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पॉलीओलेफिन और फिल्म एक्सट्रूज़न का परिचय

पॉलीओलेफिन, जो एथिलीन और प्रोपाइलीन जैसे ओलेफिन मोनोमर से संश्लेषित मैक्रोमोलेक्यूलर पदार्थों का एक वर्ग है, विश्व स्तर पर सबसे व्यापक रूप से उत्पादित और उपयोग किए जाने वाले प्लास्टिक हैं। इनकी व्यापकता गुणों के असाधारण संयोजन से उत्पन्न होती है, जिसमें कम लागत, उत्कृष्ट प्रसंस्करण क्षमता, असाधारण रासायनिक स्थिरता और अनुकूलनीय भौतिक विशेषताएँ शामिल हैं। पॉलीओलेफिन के विविध अनुप्रयोगों में, फिल्म उत्पादों का एक प्रमुख स्थान है, जो खाद्य पैकेजिंग, कृषि आवरण, औद्योगिक पैकेजिंग, चिकित्सा और स्वच्छता उत्पादों और रोजमर्रा के उपभोक्ता वस्तुओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। फिल्म उत्पादन के लिए उपयोग किए जाने वाले सबसे आम पॉलीओलेफिन रेजिन में पॉलीइथिलीन (PE) - जिसमें लीनियर लो-डेंसिटी पॉलीइथिलीन (LLDPE), लो-डेंसिटी पॉलीइथिलीन (LDPE) और हाई-डेंसिटी पॉलीइथिलीन (HDPE) शामिल हैं - और पॉलीप्रोपाइलीन (PP) शामिल हैं।

पॉलीओलेफिन फिल्मों का निर्माण मुख्य रूप से एक्सट्रूज़न तकनीक पर निर्भर करता है, जिसमें ब्लोन फिल्म एक्सट्रूज़न और कास्ट फिल्म एक्सट्रूज़न दो प्रमुख प्रक्रियाएं हैं।

1. ब्लोन फिल्म एक्सट्रूज़न प्रक्रिया

ब्लोन फिल्म एक्सट्रूज़न पॉलीओलेफ़िन फिल्मों के उत्पादन की सबसे प्रचलित विधियों में से एक है। इसका मूल सिद्धांत यह है कि पिघले हुए पॉलीमर को एक वलयाकार डाई के माध्यम से लंबवत ऊपर की ओर निकाला जाता है, जिससे एक पतली दीवार वाली ट्यूबलर पैरिसन बनती है। इसके बाद, इस पैरिसन के अंदर संपीड़ित हवा डाली जाती है, जिससे यह फूलकर एक बुलबुला बन जाता है जिसका व्यास डाई के व्यास से काफी बड़ा होता है। जैसे-जैसे बुलबुला ऊपर उठता है, एक बाहरी वायु वलय द्वारा इसे बलपूर्वक ठंडा करके ठोस बनाया जाता है। ठंडा होने के बाद, निप रोलर्स (अक्सर कोलैप्सिंग फ्रेम या ए-फ्रेम के माध्यम से) द्वारा इसे सिकोड़ा जाता है और फिर कर्षण रोलर्स द्वारा खींचकर रोल पर लपेटा जाता है। ब्लोन फिल्म प्रक्रिया से आमतौर पर द्विअक्षीय अभिविन्यास वाली फिल्में प्राप्त होती हैं, जिसका अर्थ है कि वे मशीन दिशा (एमडी) और अनुप्रस्थ दिशा (टीडी) दोनों में यांत्रिक गुणों का अच्छा संतुलन प्रदर्शित करती हैं, जैसे कि तन्यता शक्ति, अपघर्षण प्रतिरोध और प्रभाव शक्ति। फिल्म की मोटाई और यांत्रिक गुणों को ब्लो-अप अनुपात (BUR - बुलबुले के व्यास और डाई के व्यास का अनुपात) और ड्रॉ-डाउन अनुपात (DDR - टेक-अप गति और एक्सट्रूज़न गति का अनुपात) को समायोजित करके नियंत्रित किया जा सकता है।

