Холодное и горячее ламинирование – отличия, описание процесса, типы пленки и бумаги

Техническая характеристика многослойных пленок

многослойные пленкиЦелесообразно различать понятия «многослойная пленка, получаемая путем ламинирования», которую в данной статье мы будем именовать «ламинат», и «многослойная пленка, получаемая методом соэкструзии». Традиционно термин «ламинат» относится к материалу, получаемому путем соединения — чаще всего склеивания — готовых пленок. Число пленок, входящих в состав ламината, равняется количеству его слоев. Например, материал РА/РЕ, полученный склеиванием пленок, является двухслойным ламинатом. Однако соэкструзионная пленка с той же самой толщиной слоев РА и РЕ, в которой толщина связывающего слоя необязательно должна быть больше толщины клеевого слоя в упомянутом выше ламинате, считается уже трехслойным материалом. Поэтому, говоря о соэкструзионной технологии, лучше использовать термин «соэкструзионная пленка».

1. Соэкструзионные пленки

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 (конечно же, с полностью иным решением головок экструдеров). В процессе соэкструзии используются как минимум 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.

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. Поэтому, например, неполярный полиэтилен не связывается с полярным полимером, применяемым в качестве барьерного слоя, таким как EVOH или PA. Посему для соединения этих слоев необходимо использовать вяжущие слои. В качестве универсальных вяжущих средств чаще всего применяются полиолефиновые сополимеры, модифицированные малеиновым ангидридом. Если слой обладает подобным строением, то склеивание происходит в результате диффузии подобных полимеров. Со стороны барьерных слоев, как PA или EVOH, взаимное связывание является результатом реакции ангидридной группы соответственно с группой –NH, в случае с полиамидом, либо с группой –OH, в случае сополимера EVOH.

Как уже отмечалось ранее, одним из существенных преимуществ производства многослойных пленок методом соэкструзии является экономичность процесса. 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.

Производство соэкструзионных пленок с использованием сополимера EVOH, который обладает высокими барьерными качествами, как уже упоминалось, требует для сохранения барьерных свойств по отношению к кислороду двусторонней защиты от поступления влаги, то есть многослойной структуры. Принимая во внимание, что сварной слой обычно образуют полиолефины (различные сорта полиэтилена и полипропилена), которые непосредственно не соединяются со слоем EVOH, необходимо использовать для их соединения слоисвязывающих веществ. В результате введение в такого рода пленку сополимера EVOH требует пятислойной структуры. Разделение слоя PA на два независимых, чтобы повысить стойкость пленки, особенно на углах упаковок при их термическом формовании, также требует минимум пятислойной структуры.

Семислойные структуры позволяют разделять одновременно на два слоя как PA, так и PE. Что при введении в данную пленку сополимера EVOH позволяет получить более полезные функциональные свойства. В последние годы появились семислойные структуры, в которых к пятислойной соэкструзионной пленке путем ламинирования добавляются слои ориентированных пленок, например: пленки OPP, PET, BOPР, как правило, заполненные реверсивным текстом, т.е. находящимся в итоге между слоями. Методом соэкструзии производятся также растягивающиеся пленки, в которых срединный слой из PE-LLD, а в настоящее время также из металлоценовых полиэтиленов обеспечивает высокую прочность при сильном растяжении, а поверхностный слой – достаточное сцепление, ради защиты грузовой единицы или же для формирования обертки на продукте.

2. Ламинированные пленки

Ламинация представляет собой склеивание двух или трех пленок разных типов. Каждая пленка имеет свои положительные особенности, необходимые упаковке. При их склеивании эти характеристики не теряются, а наоборот, дополняют друг друга. При этом красочный слой находится между слоями материалов, что исключает контакт краски с продукцией, а также защищает печать от истирания и других повреждений. Склейка двух пленок называется «дуплексная ламинация». Существует также технология склеивания трех пленок – «триплексная ламинация». Три пленки могут ламининироваться за один прогон, однако для этого необходим ламинатор с тремя секциями размотки.

