Технологии получения многослойных и комбинированных пленочных материалов

Экструзионное ламинирование

Сущность способа заключается в том, что расплав полимера через щелевую головку экструдера наносится на поверхность материала основы (субстрата) (рис. 1). Промышленные линии для получения МПМ и КПМ позволяют получать материал со скоростью до 150 м/мин при толщине наносимого покрытия от 10 до 150 г/м2. Основными узлами таких линий являются: размоточное устройство, узел коронного разряда, камера предварительного подогрева субстрата, экструдер, узел ламинирования, резательное и намоточное устройство. Установки также могут включать узел нанесения клея или праймера, обычно совмещаемый с камерой предварительного подогрева субстрата.

Рис.1 Схема работы промышленной линии для получения МПМ и КПМ

1. размоточное устройство;
2. узел коронного разряда;
3. узел нанесения праймера;
4. сушильная камера;
5. экструдер со щелевой фильерой;
6. прижимной валик;
7. охлаждающий вал;
8. намоточное устройство.

Размоточное устройство обеспечивает непрерывную подачу субстрата в узел ламинирования. Оно снабжено автоматическим регулированием натяжения и скорости движения субстрата (при изменении диаметра рулона), а также механизмом автоматической склейки, позволяющим сращивать концы субстрата с разных рулонов и тем самым обеспечивать непрерывность технологического процесса. С размоточного устройства субстрат через узел коронного разряда и сушильную камеру подается на узел ламинирования, представляющий собой два валка: один – охлаждаемый изнутри водой, металлический, полированный, большого диаметра, второй – обрезиненный прижимной. Во избежание перегрева прижимного валка он обычно охлаждается снаружи добавочным металлическим валком.

Расплав полимера через плоскощелевую фильеру экструдера продавливается в виде пленочного полотна на субстрат перед валками ламинатора. За счет высокой температуры и давления между валками осуществляется соединение субстрата с экструдируемым полимером, например ОПЭТФ/ПЭ, или бумага/ПЭ, или БОПП/ПП.

Экструдер обеспечивает получение расплава с температурой до 340°С. Отношение длины шнека экструдера к его диаметру должно составлять L/D=28 – 30.

Толщина получаемого покрытия находится в обратной зависимости от температуры расплава и скорости движения субстрата. Температура расплава ограничена возможной деструкцией полимера, а скорость движения субстрата – способностью расплава на выходе из фильеры деформироваться без разрушения. Попытки снижения толщины покрытия за счет увеличения скорости движения субстрата приводят к возрастанию поперечной усадки покрытия, образованию утолщений по краям и тем самым к увеличению потерь от обрезки кромок.

Рис.2. Зависимость скорости вытяжки и утяжки покрытия от показателя текучести расплава ПЭНП

Поперечная усадка характеризуется степенью утяжки, которая составляет половину разности между шириной покрытия и длиной фильеры. На степень утяжки оказывают влияние такие технологические параметры, как температура экструзии и расстояние от фильеры до валка ламинатора, а также реологические характеристики используемого полимера. Снижение температуры экструзии повышает эластические свойства расплава и тем самым уменьшает степень утяжки, которая является результатом двух конкурирующих процессов – поверхностного натяжения и разбухания расплава. На рис. 2 показана зависимость степени утяжки и скорости вытяжки пленочного покрытия из ПЭНП от показателя текучести расплава (ПТР). Из графика следует, что для экструзионного ламинирования оптимальное значение ПТР лежит в интервале 6 – 7 г/10 мин.

Обрезка кромок готового материала производится с помощью дисковых или бритвенных ножей, а обрезная кромка удаляется пневматическим устройством. Готовый материал наматывается в рулоны намотчиком, конструкция которого аналогична размоточному устройству.

Способ экструзионного ламинирования универсален и может быть использован для различных субстратов и пленкообразующих полимеров. Например, СП <Амипак> на линии ламинирования итальянской фирмы CMR производит следующие ламинаты: ПЭТФ/ПЭ, БОПП/ПЭ, бумага/ПЭ, картон/ПЭ, Al/ПЭ и т.п. Ширина получаемых материалов до 1200 мм, толщина полимерного покрытия 10 – 100 мкм.

Экструзионное каширование

Экструзионное кашированием называют процесс совмещения нескольких материалов с помощью расплава полимера. Каширование происходит на линиях экструзионного ламинирования, которые оснащенны дополнительным размотчиком второго материала. Он подается в узел ламинирования на охлаждаемый барабан. Расплавленный полимер из фильеры экструдера тут наносится между 2-мя совмещенными материалами.
С помощью экструзионного каширования в итоге получают многие комбинированные пленочные материалы, такие как, например, Al/ПЭ/бумага, БОПП/ПЭ/Al/ПЭ, Al/ПЭ/картон, ПЭТФ/ПЭ/Al/ПЭ, ПЭ/Al/ПЭ/картон и другие. Все эти материалы можно получить с нанесением межслойной цветной печати.

Стоит также отметить, что главной целью при осуществлении технологических процессов экструзионного ламинирования и экструзионного каширования является получение хорошей адгезии покрытия к субстрату. Это очень важно особенно в случаях при нанесении покрытий из ПЭНП:
• ПЭНП – это неполярный полимер. Он не образует никаких связей с полярными поверхностями;
• термоокисление расплава ПЭНП на выходеих фильеры приводит к образованию полярных групп на поверхности покрытия. Это значительно улучшает его адгезию по отношению к субстрату;
• предварительная обработка внешней поверхности субстрата коронным разрядом, озоном, УФ-лучами и прочими способами во много увеличивает межслойную адгезионную прочность. Это позволяет снизить температуру экструзии, а также уменьшить расстояние от фильеры до валков ламинатора.
Дополнительная обработка субстрата, которая позволяет образовать химические связи, сильно повышает межслойную адгезионную прочность. Поэтому, например, нанесение на ПЭТФ-пленку 5%-го спиртового или же водно-спиртового раствора полиэтиленимина или двухкомпонентной полиуретановой системы повышает адгезию между ПЭНП и ПЭТФ в 5-10 раз.

При использовании ПП в качестве материала для покрытий, наносимых экструзией, отмечены такие процессы:

1) повышенная термостойкость, если сравнивать с ПЭНП;
2) хорошая стойкость к истиранию, к различным жирам и маслам, снижению показателей газопроницаемости и паропроницаемости;
3) хорошая устойчивость к образованию микротрещин под большой нагрузкой.
Скорость нанесения покрытия может доходить до 300 – 400 м/мин. Это при толщине от 10 до 30 г/м2.

Многослойные и комбинированные пленочные материалы, которые были получены при экструзионном ламинировании или каширование нашли широкое распространение при упаковке различных продуктов питания, таких как, например, масло и маргарин, макаронные и кондитерские изделия, мороженое, пищевые концентраты и многие другие продукты.

Применение нового оборудования, а также совершенствование технологического процесса и использование новых полимерных материалов, таких как сополимеры, иономеры и других материалов, открывают широкие перспективы в использовании МПМ и КПМ, которые были получены способом экструзионного ламинирования или экструзионного каширования, для упаковки самых разнообразных продуктов питания.