2. कास्ट फिल्म एक्सट्रूज़न प्रक्रिया

पॉलीओलेफिन फिल्मों के उत्पादन के लिए कास्ट फिल्म एक्सट्रूज़न एक और महत्वपूर्ण प्रक्रिया है, जो विशेष रूप से उन फिल्मों के निर्माण के लिए उपयुक्त है जिनमें बेहतर ऑप्टिकल गुण (जैसे, उच्च स्पष्टता, उच्च चमक) और मोटाई में उत्कृष्ट एकरूपता की आवश्यकता होती है। इस प्रक्रिया में, पिघले हुए पॉलीमर को एक सपाट, स्लॉट-प्रकार के टी-डाई से क्षैतिज रूप से निकाला जाता है, जिससे एक समान पिघला हुआ वेब बनता है। फिर इस वेब को एक या अधिक उच्च गति वाले, आंतरिक रूप से ठंडे किए गए चिल रोल की सतह पर तेजी से खींचा जाता है। ठंडा रोल की सतह के संपर्क में आते ही पिघला हुआ पॉलीमर जल्दी से जम जाता है। कास्ट फिल्मों में आमतौर पर उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुण, मुलायम एहसास और अच्छी हीट-सीलेबिलिटी होती है। डाई लिप गैप, चिल रोल तापमान और घूर्णी गति पर सटीक नियंत्रण से फिल्म की मोटाई और सतह की गुणवत्ता का सटीक विनियमन संभव होता है।

पॉलीओलेफिन फिल्म एक्सट्रूज़न की शीर्ष 6 चुनौतियाँ

एक्सट्रूज़न तकनीक की परिपक्वता के बावजूद, निर्माताओं को पॉलीओलेफ़िन फ़िल्मों के व्यावहारिक उत्पादन में अक्सर कई तरह की प्रसंस्करण संबंधी कठिनाइयों का सामना करना पड़ता है, खासकर उच्च उत्पादन, दक्षता, पतले गेज और नई उच्च-प्रदर्शन वाली रेज़िन का उपयोग करते समय। ये समस्याएं न केवल उत्पादन स्थिरता को प्रभावित करती हैं, बल्कि अंतिम उत्पाद की गुणवत्ता और लागत पर भी सीधा असर डालती हैं। प्रमुख चुनौतियों में शामिल हैं:

1. मेल्ट फ्रैक्चर (शार्कस्किन): यह पॉलीओलेफिन फिल्म एक्सट्रूज़न में सबसे आम दोषों में से एक है। स्थूल रूप से, यह फिल्म पर आवधिक अनुप्रस्थ लहरों या अनियमित रूप से खुरदरी सतह के रूप में प्रकट होता है, या गंभीर मामलों में, अधिक स्पष्ट विकृतियों के रूप में। मेल्ट फ्रैक्चर मुख्य रूप से तब होता है जब डाई से बाहर निकलने वाले पॉलीमर मेल्ट की अपरूपण दर एक महत्वपूर्ण मान से अधिक हो जाती है, जिससे डाई की दीवार और बल्क मेल्ट के बीच स्टिक-स्लिप दोलन उत्पन्न होते हैं, या जब डाई से बाहर निकलने पर विस्तार तनाव मेल्ट की सामर्थ्य से अधिक हो जाता है। यह दोष फिल्म के प्रकाशीय गुणों (स्पष्टता, चमक), सतह की चिकनाई को गंभीर रूप से प्रभावित करता है, और इसके यांत्रिक और अवरोधक गुणों को भी खराब कर सकता है।

2. डाई ड्रूल / डाई बिल्ड-अप: इसका तात्पर्य डाई लिप के किनारों या डाई कैविटी के भीतर पॉलीमर अपघटन उत्पादों, कम आणविक भार वाले अंशों, खराब तरीके से वितरित योजकों (जैसे, पिगमेंट, एंटीस्टैटिक एजेंट, स्लिप एजेंट) या राल से जैल के धीरे-धीरे जमा होने से है। उत्पादन के दौरान ये जमाव अलग हो सकते हैं, जिससे फिल्म की सतह दूषित हो जाती है और जैल, धारियाँ या खरोंच जैसे दोष उत्पन्न हो सकते हैं, जिससे उत्पाद की दिखावट और गुणवत्ता प्रभावित होती है। गंभीर मामलों में, डाई बिल्ड-अप डाई निकास को अवरुद्ध कर सकता है, जिससे गेज में भिन्नता, फिल्म का फटना और अंततः डाई की सफाई के लिए उत्पादन लाइन को बंद करना पड़ सकता है, जिसके परिणामस्वरूप उत्पादन क्षमता में भारी कमी और कच्चे माल की बर्बादी होती है।

