Как технология производства многослойной пленки методом экструзионного надувания повышает эксплуатационные характеристики упаковочной пленки

Оптимизация барьерных характеристик Благодаря стратегическому проектированию слоев

Повышение барьерных свойств по кислороду и влаге в 5- и 7-слойных конфигурациях

Расположение слоев в упаковочных материалах существенно влияет на эффективность блокирования нежелательных элементов. Согласно недавнему отраслевому исследованию, опубликованному в журнале Packaging Digest в прошлом году, семислойные пленки снижают проникновение кислорода примерно на 40–60 % по сравнению с пятислойными аналогами. Они также препятствуют прохождению влаги на 25–35 % лучше. В чём секрет такого эффекта? Специальные барьерные слои, расположенные между идентичными связующими слоями, формируют сложные извилистые пути, замедляющие проникновение веществ. Благодаря дополнительному контролю над структурой производители могут размещать специальные полимеры точно там, где это необходимо: например, ЭВОХ — для блокирования кислорода или полиамид (PA) — для регулирования уровня углекислого газа в упаковке с модифицированной атмосферой. Такая точная инженерная проработка имеет решающее значение, когда компании стремятся продлить срок свежести своей продукции.

Функциональные слои ЭВОХ и полиамида: механизмы целенаправленного исключения загрязняющих веществ

Что касается барьерных свойств, этиленвиниловый спирт (EVOH) и полиамид (PA) идеально дополняют друг друга. EVOH обладает очень плотной структурой, богатой этиленом, которая эффективно блокирует проникновение мелких неполярных молекул, таких как кислород (его диаметр составляет примерно 3,86 ангстрема). Благодаря этому коэффициент проницаемости для кислорода (OTR) остаётся значительно ниже 1 см³ на квадратный метр в сутки. С другой стороны, полиамид выполняет иную, но не менее важную функцию: его кристаллическая структура обеспечивает высокую сопротивляемость водяному пару, при этом позволяя определённым газам проходить через материал селективно. Коэффициент проницаемости для водяного пара (MVTR) остаётся ниже 1 г на квадратный метр в сутки. Совместное применение этих двух материалов позволяет полностью соответствовать строгим требованиям, предъявляемым к упаковке лекарственных средств и продуктов питания, требующих длительного срока хранения. Для обеспечения надёжного соединения слоёв производители применяют технологию совместной экструзии и разрабатывают специальные промежуточные адгезионные слои, что исключает риск расслоения материалов как на этапе производства, так и в процессе последующей эксплуатации готовых изделий.

Механическая прочность: как Совместная экструзия и двухосная ориентация повышают Прочность

Динамика инфляции пузыря и влияние двухосной ориентации на растяжимость и проколоустойчивость

Когда производители контролируют процесс образования пузырей при многослойном экструзионном выдувании плёнки, они получают так называемую двухосную ориентацию. По сути, это означает, что полимерные цепи одновременно выстраиваются в двух направлениях — по окружности и вдоль длины плёнки. Результат? Значительное улучшение эксплуатационных характеристик. Растяжение вызывает так называемую деформационную кристаллизацию, которая существенно повышает прочность таких плёнок при растяжении. Речь идёт примерно об улучшении прочности на разрыв на 56 % по сравнению с обычными плёнками, а также впечатляющем повышении стойкости к проколам на 300 %. Здесь крайне важно соблюдать правильное соотношение растяжения. Большинство экспертов рекомендуют поддерживать его на уровне около 2:1 в окружном направлении и примерно 1,8:1 — в осевом направлении. Такие соотношения способствуют сохранению структурной целостности и равномерному распределению напряжений по всему материалу. При отсутствии надлежащего баланса упаковка может разгерметизироваться по швам или полностью разорваться при прохождении через высокоскоростные производственные линии.

Основа из ЛПЭНП + промежуточные слои: подтверждено повышение прочности на раздир по Эльмендорфу на 32 %

Синергетическая многослойная структура повышает механическую устойчивость:

• Сердцевины из линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП) поглощают энергию удара за счёт контролируемой кристалличности
• Реакционные промежуточные слои — как правило, полимеры олефинов, модифицированные малеиновым ангидридом — химически связывают несовместимые полимеры, предотвращая расслаивание
• Испытания методом экструзии подтвердили повышение прочности на раздир по Эльмендорфу на 32 %, что позволяет уменьшить толщину стенки без потери долговечности

Данная конструкция с совместной экструзией перераспределяет динамические нагрузки по межслойным границам, подавляя зарождение и распространение трещин при реальных условиях эксплуатации.

