100669

Многослойные и комбинированные пленочные материалы

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Увеличение спроса на качественную упаковку повлекло за собой рост производства материалов для ее изготовления. Наряду с однослойными пленками для упаковки пищевых продуктов все шире применяются многослойные МПМ и комбинированные КПМ пленочные материалы так как за счет комбинирования полимерных материалов друг с другом бумагой металлами а также их модификации можно достичь улучшения качества упаковки. В данной работе представлен краткий обзор наиболее часто используемых в упаковочном производстве многослойных и комбинированных...

Русский

2017-11-29

216 KB

6 чел.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1 Структрурные характеристики и разновидности полимерных пленочных материалов 4

1.1 Многослойные и комбинированные пленочные материалы 4

1.2 Основные материалы для производства пленок 5

1.3 Методы производства многослойных пленочных материалов 7

1.3.1 Соэкструзия 8

1.3.2 Процесс ламинирования многослойных пленок 10

1.3.3 Вакуумная метализация 13

2 Различие свойств в зависимости от назначения материалов 15

2.1 Виды пленок, используемые в упаковочной промышленности 15

2.2 Развитие полимерных материалов 16

3 Печать на материалах, проблемы печати 18

3.1 Проблемы адгезии 18

3.2 Методы обработки пленок 19

Заключение 21

Список использованной литературы 22

Введение

Современная упаковка и тара различного назначения на 60-70 % изготавливается из синтетических полимерных материалов, причем примерно половина их используется в виде пленок. Упаковка является неотъемлемой частью технологического процесса производства и реализации любого пищевого продукта и играет важную роль в сохранении его качества. Комплекс требований, предъявляемых к упаковочным материалам, непрерывно расширяется, в том числе в связи с использованием высокоскоростных технологических линий и оборудования, специфических свойств пищевого продукта, требуемого срока годности, возможных биохимических изменений продукта, вероятности его взаимодействия с упаковкой, степени защиты от влияния негативных внешних факторов. Тип и структура упаковочного материала влияет и на затраты при его использовании. Практически все продукты и большинство потребительских товаров приобрели в последние годы новую упаковку, которая отличается от прежней барьерными свойствами, дизайном и красочностью. Увеличение спроса на качественную упаковку повлекло за собой рост производства материалов для ее изготовления.[1]

Наряду с однослойными пленками для упаковки пищевых продуктов все шире применяются многослойные (МПМ) и комбинированные (КПМ) пленочные материалы, так как за счет комбинирования полимерных материалов друг с другом, бумагой, металлами, а также их модификации можно достичь улучшения качества упаковки. Полимерные пленки различаются по своим оптическим, химическим и механическим характеристикам, возможности нанесения печати, а также по уровню герметических свойств.

В данной работе представлен краткий обзор наиболее часто используемых в упаковочном производстве многослойных и комбинированных пленочных материалов, их свойств и способов получения. Также рассмотрены возможные проблемы нанесения красочного слоя на данные виды пленок.

1 Структрурные характеристики и разновидности полимерных пленочных материалов

1.1 Многослойные и комбинированные пленочные материалы

Современная упаковка требует применения полимерных упаковочных материалов, обладающих комплексом свойств, обеспечить которые невозможно при использовании одного полимера. Нет полимерного материала, который обеспечивал бы одновременно все необходимые для упаковки свойства, такие, как привлекательный внешний вид, механическая прочность, заданная проницаемость для газов и паров воды, свариваемость, способность к глубокой вытяжке, коэффициент трения, термостойкость, и при этом имел бы приемлемую цену.

Поэтому разрабатывают и применяют упаковочные материалы, состоящие из нескольких слоев разных полимеров (так называемые многослойные пленочные материалы - МПМ), или же из слоев полимерных материалов в сочетании с другими материалами, такими, как картон, ткань, бумага, алюминиевая фольга (комбинированные пленочные материалы - КПМ). Такие материалы могут обладать спектром свойств, которым не обладает ни один из слоев в отдельности.[2]

Многослойные и комбинированные материалы являются одним из видов композиционных материалов. Поэтому деление упаковочных материалов на многослойные и комбинированные достаточно условно.

Термин "многослойные материалы" относится к группе материалов, состоящих только из слоев синтетических полимеров, в то время как в состав комбинированных материалов входят слои материалов различного типа (бумага, фольга, ткань). Комбинированные и многослойные материалы находят широкое применение в качестве упаковки. Это объясняется практически неограниченными возможностями варьирования их свойств за счет:

- выбора состава композиционного материала;

- установления порядка чередования слоев;

- обеспечения необходимого уровня адгезионного взаимодействия между слоями;

- выбора оптимальной технологии и оборудования для получения конкретного материала.

В промышленных масштабах выпускается широкий ассортимент многослойных пленок и комбинированных пленочных материалов, число слоев в таких пленках составляет от 2 до 10 и более. При этом ряд слоев в такой системе может повторяться. Порядок чередования слоев, т.е. структура композиционного упаковочного материала, определяется его функциональным назначением, определяемым индивидуальными свойствами упаковываемого продукта, а также условиями и сроками хранения.

Внутренний слой обеспечивает герметизацию упаковки, а также защищает продукт от контакта с внешним слоем упаковки. Внешний же слой определяет прочностные свойства материала и защищает продукт от внешнего воздействия. Он должен быть термостойким и не размягчаться в условиях термической сварки при формировании шва.

