Технические характеристики многослойных пленок

06.11.2011

Понятия «многослойная пленка, которая получается путем ламинирования» (далее «ламинат») и «многослойная пленка, которая получается методом соэкструзии» различаются.

Как правило, термин «ламинат» применяется к материалу, которые получается путем соединения (склеивания) готовых пленок. Количество пленок, которые входят в состав ламината, равно числу его слоев. К примеру, материал РА/РЕ, который получается путем склеивания пленок, - это 2-хслойный ламинат. Но пленка, получаемая методом соэкструзии, с той же толщиной слоев РА/РЕ, является 3-хслойным материалом. Именно поэтому, упоминая соэкструзионную технологию, лучше применять термин «соэкструзионная пленка».

Соэкструзионная пленка

Соэкструзия представляет собой систему облагораживания материалов для упаковки, имеющую большое значение в современной технологии упаковки. Основное преимущество изготовления многослойных пленок с использованием метода соэкструзии - это экономия, которая обусловлена тем фактом, что готовый материал получают в ходе единого технологического процесса непосредственно из гранулятов масс пластика. Помимо этого, производство упаковки методом соэкструзии безотходно. Ведь береговые обрезки и другие отходы можно использовать для срединного слоя, даже при производстве пленки, имеющей непосредственный контакт с продуктами питания.

При производстве соэкструзионных пленок применяются аналогичные типы экструдеров, что и при производстве однородных пленок. В процессе соэкструзии применяют минимум 2 или больше экструдеров, которые снабжены совместной головкой. Пластмассовые струи соединяются в фильерах, которые образуют конечную часть головки, иногда – после выхода из головки. Соэкструзионные пленки изготавливают и по технологии экструзии с раздуванием, и путем экструзии плоских пленок.

При соэкструзии применяется полимер в расплавленном состоянии, который связывает взаимно несоединимые полимеры. В результате линия производства должна включать в себя большее количество экструдеров для получения многослойной пленки, чем это обусловлено числом полимеров, которые взяты для получения функциональных слоев. При соэкструзии прочное склеивание проявляется при применении полимеров, которые близки по строению. К примеру, поэтому неполярный ПЭ (полиэтилен) не связывается с полярным полимером, который применяется как барьерный слой. Для соединения данных слоев нужно применять вяжущие слои. В качестве вяжущих средств, как правило, используются полиолефиновые сополимеры, которые модифицированы малеиновым ангидридом. В случае если слой имеет подобное строение, склеивание осуществляется в результате диффузии подобных полимеров. Взаимное связывание барьерных слоев происходит в результате реакции ангидридной группы с группой -NH (в случае с полиамидом), или с группой –OH (в случае сополимера EVOH).

Как говорилось ранее, одно из преимуществ изготовления многослойных пленок методом соэкструзии - это экономичность данного процесса. С точки зрения предотвращения появления отходов, преимущество этого способа заключается в возможности достижения высокой барьерности при меньшей толщине. Гибкие соэкструзионные пленки, как правило, производят в виде 3-х-, 5-и- и 7-ислойных структур.

Изготовление соэкструзионных пленок с применением сополимера EVOH, обладающего высокими барьерными свойствами, требует для сохранения этих качеств по отношению к кислороду 2-усторонней защиты от влаги, т.е. многослойной структуры. Учитывая, что сварной слой чаще всего образуют полиолефины, которые непосредственно не соединяются со слоем EVOH, нужно применять для соединения слоисвязывающие вещества. В результате ввода в данную пленку сополимера EVOH требуется 5-ислойная структура. Разделение слоя PA на 2 независимых для повышения стойкости пленки на углах упаковок при термическом формовании также требует 5-ислойной структуры.

7-ислойные структуры дают возможность разделять одновременно на два слоя PA и PE. Введение в пленку сополимера EVOH дает возможность получать более полезные функциональные качества. В последнее время началось производство 7-ислойных структур, в которых к 5-ислойной соэкструзионной пленке методом ламинирования добавляют слои ориентированных пленок, к примеру, пленки OPP, BOPР, PET, которые заполнены реверсивным текстом. С использованием метода соэкструзии производят и растягивающиеся пленки (например, стрейч пленка, включая и пищевые стрейч пленки), в которых срединный слой состоит и из PE-LLD, и из металлоценовых полиэтиленов, обеспечивающих высокую прочность при растяжении.

