Исследование прочностных свойств упаковочных многослойных полимерных пленочных материалов, полученных методом каширования (1094723), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Экономичным способом улучшения барьерных характеристик пленок из ПП по отношению к кислороду является покрытие одной стороны пленки алюминием в вакууме. По своему блеску металлизированная полипропиленовая пленка превосходит алю­миниевую фольгу.

Повышенная склонность к термоокислительной деструкции — серьезный недостаток ПП; для устранения этого недостатка в ПП вводят специальные стабилизаторы и модификаторы. До­полнительная кислородостойкость и способность к термосвари­ванию достигается путем покрытия двухосноориентированной ПП пленки лаком на основе поливинилиденхлорида (ПВДХ). ПП занимает значимое место в производстве МПМ и КПМ как по экономическим соображениям, так и с точки зрения экологичности. Малая стоимость сырья и высокий выход по площади являются важнейшими предпосылками рентабельности пленок из ОПП.

МПМ и КПМ, где в качестве несущей основы используются двухосноориентированные пленки из ПП (ОПП), отличаются высокими диэлектрическими свойствами, устойчивостью к глу­бокому охлаждению, малой паропроницаемостью, водостойко­стью, высокой маслостойкостью. Морозостойкость и ударная вязкость пленок из ПП, полученных плоскощелевой экструзи­ей, растет в случае сбалансированной ориентации в осевом и поперечном направлениях.

Неориентированные пленки из ПП и пленки из ОПП широ­ко используются в качестве внутреннего слоя в МПМ (КПМ), подвергаемых стерилизации, в конденсатостроении, электро- и радиотехнике.

В упаковочной практике применяют три разновидности пле­нок из ОПП: без технологического (термосвариваемого) слоя, они используются главным образом в качестве компонентов МПМ (КПМ); с термосвариваемым слоем из дисперсий на ос­нове ПВДХ, они применяются для упаковки кондитерских из­делий, жареного картофеля, сигарет, земляных орехов и др.; с термосвариваемым покрытием из полиолефинов; они изготав­ливаются соэкструзией с последующей ориентацией и использу­ются в основном для упаковывания различных пищевых про­дуктов и сигарет.

Во многих случаях пленки из ОПП заменяют пленки из ОПЭТФ.

1. Полиэфиры

1. Полиэтилентерефталат

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ), применяемый для изготовления пленок, представляет собой крошку (гранулы), прозрачную с желтовато-зеленоватым от­тенком, с удельной вязкостью 0,29—0,32, температурой плавле­ния 260±2°С, массовой долей посторонних включений 0,2%. массовой долей влаги в высушенном продукте не более 0,05%. ПЭТФ не токсичен и при нормальных условиях не оказывает вредного влияния на организм человека.

В процессе переработки ПЭТФ (выше 290°С) происходит его частичное разложение с выделением ацетальдегида, терефталевой кислоты, оксида и диоксида углерода.

ПЭТФ — твердый горючий материал, горит в расплавленном состоянии, температура воспламенения 390°С.

Пленочные материалы из ПЭТФ изготавливают способом плоскощелевой экструзии. Полученную изотропную заготовку подвергают двухосной или одноосной ориентации. Такие пленки (ОПЭТФ) характеризуются высокими электроизоляционными свойствами в широком температурном диапазоне, прочностью при растяжении, надрыве и раздире, прозрачностью, морозостойкостью, теплостойкостью, малой газо-, паро- и водопроницаемостью, безупречными санитарно-гигиеническими свойства­ми, устойчивостью к глубокому охлаждению, к маслам, жирам, многим кислотам и растворителям. Температурный диапазон работы ОПЭТФ составляет от -200 до 150°С.

К недостаткам рассматриваемых материалов следует отне­сти трудность термической сварки, склонность к разориентации при температурах выше 150°С и охрупчиванию в этих условиях сварного шва. Поэтому пленки из ОПЭТФ кроме конденсаторостроения, электро- и радиотехники используют в качестве одно­го из слоев МПМ (КПМ), в том числе устойчивых к стерилиза­ции, пастеризации и дефротации.

Термофиксированные малоусадочные ОПЭТФ-пленки толщи­ной 22—25мкм используются в качестве оболочек вареных кол­бас, а усадочные ОПЭТФ-пленки толщиной 17-19мкм — для вакуумно-усадочной упаковки свежего мяса, сыра и птицы.

1. Полибутентерефталат

Сравни­тельно новым материалом, обеспечивающим повышенные барь­ерные свойства соэкструдируемых структур, являются полибутентерефталат (ПБТ) и сополимер этилена с виниловым спир­том (EVOH). Пленки из ПБТ и ПС используются для упаковки маргарина, а из ПБТ и ПЭВП — для упаковки фармацевтиче­ской продукции.

Тип полимерного материала влияет на свойства получаемого из него МПМ (см. приложение 2).