Материалы способны длительное время сохранять качество упакованного продукта в различных климатических условиях, выдерживать асептическую и радиационную обработку, микроволновой нагрев и сублимационную сушку, быть устойчивыми к использованию в различных газовых средах (модифицированной и регулируемой). Также на одно из первых мест выходит проблема экологии и безопасности, именно поэтому при производстве упаковки чаще всего используется полиэтилен и полипропилен, которые не выделяют веществ, причиняющих ущерб здоровью.[3-5]

1.2 Основные материалы для производства пленок

Многослойная пленка состоит из "структурных" слоев, обычно снаружи, и барьерных слоев внутри, где необходимо "скрепляющие" слои используются в качестве клея между слоями.

Такие материалы имеют важные преимущества перед широко распространенными в качестве упаковки однослойными пленочными материалами, благодаря высоким механическим свойствам, межслойной печати, защищенной от повреждений, улучшению внешнего вида упаковки.

В зависимости от необходимых барьерных свойств, производитель подбирает оптимальный состав композиционных материалов.

Полипропилен (РР) - один из самых лёгких материалов (плотность 0.850.91 г/см3), по свойствам превосходит многих ‘’конкурентов’’ по прочности к удару, к истиранию и на разрыв, по жиро- и газонепроницаемости, по жесткости и прозрачности. Лучшие механические свойства у двухосноориентированного (биаксиального) полипропилена: можно получать очень тонкие пленки (1550 мкм) с хорошими прочностными показателями. Температура плавления полипропилена достаточно высока 1551700С. Упакованные в нём продукты выдерживают кратковременный нагрев до 1300С. Запечатывается полипропилен, также как и полиэтилен, только при наличии поверхностной обработки. Можно выделить три основные разновидности полипропиленовых пленок:

литьевой полипропилен (РР - cast) – неориентированная пленка;

ориентированный полипропилен (ОРР) – моноаксиальная пленка;

биориентированный полипропилен (ВОРР) – биаксиальная пленка.

Наибольший интерес представляет ВОРР, очень часто его путают с целлофаном.

ВОРР - Двуосноориентированная полипропиленовая пленка. Обладает превосходной прозрачностью, блеском и отличным внешним видом, высокой эластичностью и прочностью на разрыв (что позволяет применять пленки более тонкие по сравнению со многими др. пленками), отличными диэлектрическими характеристиками и барьерными свойствами на паро- и газопроницаемость и к посторонним запахам. Специальный слой сополимера, нанесенный методом соэкструзии, обеспечивает отличную способность к сварке. Используются только в комбинации с другими пленочными материалами для изготовления ламинированных композиционных пленок.

СРР - Cast (литая) неориентированная полипропиленовая пленка. Обладает высокой механической прочностью, высокой прозрачностью, блеском, превосходным внешним видом, повышенной стойкостью к кислотам и жирам, способностью к термической сварке, металлизации и нанесению любых видов печати. Применяется для ламинирования пленок, изготовления гибких упаковочных материалов.

РР - Неориентированная полипропиленовая пленка. Характеризуется стойкостью к повреждениям и отличной свариваемостью, способностью к нанесению любых видов печати, безопасна при контакте с пищевыми продуктами. В случае необходимости физико-химические свойства пленки могут быть скорректированы путем использования соответствующих модифицирующих добавок. Методом экструзии из полипропилена получают тонкие плёнки, волокна и нити. Полипропиленовая плёнка применяется для термоформования одноразовой посуды и упаковки.

Ориентированные пленки очень стойки к проколам, но плохо термосвариваются – дают сильную усадку в месте сварного шва (в отличие от неориентированных выдувных пленок, которые легко термосвариваются и часто используются для упаковки текстильных товаров: трикотажа, белья, рубашек). Для устранения этого недостатка их покрывают другим полимером с более низкой температурой плавления (чаще всего это сополимер ПВХ и ПВДХ, как у целлофана с полимерным покрытием).

Пленки на основе РЕТ

Полиэстер – это экологически чистый материал, высокоустойчивый к воздействию внешней среды. пленка многослойная и содержит три слоя (для пленок 25-42мкм – два слоя). Соотношение этих слоев в различных пленках различно. Как правило, количество полиэстера и других составляющих маркируется на упаковке. Состав пленки отражается и в названии: пленка с высоким содержанием полиэстера (РЕТ>=50%), стандартная и с низким содержанием полиэстера. Пленка обладает отличной гладкостью, отличной адгезией к различным видам бумаг, картонов и красок; обладает высокой прозрачностью (не изменяется цветовая характеристика оттисков); высокой механической прочностью (к царапинам и другим механическим воздействиям). Высокими барьерными свойствами (устойчивостью к воде, жирам, маслам и химикатам); Обладает хорошими характеристиками сгибания, не растрескивается со временем, т.к. не содержит пластификаторы.

Пленки на основе PVC (ПВХ).

Поливинилхлорид характеризуется низкой температурой плавления. ПВХ позволяет выпускать пленки с различными фактурами поверхности: “кожа”, “лен”, “холст”, “песок” и др. ПВХ-пленки защищают изделия от воздействия ультрафиолетовых лучей. Пленка на основе ПВХ значительно дороже полиэстеровой и полипропиленовой, поэтому чаще применяется для эксклюзивных работ.

