L'application de lubrifiants dans les produits en plastique

Les lubrifiants sont des additifs fonctionnels essentiels dans la production de plastique. En réduisant la friction au sein du polymère fondu et entre celui-ci et les équipements de transformation, ils améliorent la fluidité de la transformation, évitent l'adhérence du polymère fondu aux équipements et préviennent les défauts de surface (tels que les rayures et les piqûres) sur le produit. Parallèlement, ils optimisent la brillance de surface et facilitent le démoulage. Lors de la transformation des plastiques (moulage par injection, extrusion, soufflage), les lubrifiants permettent de réduire la température de transformation et la consommation d'énergie, d'améliorer l'efficacité de la production et conviennent à la quasi-totalité des plastiques, tels que le PE, le PP, le PVC, le PET, l'ABS, etc. Selon leur mode d'action, on distingue les lubrifiants internes (qui améliorent la fluidité interne du polymère fondu) et les lubrifiants externes (qui réduisent la friction entre le polymère fondu et les équipements). Actuellement, leur développement s'oriente vers une efficacité élevée, une faible migration, le respect de l'environnement et la multifonctionnalité, autant d'éléments essentiels pour un équilibre optimal entre la transformabilité des plastiques et la qualité des produits.

1. Le mécanisme de base des lubrifiants : optimisation bidirectionnelle du processus et des performances

1. Fonction de lubrification interne : réduire la viscosité du polymère fondu et améliorer la fluidité

Les lubrifiants internes présentent une bonne compatibilité avec les résines plastiques, peuvent pénétrer entre les chaînes moléculaires, affaiblir les forces intermoléculaires, réduire le frottement des segments et abaisser la viscosité à l'état fondu :

Effet : Facilite l'écoulement du plastique pendant le traitement, remplit mieux les moules (par exemple pour les pièces moulées par injection complexes sans manque de matière), réduit le couple de la vis d'extrusion et la pression d'injection ;

Produits représentatifs : stéarate de butyle, adipate de dioctyle, polyéthylène glycol ;

Scénarios d'adaptation : extrusion de profilés PVC, production par moulage par injection de parois minces en PP, afin d'éviter la déformation du produit due à une mauvaise fluidité de la matière fondue.

2. Fonction de lubrification externe : forme un film isolant, améliore le démoulage et la lubrification de surface.

Les lubrifiants externes présentent une faible compatibilité avec les plastiques et migrent à la surface de la matière fondue pendant la transformation, formant un film lubrifiant qui isole le contact direct entre la matière fondue et l'équipement (vis, moules).

Effet : Empêche l'adhérence des équipements de fusion (tels que les rouleaux d'adhérence des films d'extrusion, les moules d'adhérence des pièces moulées par injection), réduit les rayures et les bavures de surface sur les produits et améliore la brillance de surface ;

Produits représentatifs : acide stéarique, stéarate de calcium, cire de paraffine, cire de paraffine microcristalline ;

Scénarios d'adaptation : film soufflé PE, moulage par injection de coques d'appareils électroménagers en ABS, extrusion de tuyaux en PVC, assurant un traitement continu et régulier et améliorant la qualité d'aspect du produit.

3. Assistance collaborative : concilier de multiples besoins

Certains lubrifiants ont d'autres fonctions, comme le stéarate de calcium et le stéarate de zinc, qui sont à la fois des lubrifiants externes et des composants auxiliaires des stabilisateurs thermiques du PVC ; les lubrifiants à base de polyéthylène glycol peuvent améliorer les propriétés antistatiques des plastiques, obtenant un effet synergique de lubrification + stabilité/antistatique.

Application typique : Dans la production de matériaux pour câbles en PVC, le stéarate de calcium résout simultanément les problèmes de lubrification et de stabilité thermique, simplifiant ainsi la formule ; Le lubrifiant à base de polyéthylène glycol est utilisé pour les films d’emballage alimentaire en PE, assurant un équilibre entre fluidité et propriétés antistatiques.

