12.1.4.8 Koekstruzja i struktury wielowarstwowe
Kształtowanie się współczynnika tarcia w foliach wielowarstwowych zawierających migrujące dodatki poślizgowe może być złożone. Dodatki mogą migrować do sąsiednich warstw lub być przenoszone na tylną stronę folii podczas nawijania w rolce. Pozostawia to mniejszą ilość dodatku do uzyskania pożądanej powierzchni o niskim COF. Na wielkość migracji do sąsiednich warstw ma wpływ rozpuszczalność dodatku w warstwach; dodatki poślizgowe amidów kwasów tłuszczowych są bardziej rozpuszczalne w polarnych polimerach, takich jak warstwy wiążące i jonomery niż PE. Sprawę dodatkowo komplikuje wpływ temperatury na rozpuszczalność i dyfuzję amidów. Wniosek jest taki, że dodatki poślizgowe umieszczone w jednej warstwie prawdopodobnie nie pozostaną w tej warstwie. To musi być brane pod uwagę przy podejmowaniu decyzji, jak dużo dodatku użyć i w których warstwach go umieścić.
Sankhe i Hirt mierzą stężenie erucamidu w 50-μm dwuwarstwowej folii LLDPE. Struktura jest następująca (25 μm LLDPE-25 μm LLDPE); tylko jedna warstwa zawiera erukamid (przy 1% obciążeniu). Profil stężenia erukamidu na całej grubości folii jest mierzony przy użyciu synchrotronowej mikrospektroskopii FTIR w celu uzyskania wystarczającej rozdzielczości przestrzennej dla folii. Poprzednie prace mierzące profile erukamidu były ograniczone do grubych filmów (600 μm) ze względu na ograniczoną rozdzielczość konwencjonalnej spektroskopii FTIR. W poprzednich pracach stwierdzono znaczne gradienty stężeń, gdy poślizg dodawano tylko do jednej warstwy, w porównaniu z dodaniem równych ilości poślizgu do wszystkich warstw. W pracy dotyczącej cienkiej warstwy stwierdzono, że stężenie jest prawie jednorodne na całej grubości warstwy dwuwarstwowej, nawet po upływie 1 dnia od wytworzenia. Postulują, że poślizg migruje do sąsiedniej warstwy podczas koekstruzji; charakterystyczny czas dyfuzji wzrasta z kwadratem grubości warstwy, więc nie jest zaskakujące, że stężenie wyrównuje się szybko w cienkich filmach. Powierzchniowe stężenie erukoamidu mierzone jest metodą ATR. Po obu stronach folii dwuwarstwowej obserwuje się prawie jednakowy wzrost stężenia powierzchniowego w miarę upływu czasu przechowywania (do 3 dni), który zbiega się ze zmniejszeniem stężenia objętościowego.
Kitchel testuje serię trójwarstwowych folii rozdmuchiwanych z LDPE z dodatkiem 500 ppm erukoamidu do różnych warstw. Całkowita grubość folii wynosi 50 μm, a udział procentowy warstw wynosi (20/60/20). Pomiaru COF dokonuje się na przedniej i tylnej stronie folii w celu uzyskania jak największej różnicy. Największą różnicę w COF uzyskuje się, gdy cały poślizg dodawany jest do zewnętrznej warstwy powłoki (w odniesieniu do pęcherzyka folii rozdmuchiwanej). W drugim eksperymencie, całkowita grubość folii jest zmieniana w zakresie od 25 do 150 μm. Zwiększenie grubości pomaga zwiększyć różnicę COF.
Glover powleka metodą wytłaczania LDPE zawierający dodatek poślizgowy w postaci amidu kwasu tłuszczowego na dwóch różnych podłożach, papierze siarczanowym i folii aluminiowej. Współczynnik COF powłoki jest wyższy w przypadku powłoki papierowej, co przypisuje porowatemu papierowi, który pochłania część poślizgu, pozostawiając mniejszą ilość do migracji na powierzchnię LDPE.
Bryant mierzy współczynnik COF w funkcji czasu na serii trójwarstwowych folii rozdmuchiwanych zawierających różne kombinacje warstw LLDPE i jonomeru sodowego. Każda warstwa ma grubość 25 μm, a całkowita grubość folii wynosi 75 μm. Amid jest umieszczany w jednej lub więcej warstw w celu zbadania efektu migracji pomiędzy sąsiadującymi warstwami polarnymi (jonomer) i niepolarnymi (LLDPE). Wyższe poziomy dodatku poślizgowego są potrzebne do uzyskania niskiego COF, gdy co najmniej jedną z warstw jest jonomer, co odzwierciedla większą rozpuszczalność amidu w jonomerze. Co ciekawe, niższy COF uzyskuje się, gdy poślizg dodaje się do warstwy jonomeru, niż gdy dodaje się go tylko do warstwy LLDPE. Obecność warstwy polarnej wpływa również na odpowiedź COF wraz ze wzrostem temperatury przechowywania (od 23 do 38°C). Zmiany COF w zależności od temperatury są bardziej wyraźne w przypadku niepolarnej warstwy LLDPE niż w przypadku warstwy zawierającej jonomer. Bryant przypisuje to różnicom w rozpuszczalności.