Широкая сырьевая база, сочетание ценных физико-механических, электрических и химических свойств, от­носительно низкая стоимость явились благоприятными технико-экономическими предпосылками для быстрого развития произ­водства пленок из ПЭ, ПП и их модификаций. Слои из этих полимеров при производстве МПМ обеспечивают технологичность мягкой тары, так как обладают хорошей свариваемостью.

Полиэфирные пленки обладают высокими прочностными показателями. В МПМ эти материалы образуют несущий слой, обеспечивающий необходимую прочность при производстве многослойных пленок и увеличивающий надежность мягкой тары.

Для повышения герметичности МПМ используют металлизированные пленки.

Таким образом, необходимо минимум три основных слоя, обеспечивающих прочность, герметичность и технологичность МПМ как упаковочного материала.

1. Способы получения многослойных материалов

Существуют следующие основные способы получения много­слойных рулонных пленочных материалов:

• нанесение покрытия на несущую основу — из растворов или дисперсий полимеров с последующим испарением летучих рас­творителей или удалением дисперсионной среды;

• из расплава полимеров (экструзионное ламинирование);

• совмещение (дублирование) индивидуальных полимерных пленок между собой;

• соединение (каширование) с помощью промежуточного полимерного слоя, наносимого из раствора, дисперсии, пасты или экструзией расплава полимера между рулонными материалами, подлежа­щими соединению, наложение силовых и температурных полей (например, на каландрах);

• соэкструзия расплавов различных полимеров;

• соориентация многослойной изотропной полимерной заготов­ки, полученной соэкструзией.

1. Нанесение покрытий из дисперсий и растворов полимеров

Растущее применение находит способ получения многослой­ных и комбинированных пленок, заключающийся в нанесении на основу покрытия из раствора или суспензии полимера с после­дующей его сушкой. Этот метод используют для полимеров, не образующих пленку по "обычной" технологии (например, для некоторых фторопластов, полиимидов и т.п.), или при необходимости получить очень тонкое покрытие.

Полимерные покрытия обычно классифицируют по назначению, виду пленкообразующего, типу покрываемой поверхности, спо­собу нанесения.

По назначению покрытия подразделяются на защитные (ан­тикоррозионные, свариваемые, водонепроницаемые, антистати­ческие и т. д.); декоративные, удовлетворяющие заданным эсте­тическим требованиям; специальные (антиадгезионные, электро­изоляционные, абразивостойкие и т. д.).

Для всех видов покрытий обязательным является требова­ние хорошей адгезии к покрываемой поверхности. Если это свойство не достигается, то применяют промежуточное покры­тие (грунтовку, нанесение праймера и т. п.).

Конкретные условия эксплуатации могут диктовать допол­нительные требования: физиологическая безвредность, химиче­ская стойкость к заданной группе веществ и т.д.

Пленкообразующие различаются по химической природе (полиолефины, полиамиды и др.) и агрегатному состоянию по­лимера (раствор, расплав, дисперсия, суспензия и т.д.).

Как правило, применяются композиции, содержащие не­сколько полимеров и различные добавки. Что касается выбора растворителя, то это определяется его растворяющей способ­ностью по отношению к полимеру и кинетикой испарения, обес­печивающей достаточно быстрое образование покрытия при от­сутствии в нем значительных внутренних напряжений.

Уменьшение расхода растворителей, возможность регулиро­вания кинетики их испарения и структуры покрытия достигает­ся путем введения разбавителей — низкомолекулярных жидко­стей, не растворяющих пленкообразующие полимеры, но снижа­ющих вязкость раствора. Сохранение постоянного соотношения компонентов в растворяющей смеси, предотвращение коагуля­ции пленкообразующего, получение при высыхании покрытия с лучшими свойствами, достигается введением растворителя или разбавителя, образующего азеотропные смеси с другими рас­творителями, а также с водой.

По сравнению с получением пленок из растворов пленкообразование из водной дисперсии имеет следующие преимущест­ва, упрощающие технологический процесс: высокая концентра­ция пленкообразующего полимера при низкой вязкости систе­мы; отсутствие, как правило, растворителя и, следовательно, от­сутствие необходимости в его рекуперации; протекание пленкообразования при невысоких температурах с достаточной ско­ростью.

Недостатки этого метода обуслов­лены наличием растворителей.

1. Металлизация полимерных пленочных материалов

В последние годы очень популярны полимерные пленки, покрытые тонким (до 1 мкм) слоем металла способом испаре­ния металла в вакууме. Металлизация полимерных пленок этим способом основана на способности молекул металла при испа­рении в вакууме перемещаться прямолинейно и осаждаться на холодных поверхностях, находящихся на их пути. При этом рас­стояние между испарителем и поверхностью, на которую нано­сится металлическое покрытие, должно быть меньше длины свободного пробега молекул, которая в свою очередь зависит от глубины вакуума в камере.