Очень популярный поливинилхлорид бывает нескольких типов: каландрированный и литой. Каландрированный (мономерный или полимерный) PVC получают способом прокатки через валы для получения необходимой толщины. Литые винилы соответственно получают методом литья, и в их структуре отсутствуют внутренние напряжения, что делает их весьма подходящими для неровных поверхностей, но очень дорогими.[3]

1.3 Методы производства многослойных пленочных материалов

Монолитность композиционного упаковочного материала достигается за счет адгезии. На способности полимеров к адгезии основано их использование в качестве пленкообразующих материалов (клеи, герметики, покрытия), а также при получении наполненных и армированных полимерных материалов.

Для создания адгезионного соединения один из материалов должен быть пластичным, текучим (адгезив) а другой может быть твердым (субстрат). Иногда при соединении одинаковых по химической природе материалов возникает самослипаемость (аутогезия).

Адгезией называется взаимодействие разнородных тел, приведенных в контакт. Количественно адгезия оценивается удельной энергией или удельной силой разрушения соединения, которая называется адгезионной прочностью.

Адгезионная прочность является важнейшей эксплуатационной характеристикой композиционных материалов и обычно оценивается сопротивлением расслаиванию. Адгезионное взаимодействие пленочных слоев способствует синхронизации их работы при механическом деформировании, то есть, вовлечению в процесс деформации всех компонентов материала. Адгезионная прочность комбинированных материалов зависит от характера взаимодействия между молекулами адгезива и субстрата. Однако для обеспечения адгезии большое значение имеет микрорельеф поверхности пленки, ее чистота, полное смачивание адгезивом.[7]

Некоторые распространенные полимерные пленки, имеют гидрофобную, малопористую поверхность, поэтому при использовании их в качестве конструкционных материалов при склеивании и комбинировании необходима специальная обработка, приводящая к повышению гидрофильности, шероховатости и изменению химического состава поверхности.

Существуют различные способы активации поверхности с целью улучшения их адгезии. Ими могут быть механические, физические и химические способы.

Особое место среди перечисленных методов получения пленок занимает соэкструзия. Её основные преимущества – безотходность производства, экономичность и, самое главное, - возможность связывать в расплавленном состоянии взаимно несоединимые полимеры. В производстве соэкструзионных пленок участвуют, как минимум, два, а чаще большее число экструдеров, снабженных совместной головкой. Существуют технологии соэкструзии с раздувом и через плоскую щель, как и в случае монопленок. Выпускаются пленки в виде двух, трех, пяти и семислойных структур. Ещё одним преимуществом соэкструзионных пленок является высокая барьерность при значительно меньшей толщине, по сравнению с пленками, изготовленными другими способами.[3-4]

В настоящее время одним из основных требований при производстве КПМ является высокая скорость их производства. Процессы формирования адгезионного взаимодействия при экструзионном ламинировании подразумевают формирование истинной поверхности контакта во время нанесения расплава на основу. При увеличении скорости процесса времени на смачивание поверхности становится все меньше. При очень высокой температуре расплава (300-320 °С) в нем могут протекать процессы сшивания, которые в основном локализованы во внешних слоях расплава и препятствуют в дальнейшем установлению интенсивного адгезионного взаимодействия. В связи с этим сопротивление расслаиванию по границе раздела слоев становится недостаточным для успешной эксплуатации. Поэтому улучшение эксплуатационных свойств композитов часто связанно с изысканием методов регулирования адгезионного взаимодействия между компонентами гетерогенной системы.[1]

В таблице 1 приведены примеры некоторых КПМ и МПМ, получаемых вышеупомянутыми методами.

Таблица 1 – Примеры многослойных материалов и методы их получения.[8]

Метод получения

Материал

Нанесение покрытия из расплава

ОПЭТФ/ПЭ; бумага/ПЭ; БОПП/ПП;

картон/ПЭ; АL /ПЭ

Нанесение клея из растворов или дисперсии

Бумага/АL; картон/АL; ПА/ПЭВД; ПЭТФ/ПЭВД

Совмещение посредством промежуточного слоя, наносимого из расплава

БОПП/ПЭ/АL /ПЭ; АL /ПЭ/бумага;

АL /ПЭ/картон; ПЭ/ АL/ПЭ/картон; ПЭТФ/ПЭ/ АL /ПЭ

Совмещение посредством клеевого слоя

Многослойные пленки из ПП (ОПП, БОПП), в том числе металлизированные

Соэкструзия

Многослойные соэкструдаты ПА с ПЭ, сополимера этилена с виниловым спиртом с ПЭ и др.

Основными методами производства многослойных пленочных систем являются:

• соэкструзия (рукавная и плоскощелевая);

• экструзионное ламинирование;

• склеивание или каширование;

• нанесение покрытий из растворов и дисперсий;

• вакуумная металлизация.

1.3.1 Соэкструзия

Методом соэкструзии можно получать только многослойные пленки. Основные полимеры для соэкструзии – полиэтилены различной плотности, их сополимеры с винилацетатом и виниловым спиртом, полипропилен и его сополимеры с этиленом, иономеры, сополимеры хлорсодержащих олефинов – винилхлорида и винилиденхлорида, полиамиды и сополиамиды.

