La aplicación de lubricantes en productos plásticos

Los lubricantes son aditivos funcionales esenciales en la producción de plásticos. Al reducir la fricción dentro de la masa fundida y entre esta y el equipo de procesamiento, mejoran la fluidez del proceso, evitan la adhesión de la masa fundida al equipo y previenen defectos superficiales (como rayones y picaduras) en el producto. Al mismo tiempo, optimizan el brillo superficial y las propiedades de desmoldeo del producto. En el procesamiento de plásticos (como moldeo por inyección, extrusión y moldeo por soplado), los lubricantes pueden reducir la temperatura de procesamiento y el consumo de energía, mejorar la eficiencia de la producción y son adecuados para casi todas las categorías de plásticos, como PE, PP, PVC, PET, ABS, etc. Según su modo de acción, se dividen en lubricantes internos (que mejoran la fluidez interna de la masa fundida) y lubricantes externos (que reducen la fricción entre la masa fundida y el equipo). Actualmente, están evolucionando hacia una alta eficiencia, baja migración, compatibilidad ambiental y multifuncionalidad, que es el soporte central para equilibrar la procesabilidad del plástico y la calidad del producto.

1、 El mecanismo central de los lubricantes: optimización bidireccional del procesamiento y el rendimiento

1. Función de lubricación interna: reduce la viscosidad de la masa fundida y mejora la fluidez.

Los lubricantes internos tienen buena compatibilidad con las resinas plásticas, pueden penetrar entre las cadenas moleculares, debilitar las fuerzas intermoleculares, reducir la fricción del segmento y disminuir la viscosidad de la masa fundida:

Efecto: hace que el plástico fluya más fácilmente durante el procesamiento, llena los moldes más completamente (como para piezas moldeadas por inyección complejas sin materiales faltantes), reduce el torque del tornillo del extrusor y la presión de inyección;

Productos representativos: estearato de butilo, adipato de dioctilo, polietilenglicol;

Escenarios de adaptación: extrusión de perfiles de PVC, producción de moldeo por inyección de paredes delgadas de PP, para evitar la deformación del producto causada por una mala fluidez de la masa fundida.

2. Función de lubricación externa: forma una película de aislamiento, mejora el desmoldeo y la superficie.

Los lubricantes externos tienen poca compatibilidad con los plásticos y migran a la superficie de la masa fundida durante el procesamiento, formando una película lubricante que aísla el contacto directo entre la masa fundida y el equipo (tornillos, moldes).

Efecto: Evita la adhesión de equipos de fusión (como rodillos de adhesión de películas de extrusión, moldes de adhesión de piezas moldeadas por inyección), reduce rayones y rebabas en la superficie de los productos y mejora el brillo de la superficie;

Productos representativos: ácido esteárico, estearato de calcio, cera de parafina, cera de parafina microcristalina;

Escenarios de adaptación: película soplada de PE, moldeo por inyección de carcasa de electrodomésticos ABS, extrusión de tuberías de PVC, lo que garantiza un procesamiento continuo y suave y mejora la calidad de la apariencia del producto.

3. Asistencia colaborativa: cómo equilibrar múltiples necesidades

Algunos lubricantes tienen otras funciones, como el estearato de calcio y el estearato de zinc, que son a la vez lubricantes externos y componentes auxiliares de los estabilizadores térmicos del PVC; Los lubricantes a base de polietilenglicol pueden mejorar las propiedades antiestáticas de los plásticos, logrando un efecto sinérgico de lubricación + estabilidad/antiestática:

Aplicación típica: En la producción de materiales para cables de PVC, el estearato de calcio resuelve simultáneamente los problemas de lubricación y estabilidad térmica, simplificando la fórmula; el lubricante de polietilenglicol se utiliza para películas de envasado de alimentos de PE, equilibrando la fluidez y los requisitos antiestáticos.

2、 Tipos de lubricantes convencionales y plásticos compatibles: adaptación precisa de características y escenarios

Los diferentes lubricantes tienen diferencias significativas en compatibilidad, resistencia al calor y eficiencia de lubricación, y deben seleccionarse según el tipo de plástico, la tecnología de procesamiento y el uso del producto:

1. Ácidos grasos y sus derivados (ácido esteárico, sales de ácido esteárico): lubricantes universales

Ventajas principales: bajo costo, efecto de lubricación equilibrado, con funciones de lubricación interna y externa, y algunas pueden ayudar en la estabilidad térmica;

Productos representativos: ácido esteárico (SA), estearato de calcio (CaSt ₂), estearato de zinc (ZnSt ₂), estearato de magnesio (MgSt ₂);

Adecuado para plásticos: PE, PP, PVC, ABS;

Aplicaciones típicas: cajas de almuerzo moldeadas por inyección de PP (para mejorar el desmoldeo), tuberías de PVC (molde antiadherente + estabilidad térmica auxiliar), juguetes de ABS (para mejorar el brillo de la superficie), con una cantidad de adición típica de 0,1% -1,0%.