2. Principaux types de lubrifiants et plastiques compatibles : correspondance précise des caractéristiques et des scénarios

Les différents lubrifiants présentent des différences significatives en termes de compatibilité, de résistance à la chaleur et d'efficacité de lubrification, et doivent être sélectionnés en fonction du type de plastique, de la technologie de transformation et de l'utilisation du produit :

1. Acides gras et leurs dérivés (acide stéarique, sels d'acide stéarique) : lubrifiants universels

Principaux avantages : faible coût, effet lubrifiant équilibré, avec des fonctions de lubrification interne et externe, et certains peuvent contribuer à la stabilité thermique ;

Produits représentatifs : acide stéarique (SA), stéarate de calcium (CaSt ₂), stéarate de zinc (ZnSt ₂), stéarate de magnésium (MgSt ₂) ;

Convient aux plastiques : PE, PP, PVC, ABS ;

Applications typiques : boîtes à lunch moulées par injection en PP (pour améliorer le démoulage), tuyaux en PVC (moule antiadhésif + stabilité thermique auxiliaire), jouets en ABS (pour améliorer la brillance de surface), avec une quantité d’ajout typique de 0,1 % à 1,0 %.

2. Lubrifiants esters (stéarate de butyle, adipate de dioctyle) : principal lubrifiant interne

Principaux avantages : bonne compatibilité avec la résine, efficacité de lubrification interne élevée et aucun impact sur la transparence du produit ;

Plastiques compatibles : PVC, PET, PC, PP transparent ;

Applications typiques : film transparent en PVC, préformes de bouteilles de boissons en PET, couvercles de lampes en PC, pour éviter la formation de buée due à la précipitation de lubrifiants internes, avec une quantité ajoutée de 0,3 % à 2,0 %.

3. Cire de paraffine (cire de paraffine, cire de paraffine microcristalline, cire de polyéthylène) : principal lubrifiant pour la lubrification externe

Principaux avantages : Fort effet lubrifiant externe, résistance modérée à la chaleur (température de traitement ≤ 200 °C), peut améliorer considérablement le brillant de surface des produits ;

Produits représentatifs : cire de paraffine entièrement raffinée, cire de paraffine microcristalline (MPW), cire de polyéthylène (cire PE) ;

Plastiques compatibles : PE, PP, ABS, PS ;

Applications typiques : film soufflé pour sacs de courses en PE (rouleau antiadhésif), tréfilage de sacs tissés en PP (améliore la filamentabilité), coque d'appareil électroménager en ABS (améliore la douceur de la surface), avec une quantité ajoutée de 0,2 % à 1,5 %.

4. Polyéther (polyéthylène glycol PEG) : Type fonctionnel spécial

Principaux avantages : Compatibilité ajustable, combinant des fonctions de lubrification et antistatiques, faible migration, respectueux de l’environnement, conforme aux normes de contact alimentaire ;

Plastiques compatibles : PE, PP, PET, PVC de qualité alimentaire ;

Applications typiques : films alimentaires en PE, boîtes à lunch micro-ondables en PP, bouteilles d'emballage alimentaire en PET, pour prévenir la migration du lubrifiant et la contamination des aliments, avec une quantité ajoutée de 0,2 % à 0,8 %.

3. Application pratique des lubrifiants dans les principaux produits plastiques : conception de formules basées sur des scénarios

1. Produits en polyoléfine (PE, PP) : Équilibrer l'efficacité de transformation et la qualité de surface

Le PE et le PP présentent une bonne fluidité de transformation, mais des lubrifiants sont nécessaires pour optimiser le démoulage et la brillance de surface. Le composé couramment utilisé est un mélange de cire de paraffine et de stéarate.