Ламинированные пленки

Ламинация - это склеивание 2-х или 3-х пленок различных типов. Каждая пленка обладает определенными положительными особенностями, которые необходимы упаковке. При склеивании данные характеристики не пропадают, а дополняют друг друга. При ламинации красочный слой располагается между слоями пленки, что предотвращает контакт краски с продуктом, защищает печать от повреждений и истирания. Склейку 2-х пленок называют «дуплексной ламинацией». Используется и технология склеивания 3-х пленок («триплексная ламинация»). Ламинация 3-х пленок может осуществляться за 1 прогон, но для этого нужен ламинатор, имеющий 3 секции размотки.

«Мокрое» ламинирование

«Мокрый» способ ламинирования предусматривает удаление растворителя (воды) из клея в туннельной сушилке уже после соединения слоев. Необходимо использовать в качестве 1 из слоев бумагу, которая образует пористый слой, который позволяет воде испаряться. При «мокром» ламинировании применяют и крахмальные, и синтетические клеи. Данную систему обычно используют для ламинирования фольги из алюминия разными видами картона или бумаги. При этом, чем глаже поверхность бумаги, тем меньше клея расходуется. 2-хслойные ламинаты фольги из алюминия с бумагой обычно применяют для последующего экструзионного покрытия ПЭ (полиэтилен).

«Сухое» ламинирование с использованием растворителя

При «сухом» ламинировании, как правило, используют 2-хкомпонентные полиуретановые клеи с растворителем. Начало полимеризации полиуретана происходит после смешивания составляющих компонентов, к примеру, полиэфирного с изоциановым, она усиливается при испарении растворителя в туннельной сушилке. Полимеризацию ускоряют путем подогрева ламинирующего цилиндра. Данная технология ламинирования обычно применяют в производстве ламинатов, которые являются взаимным соединением пленок, к примеру, PA/PE-LD, PET/PE-LD, включая и металлизированные пленки, и пластмассовые пленки с алюминиевой фольгой.

Ламинирование без растворителя

Сейчас при ламинировании готовых пленок, как правило, используют технологию без растворителя. Так, 1-о- или 2-хкомпонентный клей, обычно полиуретановый, наносят в немного подогретом состоянии. Клей следует наносить равномерно, несмотря на то, что грамматура слоя маленькая и составляет около 1 г/м2. Ламинирование осуществляется в системе из 3-х ламинирующих валов сразу после нанесения клея. Преимущество ламинирования без растворителя – это отсутствие необходимости в туннельной сушилки, что уменьшает потребление электроэнергии. Данная технология используется, к примеру, при ламинировании пленки ОРР, включая металлизированные пленки. Быстрое развитие данной технологии благотворно повлияло на развитие межслойной печати, которая отличается высокими эстетическими, функциональными и гигиеническими свойствами.

Ламинирование с использованием расплавленного полимера

Ламинирование с применением расплавленного полимера как связующего вещества представляет собой технологию, производную от покрытия методом экструзии. Данную технологию используют в производстве длинных серий ламинатов фольги из алюминия с бумагой и с пластмассовыми пленками. При ламинирование расплавленным полимером соединение 2-х лент из разных материалов происходит при участии тонкой струи полимера (PE-LD), которая выдавливается из плоской дюзы. Расплавленный ПЭ (полиэтилен) подается из щелевой дюзы экструдера на соединяемые материалы, которые далее прижимаются дожимным роликом к охлаждающему цилиндру.

Ламинирование с применением расплавов

Ламинирование с применением расплавов производится путем нанесения между слоями расплавленных смесей полимера и воска (как правило, сополимера этилена с винилацетатом или микровоска). Расплавленная масса при участии вала наносится на 1 из слоев, который соединяется с лентой материала при участии сжимающих валов. Данная технология используется для соединения фольги из алюминия с разными видами бумаги. Стойкость слоев к отрыву получается ниже, чем у других систем ламинирования.

Высокобарьерные пленки

Основные характеристики высокобарьерных пленок – это стойкость и легкое формирование – они легко принимают форму объекта и ограничивают количество остаточного воздуха. Кроме того, материал гарантирует водную и воздушную непроницаемость и в исходном состоянии, и при герметизации упаковки. Обязательное условие, лежащие в основе функциональности воздухо- и водонепроницаемой упаковки, это максимальная устойчивость к прониканию сред через полимерную пленку. Из сред, которые имеют возможность проникнуть через упаковку, нужно отметить кислород, азот, двуокись углерода, воду и алкоголь. Водяные пары и кислород являются веществами, которые больше всего вызывают волнение у упаковщиков, т.к. они могут вызвать при хранении органолептические изменения продукта.

Как правило, применяются 3 типа исходных материалов: металлическая фольга (алюминий), покрытия (металлические покрытия (алюминий) и минеральные покрытия (окись алюминия, окись кремния, керамика и другие) и полимеры (PET, EVOH и PVDC). Данные материалы инкапсулированы в структурных полимерах, дающих дополнительные свойства. Слои соединяются клеящими веществами.

