Исследование прочностных свойств упаковочных многослойных полимерных пленочных материалов, полученных методом каширования (1094723), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

Для каждого значения температуры валков существует максимальная (критическая) скорость, при которой качество полимерного покрытия остается удовлетворительным. Повы­шение скорости валков влияет на процесс пластикации ана­логично снижению их температуры. Увеличение последней снижает вязкость расплава полимера, что, в свою очередь, уменьшает энергозатраты. Снижение величины минимального зазора и повышение скорости валков вызывает повышение скорости деформации расплава и, следовательно, энергосило­вых параметров. В диапазоне высоких рабочих скоростей решающее значение имеет механизм поверхностной пластика­ции.

Производительность процесса каландрирования, лимитируемая скоростью пластикации термопласта и формования пленки полимерного покрытия в зазоре валков, почти вдвое ниже производительности однослойной пленки с валками такой же ширины.

1. Получение многослойных пленочных материалов методом каширования

В производстве МПМ получили распространение спосо­бы каширования с помощью клея и экструзионного каширова­ния с помощью расплава полимера.

Каширование с помощью клеев на растворителях состоит в том, что две или несколько монопленок соединяются в много­слойную композицию при помощи клея.

Существуют два принципиально различных способа каширования: мокрое и сухое.

При мокром кашировании (рис.2.3.6.1) непосредственно после нанесения клея на первую монопленку осуществляется со­единение ее (во влажном состоянии) со второй пленкой, так что удаление растворителя (операция сушки) происходит через под­ложку, которая должна быть проницаемой для паров раствори­теля (воды). В качестве клеев используются водные эмульсии поливинилацетата и крахмал. Основная область применения мокрого каширования — склеивание бумаги с алюминиевой фольгой.

При сухом кашировании (рис.2.3.6.2) клей, содержащий растворители и 30—40% сухого остатка, износится на пер­вую монопленку, как правило, менее чувствительную к натяжению и температуре, чем вторая, и высушивается. По выходе из сушилки монопленка с клеем соединяется со второй моноплен­кой. Способом сухого кэширования может быть изготовлено большинство гибких МПМ и КПМ. В этом случае применяются клеи на основе полиуретанов, способные при отверждении образовывать сетки.

Рис. 2.3.6.1. Схема процесса мокрого каширования:

1 — устройство для размотки бумаги;

2 — узел нанесения клея;

3 — устройство для раз­мотки алюминиевой фольги;

4 — сушильная камера;

5 — устройство для намотки готово­го материала

В
последние годы появились высококонцентрировэнные клеи и клеи, не содержащие растворителей. Различают два вида кле­ев, не содержащих растворителей: однокомпонентные клеи,

Рис. 2.3.6.2. Схема процесса сухого каширования:

1 — устройство для размотки пленки основы;

2 — узел нанесения клея;

3 — сушильная камера;

4 — узел дублирования;

5 — устройство для размотки монопленки (технологиче­ского слоя);

6 — устройство для намотки готовой продукции

В последние годы появились высококонцентрированные клеи и клеи, не содержащие растворителей. Различают два вида кле­ев, не содержащих растворителей: однокомпонентные клеи, у которых образование сетчатой структуры происходит за счет взаимодействия с влагой, поступающей в слой клея до каширо­вания из окружающего воздуха или из кашируемых монопле­нок, и двухкомпонентные, у которых образование сетчатых струк­тур происходит в процессе смешения полиуретана и изоцианата.

Следует отметить, что в настоящее время при использовании клеев без растворителей не удается достигнуть качества склеи­вания аналогичного традиционным клеям на растворителях и, в первую очередь, в случае каширования А1 фольги и при полу­чении МПМ для стерилизации и термоформования. Такие мате­риалы следует изготовлять с помощью клеев на растворителях. В зависимости от типа клея и требуемых свойств конечного про­дукта меняется количество наносимого клея.