Moulage par soufflage de films agricoles en PE :

Formule : matière première PE + 0,3 % de paraffine microcristalline + 0,2 % de stéarate de calcium + 0,15 % d'antioxydant 1076 ;

Procédé : température du film soufflé de 150 à 180 ℃, taux de soufflage de 2,5 à 3,0 ;

Effet : Le film ne présente aucun phénomène de rouleau adhésif, la surface est lisse sans rayures, la transmission de la lumière est supérieure à 85 % et l'enroulement est lisse sans adhérence.

Pièces moulées par injection en PP à parois minces (comme un support de téléphone) :

Formule : matière première PP + 0,5 % de cire de polyéthylène + 0,3 % de stéarate de butyle + 0,2 % d'antioxydant 168 ;

Procédé : Température de moulage par injection 180-200 ℃, pression de moulage par injection 80-100MPa ;

Effet : Le moule à remplissage fondu est rapidement et complètement rempli, sans marques de manque ou de retrait, un démoulage lisse et la brillance de surface du produit est ≥ 90.

2. Produits en PVC : lubrification et stabilité thermique en synergie

La température de transformation du PVC est proche de sa température de décomposition, et un lubrifiant est nécessaire pour la réduire. Parallèlement, un stabilisateur thermique est utilisé, généralement une combinaison de sternate (lubrification interne) et de stéarate (lubrification externe).

Extrusion de profilés PVC pour portes et fenêtres :

Formule : résine PVC + 0,8 % de stéarate de butyle (lubrification interne) + 0,5 % de stéarate de calcium (lubrification externe + stabilité thermique auxiliaire) + 2,0 % de stabilisant thermique composite calcium-zinc ;

Procédé : Température d'extrusion 150-170 ℃, vitesse de traction 5-8 m/min ;

Effet : La surface du profilé est lisse et sans défaut, la taille est stable, la vis d'extrusion ne présente aucune accumulation de matière et l'efficacité de production est augmentée de 15 %.

Extrusion de tuyau transparent en PVC :

Formule : résine PVC + 1,0 % d'adipate de dioctyle (lubrification interne) + 0,3 % d'acide stéarique (lubrification externe) + 1,5 % d'huile de soja époxy (synergie plastifiante et lubrifiante) ;

Procédé : Température d'extrusion de 140 à 160 ℃, température de refroidissement de 40 à 50 ℃ ;

Effet : Le tuyau est transparent et sans buée, avec une surface lisse, sans plis ni adhérences lorsqu'il est plié.

3. Produits en plastique technique (PET, PC, ABS) : résistance à la température et contrôle précis de la surface

La température de transformation des plastiques techniques est élevée (PET : 260-280 ℃, PC : 280-320 ℃), ce qui nécessite des lubrifiants résistants aux hautes températures pour éviter la décomposition et affecter les performances du produit :

Moulage par injection de préformes de bouteilles de boissons en PET :

Formule : matière première PET + 0,4 % de polyéthylène glycol (PEG-6000) + 0,2 % d'hypophosphite 168 ;

Procédé : température de séchage de 160 ℃, température de moulage par injection de 270-280 ℃ ;

Effet : La surface de l’ébauche de bouteille est lisse et exempte de marques de coulée. Après soufflage, le corps de la bouteille est transparent, sans jaunissement ni rayures, et l’efficacité du démoulage est améliorée de 20 %.

Coque en ABS pour appareils électroménagers moulée par injection :

Formule : résine ABS + 0,6 % de paraffine microcristalline + 0,4 % de stéarate de zinc + 0,3 % d'antioxydant 1010 ;

Procédé : Température de moulage par injection 220-240 ℃, température du moule 60-80 ℃ ;

Effet : La brillance de la surface de la coque est uniforme, sans rayures ni bavures, et le taux de rétention de la résistance aux chocs est supérieur à 95 %, répondant aux exigences d'apparence et de performance des appareils ménagers.