Хотя алюминий обладает превосходными характеристиками, в том числе и непроницаемостью для кислорода и света, его все реже применяют в упаковке из-за непрозрачности материала. Данная тенденция усиливается и тем, что прозрачные полимеры, которые еще и легче и более дружественны к окружающей среде, обладают аналогичными характеристиками.

Сейчас применяют 3 прозрачных пластика, которые имеют превосходные барьерные свойства: EVOH, PVDC и PET. Но данные полимеры обладают различными барьерными свойствами по отношению к разным средам. Например, EVOH и PET эффективны в отношении кислорода, PVDC – в отношении водяных паров.

Таблица № 1. Барьерные свойства пленок (сравнимая толщина - 25 мкм).

Тип

Проницаемость по кислороду ( Т = 20°С, влажность 65%)

Проницаемость по пару воды ( Т = 38 °С, влажность 90%)

EVON

0.4

PVDC

1.2

0.5

PAN

4.0

OPA

160

PA6

PET

PVC

150

PETG

390

BOPP

1800

HDPE

2000

LDPE

4000

Металлизированные пленки

Существует 2 типа металлизированных пленок:

ламинирование фольгой;
металлизация пленки.

Ламинирование фольгой

Фольгированные материалы изготавливают, используя метод склеивания с применением синтетических клеев или, соединяя пленки с фольгой расплавом адгезионно-активного полимера. Комбинированные пленки со слоем фольги из алюминия широко распространены. Их используют для продуктов, которые подвергаются термической стерилизации в упаковке. При их производстве полимерные пленки соединяются с фольгой. Однако, хотя отечественная фольга имеет увеличенные толщины, она имеет сквозные отверстия, которые снижают барьерные свойства материала. Кроме того, недостатком фольгированных пленок является образование трещин в слое алюминия при складывании и сгибании пленки.

Материалы на основе фольги из алюминия – это пленки, имеющие высокие барьерные свойства, они успешно конкурируют с тарой из стекла и металла. Как правило, на их основе выпускают разнообразные виды эластичной упаковки, применяя тонкую (7-14 мкм) фольгу из алюминия.

В настоящее время выпускаются оригинальные комбинированные материалы, в основе которых алюминиевая фольга:

буфлен (бумага-фольга-полиэтилен), который предназначен для упаковки сухих продуктов питания;
лафолен (лавсан-фольга-полиолефины) – пакеты, которые предназначены для упаковки продуктов питания, соков со стерилизацией;
цефлен (целлофан-полиэтилен-фольга-полиэтилен), который предназначен для упаковки продуктов сублимационной сушки с использованием скоростных упаковочных автоматов;
ламистер (лак-фольга-полипропилен), который применяют для производства тары методом холодного штампования при упаковке продуктов, которые подвергаются пастеризации и стерилизации.

Металлизация пленки

Несмотря на то, что технология фольгированных материалов хорошо отработана, в последнее время производство данных материалов идет на спад, что вызвано экономическим фактором, т.к. алюминий в последние годы сильно подорожал.

В упаковочной отрасли наблюдается тенденция замены фольгированных материалов на металлизированные пленки. Толщина напыленного слоя равна десятым и даже сотым долям микрона, что дает возможность экономии до 98-99% металла, а также применять более безопасные и экологичные технологии и еще в ряде случаев выигрывать в качестве продукции.

По сравнению с фольгированными пленками, металлизированные выглядят более привлекательно и имеют высокий глянец поверхности. Печать на таких пленках – яркая и красочная.

Прочностные характеристики пленок не изменяются в результате металлизации. Но металлизированная поверхность некоторых материалов, например, ПП, ПЭ, ПА и других, теряет способность к сварке. Именно поэтому металлизировать необходимо или пленки, которые далее применяются при производстве комбинированных материалов (металлизированная поверхность расположена между слоями), или пленки, которые при упаковке формируют шов вида «Т».

Используются 3 процесса металлизации: непрерывная металлизация, трансферная металлизация и полунепроницаемая металлизация. Сейчас наиболее востребована металлизация «порциями». Стандартная система состоит из горизонтальной камеры, диаметр которой равен до 2 метров, а длина - 3 метра. Загрузка камеры осуществляется путем установки рулонов с бумагой или пленкой на вал узла размотки, затем полотно проводится через валики натяжения, охлаждающий барабан, 2-ую пару валиков в узел намотки. Далее камера герметизируется. При помощи вакуумных насосов откачивается воздух из камеры и создается среда, которая способствует испарению алюминия и осаждению пара на полотно. Алюминий помещают под охлаждающий барабан, где он испаряется и осаждается на нижнюю поверхность бумаги или пленки.