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

К недостаткам можно отнести:

- ограниченный ассортимент получаемых материалов, так как реологическое соответствие соэкструдируемых полимеров оказывается критическим фактором, от которого зависит толщина слоев. Обычно для изготовления материала из примерно равных по толщине слоев приходится применять полимеры с одинаковыми реологическими характеристиками, а для создания пленок из слоев разной толщины – полимеры с заметно различающимися реологическими свойствами.

- необходимость использования промежуточных адгезионных слоев, невозможность нанесения печати между слоями, затруднения при утилизации и вторичном использовании отходов.

При соэкструзии однородных материалов, таких, например, как полиэтилены, не надо принимать дополнительные меры для их совмещения, но при соэкструзии полимеров, которые в силу своей химической природы несовместимы, необходимо использовать промежуточный слой из полимера, обладающего хорошей адгезией к обоим соединяемым полимерам [9-10].

Соэкструзия относится к системам облагораживания упаковочных материалов, которая имеет особое значение в современной упаковочной технологии. Одним из основных преимуществ производства многослойных пленок методом соэкструзии является экономия, обусловленная тем, что готовый материал получается непосредственно из гранулятов пластических масс в ходе единого технологического процесса. Кроме того, соэкструзионная технология предусматривает безотходное производство. В равной степени береговые обрезки и другие отходы производства могут быть использованы для создания срединного слоя, в том числе в случае, когда производимая пленка предназначена для непосредственного контакта с пищевыми продуктами.

В производстве соэкструзионных пленок находят применение те же типы экструдеров, что и в производстве однородных пленок. Обычно используются два, но чаще большее число экструдеров, снабженных совместной головкой. Струи различных пластмасс соединяются в фильерах, образующих конечную часть головки, реже - непосредственно после выхода из головки. Подобно как в случае однослойных пленок соэкструзионные пленки производятся как по технологии экструзии с раздуванием, так и путем экструзии плоских пленок ( рис.1 ).[4]

Рисунок 1-Схема линии для соэкструзии с раздувом.

1 - скручивание готовой пятислойной соэкструзионной пленки, 2 - обрезка краев рукава, 3 - прижимные ролики, 4 - направляющие ролики, 5 - рукав с постоянно поддерживаемым давлением, 6 - вращающаяся головка раздува.

Процесс соэкструзии требует применения полимера в расплавленном состоянии, связывающего взаимно несоединимые полимеры. В итоге производственная линия должна состоять из большего числа экструдеров для получения многослойной пленки, нежели это обусловлено количеством полимеров, взятых для получения функциональных слоев. В условиях соэкструзии прочное склеивание проявляется в случае применения полимеров, близких по строению.

С точки зрения предотвращения возникновения отходов, существенным преимуществом является возможность достижения высокой барьерности при значительно меньшей толщине по сравнению с многослойными пленками, получаемыми путем ламинирования. Гибкие соэкструзионные пленки чаще всего производятся в виде трех-, пяти-, а также семислойных структур.[4]

1.3.2 Процесс ламинирования многослойных пленок

Ламинирование — это соединение двух или более материалов с помощью склеивающего вещества либо нанесения на один материал расплава другого материала. Материал сложной структуры (ламинат), получаемый таким образом, обладает физическими, химическими и механическими свойствами, образующимися в результате комбинации свойств составляющих его материалов. Таким образом, каждый из составляющих ламинат материалов вносит свои полезные свойства, а их сочетание, взаимное влияние и даже усиление качеств образует совершенно новый материал.

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;

При «мокром» способе ламинирования (рис. 2) удаление растворителя (в данном случае воды) из клея происходит в туннельной сушилке после соединения слоев. Необходимым условием является применение в качестве одного из слоев бумаги, образующей пористый слой, позволяющий воде испаряться. Для "мокрого" ламинирования используются как крахмальные, так и синтетические клеи. Эта система применяется чаще всего для ламинирования алюминиевой фольги различными видами бумаги или картона. Чем глаже бумажная поверхность, тем меньше расход клея. Двухслойные ламинаты алюминиевой фольги с бумагой часто используются для последующего экструзионного покрытия полиэтиленом.[3]

Рисунок 2- Схема «мокрого» ламинирования.

1 - пленка для нанесения клея, 2 - нанесение клея, 3 - бумажная лента, 4 - ламинирующие цилиндры, 5 - нанесение покрытия, например, защитного на алюминиевую фольгу, 6 - туннельная сушилка, 7 - ламинат.

В системе «сухого» ламинирования (рис. 3) чаще всего используются двухкомпонентные полиуретановые клеи с растворителем. Полимеризация полиуретана начинается после смешивания составных частей, например, полиэфирного с изоцианотным, и усиливается во время испарения растворителя в туннельной сушилке. Ускорения полимеризации, а значит, увеличения стойкости соединения слоев ламината, добиваются путем подогрева ламинирующего цилиндра. Технология сухого ламинирования с растворителем традиционно используется в производстве ламинатов, являющихся взаимным соединением пластмассовых пленок, например: PA/PE-LD, PET/PE-LD, в том числе в виде металлизированных пленок, а также пластмассовых пленок с алюминиевой фольгой.[3]

Рисунок 3- Схема «сухого» ламинирования с растворителем.

1 - "несущая" пленка для нанесения клея, 2 - нанесение клея, 3 - туннельная сушилка, 4,5 - ламинирующие цилиндры, 6 - комплементарная пленка, 7 - ламинат.