«Мокрое» ламинирование

При «мокром» способе ламинирования 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.

«Сухое» ламинирование с растворителем

В системе «сухого» ламинирования чаще всего используются двухкомпонентные полиуретановые клеи с растворителем. Полимеризация полиуретана начинается после смешивания составных частей, например, полиэфирного с изоциановым, 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.

Ламинирование без растворителя

В настоящее время при ламинировании готовых пластмассовых пленок преобладает технология без применения растворителя. При этой технологии 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.  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 оживил 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.

Ламинирование расплавленным полимером

Ламинирование с использованием расплавленного полимера в качестве связующего вещества является технологией, производной от покрытия методом экструзии. Она находит применение при производстве длинных серий промышленных ламинатов алюминиевой фольги с бумагой, реже — с пластмассовыми пленками. Соединение двух лент из различных материалов происходит здесь при участии тонкой струйки выдавливаемого из плоской дюзы полимера, чаще всего это PE-LD. Расплавленный полиэтилен подается из щелевой дюзы экструдера непосредственно на соединяемые материалы. Соединяемые материалы дожимным роликом прижимаются к охлаждающему цилиндру (chill roll).

Ламинирование с использованием расплавов

Ламинирование с использованием расплавов осуществляется путем нанесения между соединяемыми слоями 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. Охарактеризованные выше методы ламинирования, за исключением соединения с использованием расплавленного полимера, используются на многих предприятиях.

3. Высокобарьерные пленки

Главной характеристикой этих пленок является, конечно, то, что они легкоформующиеся и стойкие, и поэтому могут очень легко принимать форму объекта, который они содержат, ограничивая количество остаточного воздуха. В дополнение к вышеупомянутому, материал должен гарантировать воздушную и водную непроницаемость, как в исходном состоянии, так и при герметизации упаковки независимо от ее формы и характера. Обязательное условие, которое остается в основе функциональности воздухо- и водонепроницаемой упаковки – максимальная устойчивость к прониканию сред (прежде всего кислорода) через полимерную пленку. В частности, при использовании вакуумной упаковки ускоряется проникновение газа из-за перепада давления между внутренней и внешней сторонами. Поэтому газопроницаемость должна быть минимальна. Из различных сред, которые могут проникать через упаковку, следует отметить кислород, двуокись углерода, азот, алкоголь и воду. Кислород и пары воды — вещества, которые больше всего волнуют упаковщиков из-за сильных органолептических изменений, которые они вызывают при хранении. Следовательно, важно определить материал, который в конечной упаковке лучше всего обеспечит требование “кислородного голодания”.

В основном используется три типа исходных материалов: металлическая фольга (алюминий), покрытия (как металлические (алюминий), так и минеральные (окись кремния, окись алюминия, керамика и т.д.) и, наконец, полимеры (EVOH и PVDC,PET). Эти материалы инкапсулированы в других полимерах, так называемых структурных полимерах, которые дают дополнительные необходимые качества; различные слои соединены вместе посредством клеящих веществ.

Несмотря на превосходные характеристики (непроницаемость для кислорода и света), алюминий все меньше и меньше используется в упаковке, прежде всего, из-за непрозрачности. Эта тенденция также усиливается тем фактом, что прозрачные полимеры, которые легче и более дружественны к окружающей среде, имеют аналогичные характеристики.

В настоящее время с успехом используются три прозрачных пластика с прекрасными барьерными свойствами: EVOH, PVDC и PET. Эти полимерные материалы, однако имеют разные барьерные свойства по отношению к различным средам. В отношении кислорода более эффективны EVOH и PET, в то время как для паров воды — PVDC.