Клеи с растворителями содержат помимо растворителей отвердители — изоцианаты, которые в больших концентрациях вредны для здоровья. При работе с такими клеями оборудова­ние должно быть выполнено во взрывобезопасном исполнении. Полученные МПМ необходимо постоянно исследовать на содержание остаточного растворителя.

На рис. 2.3.6.3 показана принципиальная схема процесса кэширова­ния с помощью клеев без растворителей.

Рис. 2.3.6.3. Схема установки для изготовления МПМ на клеях без растворителей:

1 — устройство для размотки пленки-основы;

2 — узел подачи компонентов клея;

3 — устройство для размотки монопленки (технологического слоя);

4 — узел кэширования;

5 — устройство для намотки готового материала

Технологические линии по производству МПМ на клеях без растворителей высокопроизводительны. Достигаемая рабочая скорость зависит только от способности пленки-основы воспринимать клей. При размотке тонких пленок, чувствительных к растяже­нию, необходимо установить и поддерживать усилие их натя­жения. Оно должно быть стабильным при исполь­зуемых скоростях процесса и заданных диаметрах рулонов с пленкой. Поэтому устройства для размотки тормозятся или при­водятся в движение терристорными двигателями постоянного тока, а натяжение пленок осуществляется, как правило, с по­мощью качающихся валиков.

При высоких линейных скоростях процесса появляется необ­ходимость, начиная с определенного диаметра рулона не тормозить его, а приводить в движение, так как по мере уменьшения диаметра рулона с пленкой усилие ее натяжения растет. В узле кэширования давление может достигать 4,65 Н/м. За счет большого давления и значительной разницы окружных скоростей отдельных валиков достигается требуемая толщина клеевого слоя.

В случае использования клеев без растворителей гигиениче­ские условия труда несравненно лучше, отпадает необходимость во взрывобезопасном исполнении оборудования, складов для растворителей, мероприятий по очистке отсасываемого воздуха от паров растворителей или рекуперации растворителей.

У таких машин отсутствуют сушильные камеры, тепловые агрегаты, воздушные трубопроводы и соответствующие защит­ные устройства. Поэтому они на 40% дешевле, чем кашировальные машины, использующие клеи на растворителях. Необходимая производственная площадь на 40—50% меньше, расход энергии в 4—5 раз ниже. Кроме того, в случае использования растворителей следует учитывать потребность в дополнительной площади на склад и отделение рекуперации растворителей.

Использование клеев без растворителей дает следующие пре­имущества:

• вследствие более короткого пути пленочного полот­на сокращается время запуска и переналадки установки; нане­сение клея гладкими валиками вместо растровых и (или) ракли упрощает их чистку и соответственно экономит время и раство­рители;

• клеи без растворителей поставляются в подготовленном для употребления виде, т. е. отпадает необходимость предвари­тельного смешения и поддержания на определенном уровне вязкости клея;

• вследствие меньшей массы наносимого клея и от­сутствия растворителей масса клея, подлежащего доставке к машине, в 10 раз меньше;

• отсутствие термической нагрузки, ко­торой пленки на клеях с растворителями подвергаются в су­шильной камере, благоприятно сказывается на качестве МПМ.

В случае использования клеев на растворителях при каширо­вании не исключена частичная вытяжка и провисание кромок. Кроме того, вследствие большего пути пленочного полотна и на­личия сушильной камеры появляется часть рулонов со складка­ми пленки, и при резке затрачивается бесполезный труд, растет количество отходов.

Кроме перечисленных имеются дополнительные преимущест­ва процессов, проводимых с использованием клеев без раство­рителей: клей наносится в меньших количествах и его природа благоприятствует повышению эластичности и прозрачности конечного материала; большинство таких материалов уже через 24 ч готовы к дальнейшей переработке, что позволяет сократить площади промежуточных складов и сроки поставки продукции потребителю; межслойная адгезия в материалах, полученных на клеях без растворителей, не уступает адгезии в МПМ, полученных на клеях с растворителями, за исключением струк­тур с алюминиевой фольгой; отпадает необходимость в жест­ком контроле санитарно-гигиенических свойств получаемых МПМ; отсутствие растворителей положительно сказы­вается на адгезии клея к субстратам с нанесенной на них пе­чатью; существенная экономия за счет стабильности клея; ли­нейная скорость получения МПМ почти на порядок выше, чем в случае клея на растворителях.