При ламинировании готовых пластмассовых пленок преобладает технология без применения растворителя. При этой технологии (рис. 4) одно- или двухкомпонентный клей, чаще всего полиуретановый, наносится в слегка подогретом состоянии. Очень липкий клей необходимо нанести равномерно, притом что грамматура слоя очень маленькая, около 1 г/м2. Предварительная грамматура клея, подаваемого из емкости, устанавливается с помощью вращающихся навстречу друг другу валов 2 и 3. Регулировка точной грамматуры клея обеспечивается с помощью валов 3 и 4. Ламинирование пленки происходит в системе из трех ламинирующих валов непосредственно после нанесения клея. Существенным преимуществом ламинирования без растворителя является исключение туннельной сушилки, необходимой как при «мокром», так и при «сухом» способе ламинирования с растворителем. Благодаря этому очень сильно уменьшается потребление энергии в процессе ламинирования. Упомянутая технология широко применяется, например, при взаимном ламинировании пленки ОРР, в том числе с участием металлизированных пленок. Развитие технологии ламинирования без растворителя оживило межслойную печать, отличающуюся эстетическими (видимая сквозь слой пленки печать имеет высокий блеск), функциональными (печатный текст не стирается), а также гигиеническими (отсутствует угроза непосредственного контакта пакуемого продукта с типографской краской) свойствами.[3]

Рисунок 4- Схема ламинирования без растворителя.

1,2 - места раскручивания соединяемых материалов, 3 - нанесение расплавленной массы, 4 - ламинирующие ролики, 5 - охлаждающий цилиндр, 6 - место скручивания ламината.

Ламинирование с использованием расплавов осуществляется путем нанесения между соединяемыми слоями (рис. 5) расплавленных смесей воска и полимера, обычно сополимера этилена с винилацетатом или соответствующего микровоска. Расплавленная масса с помощью вала наносится на один из слоев, который соединяется с другой лентой материала при использовании сжимающих валов. Эта система ламинирования применяется главным образом для соединения алюминиевой фольги с различными видами бумаги. Стойкость слоев к отрыву в этой системе значительно ниже по сравнению с прочими системами ламинирования.

Рисунок 5- Схема ламинирования с использованием расплавленного полимера.

1,2 - ламинируемые пленки, 3 - дополнительная возможность нанесения покрытия перед печатью, 4 - туннельная сушилка, 5 - выдавливание расплавленного полимера, 6,7 - ламинирующие цилиндры, 8 - ламинат.

Охарактеризованные выше методы ламинирования, за исключением соединения с использованием расплавленного полимера, используются на многих предприятиях.[3]

1.3.3 Вакуумная метализация

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. 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.[5]

Металлизация приводит к увеличению барьерных характеристик пленки, увеличению прочности, увеличению стойкости к различным веществам. Пленка становится светонепроницаемой, что особенно важно для продуктов чувствительных к свету.

Подбор материала и исполнение упаковки зависят от состояния продукта – твердого, жидкого или газообразного, а также его особенностей – температуры, размера и тому подобное. Очевидно, что выбор упаковки должен соответствовать требованиям технологии упаковочного оборудования, а так быть безопасными при производстве.

2 Различие свойств в зависимости от назначения материалов

2.1 Виды пленок, используемые в упаковочной промышленности

Многослойные пленки подразделяются на три вида - двухслойные, простые трехслойные и многослойные пленки с барьерными слоями.

Среди двухслойных пленок наибольшее распространение при упаковывании пищевых продуктов получил материал целлофан-полиэтилен. Это один из старейших материалов этой группы. Материал широко известен под фирменными названиями: "вискотен", "метатен", "целотен", "целлоглас-РЕ", "ламитен" и др., а в отечественной практике ПЦ-2, ПЦ-4. Он сочетает в себе прочность и газонепроницаемость целлофана с паронепроницаемостью, водостойкостью и способностью к термической сварке ПЭ. Полиэтиленовые пленки, запечатанные различными способами, используются как упаковочный материал пищевых и промышленных товаров. Запечатывать полиэтилен можно только после предварительной обработки.

Двухслойный материал полиэфир (лавсан) - полиэтилен выпускается отечественной промышленностью под названиями ЛП-1, ПНЛ, СП-2. В зарубежной практике он известен под названиями: "майлар-РЕ", "хостафан-РЕ", "терфан-РЕ", "майлотен", "скотчпак", "экструэстер" и др. Пленки этого типа имеют ряд преимуществ перед целлофан-полиэтиленом. Они прочнее, адгезионная прочность их выше, они влагоустойчивы, пригодны для эксплуатации в широком температурном интервале (от -70° до 100 С), а при использовании ПЭНД в качестве внутреннего слоя даже до 120 °С.

Двухслойный материал полиамид-полиэтилен ("алкорон", "комбитен", "экструамид"), в отечественной практике используется для изготовления пленок, пригодных для упаковывания пищевых продуктов в вакууме.

Другие пленки на основе полиамида, например, полиамид-полипропилен выдерживают нагревание до 135°С, трехслойные пленки ПЭ-ПА-ПЭ могут подвергаться глубокой вытяжке до 180 мм при толщине исходного материала до 300 мкм, использование ПВДХ в качестве промежуточного (барьерного) слоя в трехслойном материале ПА-ВДВХ-ПЭ позволяет получать упаковочную пленку с повышенными защитными свойствами.