2. Lubricantes de éster (estearato de butilo, adipato de dioctilo): el principal lubricante interno

Ventajas principales: Buena compatibilidad con resina, alta eficiencia de lubricación interna y sin impacto en la transparencia del producto;

Plásticos compatibles: PVC, PET, PC, PP transparente;

Aplicaciones típicas: Película transparente de PVC, preformas de botellas de bebidas de PET, cubiertas de lámparas de PC, para evitar el empañamiento causado por la precipitación de lubricantes internos, con una cantidad agregada de 0,3% -2,0%.

3. Cera de parafina (cera de parafina, cera de parafina microcristalina, cera de polietileno): el principal lubricante para la lubricación externa.

Ventajas principales: Fuerte efecto de lubricación externa, resistencia al calor moderada (temperatura de procesamiento ≤ 200 ℃), puede mejorar significativamente el brillo de la superficie de los productos;

Productos representativos: cera de parafina totalmente refinada, cera de parafina microcristalina (MPW), cera de polietileno (cera PE);

Plásticos compatibles: PE, PP, ABS, PS;

Aplicaciones típicas: película soplada para bolsas de compras de PE (rodillo antiadherente), trefilado de bolsas tejidas de PP (mejora la capacidad de filamento), carcasa de electrodomésticos de ABS (mejora la suavidad de la superficie), con una cantidad adicional de 0,2% -1,5%.

4. Poliéter (polietilenglicol PEG): Tipo funcional especial

Ventajas principales: Compatibilidad ajustable, combinación de lubricación y funciones antiestáticas, baja migración, respetuoso con el medio ambiente, en línea con los estándares de contacto con alimentos;

Plásticos compatibles: PE, PP, PET, PVC de grado alimenticio;

Aplicaciones típicas: envoltura de alimentos de PE, loncheras para microondas de PP, botellas de embalaje de alimentos de PET, para evitar la migración de lubricante y la contaminación de los alimentos, con una cantidad agregada de 0,2% - 0,8%.

3. Práctica de aplicación de lubricantes en productos plásticos clave: diseño de fórmulas basado en escenarios

1. Productos de poliolefina (PE, PP): Equilibrio entre la eficiencia de procesamiento y la calidad de la superficie

El PE y el PP tienen buena fluidez de procesamiento, pero se necesitan lubricantes para optimizar el desmoldeo y el brillo superficial. El compuesto comúnmente utilizado es cera de parafina + estearato.

Moldeo por soplado de película agrícola de PE:

Fórmula: materia prima de PE + 0,3% de parafina microcristalina + 0,2% de estearato de calcio + 0,15% de antioxidante 1076;

Proceso: temperatura de película soplada de 150-180 ℃, relación de soplado de 2,5-3,0;

Efecto: La película no tiene fenómeno de rodillo adhesivo, la superficie es lisa sin rayones, la transmitancia de luz es superior al 85% y el bobinado es suave sin adherencia.

Piezas moldeadas por inyección de paredes delgadas de PP (como soportes para teléfonos):

Fórmula: materia prima PP + 0,5% cera de polietileno + 0,3% estearato de butilo + 0,2% antioxidante 168;

Proceso: Temperatura de moldeo por inyección 180-200 ℃, presión de moldeo por inyección 80-100MPa;

Efecto: El molde lleno de masa fundida se llena rápida y completamente, sin faltantes ni marcas de contracción, desmoldeo suave y el brillo de la superficie del producto es ≥ 90.

2. Productos de PVC: lubricación y estabilidad térmica en sinergia

La temperatura de procesamiento del PVC es cercana a la de descomposición, por lo que se requiere un lubricante para reducirla. Al mismo tiempo, se utiliza un estabilizador térmico, comúnmente una combinación de lubricación interna con éster y lubricación externa con estearato.

Extrusión de perfiles de puertas y ventanas de PVC:

Fórmula: resina de PVC + 0,8% estearato de butilo (lubricación interna) + 0,5% estearato de calcio (lubricación externa + estabilidad térmica auxiliar) + 2,0% estabilizador térmico compuesto de calcio y zinc;

Proceso: Temperatura de extrusión 150-170 ℃, velocidad de tracción 5-8 m/min;

Efecto: La superficie del perfil es lisa y libre de imperfecciones, el tamaño es estable, el tornillo del extrusor no tiene acumulación de material y la eficiencia de producción aumenta en un 15%.

Extrusión de manguera transparente de PVC:

Fórmula: resina de PVC + 1,0% adipato de dioctilo (lubricación interna) + 0,3% ácido esteárico (lubricación externa) + 1,5% aceite de soja epoxi (sinergia plastificante + lubricación);

Proceso: Temperatura de extrusión de 140-160 ℃, temperatura de enfriamiento de 40-50 ℃;

Efecto: La manguera es transparente y libre de niebla, con una superficie lisa, sin arrugas ni adherencias al doblarse.