Таблица 1. Барьерные свойства пленок, соотнесенные по сравнимой толщине в 25 мкм

Тип пленки

Проницаемость кислорода  при 20оС и 65%

Проницаемость по водяному пару при 38 0С и 90% относительной влажности

EVON

0.4

50

PVDC

1.2

0.5

PAN

4.0

80

OPA

35

160

PA6

40

40

PET

80

40

PVC

150

30

PETG

390

40

BOPP

1800

5

HDPE

2000

5

LDPE

4000

20

4. Металлизированные пленки

Два типа металлизированных пленок

1) ламинирование фольгой
2) металлизация пленки

Ламинирование фольгой

Фольгированные материалы производят методом склеивания с использованием синтетических клеев, либо соединяя полимерные пленки с фольгой расплавом адгезионно-активного полимера. Комбинированные пленочные материалы со слоем алюминиевой фольги получили широкое распространение. Их можно использовать и для продуктов, подвергаемых термической стерилизации в упаковке. При их изготовлении полимерные пленки соединяют с фольгой. К сожалению, несмотря на увеличенные толщины отечественной фольги, последняя имеет сквозные отверстия, снижающие ее барьерные свойства. В числе недостатков фольгированных можно называть и возникновение трещин в слое алюминия при сгибании или складывании пленки.

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.

Металлизация пленок

Хотя технология фольгированных материалов достаточно хорошо отработана, в последние годы заметен резкий спад их производства. Это объясняется экономической причиной – чрезвычайным удорожанием алюминия.

Прослеживается устойчивая тенденция упаковочной отрасли к замене фольгированных материалов металлизированными. Толщина напыленного слоя составляет десятые и даже сотые доли микрона. Поэтому напыление позволяет экономить до 98-99% металла, использовать более безопасные в экологическом отношении технологии и при этом иногда выигрывать в качестве пленок.

Металлизированные пленки по сравнению с фольгированными имеют более привлекательный внешний вид и высокий глянец поверхности. Печать на них выглядит более ярче и красочнее.

Прочностные свойства пленок практически не изменяются после процесса металлизации. Однако металлизированная поверхность таких материалов как ПЭ, ПП, ПА и т.д. теряют способность к сварке. Поэтому металлизировать надо либо пленки, которые в дальнейшем используют при изготовлении комбинированных материалов (при этом металлизированная поверхность оказывается между слоями), либо пленки, которые при упаковке формируют Т-образный шов.

Применяются три процесса металлизации: непрерывная, трансферная и полунепроницаемая (обработка металла «порциями») металлизация. В настоящее время более широко применяется металлизация «порциями». Типовая система имеет горизонтальную камеру диаметром до 2 м. и длиной в З м. При загрузке камеры рулоны с бумагой или пленкой устанавливаются на вал узла размотки, далее полотно проводится через натяжные валики, охлаждающий барабан, вторую пару натяжных валиков и поступает в узел намотки. Камера герметизируется. Вакуумные насосы откачивают воздух из камеры и создают среду, способствующую испарению алюминия и осаждению пара на движущееся полотно материала. Алюминий помещается под охлаждающий барабан, где он под воздействием температуры испаряется и затем осаждается на нижнюю поверхность пленки или бумажного полотна.

Проволока из чистого алюминия толщиной порядка 3 мм. подается в лотки из интерметаллиза. Лотки нагреваются до температур испарения алюминия. Лотки находятся в ваннах с водным охлаждением, с тем, чтобы отводить излучаемое тепло и сводить к минимуму рассеянное испарение алюминия. Рабочий срок службы каждого лотка составляет около 25 часов. Толщина осаждаемого металла регулируется скоростью перемещения материала, скоростью подачи проволоки и температурой лотка.

При обычной «порционной металлизации» за 50 минут обрабатываются рулоны бумаги длиной от 18 до 20 м. Существующие технологии не позволяют получать рисунки или узоры при металлизации. Однако эффекты металлизированного узора могут быть достигнуты путем металлизации предварительно запечатанной пленки. Иногда используются растворы каустика для выборочного устранения металлического слоя и получения прозрачных окон на металлизированной пленке.