3. उच्च एक्सट्रूज़न दबाव और उतार-चढ़ाव: कुछ विशेष परिस्थितियों में, विशेषकर उच्च श्यानता वाले रेजिन को संसाधित करते समय या छोटे डाई गैप का उपयोग करते समय, एक्सट्रूज़न सिस्टम के भीतर (विशेष रूप से एक्सट्रूडर हेड और डाई पर) दबाव अत्यधिक बढ़ सकता है। उच्च दबाव न केवल ऊर्जा की खपत बढ़ाता है, बल्कि उपकरणों (जैसे स्क्रू, बैरल, डाई) के जीवनकाल और सुरक्षा के लिए भी खतरा पैदा करता है। इसके अलावा, एक्सट्रूज़न दबाव में अस्थिर उतार-चढ़ाव सीधे पिघले हुए पदार्थ की मात्रा में भिन्नता का कारण बनते हैं, जिससे फिल्म की मोटाई असमान हो जाती है।

4. सीमित उत्पादन क्षमता: मेल्ट फ्रैक्चर और डाई बिल्ड-अप जैसी समस्याओं को रोकने या कम करने के लिए, निर्माताओं को अक्सर एक्सट्रूडर स्क्रू की गति कम करनी पड़ती है, जिससे उत्पादन लाइन की क्षमता सीमित हो जाती है। इसका सीधा असर उत्पादन क्षमता और प्रति यूनिट उत्पाद की विनिर्माण लागत पर पड़ता है, जिससे बड़े पैमाने पर कम लागत वाली फिल्मों की बाजार मांग को पूरा करना मुश्किल हो जाता है।

5. गेज नियंत्रण में कठिनाई: पिघले हुए पदार्थ के प्रवाह में अस्थिरता, डाई में तापमान का असमान वितरण और डाई पर जमाव, ये सभी कारक फिल्म की मोटाई में अनुप्रस्थ और अनुदैर्ध्य दोनों दिशाओं में भिन्नता ला सकते हैं। इससे फिल्म की आगे की प्रसंस्करण क्षमता और अंतिम उपयोग की विशेषताओं पर असर पड़ता है।

6. रेज़िन परिवर्तन में कठिनाई: विभिन्न प्रकार या ग्रेड के पॉलीओलेफ़िन रेज़िन के बीच स्विच करते समय, या रंगीन मास्टरबैच बदलते समय, पिछले बैच का बचा हुआ पदार्थ एक्सट्रूडर और डाई से पूरी तरह से निकालना अक्सर मुश्किल होता है। इससे पुराने और नए पदार्थ आपस में मिल जाते हैं, जिससे संक्रमणकालीन पदार्थ बनता है, परिवर्तन का समय बढ़ जाता है और स्क्रैप की दर बढ़ जाती है।

ये सामान्य प्रसंस्करण संबंधी चुनौतियाँ पॉलीओलेफिन फिल्म निर्माताओं के उत्पाद की गुणवत्ता और उत्पादन क्षमता बढ़ाने के प्रयासों को सीमित करती हैं, साथ ही नए पदार्थों और उन्नत प्रसंस्करण तकनीकों को अपनाने में भी बाधा उत्पन्न करती हैं। इसलिए, इन चुनौतियों से पार पाने के लिए प्रभावी समाधान खोजना संपूर्ण पॉलीओलेफिन फिल्म एक्सट्रूज़न उद्योग के सतत और स्वस्थ विकास के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।

पॉलीओलेफिन फिल्म एक्सट्रूज़न प्रक्रिया के लिए समाधान: पॉलिमर प्रोसेसिंग एड्स (पीपीए)

पॉलिमर प्रोसेसिंग एड्स (पीपीए) कार्यात्मक योजक हैं जिनका मूल मूल्य एक्सट्रूज़न के दौरान पॉलिमर पिघलने के रियोलॉजिकल व्यवहार में सुधार करने और उपकरण सतहों के साथ उनकी परस्पर क्रिया को संशोधित करने में निहित है, जिससे प्रसंस्करण संबंधी कई कठिनाइयों को दूर किया जा सकता है और उत्पादन दक्षता और उत्पाद की गुणवत्ता में वृद्धि की जा सकती है।

