Jak wielowarstwowa technologia wytłaczania folii poprawia właściwości folii opakowaniowej

Optymalizacja właściwości barierowych Poprzez strategiczne projektowanie warstw

Zysk na właściwościach barierowych wobec tlenu i wilgoci przy konfiguracjach 5- i 7-warstwowych

Sposób ułożenia warstw w materiałach opakowaniowych ma istotny wpływ na skuteczność blokowania niepożądanych czynników. Zgodnie z najnowszymi badaniami przemysłowymi opublikowanymi w magazynie „Packaging Digest” w zeszłym roku, folie siedmiowarstwowe ograniczają przenikanie tlenu o około 40–60% w porównaniu do folii pięciowarstwowych. Zapobiegają one również przenikaniu wilgoci o ok. 25–35% skuteczniej. Co umożliwia osiągnięcie takich efektów? Specjalne warstwy barierowe umieszczone pomiędzy odpowiednimi warstwami pośrednimi tworzą złożone, zakręcone ścieżki, które spowalniają przenikanie substancji. Dzięki tej dodatkowej kontroli nad strukturą producenci mogą umieszczać te specjalne polimery dokładnie tam, gdzie są potrzebne. Na przykład EVOH stosuje się do zapobiegania przenikaniu tlenu, a poliamid (PA) – do kontrolowania stężenia dwutlenku węgla w opakowaniach modyfikujących atmosferę wewnętrzną. Tego rodzaju precyzyjne inżynieria ma ogromne znaczenie, gdy firmy chcą, aby ich produkty zachowywały świeżość przez dłuższy czas.

Funkcjonalne warstwy EVOH i poliamidu: skierowane mechanizmy wykluczania zanieczyszczeń

Gdy chodzi o właściwości barierowe, alkohol etylenowo-winylowy (EVOH) i poliamid (PA) doskonale się uzupełniają. EVOH charakteryzuje się bardzo zwartą strukturą bogatą w etylen, która skutecznie zatrzymuje małe cząsteczki nielotne, takie jak tlen (o średnicy ok. 3,86 angstroma). Dzięki temu współczynnik przepuszczalności tlenu (OTR) pozostaje znacznie poniżej 1 cm³ na metr kwadratowy na dobę. Z drugiej strony poliamid działa inaczej, ale równie istotnie: jego struktura krystaliczna sprawia, że doskonale hamuje parę wodną, pozwalając jednocześnie na selektywne przepuszczanie niektórych gazów. Współczynnik przepuszczalności pary wodnej (MVTR) pozostaje poniżej 1 g na metr kwadratowy na dobę. Połączenie tych dwóch materiałów spełnia wszystkie surowe wymagania stosowane m.in. w opakowaniach leków i żywności, które muszą zachować długotrwałą przydatność do spożycia. Producentowie stosują technikę współekstruzji, aby zagwarantować prawidłowe połączenie poszczególnych warstw. Projektują specjalne warstwy pośrednie (tzw. warstwy wiążące), które zapobiegają rozdzieleniu się materiałów zarówno w trakcie produkcji, jak i w późniejszym okresie użytkowania wyrobów.

Wytrzymałość mechaniczna: Jak Współekstruzja i dwuosiowa orientacja podnoszą Wytrzymałość

Dynamika nadmuchu bańki oraz wpływ dwuosiowej orientacji na wytrzymałość na rozciąganie i przebicie

Gdy producenci kontrolują sposób rozwijania się bańek w trakcie wielowarstwowego procesu dmuchania folii, powstaje tzw. orientacja dwukierunkowa. Oznacza to zasadniczo, że łańcuchy polimerowe ułożone są jednocześnie w dwóch kierunkach – wokół obwodu i wzdłuż długości folii. Jaki jest efekt? Znacznie lepsze właściwości użytkowe. Rozciąganie powoduje tzw. krystalizację indukowaną odkształceniem, dzięki czemu folie te stają się znacznie wytrzymałsze pod wpływem naprężeń. Mówimy o przybliżonym wzroście wytrzymałości na rozciąganie o 56% w porównaniu do zwykłych folii oraz imponującym wzroście odporności na przebicie o 300%. Kluczowe znaczenie ma tutaj odpowiedni stosunek rozciągania. Większość ekspertów zaleca utrzymywanie go na poziomie około 2:1 w kierunku obwodowym oraz około 1,8:1 w kierunku osiowym. Takie stosunki wspomagają zachowanie integralności strukturalnej materiału oraz równomierny rozkład naprężeń w jego objętości. Bez prawidłowego zrównoważenia opakowania mogą ulec uszkodzeniu w miejscach zgrzewów lub całkowicie się rozdarć podczas przemieszczania się przez szybko poruszające się linie produkcyjne.

Architektura z rdzeniem z LLDPE i warstwą pośrednią: potwierdzony wzrost wytrzymałości na rozdarcie według metody Elmendorf o 32%

Synergiczna architektura warstw zwiększa odporność mechaniczną:

• Rdzenie z liniowego polietylenu o niskiej gęstości (LLDPE) pochłaniają energię uderzenia dzięki kontrolowanej krystaliczności
• Reaktywne warstwy pośrednie – zwykle poliolefiny modyfikowane bezwodnikiem kwasu maleinowego – chemicznie wiążą ze sobą różne polimery, zapobiegając odwarstwianiu się
• Badania wytłaczania potwierdzają poprawę wytrzymałości na rozdarcie według metody Elmendorf o 32%, umożliwiając redukcję grubości ścianki bez utraty trwałości

Ta konstrukcja współwytłaczana przekazuje naprężenia dynamiczne przez granice fazowe, hamując inicjację i propagację pęknięć w warunkach rzeczywistego użytkowania.

