Многослойные упаковочные материалы

 

В современной сложной экологической обстановке огромное значение приобретает повышение барьерных свойств упаковочных материалов, предназначенных для защиты пищевой продукции. Оно может достигаться за счет создания композиционной конструкции. Необходимо отделять понятия композиционного материала от композиционной конструкции. Композиционный материал предназначен для изготовления деталей, а композиционная конструкция состоит из готовых деталей, сделанных из разнородных материалов. К таким конструкциям в упаковочных материалах относятся многослойные и комбинированные пленочные материалы.

Деление упаковочных материалов на многослойные и комбинированные достаточно условно. Термин «многослойные материалы» относится к материалам, состоящим из слоев синтетических полимеров, в то время как комбинированные материалы состоят из слоев материалов различного типа (бумага, фольга, ткань).

Усиление барьерных свойств таких материалов объясняется практически неограниченными возможностями варьирования их свойств за счет:

- выбора состава композиционной конструкции;

- установления порядка чередования слоев различных материалов;

- обеспечения необходимого уровня адгезионного взаимодействия между слоями;

- выбора оптимальной технологии и оборудования для получения конкретного материала.

Порядок чередования слоев, то есть структура упаковочной композиционной конструкции определяется ее функциональным назначением. Внешний слой (субстрат) осуществляет защиту от внешнего воздействия, а также служит основой для нанесения печати. Обычно, это двухосноориентированные полиэфирные, полипропиленовые или полиамидные пленки, бумага, картон. Внутренний слой обеспечивает герметизацию упаковки. Средний или внешний слой обеспечивает барьерные свойства.

Существует несколько способов получения многослойных пленок:

- получение основной пленки, формование последующих слоев на ней (экструзионное ламинирование, намазка, лакирование, полив из раствора);

- получение отдельных пленок и соединение их между собой в дополнительном процессе с помощью клеев или сваривания (ламинирование или каширование);

- совместная экструзия нескольких расплавов полимеров через одну экструзионную головку (соэкструзия).

Преимуществами первых двух групп методов является возможность сочетания самых разных типов пленок, например, двухосноориентированных друг с другом или с неориентированными пленками; возможность использовать неплавкие или термореактивные полимеры, бумагу, фольгу и т.п.; возможность создания пленок с печатью «внутри», в защищенном от истирания виде. Недостатками являются многостадийность, высокие требования к исходным пленкам по разнотолщинности, как следствие — высокая цена; необходимость подбирать составы клеев для каждого вида пленки; экологическая небезопасность из-за использования растворителей; невозможность использовать тонкие пленки, особенно из мягких полимеров.

К преимуществам соэкструзии относятся очевидная простота, связанная с одностадийностью, высокая эффективность процесса, низкая цена переработки, возможность создавать тонкие — до долей микрона — и многочисленные (до 100 шт.) слои. К недостаткам — необходимость тщательного подбора соэкструдируемых сочетаний полимеров по реологическим свойствам, отсутствие возможности использовать ориентированные слои (последний недостаток легко обходится в процессе соэкструзии с последующей ориентацией многослойной заготовки).

Основные методы получения многослойных пленок, перечисленные выше, могут варьироваться, комбинироваться между собой в различных сочетаниях.

Нанесение покрытий (лакирование) на пленочную основу может производиться из растворов и дисперсий полимеров с последующим испарением летучих растворителей или удалением дисперсионной среды. При двухстороннем нанесении покрытия исходная пленка проходит ванну с жидким составом и направляется в камеру сушки, как правило — вертикального типа; при одностороннем — покрытие наносят касающимся («целующим») валком. Наиболее широко этот процесс применяется для изготовления лакированного целлофана.

Нанесение покрытия экструзионным методом (экструзионное ламинирование) очень широко применяется для нанесения термосвариваемого покрытия из ПЭНП на двухосно- или биориентированные пленки (БОПП, ПЭТ, ПА), целлофан, а также на бумагу и фольгу.

Среди двухслойных пленок наибольшее распространение при упаковывании пищевых продуктов получил материал целлофан-полиэтилен, который широко известен фирменными названиями «вискотен», «метатен», «ламитен», «целотен» и др., а в отечественной практике – ПЦ-2, ПЦ-4. Он сочетает в себе прочность и газонепроницаемость целлофана с паронепроницаемостью, водостойкостью и способностью к тепловой сварке полиэтилена.

Двухслойный материал полиэтилентерефталат-полиэтилен выпускается отечественной промышленностью под названиями ЛП-1, ПНЛ, СП-2, за рубежом – «майлар-РЕ», «хостафен-РЕ», «майлотен», «скотчпак». Пленки этого типа имеют ряд преимуществ: они прочнее, более влагоустойчивы чем пленки предыдущего состава. Они 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 пленочный материал полиамид-полиэтилен («алкорон», «комбитен», «экструамид») используется для упаковыванияпищевых продуктов в вакууме. Другие пленки на основе полиамида (например, полиамид-полипропилен) выдерживают нагревание до 135 °С. Использование поливинилиденхлорида в качестве промежуточного (барьерного) слоя позволяет получать упаковочную пленку с повышенными свойствами. Трехслойные пленки полиэтилен-полиамид-полиэтилен могут подвергаться глубокой вытяжке до 180 мм при толщине до 300 мкм.

Для получения прозрачного упаковочного материала с минимальной газо-, ароматонепроницаемостью в состав композиционной конструкции вводят полиэтилентерефталат, сочетая 4, 5 и даже более компонентов.

К группе комбинированных материалов на основе бумаги относятся бумага и картон с полимерными покрытиями (например, с полиэтиленовым, полипропиленовым, поливинилиденхлоридным и другими покрытиями). Комбинированные материалы на основе фольги представляют собой пленки с высокими барьерными свойствами, успешно конкурирующие с традиционными видами стеклянной и металлической тары.

В последнее время при конструировании многослойных упаковочных материалов применяют металлизацию полимерных пленок. Металлизация - процесс нанесения тончайших слоев металла (до 3 × 10^-7 м) на поверхность пленочного материала в глубоком вакууме. 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.

Одним из универсальных упаковочных материалов, обладающих амортизационными свойствами, является воздушно-пузырчатая пленка, которая нашла широкое применение в упаковке промышленной продукции во всех странах. Эта пленка объединила в себе свойства обычной полиэтиленовой пленки, предохраняющей изделия от воздействия атмосферного влияния, истирания и загрязнения, а также свойства пенопласта, предохраняющего от ударов, вибрации и толчков.

 

 

Лабораторная работа № 8