1. फ्लोरोपॉलिमर-आधारित पीपीए

रासायनिक संरचना और विशेषताएँ: ये वर्तमान में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले, तकनीकी रूप से परिपक्व और सिद्ध रूप से प्रभावी पॉलीओलेफिन पॉलीओलेफिन (पीपीए) वर्ग हैं। ये आम तौर पर विनाइलिडीन फ्लोराइड (वीडीएफ), हेक्साफ्लोरोप्रोपाइलीन (एचएफपी) और टेट्राफ्लोरोएथिलीन (टीएफई) जैसे फ्लोरोओलेफिन मोनोमर पर आधारित होमोपॉलिमर या कोपॉलिमर होते हैं, जिनमें फ्लोरोइलास्टोमर सबसे अधिक प्रतिनिधि हैं। इन पीपीए की आणविक श्रृंखलाएँ उच्च-ऊर्जा, निम्न-ध्रुवीय सीएफ बंधों से भरपूर होती हैं, जो अद्वितीय भौतिक-रासायनिक गुण प्रदान करती हैं: अत्यंत कम सतह ऊर्जा (पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन/टेफ्लॉन® के समान), उत्कृष्ट ऊष्मीय स्थिरता और रासायनिक निष्क्रियता। महत्वपूर्ण रूप से, फ्लोरोपॉलिमर पीपीए आम तौर पर गैर-ध्रुवीय पॉलीओलेफिन मैट्रिक्स (जैसे पीई, पीपी) के साथ खराब अनुकूलता प्रदर्शित करते हैं। यह असंगति डाई की धातु की सतहों पर उनके प्रभावी स्थानांतरण के लिए एक प्रमुख पूर्वापेक्षा है, जहां वे एक गतिशील चिकनाई वाली परत बनाते हैं।

प्रतिनिधि उत्पाद: फ्लोरोपॉलिमर पीपीए के वैश्विक बाजार में अग्रणी ब्रांडों में केमर्स की विटन™ फ्रीफ्लो™ श्रृंखला और 3एम की डायनामार™ श्रृंखला शामिल हैं, जिनकी बाजार में महत्वपूर्ण हिस्सेदारी है। इसके अतिरिक्त, आर्केमा (काइनार® श्रृंखला) और सोल्वे (टेक्नोफ्लोन®) के कुछ फ्लोरोपॉलिमर ग्रेड भी पीपीए फॉर्मूलेशन में उपयोग किए जाते हैं या प्रमुख घटक होते हैं।

2. सिलिकॉन-आधारित प्रसंस्करण सहायक (पीपीए)

रासायनिक संरचना और विशेषताएँ: इस श्रेणी के पीपीए में प्राथमिक सक्रिय घटक पॉलीसिलोक्सेन होते हैं, जिन्हें आमतौर पर सिलिकोन कहा जाता है। पॉलीसिलोक्सेन की संरचना में सिलिकॉन और ऑक्सीजन परमाणु एकांतर क्रम में (-Si-O-) व्यवस्थित होते हैं, और सिलिकॉन परमाणुओं से कार्बनिक समूह (आमतौर पर मिथाइल) जुड़े होते हैं। यह अनूठी आणविक संरचना सिलिकोन पदार्थों को बहुत कम पृष्ठ तनाव, उत्कृष्ट ऊष्मीय स्थिरता, अच्छी लचीलता और कई पदार्थों के प्रति असंलग्न गुण प्रदान करती है। फ्लोरोपॉलिमर पीपीए के समान, सिलिकोन-आधारित पीपीए प्रसंस्करण उपकरणों की धातु सतहों पर स्थानांतरित होकर एक चिकनाई परत बनाते हैं।

अनुप्रयोग विशेषताएँ: यद्यपि पॉलीओलेफ़िन फ़िल्म एक्सट्रूज़न क्षेत्र में फ्लोरोपॉलिमर पीपीए का वर्चस्व है, सिलिकॉन-आधारित पीपीए विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्यों में या विशेष रेज़िन प्रणालियों के साथ उपयोग किए जाने पर अद्वितीय लाभ प्रदर्शित कर सकते हैं या सहक्रियात्मक प्रभाव उत्पन्न कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, इन्हें उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त माना जा सकता है जिनमें घर्षण का गुणांक अत्यंत कम हो या जहाँ अंतिम उत्पाद के लिए विशिष्ट सतह विशेषताओं की आवश्यकता हो।

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