Алюминиевая проволока, толщина которой составляет около 3 мм, подается из интерметаллиза в лотки. Далее лотки нагревают до температур испарения металла. Лотки размещены в ваннах с водным охлаждением, для того, чтобы отводить тепло и минимизировать рассеянное испарение алюминия. Срок работы лотка равен приблизительно 25 ч. Регулировка толщины осаждаемого алюминия осуществляется путем изменения скорости перемещения материала, скорости подачи проволоки, а также температуры лотка.

Обычно при металлизации «порциями» за 50 минут обрабатывается бумажные рулоны длиной от восемнадцати до двадцати метров. Имеющиеся технологии не предусматривают возможности получения рисунков или узоров при металлизации. Но металлизированные узоры можно получить, если металлизировать предварительно запечатанную пленку. Можно также применять растворы каустика для устранения металлического слоя, получая прозрачные окна на металлизированной пленке.

Напыление с использованием других металлов данным способом затруднительно, т.к. температура их плавления и испарения превышает аналогичные показатели у алюминия. Большое число полимерных пленок можно подвергать металлизации, наиболее распространенными являются ПЭТ, ориентированный ПП и нейлон.

Ламистерная пленка

Производство ламистерной пленки состоит из восьми стадий.

Первые три стадии направлены на производство фольги. Далее фольгу следует подготовить для каширования. Осуществляется обезжиривание и сушка, далее фольга направляется на линию отжига/лакирования/анодирования. На данной линии осуществляется изменение характеристик фольги воздействием высоких температур, фольгу лакируют и обрабатывают в кислоте. Далее ее подают на линию каширования, где происходит покрытие полипропиленовой пленкой.

Затем ламистерная пленка направляется на склад старения, где ей нужно пробыть три дня, далее пленку нарезают и скручивают в рулоны.

Основные свойства ламистерной пленки:

Хорошая формуемость;
Прочность связи алюминиевой фольги с пленкой из полипропилена. Усилие при отслаивании составляет не менее 8 Н/10 см, что дает возможность сохранять герметичность упаковки при деформации;
Материал можно использовать как упаковку для консервов, т.к. он обладает стойкостью при стерилизации согласно ГОСТу 5961.

Основные преимущества ламистерной тары по сравнению с металлической:

Легкость формовки и укупорки, небольшой вес тары;
Предусмотрена возможность упаковки в штабель;
Благоприятные условия стерилизации продукта;
Сохраняет ароматические вещества, витамины, вкусовые качества;
Стойка к коррозии;
Простота разогрева упакованного в тару блюда;
Легко вскрывается;
Сохраняет герметичность при деформации;
Имеет современный и привлекательный внешний вид;
Предусмотрена возможность нанесения красочной печати, а также маркировки;
Срок хранения продуктов в ламистерной таре составляет до 5 лет.

Основные преимущества ламистерной тары по сравнению с полимерной:

Ламистерная тара обладает высокой химической стойкостью и стойкостью к стерилизации;
Она имеет хорошую свариваемость;
Полипропилен обеспечивает инертность тары к продуктам питания;
Алюминиевая фольга обеспечивает светонепроницаемость;
Сохраняет герметичность при деформации.

Доступность упаковочного оборудования для фасовки и укупорки, возможность изготовления банок разных размеров (от 5 мл. до 450 мл.) и форм, а также небольшой вес упаковки, возможность стерилизации и светонепроницаемостью превращают ламистер в незаменимый материал для применения при изготовлении порционных продуктов, имеющих длительный срок хранения.

Благодаря небольшому весу ламистерные банки широко применяются в армии, в авиации, на флоте, в экспедициях, охотниками и туристами.

Применение ламистерной тары

Тара из ламистера применяется для упаковки овощных, мясных, рыбных консервов и пресервов, молочных и кисломолочных продуктов, включая детское питание, паштеты, сгущенное молоко, соки, джемы, орехи, мед и т.д.

В основном ламистерная упаковка в Российской Федерации используется мясоперерабатывающими комбинатами, которые применяют ламистер для упаковки паштетов из мяса. Некоторые мясоперерабатывающие заводы имеют собственное упаковочное оборудование по производству упаковки из ламистера. Остальные области использования упаковки из ламистера в нашей стране не очень развиты. Например, рыбные консервы и джемы в ламистерной упаковке ввозятся в Россию в упакованном виде.

Возврат к списку