1. Получение многослойных пленок соэкструзией

Соэкструзия - метод получения мно­гослойных материалов, привлекший к себе внимание в 1967 г. в связи с появлением идеи замены целлофана поли­этиленом для упаковки хлеба. Вскоре соэкструзией стали по­лучать двух- и трехслойные пленочные материалы (в настоя­щее время число слоев достигает 6 и более) из различных комбинаций полиэтилена и полипропилена (около 65% от об­щего количества применяемых для соэкструзии полимеров) как друг с другом, так и с другими полимерами: полиамидами, сополимером этилена с винилацетатом, поливинилиденхлоридом, полистиролом, иономерами. Мировое производство соэкструдированных пленок характеризуется высокими темпами роста.

При соэкструзии различные полимеры или разные марки одного и того же полимера из двух (или нескольких) экструдеров одновременно поступают в общую формующую головку. В зависимости от технологической схемы, соединение отдель­ных слоев происходит перед входом в головку, в самой го­ловке или по выходе из нее. Таким способом получают как рукавные, так и плоские пленки, дальнейшая обработка кото­рых (вытяжка, обрезка кромок, намотка и т.д.) ни по техно­логии, ни по применяемому оборудованию в принципе не отли­чается от соответствующей обработки однослойных пленок.

В формующей головке обеспечивается ламинарное течение расплавов, и поэтому при соприкосновении отдельных слоев они не перемешиваются. Однако при этом возникает пробле­ма создания требуемой адгезии между слоями системы, огра­ничивающая возможные варианты использования материалов. Лучшие результаты дает совмещение аналогичных по природе полимеров: ПЭНП-полиэтилен средней плотности, полипропилен-сополимеры пропилена, полиэтилен-полипропилен и т.п. Если же возникает необходимость в совмещении различ­ных по природе полимеров таких как, например, полиэтилен и поливинилхлорид или полиамид, то часто вводят третий, промежуточный слой (обычно сополимер с функциональными группами), или "праймер". Другие приемы увеличения адгезии между слоями заключаются в активировании их поверх­ности за счет повышения температуры экструзии одного или обоих полимеров, подаче между соединяемыми пленками газообразного окислителя и т.д. Но при этом усложняется оборудование, затрудняется ведение технологического процес­са и увеличивается стоимость выпускаемого материала.

Недостатки метода намного компенси­руются его достоинствами, к которым относится возможность:

• формования многослойного материала непосредственно из гранул, минуя стадию получения отдельных пленок;

• точной регулировки толщины каждого слоя и, следователь­но, тонкого варьирования свойствами готового материала;

• получения в один прием материала, состоящего более чем из двух слоев;

• получения многослойного материала с тонкими слоями, что особенно важно при использовании дефицитных и дорогих полимеров;

• снижения стоимости многослойных пленок по сравнению с аналогичными пленками, полученными другими методами;

• придания пленке особых эстетических качеств путем соче­тания полимеров, различающихся цветом или фактурой поверх­ности.

Технологическое оборудование и схема процесса получе­ния многослойных пленок соэкструзией принципиально не от­личаются от таковых для однословных пленок. Отличие сос­тоит лишь в конструкции экструзионной головки и приборах для измерения и регулировки толщины готовой пленки и от­дельных ее слоев. Применяемые промышленные агрегаты удобны в работе и при обслуживании и, как правило, дешев­ле агрегатов, используемых в других процессах. Кроме того, применение нескольких экструдеров позволяет уменьшить раз­мер каждого. Например, если для получения обычной однослойной пленки нужен экструдер с диаметром шнека 152 мм, то при получении двухслойной пленки того же размера - два экструдера с диаметром шнека 114 мм.

В настоящее время разработан и используется ряд вариан­тов различных головок для соэкструзии, конструкция которых меняется в зависимости от типа получаемой пленки (рукав­ная или плоская), числа слоев в ней, природы перерабатыва­емых полимеров и некоторых других факторов. Головки раз­личаются также способом подачи материала (с торца или по центру), количеством коллекторов (один, если расплавы соединяются перед входом в головку, и несколько, если сое­динение слоев происходит в головке или по выходе из нее), краситель, пластификатор и т.п.

Адгезионная прочность получаемых комбинированных пле­нок существенно зависит от предварительной обработки поверхности. Одну или обе соединяемые пленки обрабатывают коронным разрядом, потоком электронов или газопламенным способом. Оригинальный метод соединения термопластичных пленок из полиэтилена, полипропилена, полистирола, сополимера этилена с винилацетатом и т.п., заключается в том, что на поверхности более толстой пленки оформляются ребра треугольного сечения или элементарные волокна из того же материала. При нагревании под давлением они пла­вятся и обеспечивают прочное соединение обеих пленок. Так как для расплавления ребер требуется меньше времени, чем для соединения плоских поверхностей, опасность перегрева и термической деструкции полимера уменьшается, снижается продолжительность цикла, обеспечиваются более высокие ме­ханические характеристики и сохранение цвета материала.

Двухслойные пленки из одного и того же полимера мож­но получать, экструдируя рукавную полиолефиновую пленку с последующим ее раздувом и сжатием в зазоре между вращающимися валками. При сжатии нагретой пленки стен­ки рукава свариваются, и образуется плоская двухслойная пленка.

Характеристики

Список файлов ВКР