Обобщение опыта по изготовлению МПМ с помощью клеев показало, что в среднем масса наносимого клея состав­ляет 0,7—0,8 г/м², за исключением комбинации с печатной ин­формацией или алюминиевой фольгой, когда наносят клей в ко­личестве 1,0—1,2 г/м². Типичные комбинации материалов и их основные характеристики приведены в приложении 3.

Для производства упаковочных материалов, как правило, применяются бесцветные ОПЭТФ-пленки; все комбинации обладают высокими прочностными показателями на разрыв, надрыв и раздир, хорошо свариваются, устойчивы к глубокому охлаждению, водонепроницаемы, в малой степени паропроницаемы, устойчивы к ароматам, маслам и жирам, к многим кислотам, щелочам и растворителям, физиологически безвредны; ряд структур выдерживает стерилизацию и пастери­зацию.

Следует отметить, что кэширование с помощью клея в на­стоящее время остается самым распространенным способом из­готовления рулонных эластичных МПМ, несмотря на то, что для осуществления этого способа необходимо провести два самостоятельных технологических процесса — получения моно­пленок и собственно кэширования.

Каширование с помощью расплава полимера. Кэширова­ние на валках. Покрытие расплавом полимера осуществля­ется на двухвалковом каландре — кашировальная установка типа Циммер. Термопластичный материал в виде гранул или сухой смеси, попадая в зазор между двумя валками, нагретыми до температуры размягчения полимера, плавится и формуется в непрерывную пленку. Рекомендуемые для раз­личных полимеров температуры валков приведены в приложении 4.

Тепло, необходимое для получения расплава, подводится от нагретых валков, а также генерируется в самом материале вследствие деформации сдвига, возникающей при прохождении его через узкий зазор между валками.

Субстрат предварительно подогревается с целью улучшения адгезии между покрытием и основой. Величина зазора между валками и разность скоростей вращения плавящих валков и снимающего обрезиненного вала определяют толщину полимер­ного покрытия.

При нанесении покрытия оба плавящих валка имеют одина­ковую температуру, и пленка прилипает к валку, имеющему не­сколько большую скорость вращения, откуда под давлением пе­реходит на подаваемый субстрат. Полученный многослойный материзл проходит через зазор между снимающим обрезиненным и отделочным металлическим (полированным или гравиро­ванным) валками и после обрезания кромок поступает на на­моточное устройство (если необходимо, то ламинат разрезают до намотки на требуемые мерные длины).

Сравнительная простота процесса, получение материала хо­рошего качества с меньшей ориентацией и лучшими механиче­скими свойствами, чем у пленки, отформованной на каландре, являются преимуществами описанного способа.

Экструзионное каширование с помощью расплава полимера. Способ экструзионного каширования состоит в том, что расплав полимера, например ПЭНП, при температуре 300—330 °С через щелевую головку экструдера на­носится в качестве связующего между двумя монопленкзми (рис. 2.3.6.4).

Важной проблемой при экструзионном кашировании являет­ся обеспечение стабильной адгезии между слоями МПМ. В большинстве случаев появляется необходимость в нанесении на монопленку праймера. При этом применяются праймеры на растворителях и их водные композиции (рис.2.3.6.5). В любом случае необ­ходим сушильный канал, что ведет к усложнению аппаратурно­го оформления процесса.

К недостаткам экструзионного каширования следует отнести использование высоких температур (в случае ПЭНП 300— 330 °С), что приводит к термической деструкции полимера и появлению запаха у МПМ.

Характеристики

Список файлов ВКР