3. Productos plásticos de ingeniería (PET, PC, ABS): resistencia a la temperatura y control preciso de la superficie.

La temperatura de procesamiento de los plásticos de ingeniería es alta (PET: 260-280 ℃, PC: 280-320 ℃), lo que requiere lubricantes resistentes a altas temperaturas para evitar la descomposición y afectar el rendimiento del producto:

Moldeo por inyección de preformas de botellas de bebidas PET:

Fórmula: Materia prima PET + 0,4% polietilenglicol (PEG-6000) + 0,2% hipofosfito 168;

Proceso: temperatura de secado de 160 ℃, temperatura de moldeo por inyección de 270-280 ℃;

Efecto: La superficie del molde de la botella queda lisa y sin marcas de la boquilla. Tras el moldeo por soplado, el cuerpo de la botella queda transparente, sin amarilleo ni rayones, y la eficiencia del desmoldeo se mejora en un 20 %.

Moldeo por inyección de carcasas de electrodomésticos ABS:

Fórmula: resina ABS + 0,6% parafina microcristalina + 0,4% estearato de zinc + 0,3% antioxidante 1010;

Proceso: Temperatura de moldeo por inyección 220-240 ℃, temperatura del molde 60-80 ℃;

Efecto: El brillo de la superficie de la carcasa es uniforme, sin rayones ni rebabas, y la tasa de retención de la resistencia al impacto es superior al 95%, lo que cumple con los requisitos de apariencia y rendimiento de los electrodomésticos.

4. Plásticos en contacto con alimentos: baja migración, prioridad ambiental

Los plásticos en contacto con alimentos tienen requisitos estrictos en cuanto a toxicidad y migración de lubricantes, y se deben seleccionar productos que cumplan con las normas GB 9685 y EU No. 10/2011.

Moldeo por inyección de loncheras para microondas de PP:

Fórmula: Materia prima PP + 0,3 % de polietilenglicol (PEG-4000) + 0,1 % de estearato de calcio + 0,1 % de antioxidante 1010;

Efecto: La migración de lubricante es inferior a 0,01 mg/kg, lo que cumple con los estándares de calidad alimentaria. La superficie de la lonchera es lisa y fácil de limpiar, y resiste el calentamiento en microondas a 130 °C sin olor.

Película soplada de PE para conservación de alimentos:

Fórmula: materia prima de PE + 0,2 % de polietilenglicol (PEG-2000) + 0,15 % de estearato de butilo;

Efecto: La película no tiene adherencia, superficie lisa y sin riesgo de migración al entrar en contacto con los alimentos, garantizando la frescura de los alimentos.

4、 Desafíos de aplicación y tendencias de desarrollo

1. Desafíos existentes

Equilibrio de compatibilidad difícil: el exceso de lubricante interno puede precipitarse fácilmente y hacer que el producto se vuelva pegajoso, mientras que el exceso de lubricante externo puede migrar fácilmente y afectar la adhesión de la superficie (como la impresión y la pintura);

Adaptación de la temperatura de procesamiento: Los plásticos de ingeniería tienen altas temperaturas de procesamiento y los lubricantes comunes son propensos a la descomposición y fallas, lo que requiere productos especializados resistentes a altas temperaturas;

Presión por el cumplimiento ambiental: algunos lubricantes tradicionales (como el estearato de metales pesados) no cumplen con las normas RoHS de la UE y los estándares de contacto con alimentos, lo que limita los escenarios de alta gama.

2. Tendencias de desarrollo

Eficiente y de baja migración: desarrollar lubricantes de alto peso molecular (como cera de polietileno modificada), reducir la migración a través del enredo de cadenas moleculares y adaptarse a los envases de alimentos y productos farmacéuticos;

Respetuoso con el medio ambiente y multifuncional: Desarrollo de lubricantes de base biológica (como derivados del aceite de ricino y cera vegetal) que no sean tóxicos y sean biodegradables, además de poseer funciones lubricantes, antioxidantes y antiestáticas;

Adaptación de precisión: desarrollar lubricantes especializados resistentes a altas temperaturas para plásticos específicos (como PC y PET procesados ​​a altas temperaturas) y desarrollar lubricantes sin niebla para productos transparentes;

Integración de compuestos: Desarrollar aditivos compuestos de lubricación + estabilidad térmica + antioxidantes, simplificar fórmulas, reducir costos de procesamiento, como productos complejos de sales de ácido esteárico y antioxidantes.

5、 Resumen: Lubricantes: el vínculo de equilibrio entre el procesamiento del plástico y la calidad

Desde el moldeo por soplado suave de películas de PE hasta la extrusión estable de perfiles de PVC y la exquisita apariencia de las carcasas de electrodomésticos ABS, los lubricantes se han convertido en la clave para equilibrar la eficiencia y la calidad en la producción de plásticos, optimizando la fluidez del procesamiento, mejorando el desmoldeo y la calidad de la superficie. No solo son una gran ayuda para el procesamiento, sino que también afectan directamente la tasa de calificación de los productos plásticos (como la reducción de defectos superficiales), los costos de producción (como la reducción del consumo de energía) y los escenarios de aplicación (como la conformidad con el contacto con alimentos). En el futuro, con los avances en la investigación y el desarrollo de lubricantes multifuncionales eficientes, de baja migración y respetuosos con el medio ambiente, la industria del plástico se impulsará aún más hacia el desarrollo ecológico y de alta gama, lo que respaldará la producción de productos plásticos de mayor demanda.