Функциональная универсальность: баланс герметизируемости, гибкости и термостойкости

Слой герметизации на основе ПЭНП/ЛПЭНП обеспечивает надёжную термоуплотнение в широком диапазоне температур

Слой герметизации на основе ПЭНП и ЛПЭНП обеспечивает беспрецедентную термоадаптивность — сохраняя надёжное термоуплотнение в диапазоне от –50 °C до 120 °C этот диапазон температур поддерживает хранение замороженных продуктов, разогрев в микроволновой печи и терминальную стерилизацию медицинских устройств. Их разветвленная молекулярная структура обеспечивает:

• Низкие температуры начала герметизации (до 90 °C)
• Высокую прочность горячего склеивания для выдерживания давления при наполнении
• Исключительную стойкость к хрупкому разрушению при температурах ниже нуля

Смеси LDPE/LLDPE демонстрируют отклонение прочности герметизации менее чем на 15 % в данном диапазоне — превосходя однородные полимеры на 40 % по результатам испытаний на термостабильность. Такая стабильность позволяет гибким пакетам сохранять способность к холодной формовке, а жёстким лоткам — выдерживать циклы автоклавирования, не нарушая целостности герметичного соединения и эффективности производства.

Синергия процесса и материала: обеспечение совместимости и целостности при технологии экструзии многослойных плёнок

Правила сочетания полимеров — почему для EVOH требуются слои из полиамида (PA) или связующие слои во избежание расслаивания

EVOH обеспечивает лучшую в отрасли защиту от кислорода, однако его гидрофильная природа и слабое сцепление с полиолефинами, такими как ПЭ или ПП, делают прямое соединение нестабильным. Без мер по устранению этого дефекта граница раздела EVOH/ПЭ подвержена расслоению при термоциклировании или механических нагрузках, что приводит к образованию микроканалов и нарушению барьерных свойств. Лучшие в своем классе конструкции решают эту проблему двумя проверенными стратегиями:

• Промежуточный адгезионный слой : Малеиновым ангидридом модифицированные полиолефины образуют ковалентные связи с гидроксильными группами EVOH, повышая прочность отслаивания на 300–400 %
• Сэндвич-структура с нейлоном : Слои нейлона, расположенные рядом с EVOH, повышают стойкость к влаге и одновременно улучшают межфазное сцепление

Испытания на термоциклирование показывают, что немодифицированные структуры на основе EVOH теряют до 80 % сцепления уже после 15 циклов. Правильное сочетание компонентов превращает EVOH из потенциального источника проблем в надёжный высокопроизводительный барьерный материал, гарантирующий сохранение структурной и функциональной целостности на всех этапах — от экструзии и переработки до конечного применения.

Часто задаваемые вопросы

Каковы преимущества семислойной конфигурации пленки по сравнению с пятирслойной?

Семислойная конфигурация пленки снижает проницаемость для кислорода на 40–60 % и передачу влаги на 25–35 % по сравнению с пятирслойной конфигурацией, что обеспечивает более эффективное сохранение свежести продукта.

Каким образом ЭВОХ и полиамид способствуют барьерным свойствам упаковки?

ЭВОХ обладает превосходными барьерными свойствами против кислорода благодаря своей этиленнасыщенной структуре, тогда как полиамид обеспечивает устойчивость к влаге, позволяя избирательно регулировать проницаемость газов. В совокупности они соответствуют высоким требованиям, предъявляемым к упаковке продуктов с длительным сроком хранения.

Что такое двухосная ориентация и как она повышает прочность пленки?

Двухосная ориентация предполагает выравнивание полимерных цепей в двух направлениях в процессе экструзии пленки методом надувания, что приводит к повышению прочности на разрыв и сопротивления проколу за счет кристаллизации, индуцированной деформацией.

Каким образом герметизирующие слои из НПЭ и ЛНПЭ способствуют функциональности упаковки?

Слой герметизации из ЛПЭНП/ЛЛПЭНП обеспечивает надежное термосваривание в широком температурном диапазоне и поддерживает различные процессы, такие как хранение при заморозке и стерилизация на финальной стадии. Разветвлённая молекулярная структура позволяет осуществлять сварку при низких температурах и обеспечивает устойчивость к хрупкому разрушению.

Почему важно использовать промежуточные слои с ЭВОХ?

Промежуточные слои, как правило, представляющие собой полиолефины, модифицированные малеиновым ангидридом, необходимы при использовании ЭВОХ из-за его гидрофильности и слабого сцепления с полиолефинами. Они повышают прочность отслаивания и предотвращают расслоение, обеспечивая долговечную и эффективную упаковку.