4. Plastiques en contact avec les aliments : faible migration, priorité environnementale

Les plastiques destinés au contact alimentaire sont soumis à des exigences strictes en matière de toxicité et de migration des lubrifiants ; il convient donc de sélectionner les produits conformes aux normes GB 9685 et UE n° 10/2011.

Boîte à lunch micro-ondable en PP moulée par injection :

Formule : matière première PP + 0,3 % de polyéthylène glycol (PEG-4000) + 0,1 % de stéarate de calcium + 0,1 % d'antioxydant 1010 ;

Effet : La quantité de lubrifiant ayant migré est inférieure à 0,01 mg/kg, ce qui est conforme aux normes alimentaires. La surface de la boîte à lunch est lisse et facile à nettoyer, et elle résiste à la cuisson au micro-ondes à 130 °C sans dégager d’odeur.

Film PE de conservation des aliments, film soufflé :

Formule : matière première PE + 0,2 % de polyéthylène glycol (PEG-2000) + 0,15 % de stéarate de butyle ;

Effet : Le film n'adhère pas, présente une surface lisse et ne risque pas de migrer au contact des aliments, garantissant ainsi leur fraîcheur.

4. Défis liés aux applications et tendances de développement

1. Défis existants

Équilibre de compatibilité difficile : un excès de lubrifiant interne peut facilement précipiter et rendre le produit collant, tandis qu’un excès de lubrifiant externe peut facilement migrer et affecter l’adhérence de surface (comme l’impression et la peinture) ;

Adaptation à la température de transformation : les plastiques techniques ont des températures de transformation élevées et les lubrifiants ordinaires sont sujets à la décomposition et à la défaillance, ce qui nécessite des produits spécialisés résistants aux hautes températures ;

Pressions liées à la conformité environnementale : certains lubrifiants traditionnels (comme le stéarate de métaux lourds) ne sont pas conformes aux normes RoHS de l’UE et aux normes de contact alimentaire, ce qui limite les applications haut de gamme.

2. Tendances de développement

Migration efficace et faible : développer des lubrifiants à poids moléculaire élevé (tels que la cire de polyéthylène modifiée), réduire la migration grâce à l’enchevêtrement des chaînes moléculaires et s’adapter aux emballages alimentaires et pharmaceutiques ;

Écologiques et multifonctionnels : Développement de lubrifiants biosourcés (tels que des dérivés d'huile de ricin et de cire végétale) non toxiques et biodégradables, tout en possédant des fonctions lubrifiantes, antioxydantes et antistatiques ;

Adaptation de précision : développer des lubrifiants spécialisés résistants aux hautes températures pour des plastiques spécifiques (tels que le PC et le PET transformés à haute température), et développer des lubrifiants anti-buée pour les produits transparents ;

Intégration composite : Développer des additifs composites lubrification+stabilité thermique+antioxydants, simplifier les formules, réduire les coûts de traitement, tels que les produits complexes de sels d'acide stéarique et d'antioxydants.

5. Résumé : Lubrifiants - l'équilibre essentiel entre la transformation des plastiques et la qualité

Du soufflage fluide des films PE à l'extrusion stable des profilés PVC, en passant par l'aspect soigné des coques d'appareils électroménagers en ABS, les lubrifiants sont devenus essentiels pour concilier efficacité et qualité dans la production de plastique. Ils optimisent la fluidité des procédés, facilitent le démoulage et rehaussent la qualité de surface. Bien plus qu'un simple adjuvant de transformation, ils influent directement sur le taux de conformité des produits plastiques (par exemple, en réduisant les défauts de surface), les coûts de production (par exemple, en réduisant la consommation d'énergie) et les applications (par exemple, la conformité au contact alimentaire). À l'avenir, grâce aux avancées réalisées dans la recherche et le développement de lubrifiants multifonctionnels performants, à faible migration et respectueux de l'environnement, l'industrie du plastique s'orientera vers un développement plus haut de gamme et plus écologique, favorisant ainsi la production de produits plastiques toujours plus exigeants.