文/Entek Manufacturing公司 Dean Elliott

在代工廠和品牌所有者的推動下，預(yù)計到2024年，全球生物塑料的產(chǎn)能將增加到大約21.8億千克，從而使越來越多的應(yīng)用會采用這類綠色材料。對于配混商們而言，該如何在雙螺桿擠出機上高質(zhì)量地配混出此類材料呢？憑借20多年的塑料擠出經(jīng)驗，就職于Entek Manufacturing公司的Dean Elliott先生給出了一些建議。

生物聚合物如PHA等將帶動綠色材料需求的增長，一些消息來源預(yù)計，在未來5年內(nèi)，此類材料的產(chǎn)能會增加3倍以上。PHA是可生物降解的生物基聚酯，具有良好的物理和機械性能。

作為該行業(yè)的領(lǐng)先者之一，澳大利亞的Plantic 科技公司與Entek Manufacturing公司合作，開發(fā)了專有配方，今天，其獲得專利的可生物降解食品包裝材料已在商業(yè)上取得成功，并在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，這些材料是在雙螺桿配混機上被生產(chǎn)出來的。

作為該領(lǐng)域的另一家領(lǐng)先者，美國Danimer科學(xué)公司生產(chǎn)的生物聚合物配混料被用于制造各種環(huán)保產(chǎn)品，其Nodax PHA產(chǎn)品線的市場需求正在顯著增長，比如，Bacardi公司正用此材料來生產(chǎn)8 000萬個PET瓶。

在生物聚合物領(lǐng)域，還涌現(xiàn)了許多新的參與者，他們帶來了新的材料和許多新配方。

采用Plantic 科技公司的PHA材料擠出和熱成型的可生物降解餅干盤

包括生物聚合物在內(nèi)，所有聚合物的生產(chǎn)，均可以采用同向雙螺桿擠出機，該機器具有出色的材料混合能力。不管配方如何，要想獲得優(yōu)良的熔融和混合質(zhì)量，提高產(chǎn)率，以及實現(xiàn)其他參數(shù)目標，應(yīng)該考慮將機械供應(yīng)商視為開發(fā)合作伙伴，并確保所選擇的機械供應(yīng)商擁有有助于你測試材料配方和改善工藝的設(shè)施及專業(yè)能力，這是因為，與任何配混項目一樣，在為新的生物聚合物配方開發(fā)工藝的過程中，會不可避免地進行一定量的反復(fù)試驗。

生物聚合物配混料大致可分為3類：淀粉基聚合物配混料；含生物樹脂的生物樹脂配混料，如PHA、PLA或PHB；生物聚合物復(fù)合共混物，即含兩種或以上的生物樹脂、淀粉基聚合物和/或石油基聚合物的配混料。

在同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機上生產(chǎn)生物樹脂配混料和生物聚合物復(fù)合共混料時，需要注意以下關(guān)鍵事項：

1.購買靈活的擠出機。這是一個革新非?？斓男袠I(yè)，有新的想法、新的或改進的原材料，以及新的或改進的添加劑等。因此，擠出機的設(shè)計要確保最大的靈活性，最好購買長徑比為48:1或52:1的長型擠出機，且需提供多個排氣口和進料位置選項。打開或關(guān)閉可用的排氣口位置，或者從可用的位置添加或卸下一個側(cè)喂料機，都要比在最初購買后再去采購新的機筒或者擴展擠出機容易得多。

2.請記住，生物聚合物通常具有吸濕性，因此，至少要設(shè)一個排氣口，有時候還需要兩個，同時，至少要設(shè)有一個真空排氣口，有時候還需要兩個?？傊捎谏锞酆衔镆话愣季哂形鼭裥?，因此需要在加工之前謹慎處理。在擠出加工的早期就設(shè)置一個排氣口，可以最大程度地減少生物聚合物的水解并避免對材料的預(yù)干燥。設(shè)置一個真空排氣口也是必需的，不要將真空系統(tǒng)視為不必要的附件，它是擠出過程中不可或缺的一部分。精心設(shè)計的真空系統(tǒng)還可以解決生物聚合物揮發(fā)所帶來的腐蝕性問題，從而可以通過減少維護和停機時間以及提高產(chǎn)出來盡快收回成本。

3.請考慮生物聚合物對剪切和壓力的敏感性。當暴露于過熱和/或剪切環(huán)境中時，生物聚合物會迅速降解。材料所遭受的剪切力與擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速成正比，與擠出機螺桿與機筒之間的間隙成反比。因此，需要在給定的擠出量下，盡可能以最低的螺桿轉(zhuǎn)速運行擠出機，直到擠出機扭矩過高（＞90%）或達到體積極限，這可通過混料堵塞進料口或排氣口來確定。

PHA已實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，比如，Phade品牌的吸管就由Danimer公司的生物配混料制成

確保擠出機供應(yīng)商具有支持你研發(fā)的實驗室設(shè)施

為避免體積限制，可以有策略地設(shè)置排氣口來排出空氣和濕氣，以及將限制型捏合段或反向螺桿元件放置在距離進料口或排氣口盡可能遠的下游。通過將擠出機螺桿設(shè)計成帶有較長的“輕柔”混合區(qū)而不是較短的劇烈混合區(qū)，可以避免高扭矩。穩(wěn)定進料器，使扭矩波動最小化，可以使操作人員以更高的平均扭矩運行擠出機。

雖然同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機是一種高效配混設(shè)備，但其泵送效率僅為8%至15%，這帶來的轉(zhuǎn)化效應(yīng)是，因擠出機出口壓力高而造成熔體溫度明顯升高。較高的出口壓力還會導(dǎo)致在擠出機出口附近的排氣口處產(chǎn)生排氣流。增加?？字睆?，增加濾網(wǎng)的網(wǎng)目尺寸，并且在水下造粒的情況下，增加水和模頭的溫度，所有這些，都會使擠出機的出口壓力降到最低。節(jié)距等于一個直徑的輸送螺桿元件是最有效的泵送元件。

配混生物聚合物最好使用長徑比為48:1或52:1的長型擠出機，以提高加工靈活性，比如這臺73 mm的雙螺桿擠出機

可以在擠出機出口和模頭之間使用熔體泵。熔體泵的泵送效率為25%到35%。使用熔體泵能最大程度地避免熔體溫度的過度升高，節(jié)省擠出機功率并形成更穩(wěn)定的擠出流量。有時，可以通過增加擠出機的產(chǎn)量來驗證熔體泵成本的合理性。

4.生物聚合物降解迅速，因此，清機很重要。生物聚合物的降解速度要比大多數(shù)的石油基聚合物更快。如果擠出機要停機1～2 h以上，強烈建議降低機筒熱量或者關(guān)閉加熱。如果在擠出機不運行時還保持長時間加熱狀態(tài)，請使用低成本的熱穩(wěn)定聚合物對擠出機進行清洗，這類聚合物的熔體粘度要比生物樹脂的稍高。如果清機料的粘度過高，則在重新開始生產(chǎn)后的許多小時內(nèi)，它會顯示為污染物。