают улучшить стабильность экструзии и постоянство качества продукции.

Шнек с переменным шагом: из-за характеристик плавления смолы EVOH обычно используются шнеки с переменным шагом (градиентные шнеки). Глубина витков этого шнека постепенно уменьшается от зоны загрузки до зоны гомогенизации, что позволяет постепенно сжимать и сдвигать материал в процессе экструзии, обеспечивая плавное плавление и пластификацию и снижая колебания материала во время экструзии.

Контроль температуры

Точная система контроля температуры: производство мастербата EVOH предъявляет строгие требования к температуре. Экструдер должен быть оснащен высокоточной системой контроля температуры, способной точно контролировать температуру каждой зоны нагрева. Точность контроля температуры обычно должна находиться в пределах ± 1 ℃. Это помогает обеспечить плавление смолы EVOH при подходящей температуре, избегая деградации EVOH из-за высоких температур или плохой пластификации из-за низких температур.

Многоступенчатый контроль температуры: чтобы удовлетворить потребности в нагреве и охлаждении материалов на разных этапах, экструдеры обычно должны иметь функции многоступенчатого контроля температуры. Обычно они делятся на несколько зон, таких как зона загрузки, зона сжатия, зона гомогенизации и т. д. Каждая зона может независимо регулировать температуру, адаптируясь к физическим изменениям и химическим реакциям материала в процессе экструзии.

Контроль давления

Стабильное давление экструзии: при производстве мастербата EVOH стабильное давление экструзии имеет решающее значение для обеспечения качества продукции. Экструдер должен обеспечивать стабильное давление, равномерно продавливая материал через формующую головку в процессе экструзии, избегая таких проблем, как неоднородный размер гранул и плохое качество поверхности из-за колебаний давления.

Устройство регулирования давления: экструдер должен быть оснащен устройством регулирования давления, таким как клапан противодавления, чтобы гибко регулировать давление экструзии в зависимости от различных характеристик материала и требований производственного процесса. Регулируя противодавление, можно контролировать время пребывания и степень сдвига материала в шнеке, тем самым оптимизируя характеристики и качество продукта.

Приводная система

Высокий крутящий момент: из-за высокой вязкости смолы EVOH в расплавленном состоянии приводная система экструдера должна обеспечивать достаточный крутящий момент для продвижения материала вперед. Поэтому экструдеры обычно используют комбинацию мощных электродвигателей и редукторов для обеспечения стабильной мощности при различных скоростях производства и вязкостях материалов.

Хорошие характеристики регулирования скорости: приводная система должна обладать хорошими характеристиками регулирования скорости и обеспечивать бесступенчатое регулирование скорости в широком диапазоне. Это позволяет операторам гибко регулировать скорость экструдера в соответствии с требованиями производственного процесса, адаптируясь к различным рецептурам материалов, объемам производства и требованиям к качеству продукции.

Материалы и коррозионная стойкость

Коррозионностойкие материалы: учитывая, что некоторые добавки могут быть коррозионными, шнек, цилиндр и другие компоненты экструдера, контактирующие с материалом, должны быть изготовлены из коррозионностойких материалов, таких как нержавеющая сталь, легированная сталь и т. д., и иметь поверхностную обработку, такую как хромирование, азотирование и т. д., для повышения коррозионной стойкости и износостойкости компонентов и увеличения срока службы оборудования.

Чистота: чтобы избежать перекрестного загрязнения между различными партиями материалов, внутренняя конструкция экструдера должна быть легкой в очистке. Шнек и цилиндр должны легко разбираться и собираться, чтобы остатки материала внутри можно было тщательно очистить при смене рецептуры продукта или техническом обслуживании оборудования.