Modifizierung von biologisch abbaubaren Kunststoffen PLA/PBAT: Optimierung der Schraubkonfiguration zur Minimierung der Risiken des thermischen Abbaus

Mit der globalen Einführung von Plastikverboten ist die Nachfrage nach biologisch abbaubaren Materialien wie PLA (Polylactid) und PBAT (Polybutylenadipat-Terephthalat) stark gestiegen. Diese Polymere sind jedoch äußerst empfindlich gegenüber Temperatur und Scherkräften. Während des Compoundierens kann eine unsachgemäße Schneckenkonfiguration leicht zu thermischer Degradation führen, was zu einer verringerten Schmelzviskosität, einer Vergilbung der Granulate und einem erheblichen Verlust der mechanischen Eigenschaften zur Folge hat.

Im Gegensatz zu herkömmlichem PE oder PP sind biologisch abbaubare Kunststoffe anfällig für Hydrolyse und thermische Zersetzung bei erhöhten Temperaturen.

• Enges Verarbeitungsfenster: PLA wird typischerweise zwischen 170°C und 190°C verarbeitet. Wenn die lokale Reibungswärme (viskose Dissipation) 200°C überschreitet, sinkt das Molekulargewicht rapide.

• Feuchtigkeitsempfindlichkeit: Selbst Spuren von Feuchtigkeit können unter hohem Druck zur Spaltung von Esterbindungen führen. Daher ist die Entgasungseffizienz (Auslüftung) ein entscheidender Faktor für die Qualität des Endprodukts.

Bei der Auswahl und Konfiguration eines Zweiwellenextruders für PLA/PBAT lauten die Leitprinzipien "Niedrige Temperatur, niedrige Scherung und hohe Verteilung".

• Übermäßige Scherung vermeiden: Reduzieren Sie den Einsatz von 90-Grad-Neutral-Knetblöcken. Erhöhen Sie stattdessen 30-Grad- oder 45-Grad-Vorwärtsförder-Knetblöcke, um sicherzustellen, dass die Mischung erfolgt, während sich das Material bewegt, und um den Wärmeaufbau durch lange Verweilzeiten zu minimieren.

• Distributive Mischerelemente: Wir empfehlen die Einarbeitung von SME- (Screw Mixing Element) oder TME- (Turbine Mixing Element) Elementen. Diese Komponenten dispergieren Additive (wie Stärke oder CaCO3) effektiv, ohne übermäßige Reibungswärme zu erzeugen.

• Technischer Parameter: Der einseitige Spalt zwischen den Schneckenelementen und der Zylinderwand sollte zwischen 0,02 mm und 0,05 mm gehalten werden.

• Ziel: Ein enger Spalt verhindert Materialrückfluss und lokale Überhitzung, was eine stabile Druckausgabe und eine gleichmäßige Schmelzqualität gewährleistet.(Referenz: Werksmontage-Präzisionsbericht - Ref: #INSP-2023-V3)

Da die Compoundierung von biologisch abbaubaren Materialien oft Stärke oder andere natürliche Füllstoffe enthält, müssen Schnecke und Zylinder ausreichend haltbar sein:

• Zylindermaterial: Ein bimetallischer Zylinder mit einer Auskleidung aus hochchromlegiertem Stahl wird empfohlen, um die Abriebfestigkeit gegenüber natürlichen Füllstoffen zu gewährleisten.

• Härtegrad: Die Schneckenelemente sollten durch Vakuumhärten eine Härte von 58-64 HRC erreichen, um die Langlebigkeit zu gewährleisten und Metallkontaminationen im Endprodukt zu vermeiden.

Für Hersteller von PLA/PBAT-Compounds bestimmt die Präzision der Extruderteile den Erfolg der Degradationskontrolle. Durch die Optimierung der Schneckengeometrien, die Aufrechterhaltung der Temperaturstabilität innerhalb von +/- 1°C und die Verwendung von hochkompatiblen Schneckenelementen für Coperion- oder Leistritz-Modelle können Unternehmen den Durchsatz maximieren und gleichzeitig die wesentliche mechanische Integrität des Materials erhalten.