В случаях, когда необходимо получить упаковочный материал с минимальной газо-ароматопроницаемостью, но прозрачный, в состав упаковочного материала вводят ПЭТФ, сочетая 4-5 и даже более компонентов.

Материалы на основе алюминиевой фольги представляют собой пленки с высокими барьерными свойствами. В большинстве случаев на базе этих материалов изготавливают различные виды эластичной упаковки (пакеты), используя тонкую алюминиевую фольгу - 7-14 мкм.

Материалы на основе алюминиевой фольги представляют собой пленки с высокими барьерными свойствами, успешно конкурирующие с традиционными видами стеклянной и металлической тары. В большинстве случаев на базе этих материалов изготавливают различные виды эластичной упаковки (пакеты), используя тонкую алюминиевую фольгу - 7-14 мкм.

Сегодня разработаны оригинальные комбинированные материалы на основе алюминиевой фольги:

буфлен (бумага-фольга-ПЭ) для упаковки сухих пищевых продуктов;

лафолен (лавсан-фольга-полиолефины) в виде пакетов для упаковки пищевых продуктов, соков с последующей их стерилизацией;

цефлен (целлофан-ПЭ-фольга-ПЭ) для упаковки продуктов сублимационной сушки на скоростных упаковочных автоматах;

ламистер (лак-фольга-ПП) для изготовления тары холодным штампованием при упаковке продуктов, подвергающихся стерилизации и пастеризации.

В последнее время при конструировании многослойных упаковочных материалов применяют металлизацию полимерных пленок, как уже упоминалось, металлизация - процесс нанесения тончайших слоев металла на поверхность пленочного материала в глубоком вакууме. При металлизации резко снижается газопроницаемость пленочных материалов, при незначительном расходе металла достигается непрозрачность упаковки, в том числе и для УФ-части спектра. Металлизированные пленки экономичнее алюминиевой фольги и имеют целый ряд технологических преимуществ: уменьшение массы пленочного материала, исключение повреждений металлического слоя при изгибах материала. Кроме того, металлизацию используют и в качестве приема декорирования полимерных материалов.

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.[3-5]

2.2 Развитие полимерных материалов

Рынок гибкой упаковки не стоит на месте. Он развивается не только количественно, но и качественно, вбирая в себя все возможные технические новинки, совершенствуя свойства упаковочных материалов, придавая им еще совсем недавно невообразимые функции.

Не так давно появившиеся наноматериалы и нанотехнологии, оперирующие ничтожно малыми частицами и объектами, уже способны предложить свои услуги и упаковочной отрасли. Так, тонкие слои, содержащие фотохромные молекулы, наносимые на полимерную пленку, способны изменять светопроницаемость упаковки в зависимости от освещенности, тем самым облегчая хранение продуктов, чувствительных к ультрафиолету.

Тонкослойные метки, наносимые на внутреннюю поверхность пленочной упаковки, наноструктура которых меняет свои свойства (цвет) в зависимости от состояния упакованного продукта, просигнализируют потребителю, достаточно ли свежо и безопасно для употребления содержимое упаковки. Полимеры, разработанные учеными в рамках этой технологии, могут «программироваться» на отклик на строго определенные вещества.

Программируемые контейнеры для жидкостей, на поверхности которых размещаются «кнопки», нажатие на которые приводит к впрыскиванию в жидкость различных добавок. Такой способ, по-видимому, будет перспективен для использования в пищевой и фармацевтической промышленности, а также в производстве косметики и парфюмерии.

В связи с расширением областей применения полимеров совершенствуется и технология их производства - создаются установки большой мощности; совершенствуется металлоценовая технология производства полиэтилена, причем производство полиэтилена на металлоценовых катализаторах получает развитие и к 2015 г. достигнет 25 % всего потребления полиэтилена; ведется поиск новых катализаторов.

Получает развитие производство новых марок полипропилена, менее хрупких по сравнению с известными в настоящее время. Например фирма Dow Chemicl (США) разработала суперпрочные марки полистирола (Styron A-Tech 1260), который имеет повышенную трещиностойкость и предназначается для упаковки и сервирования пищевых продуктов. Европейской комиссией разработана новая экологически безопасная программа развития производства и применения ПВХ.

Ведущие мировые исследовательские центры предсказывают существенный рост использования поверхностно обработанных наполнителей и модификаторов, вводимых на стадии переработки, что связано с развитием производства безгалогенных негорючих материалов и новейшими разработками в области нанокомпозитов.[10]

Подбор упаковочного материала происходит исходя из вида продукта, его свойств, необходимых условий его хранения. На настоящий момент используются как проверенные временем материалы, так и новые разновидности. Выбор происходит не только с технологической точки зрения, но и с эстетической. Все больше областей, в которых находят применение пленочные материалы благодаря своим свойствам. Идет развитие технологий производства в смежных сферах, что приводит к появлению новых технологий, применяемых так же и в упаковочной промышленности. Материалы приобретают все более разнообразные свойства, что позволяет создавать упаковочные материалы для любых видов товаров, а ценовой диапазон материалов позволяет подобрать материал исходя из ценовой группы будущего товара.