Напыление других металлов таким способом довольно затруднительно, так как температура их плавления и испарения значительно выше, чем у алюминия. Хотя большинство полимерных пленок могут быть подвергнуты металлизации, наиболее известными металлизированными упаковочными пленками являются ориентированный полипропилен (ОПП), ПЭТ и нейлон (ПА).

5. Ламистерная пленка

Производство ламистерной пленки включает в себя 8 стадий:

На первых трех стадиях производства происходит производство фольги. Затем фольгу необходимо подготовить для процесса каширования. Происходит обезжиривание и сушка, затем фольга доставляется на линию отжига/лакирования/анодирования. На этой линии происходит изменение свойств фольги путем воздействия высоких температур, фольга лакируется и обрабатывается в кислоте. Затем она подается на линию каширования, где покрывается полипропиленовой пленкой.

После этих основных стадий производства уже ламистерная пленка отправляется на склад старения, где должна пробыть 3 дня и уже после этого ламистерная пленка нарезается и скручивается в рулоны на продажу.

Особенности производства ламистерной пленки:

Основными свойствам ламистерной пленки являются:

– хорошая формуемость;
– прочная связь алюминиевой фольги с полипропиленовой пленкой. (усилие при отслаивании не менее 8 Н/10 см.) позволяет сохранять герметичность упаковке даже при ее деформации;
– возможность использования материала в качестве упаковки для консервов обеспечивается стойкостью при стерилизации по ГОСТ 5961 в модельных средах, питьевой воде, паровой среде в течении одного часа при температуре 120°С.

Тара из ламистера имеет ряд преимуществ по сравнению с металлической (жестяной) тарой:

– легкость формовки и укупорки, малый вес упаковки;
– возможность упаковки в штабель;
– благоприятные для продукта условия стерилизации;
– сохранение ароматических веществ, витаминов, вкусовых качеств;
– стойкость к коррозии;
– простота разогрева упакованного блюда;
– легкость вскрытия;
– сохранение герметичности даже при деформации упаковки с продуктом;
– современный внешний вид упаковки;
– возможность нанесения многокрасочной печати, маркировки;
– срок хранения продуктов в таре из ламистера – до 5 лет, что особенно важно в условиях армии.

В сравнении с полимерной, ламистерная упаковка также имеет преимущества:

– высокая химическая стойкость и стойкость к стерилизации (продукт контактирует с полипропиленом, с внешней средой контактирует лак, выдерживающий стерилизацию);
– хорошей свариваемости (укупорка за счет сваривания полипропилена с полипропиленом);
– инертности к пищевым продуктам (обеспечивает полипропилен);
– светонепроницаемости (обеспечивается алюминиевой фольгой);
– герметичности упаковки даже после значительной деформации (прочная связь упругой пленки с тонким алюминием).

Доступность фасовочного и укупорочного оборудования, возможность формования банок различных форм и размеров (от 5 мл. до 450 мл.) в сочетании с малым весом упаковки, возможностью полноценной стерилизации и светонепроницаемостью делают ламистер незаменимым для использования при производстве порционных продуктов длительного хранения.

В связи с малым весом банок из ламистера они находят самое широкое применение в армии, на флоте, в авиации, для экспедиций геологов и альпинистов, для охотников и туристов и т.д.

Использование тары из ламистера:

Применение ламистера: овощные, мясные, рыбные консервы и пресервы, молочные и кисломолочные продукты, в том числе: детское питание, сгущенное молоко, паштеты, джемы, соки, мед, орехи, сухой кофе.

Основные потребители ламистерной упаковки в России – мясоперерабатывающие комбинаты. Они используют ламистер для упаковки мясных паштетов. На некоторых мясоперерабатывающих заводах, установлено собственное оборудование по производству ламистерной упаковки для паштетов. Другие области потребления ламистерной упаковки в России не развиты. Так, джемы, рыбные консервы в ламистерной упаковке уже импортируются в Россию в готовом, упакованном виде.

Источник: «Эксимпак» ООО

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector