Jak vícevrstvá technologie výroby fólií zlepšuje výkon balicích fólií

Optimalizace bariérových vlastností Strategickým návrhem vrstev

Zlepšení bariéry proti kyslíku a vlhkosti u pětivrstvých versus sedmivrstvých konfigurací

Uspořádání vrstev v obalových materiálech má skutečně zásadní vliv na to, jak účinně brání průniku nežádoucích látek. Podle nedávného průmyslového výzkumu publikovaného minulý rok v časopisu Packaging Digest snižují sedmivrstvé fólie průnik kyslíku o přibližně 40 až 60 procent ve srovnání se svými pětivrstvými protějšky. Také zabraňují průniku vlhkosti o 25 až 35 procent efektivněji. Co to umožňuje? Speciální bariérové vrstvy, které jsou umístěny mezi shodnými spojovacími vrstvami, vytvářejí tyto složité „zavinovací“ cesty, jež zpomalují průnik látek. Díky tomuto dodatečnému řízení struktury mohou výrobci umístit tyto speciální polymery přesně tam, kde je potřebují – například EVOH pro zamezení průniku kyslíku nebo polyamid (PA) pro regulaci hladiny oxidu uhličitého v obalech s modifikovanou atmosférou. Tento druh přesného inženýrského řešení má zásadní význam, pokud si firmy přejí, aby jejich výrobky déle zůstaly čerstvé.

Funkční vrstvy z EVOH a polyamidu: Cílené mechanismy vyloučení kontaminantů

Pokud jde o bariérové vlastnosti, ethylenvinylalkohol (EVOH) a polyamid (PA) spolupracují ideálně. EVOH má velmi hustou strukturu bohatou na ethylen, která efektivně zabraňuje pronikání malých nepolárních molekul, jako je kyslík (průměr přibližně 3,86 angstromu). To mu zajistí míru průtoku kyslíku (OTR) pod 1 cm³ na metr čtvereční za den. Na druhé straně polyamid plní odlišnou, avšak stejně důležitou funkci: jeho krystalická struktura ho činí vynikajícím bariérovým materiálem proti vodní páře, přičemž stále umožňuje selektivní průchod určitých plynů. Míra průtoku vodní páry (MVTR) zůstává pod 1 gramem na metr čtvereční za den. Kombinace těchto dvou materiálů splňuje všechny náročné požadavky na balení léčiv a potravin, které vyžadují dlouhou trvanlivost. Výrobci k jejich spojení používají techniku koextruze, aby byla zajištěna správná adheze jednotlivých vrstev. Mezi ně navrhují speciální vazební vrstvy, aby nedošlo k oddělení materiálů ani během výroby, ani později při skutečném použití výrobku.

Mechanická odolnost: Jak Společná extruze a dvouosá orientace zvyšují Pevnost

Dynamika nafukování bublin a vliv dvouosé orientace na tahovou a propichovací odolnost

Když výrobci kontrolují, jak se bubliny nafukují během procesu výroby vícevrstvého fólie metodou vytahování, vytvářejí takzvanou dvojosou orientaci. V podstatě to znamená, že polymerové řetězce se zarovnají současně ve dvou směrech – okolo obvodu a podél délky fólie. Jaký je výsledek? Výrazně lepší provozní vlastnosti. Toto protažení ve skutečnosti vyvolává tzv. deformací indukovanou krystalizaci, která činí tato fólia mnohem pevnějšími v tahu. Mluvíme o přibližném zlepšení pevnosti v tahu o 56 % ve srovnání s běžnými fóliemi a navíc o působivém zvýšení odolnosti proti propichnutí o 300 %. Velmi důležitý je zde správný poměr protažení. Většina odborníků doporučuje udržovat tento poměr přibližně 2:1 ve směru obvodu a přibližně 1,8:1 ve směru osy. Tyto poměry pomáhají zachovat strukturální integritu a zároveň rovnoměrně rozvést napětí po celém materiálu. Bez vhodného vyvážení se mohou balení poškodit v místech uzavření nebo dokonce úplně roztrhnout při průchodu rychle se pohybujícími výrobními linkami.

Základní vrstva z LLDPE + vazební vrstvy: Ověřený nárůst pevnosti v trhání dle Elmendorfa o 32 %

Synergická vrstvená architektura zvyšuje mechanickou odolnost:

• Jádra z lineárního nízkohustotního polyethylenu (LLDPE) pohlcují energii nárazu prostřednictvím řízené krystalinity
• Reaktivní vazební vrstvy – obvykle polyolefiny graftované maleinovým anhydridem – chemicky ukotvují neslučitelné polymery a potlačují odštěpování vrstev
• Zkušební extruzní pokusy potvrdily zlepšení pevnosti v trhání dle Elmendorfa o 32 %, což umožňuje snížení tloušťky materiálu bez ztráty trvanlivosti

Tento koextrudovaný design přerozděluje dynamické namáhání napříč rozhraními a brání tak vzniku a šíření trhlin za reálných podmínek manipulace.

Funkční univerzálnost: Vyvážená těsnitelnost, pružnost a tepelná stabilita

Těsnicí vrstvy z LDPE/LLDPE umožňují spolehlivé tepelné těsnění v širokém rozsahu teplot

Těsnicí vrstvy z LDPE a LLDPE poskytují nekonkurovatelnou tepelnou přizpůsobivost – zajišťují spolehlivé tepelné těsnění v rozmezí teplot –50 °C až 120 °C tento rozsah umožňuje skladování mražených potravin, ohřev v mikrovlnné troubě a terminální sterilizaci lékařských přístrojů. Jejich větvená molekulární struktura poskytuje:

• Nízké teploty zahájení těsnění (až 90 °C)
• Vysokou teplou lepivost, která odolává tlaku při plnění
• Výjimečnou odolnost proti křehkému lomu při teplotách pod nulou

Směsi LDPE/LLDPE vykazují odchylku pevnosti spoje v tomto rozsahu menší než 15 % – v tepelných stabilitních zkouškách dosahují o 40 % lepších výsledků než homogenní polymery. Tato konzistence umožňuje flexibilním pytlům zachovat schopnost tváření za studena a tuhým táckům odolat autoclavacím cyklům – vše bez ohrožení integrity spoje ani efektivity výroby.

Synergie mezi procesem a materiálem: Zajištění kompatibility a integrity u technologie výroby vícevrstvých fólií metodou foukání

Pravidla párování polymerů – proč vyžaduje EVOH polyamid (PA) nebo vazební vrstvy, aby nedošlo k odštěpování vrstev

EVOH poskytuje průmyslově vedoucí výkon při bariérové ochraně proti kyslíku – avšak jeho hydrofilní povaha a špatná adheze k polyolefinům, jako je PE nebo PP, způsobují nestabilní přímé spojení. Pokud není tento problém řešen, dochází u rozhraní EVOH/PE k odlepu při tepelném cyklování nebo mechanickém namáhání, čímž vznikají mikrokanály, které narušují bariérovou funkci. Nejlepší konstrukce řeší tento problém dvěma ověřenými strategiemi:

• Zprostředkování vazební vrstvou : Polyolefiny grafted anhydridem kyseliny maleinové vytvářejí kovalentní vazby s hydroxylovými skupinami EVOH, čímž zvyšují pevnost v odtržení o 300–400 %
• Uzavření EVOH mezi vrstvy polyamidu (PA) : Vrstvy nylonu umístěné vedle EVOH zlepšují odolnost vůči vlhkosti a zároveň stabilizují mezivrstvovou kohezi

Teplotní cyklovací testy ukazují, že neupravené struktury EVOH trpí po pouhých 15 cyklech odlepením 80 %. Správné kombinování přemění EVOH z potenciálního rizika na trvanlivou a vysoce výkonnou bariéru – a tím zajišťuje strukturální i funkční integritu během extruze, zpracování a konečného použití.

Často kladené otázky

Jaké jsou výhody sedmivrstvého filmového uspořádání oproti pětivrstvému?

Sedmivrstvé filmové uspořádání výrazně snižuje propustnost kyslíku o 40–60 % a přenos vlhkosti o 25–35 % ve srovnání s pětivrstvým uspořádáním, čímž umožňuje lepší uchování čerstvosti produktu.

Jak přispívají EVOH a polyamid k bariérovým vlastnostem obalů?

EVOH nabízí vynikající bariérové vlastnosti vůči kyslíku díky své struktuře bohaté na ethylen, zatímco polyamid poskytuje odolnost proti vlhkosti a umožňuje selektivní propustnost plynů. Společně splňují vysoké požadavky stanovené pro produkty s dlouhou trvanlivostí.

Co je to dvouosá orientace a jak zvyšuje pevnost filmu?

Dvouosá orientace spočívá v zarovnání polymerních řetězců ve dvou směrech během procesu výroby filmu foukáním, což vede ke zlepšení pevnosti v tahu a odolnosti proti propíchnutí díky napěťově indukované krystalizaci.

Jak pomáhají uzavírací vrstvy z LDPE/LLDPE při balení?

Těsnicí vrstvy z LDPE/LLDPE umožňují spolehlivé tepelné těsnění v širokém rozsahu teplot, čímž podporují různé procesy, jako je například zmrazené skladování a terminální sterilizace. Jejich větvená molekulární struktura umožňuje nízké teploty těsnění a odolnost vůči křehkému lomu.

Proč je důležité používat vazební vrstvy s EVOH?

Vazební vrstvy, obvykle polyolefiny modifikované maleinovým anhydridem, jsou s EVOH nezbytné kvůli jeho hydrofilní povaze a špatné adhezi k polyolefinům. Zvyšují pevnost v odtržení a brání odvrstvování, čímž zajišťují trvanlivé a účinné balení.