3 Печать на материалах, проблемы печати

3.1 Проблемы адгезии

Современный уровень развития полиграфической техники и технологии позволяет запечатывать и обрабатывать полимерные пленки различной химической природы, но отсутствие впитывания вызывает проблемы со смачиванием и адгезией печатной краски. Большая часть пленочных материалов запечатывается флексографской и глубокой печатью, что позволяет рассматривать все проблемы применительно к данным способам печати.[8]

Как правило, полимерные пленки имеют химически инертную и непористую поверхность с низким поверхностным натяжением, что затрудняет образование химических и механических связей с подложками, печатными красками, покрытиями и клеями. Среди пленок самую низкую поверхностную энергию имеют полиэтилен и полипропилен. Именно они чаще всего подвергаются поверхностной обработке для улучшения их адгезионных свойств.[9]

Цель поверхностной обработки — увеличить смачиваемость поверхности, улучшая, таким образом, ее способность к образованию связей с растворителями, клеями, красками, лаками и материалами для экструзионного покрытия. Чтобы поверхность хорошо смачивалась жидкостью, поверхностная энергия пластика должна быть выше поверхностного натяжения этой жидкости. Поверхностная энергия измеряется в динах на сантиметр. В идеале поверхностная энергия пластика должна быть на 7–10 дин/см выше, чем поверхностное натяжение растворителя или жидкости. Например, печатная краска с поверхностным натяжением 30 дин/см не может в достаточной мере соединиться с материалом, поверхностная энергия которого меньше 37–40 дин/см (рис. 6) [11].

Рисунок 6- Схема поверхностного натяжения краски на обработанной и необработанной пленке.

Кроме этого, даже наличие смачивания ещё не означает хорошей адгезии между молекулами полимерной пленки и молекулами связующего краски. Для обеспечения устойчивого закрепления красочного слоя на поверхности пленки целесообразно создавать химические связи между этими молекулами. Подбор оптимального состава печатной краски для данного полимера может осуществляться изготовителем краски по-разному, например, введением специальных добавок с учетом особенностей применяемого полимера (“Золотое правило” химиков: подобное имеет сродство к подобному). Так, краски, содержащие в своем составе поливинилиденхлоридную смолу, прекрасно закрепляются на поливинилхлоридных подложках. Можно использовать физический процесс – диффузию, вводя в состав краски низкомолекулярный пластификатор, частично размягчающий поверхность пленки. Можно, наконец, подобрать растворители соответствующей полярности. Но более эффективным способом является повышение поверхностной энергии самих полимерных подложек.[8]

3.2 Методы обработки пленок

Согласно традиционному взгляду, предварительно обработанный материал не требует дополнительной встроенной системы обработки при использовании печатной краски на растворителях. Однако многие полиграфические компании пришли к выводу, что включение поверхностной обработки в технологический процесс имеет несколько преимуществ. Обработка поверхности в потоке с печатью позволяет, благодаря более сильной адгезии и смачиванию краской, добиваться устранения белых точек на плашках и цветовых переходах и получать лучшее качество печати в целом. [11]

Существуют четыре метода обработки поверхности с этой целью:

коронный разряд;

кислотное или плазменное травление;

огневая обработка;

грунтовка.

Достаточно эффективен метод обработки поверхности полиолефинов пламенем газовой горелки. Кратковременное (не более 1 сек) воздействие на поверхность полимера пламени с температурой около 70010000С способствует резкому повышению адгезии к нему различных материалов. Недостатком этого метода является необходимость отвода тепла и высокие производственные затраты.

Также может помочь использование грунтовочных лаков (особенно в случае печати по металлизированным РЕ и РР пленкам). Применение специальных грунтов и лаков также может решить проблемы с устойчивостью оттисков к высоким и низким температурам. Другой аспект, который нужно учитывать при выборе пленки, является ее растягивание в процессе печатания (для машин с планетарным построением это не так важно).

Материалы с более высокой поверхностной энергией могут потребовать повторной обработки коронным разрядом, чтобы получить необходимую адгезию.

Широко используемым методом обработки поверхности пленок с целью повышения адгезионной способности является коронный разряд. Коронный разряд характеризуется высоким напряжением (до 25-30 кВ), слабым током переменной частоты (200 - 100000 Гц), и происходит при комнатной температуре. Пленку помещают между двумя электродами, подключенными к генератору переменного тока высокого напряжения. В ограниченной области вблизи электродов возникает свечение – происходит ионизация воздуха с образованием атомарного кислорода и озона, окисляющих поверхность пленки. Образуются полярные группы (карбонильные, карбоксильные, гидроксильные), способные взаимодействовать с функциональными группами связующего печатной краски. С течением времени эффект от поверхностной обработки снижается, и пленка теряет свои свойства (при перемотке, хранении и т.д.). Это время различно для пленок разной химической природы. Существует мнение, что коронный разряд концентрируется на дефектах полимерного образца (микроскопических порах, отверстиях) и увеличивает их в результате пробоя. Но однозначного объяснения увеличения адгезионной способности пленки под действием коронного разряда пока не существует [9]. Не обрабатывается коронным разрядом поливинилхлорид, обладающий достаточной полярностью. Более того, его обработка может привести к прямо противоположному результату.