Soutar przedstawia szereg anegdot dotyczących migrującego poślizgu w foliach wielowarstwowych. W szczególności żywice wiążące mają wpływ na COF, prawdopodobnie z powodu ich polarnej natury. Hipoteza autora jest taka, że funkcje chemiczne żywicy wiążącej przyciągają cząsteczki amidów. W jednym z przykładów, gdy warstwy są odrywane od siebie, nie stwierdza się akumulacji amidu na styku warstwy związanej i polietylenowej. Sugeruje to, że poślizg znajduje się w większej części warstwy wiązania.
Soutar omawia również problemy z przenoszeniem amidów lub innych dodatków z przedniej powierzchni folii na sąsiednią tylną powierzchnię folii nawiniętej w rolce. Doprowadziło to do problemów z zanieczyszczeniem związanych ze złym drukowaniem lub zgrzewaniem.
Poisson bada trójwarstwowe barierowe folie rozdmuchiwane o strukturze (Poliamid 6,66
tiePE). Wiązanie jest polietylenem modyfikowanym bezwodnikiem maleinowym. Do tej podstawowej struktury rozważa się kilka wariantów poprzez dodanie 50% wagowych EVA (VA = 9 wt%) do warstwy wiążącej, uszczelniającej lub obu. Grubości warstw wynoszą (30/10/50 μm). Erucamid lub oleamid jest dodawany do warstwy uszczelniającej w stężeniach od 0 do 2500 ppm. AFM i FTIR są używane do pomiaru profilu stężenia poślizgu w całej grubości warstwy i stężenia powierzchniowego. Podczerwień nie mogła być użyta do pomiaru poziomu poślizgu w warstwie poliamidu (PA), ponieważ piki podczerwieni PA i amidu nakładają się na siebie. Ilość poślizgu w warstwie PA jest szacowana poprzez odjęcie zmierzonych ilości na powierzchni, w uszczelniaczu i w warstwie wiążącej od całkowitej ilości dodanej.
Erucamide daje najlepszą wydajność COF z dwóch testowanych dodatków poślizgowych. Oleamid wykazuje pewne zaskakujące wyniki COF, takie jak początkowy wzrost z czasem, co może być spowodowane polarnością EVA. COF w przypadku erukoamidu szybko osiąga wartość 0,2, nawet przy stężeniu 500 ppm. W eksperymentach Poissona z erukamidem większość poślizgu kończy się przy powierzchni po starzeniu próbek przez 1000 h. COF koreluje z frakcją całkowitego poślizgu na powierzchni. Obecność EVA zwiększa COF na wszystkich poziomach poślizgu, ale różnica ta nie jest znacząca i jest niwelowana przez dodanie niewielkiej ilości dodatkowego erukoamidu. W przypadku oleamidu nie tak wiele poślizgu kończy się przy powierzchni, a stężenie powierzchniowe nie koreluje z COF.
Poisson przedstawia dane dotyczące ilości poślizgu kończącego się w każdej warstwie. Dodanie EVA do warstwy opaski lub PE znacząco wpływa na koncentrację poślizgu w każdej z warstw i na powierzchni. Znaczna ilość poślizgu znajduje się w polarnej warstwie wiązania i warstwach PA, chociaż ilość podana dla warstwy PA wydaje się nierealistyczna. Prawdopodobnie wynika to z techniki pomiarowej. FTIR może nie mieć odpowiedniej rozdzielczości, aby dokładnie zmierzyć stężenie w cienkiej warstwie PE i warstwie wiążącej. Ten błąd jest z kolei potęgowany przez metodę odejmowania użytą do uzyskania stężenia w warstwie PA. Niemniej jednak, pomiary w warstwie wiązania potwierdzają przypuszczenia innych osób na temat absorpcji poślizgu przez warstwę wiązania.
W miarę wzrostu złożoności struktur folii koekstrudowanych, konieczne będzie lepsze zrozumienie migracji poślizgu pomiędzy warstwami i na powierzchnię.