Комбинированные и многослойные материалы

       СОЭКСТРУЗИЯ

       Это процесс получения многослойных материалов, представляющих комбинацию из нескольких полимерных слоев, за один цикл. Он наиболее распространен для производства барьерных пленок. С помощью этого метода можно производить огромный ассортимент пленок со свойствами, которые невозможно получить путем однослойной экструзии. Например, можно изготовить пленку, у которой липкой будет только одна из сторон, она применяется для защиты полированных алюминиевых поверхностей, стекла, мебели и др. изделий от механических повреждений. Метод соэкструзии помогает попутно решить и экономическую проблему – снизить издержки производства за счет изготовления пленки за один цикл (вместо многоступенчатого процесса), а также использования менее дорогих полимеров или даже отходов пластмассового производства во внутренних слоях пленки.

       Технология  процесса заключается в том, что  с помощью двух или более экструдеров в зависимости от количества слоев получаемого пленочного материала в общую головку с двумя или более формующими зазорами одновременно впрыскиваются расплавы одинаковых или различных (но имеющих близкие реологические характеристики) полимеров. Слои соединяются непосредственно в головке или после выхода из нее. В процессе формования рукавных пленок заготовки в расплавленном состоянии свариваются на выходе из формующего инструмента при раздуве. Совместная экструзия ПП и ПЭ позволяет получать многослойные пленки с высокой прозрачностью и прочностью шва, в том числе разноцветные.

       Преимущества  процесса:   одностадийность;   экономичность; возможность формирования очень тонких слоев и регулирования  толщины, изменения чередования слоев в материале, использования  полимеров,   которые  нельзя  перерабатывать экструзией   для выработки однослойных пленок;  придание  многослойной пленке особых эстетических качеств путем сочетания полимеров, различающихся цветом или фактурой поверхности; наконец, при соэкструзии дорогостоящие добавки (антиоксиданты, ультрафиолетовые стабилизаторы, скользящие,  антиблокирующие. антистатические агенты) можно добавлять не во все слои, а в строго определенные.

       Недостатки  соэкструзии: ограниченный ассортимент  пленок, необходимость использования промежуточных адгезионных слоев, невозможность нанесения печати между слоями, затруднения при утилизации отходов. 

       ЭКСТРУЗИОННОЕ ЛАМИНИРОВАНИЕ

       Экструзионно-ламинаторный способ получения многослойных и комбинированных материалов заключается в нанесении расплава   полимера   на   другие   полимерные   пленки    бумаге Фольгу или ткань. Принципиальная схема этого процесса  

       

       

       Рис. Принципиальная схема ПрОцесса экструзионного ламинирования

       / — узел размотки основы;  2— ЭкструДЕР

         с плоскошелеВоЙ голоВкоЙ; 3— прЕссУЮЩИЙ

         вАпИк;   4 — охлаждающий   ЦИЛИНДР; 5—узел намотки 

представлена на рисунке. В качестве основы обычно применяют предварительно ориентированные пленки, что обеспечивает хорошие прочностные показатели многослойных и комбинированных материалов.

       Экструзионное ламинирование обеспечивает высокую  производительность процесса, но большая скорость протяжки основы часто приводит к снижению сопротивления пленок расслаиванию, которые к тому же имеют тенденции к скручиванию.

       Для достижения хороших адгезионных  показателей покрытие наносят на основу при высокой температуре, которая может быть более 300 °С. Кроме  того, поверхность основы обрабатывают праймерами, представляющими собой  очень тонкие слои адгезивов. Подобная технология ограничивает области использования пленок, например для упаковывания пищевых продуктов.

       При экструзионном ламинировании расплавом  полимера можно соединять две (или  больше) пленочные основы, а покрытия наносить с помощью соэкструзионной головки, что существенно расширяет ассортимент пленок и сферу их применения. В качестве основы служат различные типы бумаги и картона, двуосно-ориентированные полиэтилентерефталатные, полиамидные, полипропиленовые пленки, целлофан, алюминиевая фольга, ткани и нетканые материалы. Для покрытия и соединения слоев обычно применяют полиэтилен низкой плотности, полипропилен и их сополимеры.

       Ассортимент пленок: материалы для упаковывания молока и молочных продуктов на основе бумаги, алюминиевой фольги и полиэтилена, а также пленки для сухих сыпучих продуктов на основе полиэтилентерефталата, полиамида, целлофана, полиэтилена и алюминиевой фольги. 

       СКЛЕИВАНИЕ (КАШИРОВАНИЕ)

       Этот  метод получения многослойных пленочных  систем осуществляется по нескольким технологическим схемам (мокрое, сухое склеивание) и является наиболее универсальным. Он позволяет получать почти любое сочетание и чередование слоев. Минимальные величины толщины слоев определяются возможностью формования исходных пленок и протяжки их по тракту технологической линии при склеивании.

       При мокром кэшировании предусмотрены  следующие операции: нанесение раствора или дисперсии адгезива на поверхность одной из пленок; соединение пленок в узле ламинирования; удаление растворителя или дисперсионной среды в сушильной камере; намотка полученного материала в рулон.

       При мокром склеивании удаление летучих  компонентов происходит через слой пленочного материала. Поэтому хотя бы один из слоев должен быть пористым либо иметь высокую проницаемость для удаляемого вещества. Обычно этим методом получают комбинированные пленочные материалы на основе бумаги, а в качестве адгезива используют водные эмульсии на основе поливинилацетата.

       Метод сухого кэширования более универсален  и позволяет получить практически весь спектр комбинированных и многослойных материалов. После нанесения на поверхность пленки раствора или дисперсии адгезива проводят сушку и только после — ламинирование.

       Сухим кашированием можно соединять почти  любые пленочные материалы с высоким и стабильным уровнем адгезионной прочности. Ограничения метода определяются возможностью протяжки тонких пленок по тракту машины и деформации пленок с низкой теплостойкостью в сушильной камере.

       Кроме того, при использовании в качестве основы рыхлых материалов с повышенным впитыванием раствора адгезива могут возникнуть ' затруднения при удалении растворителя, а также увеличиться расход клея.

       В качестве адгезива чаще всего пользуются двухкомпонентными отвергающимися полиуретановыми клеями. Растворителем обычно служит этилацетат.

       К недостаткам сухого склеивания можно  отнести экологические проблемы, связанные с наличием отходов в виде паров органических растворителей. Количество паров не так велико, чтобы было экономически целесообразно проводить рециркуляцию растворителя или предусматривать индивидуальную установку для сжигания. Поэтому пары часто просто выбрасывают в атмосферу. Кроме того, при повышенном содержании остаточного растворителя в пленках ухудшаются их санитарно-гигиенические показатели.

       Если  исключить стадию ламинирования  пленки или использовать антиадгезионный промежуточный слой, то по такой схеме можно получить пленки с покрытиями, а также весь ассортимент пленок с липким слоем. Первые обычно вырабатывают на основе винилиденхлорида и его сополимеров, сополимеров винилацетата.

       Быстро  развивается производство пленок методом  склеивания без растворителя. Простота технологии, небольшие энергозатраты, малые габариты машины и короткий тракт протяжки основы обеспечивают преимущества по сравнению с другими методами производства многослойных пленок.

       Этот метод позволяет склеивать очень тонкие и неустойчивые при нагревании пленки. В качестве адгезива используют полиуретановые клеи. Основной недостаток метода заключается в том, что по уровню достигаемой адгезионной прочности и ее стабильности в условиях эксплуатации он уступает сухому датированию.

       ВАКУУМНАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ

       В последние годы резко возросло использование  металлизированных полимерных пленок и бумаги. Металлизированные материалы успешно конкурируют на рынке упаковки с КПМ на основе алюминиевой фольги, причины этого:

       относительно  невысокая себестоимость;

       значительное  снижение расхода металла (толщина  наиболее часто употребляемой фольги составляет 7–12 мкм, а слоя металла  на пленке или бумаге - 0,01–0,3 мкм);

       более широкие возможности применения;

       привлекательный внешний вид и легкость печати.

       Напыление позволяет экономить до 98—99 % металла, использовать более безопасные в экологическом отношении технологии и при этом иногда выигрывать в качестве пленок.

       Казалось  бы, что большая толщина слоя металла в фольгированных пленках должна обеспечивать улучшенные барьерные характеристики. Однако зачастую металлизированные пленки не уступают фольгированным по защитным функциям.

       Наиболее распространено термическое напыление алюминия с декоративной целью и для повышения барьерных свойств пленок. В последнее время развивается метод распыления с помощью магнетрона. Это позволяет наносить слои даже из высокоплавких металлов и их сплавов, а также химические соединения металлов, например нитриды или оксиды.

       Металлизацию  пленок осуществляют в вакуумных камерах, где при высоком разрежении испаряют металл и осаждают его на поверхность полимера, перематываемого с одного рулона на другой.

         Процесс металлизации осуществляется в условиях глубокого вакуума, создаваемого с помощью специальных вакуумных насосов, тип которых зависит от размеров оборудования. В условиях высокого вакуума металл (обычно алюминий или реже — бронза) испаряется и в виде очень тонкого слоя (0,01—0,3 мкм) оседает на непрерывно движущуюся подложку. Подложка в виде разматываемого с бобины полотна кленки или бумаги направляется в вакуумную камеру и после металлизации наматывается на бобину, проходя через ряд валков. Металлизация пленочных материалов создает огромную экономию дорогого и дефицитного металла, производство которого требует больших затрат электроэнергии, так как наиболее употребляемая алюминиевая фольга имеет толщину от 7 до 12мкм. Для повышения механической прочности полимерные пленки перед металлизацией подвергают двуосной ориентации. Наиболее эффективны для упаковки пленки, состоящие из трех слоев: полимер/металл/полимер с различным сочетанием термопластов.

       Более сложным является процесс металлизации бумаги и картона, обладающих меньшей гладкостью и большей шероховатостью по сравнению с полимерными пленками. По этой причине одну сторону бумаги перед металлизацией покрывают лаком, который обеспечивает высокую адгезионную прочность слоя наносимого металла к бумаге. Расход алюминия составляет от 30 до 100 г/м³ 

       Металлизированные пленки используются для длительного  хранения пищевых продуктов, обладающих повышенной чувствительностью к  воздействию влаги, солнечного света, посторонних запахов и др. Запечатывание  еще больше повышает светонепроницаемость материала, что особенно важно при использовании прозрачных пленок. Запечатанная ПП-пленка, ламинированная металлизированным ПП, применяется для упаковки и длительного хранения (от 8 недель) картофельных чипсов. Металлизированная ПЭТ-пленка типа Melinex, ламинированная ПЭ, применяется для упаковывания очищенных орехов. Еще одна распространенная область применения таких материалов - упаковка для обезвоженных пищевых продуктов.

       Металлизированные многослойные пленки, успешно конкурируя с дорогостоящими комбинированными материалами на основе фольги, вытесняют их при упаковке некоторых элитных продуктов (шоколад, кофе и др.). Например, трехслойный материал: металлизированный ПЭТ толщиной 12 мкм/ металлизированный ОПП толщиной 20 мкм/ покрытие для «холодной» сварки - имеет очень низкую кислородо- (менее 0,1 см3/м2 24 ч), паро- (менее 0,1 г/м2 24 ч) и светопроницаемость (0,001 % и менее). Кроме того, этот материал имеет привлекательный вид. Пленка такого типа, но со слоем свариваемого тепловым способом полимера, идеально подходит для упаковывания в газовой среде кофе и другой подобной продукции. Упаковочные металлизированные материалы такого типа успешно применяют и при изготовлении упаковки алкогольных напитков высокого качества. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       ТЕХНОЛОГИИ  ЛАМИНАЦИИ

       Для получения многослойных полимерных пленок, в том числе с использованием алюминиевой фольги и бумаги, применяются  следующие технологии ламинации:

       • «мокрая»;

       • «сухая»;

       • под давлением;

       • с использованием расплавленных масс;

       • соэкструзии, являющейся отдельной  технологией получения многослойных пленок.