Наличие поверхностной обработки пленки можно проверить с помощью специального фломастера, чернила которого имитируют (условно) поверхностную энергию печатной краски. На обработанной пленке краска не сворачивается. Их используют в офсетной, флексографской, трафаретной печати.[8]

Эффективным методом модификации поверхности пленок является УФ - облучение - один из способов повышения адгезионной прочности. УФ-радиация, поляризуя воздух, образует озон, который вступает в химическое взаимодействие с пленочным материалом. Кроме того, смещая электроны атомов, образующих молекулы полимера, радиация ускоряет образование окисных, карбонильных, перекисных и гидроперекисных групп. Результатом УФ-облучения является увеличение плотности сшивки и образование двойных связей [9]. УФ-лучи, попадая на комбинированный материал, разрывают слабые связи, при этом на поверхности как адгезива, так и субстрата возникают радикалы, которые образуют между собой прочную адгезионную связь.

Следует помнить, что повторные обработки ухудшают качество полимерной пленки: снижается прочность на разрыв и к удару, термосвариваемость, может появиться липкость. Альтернативным методом является нанесение на поверхность готовой пленки специального покрытия (top-coating), состав которого обеспечивает хорошее смачивание и адгезию с краской. Такие пленки обычно дороже коронированных, но их преимущество – стабильность полученного заряда. Особенно часто этот способ применяется для полипропиленовых пленок, ПЭТФ- пленок и жестких ПВХ- пленок. Иногда на практике пленки с покрытием дополнительно обрабатывают коронным разрядом в надежде обеспечить лучшую адгезию, этого делать не рекомендуется, так как результат может быть обратным.[8]

Заключение

В данной курсовой работе рассмотрены основные виды материалов, применяемые в полиграфической промышленности. А именно многослойные и комбинированные пленочные материалы. Представлены основные виды пленок для производства данного вида материалов. Рассмотрены возможности сочетания пленок, в зависимости от предъявляемых требований и конструкционных задач, способы получения и основные методы производства каждого вида материала. Были рассмотрены преимущества и недостатки каждой из групп материалов, сферы применения и возможные направления развития каждой из групп.

Так же были рассмотрены проблемы нанесения красочного слоя на данные виды пленок.

Список использованной литературы

Хмелевский, Г. А. ТЕХНОЛОГИИ УПАКОВОЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ-2011 [Текст]; Повышение качества комбинированных материалов и дизайн упаковки - Ассоциация ПАКМАШ, 2011.- 100 с.

Гуль, В.Е. Пленочные полимерные материалы для упаковки пищевых продуктов/ Гуль В.Е., Беляцкая О.Н. – М.: Пищевая промышленность, 1968.- 280 с.

Ламинирование многослойных пленок// plast.info [электронный интернет-журнал] URL: http//www.plast.info.

Производство многслойных пленок методом соэкструзии// plast.info [электронный интернет-журнал] URL: http//www.plast.info.

Полимеры в упаковке: unipack интернет журнал http://www.Unipackrus.com.

Гудкова, Т.И., Загаринская Л.А. Полиграфические материалы. М.: Книга, 1982.

Кинлок, Э. Адгезия и адгезивы, Кинлок Э. – М.: Мир, 1991.- 625 с.

Груздева, И.Г. Полимерные материалы и пластмассы в полиграфической технике и технологии: Учебное пособие/ Груздева И.Г.- СПб, 2006.

Каган, Д.Ф. Многослойные и комбинированные пленочные материалы/ Каган Д.Ф., Гуль В.Е., Самарина Л.Д. – М.: Химия, 1989.

Авраменко, В. Л. Близнюк, А. В. Экструзия [Текст]: информ. журнал - № 1/2005.

Плёночный прорыв// pakkograff.ru [электронный ресурс] URL: http// www.pakkograff.ru


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

62323. Применение технологии «Дебаты» на уроках географии 80.5 KB
  Технология Дебаты создана на базе международной программы Дебаты основанной в 1993 году Институтом Открытое общество. Практически сразу оформилось 2 направления развития технологии Дебаты: в учебном процессе и во внеучебной деятельности.
62324. Технология NURBS-моделирования. Создание моделей с помощью кривых 1.08 MB
  Рассмотрим NURBS-кривые, потом перейдем к NURBS-поверхностям. Далее сделаем с помощью NURBS-кривых модель. В завершающей части наложите на созданные объекты материалы.
62325. Изготовление картины в технике рисование пластилином 33.31 KB
  Цель: изготовить картину в технике рисование пластилином с учетом изменения времен года. План урока: I.Основная часть АОЗ целеполагание вводная беседа сообщение темы урока физкультминутка релаксация III.
62327. Древние Афины 20.77 KB
  Большинство жителей Древней Греции питалось хлебом и кашей. Аристотель философ и ученый Древней Греции жил в 384-322 гг. Богатые люди в Греции назывались демосом среди которого избирали 10 архонтов для управления делами в государстве. Законы в Древней Греции были очень справедливыми.
62328. Народные промыслы. Хохлома. Работа с папье-маше 21.77 KB
  Цель: Формировать знания детей о характерных особенностях хохломской росписи. Задачи: Воспитывать эстетический вкус любовь к народному искусству усидчивость внимание аккуратность при работе с красками...
62329. Построение чертежа фартука 1.38 MB
  Чертеж - это графическое изображение какого-либо предмета на бумаге в натуральную величину в уменьшенном или увеличенном виде. Масштаб указывает, во сколько раз настоящие размеры предмета меньше. Масштаб записывают в виде отношения двух чисел...