Wielofunkcyjność: równowaga między zdolnością do zgrzewania, elastycznością i stabilnością termiczną

Warstwy uszczelniające z LDPE/LLDPE zapewniają niezawodne zgrzewanie cieplne w szerokim zakresie temperatur

Warstwy uszczelniające z LDPE i LLDPE zapewniają nieosiągalną adaptację termiczną – pozwalającą na niezawodne zgrzewanie cieplne w zakresie od –50 °C do 120 °C ten zakres temperatur umożliwia przechowywanie żywności mrożonej, podgrzewanie w mikrofalówce oraz sterylizację końcową urządzeń medycznych. Ich rozgałęziona struktura cząsteczkowa zapewnia:

• Niskie temperatury inicjacji zgrzewania (aż do 90 °C)
• Wysoką wytrzymałość gorących zgrzebów na ciśnienie napełniania
• Wyjątkową odporność na pękanie kruche przy temperaturach poniżej zera stopni Celsjusza

Mieszanki LDPE/LLDPE wykazują odchylenie siły zgrzewania mniejsze niż 15% w tym zakresie temperatur — przewyższając polimery jednorodne o 40% pod względem stabilności termicznej w badaniach. Ta spójność pozwala torebkom elastycznym zachować zdolność formowania się w niskich temperaturach, a sztywnym tackom wytrzymać cykle autoklawu — wszystko bez utraty integralności zgrzebów ani efektywności produkcji.

Synergia procesu i materiału: zapewnienie zgodności i integralności w technologii wytłaczania wielowarstwowych folii

Zasady doboru polimerów — dlaczego EVOH wymaga warstw PA lub warstw pośrednich, aby zapobiec odwarstwianiu

EVOH zapewnia liderujące w branży właściwości barierowe wobec tlenu — jednak jego charakter hydrofilowy oraz słaba przyczepność do poliolefin, takich jak PE lub PP, powodują niestabilność bezpośredniego połączenia. Bez odpowiednich środków zapobiegawczych interfejsy EVOH/PE ulegają odwarstwianiu pod wpływem cykli termicznych lub naprężeń mechanicznych, tworząc mikrokanaliki, które naruszają funkcję barierową. Najlepsze w swojej klasie rozwiązania wykorzystują dwie sprawdzone strategie:

• Pośrednicząca warstwa wiążąca : Poliolefiny z grafted anhydrydem maleinowym tworzą wiązania kowalencyjne z grupami hydroksylowymi EVOH, zwiększając wytrzymałość na oderwanie o 300–400%
• Sandwich z poliamidu (PA) : Warstwy nylonu umieszczone obok EVOH poprawiają odporność na wilgoć oraz stabilizują spójność interfejsu

Badania cykli termicznych wykazują, że niemodyfikowane struktury EVOH ulegają odwarstwieniu w 80% już po zaledwie 15 cyklach. Poprawne doboru materiałów przekształca EVOH z elementu problematycznego w trwałą, wysokiej klasy barierę — zapewniając integralność strukturalną i funkcjonalną na wszystkich etapach: ekstruzji, przetwarzania oraz użytkowania końcowego.

Często zadawane pytania

Jakie są zalety konfiguracji folii 7-warstwowej w porównaniu do konfiguracji 5-warstwowej?

Konfiguracja folii 7-warstwowej znacznie zmniejsza przepuszczalność tlenu o 40–60% oraz przepuszczalność wilgoci o 25–35% w porównaniu z konfiguracją 5-warstwową, co umożliwia lepsze zachowanie świeżości produktu.

W jaki sposób EVOH i poliamid przyczyniają się do właściwości barierowych opakowań?

EVOH zapewnia doskonałe właściwości barierowe wobec tlenu dzięki swojej strukturze bogatej w etylen, podczas gdy poliamid zapewnia odporność na wilgoć, umożliwiając selektywną przepuszczalność gazów. Razem spełniają one wysokie wymagania stawiane produktom o długim terminie przydatności do spożycia.

Czym jest dwukierunkowa orientacja i jak poprawia wytrzymałość folii?

Dwukierunkowa orientacja polega na ułożeniu łańcuchów polimerowych w dwóch kierunkach podczas procesu nadmuchiwania folii, co prowadzi do poprawy wytrzymałości na rozciąganie i odporności na przebicie dzięki krystalizacji indukowanej odkształceniem.

W jaki sposób warstwy uszczelniające z LDPE/LLDPE wspomagają proces pakowania?

Warstwy uszczelniające z LDPE/LLDPE umożliwiają niezawodne zgrzewanie cieplne w szerokim zakresie temperatur, wspierając różne procesy, takie jak przechowywanie w temperaturze zamrażania i sterylizacja końcowa. Ich rozgałęziona struktura cząsteczkowa zapewnia niską temperaturę zgrzewania oraz odporność na kruche pęknięcie.

Dlaczego ważne jest stosowanie warstw pośrednich z EVOH?

Warstwy pośrednie, zwykle poliolefiny modyfikowane bezwodnikiem maleinowym, są niezbędne przy użyciu EVOH ze względu na jego charakter hydrofilowy oraz słabą przyczepność do poliolefin. Zwiększają one wytrzymałość na oddzielenie warstw (peel strength) i zapobiegają odwarstwianiu się, zapewniając trwałe i skuteczne opakowanie.