Як багатошарова технологія виготовлення плівок підвищує експлуатаційні характеристики упакувальної плівки

Оптимізація бар’єрних характеристик Шляхом стратегічного проектування шарів

Покращення бар’єрних властивостей щодо кисню та вологи в 5- та 7-шарових конфігураціях

Те, як розташовані шари в упаковочних матеріалах, істотно впливає на їхню здатність блокувати небажані елементи. Згідно з останніми галузевими дослідженнями, опублікованими минулого року в журналі Packaging Digest, семишарові плівки зменшують проникнення кисню приблизно на 40–60 % порівняно з п’ятишаровими аналогами. Вони також на 25–35 % краще запобігають проходженню вологи. Що робить це можливим? Спеціальні бар’єрні шари, розміщені між однаковими зв’язуючими шарами, утворюють складні «лабіринтні» шляхи, що уповільнюють проникнення речовин крізь матеріал. Цей додатковий контроль над структурою дозволяє виробникам розміщувати спеціальні полімери точно там, де вони потрібні: наприклад, ЕВОГ — для блокування кисню або поліамід (PA) — для регулювання рівня вуглекислого газу в упаковці з модифікованою атмосферою. Така точна інженерія має велике значення, коли компанії хочуть, щоб їхні товари довше залишалися свіжими.

Функціональні шари ЕВОГ та поліаміду: цільові механізми виключення забруднювачів

Щодо бар'єрних властивостей, етилен-вініловий спирт (EVOH) і поліамід (PA) працюють у тісній взаємодії. EVOH має надзвичайно щільну структуру, багату на етилен, яка ефективно блокує дрібні неполярні молекули, такі як кисень (розміром близько 3,86 ангстрема). Це забезпечує йому показники кисневої проникності (OTR), що залишаються значно нижчими за 1 см³ на квадратний метр на добу. З іншого боку, поліамід виконує іншу, але не менш важливу функцію: завдяки своїй кристалічній структурі він чудово протистоїть проникненню водяної пари, одночасно дозволяючи селективно проходити певним газам. Показники проникності водяної пари (MVTR) залишаються нижчими за 1 г на квадратний метр на добу. Поєднання цих двох матеріалів задовольняє всі жорсткі стандарти, необхідні для таких товарів, як лікарські засоби та харчові продукти, що потребують тривалого терміну придатності. Виробники застосовують технологію співекструзії, щоб забезпечити надійне зчеплення цих шарів. Для цього між ними проектують спеціальні зв’язуючі шари, що виключають ризик розшарування матеріалів як під час виробництва, так і пізніше — у процесі експлуатації готових виробів.

Механічна міцність: Як Співекструзія та двоосова орієнтація підвищують Сила

Динаміка надування бульбашок та вплив двоосової орієнтації на розтягування та стійкість до проколу

Коли виробники контролюють, як бульбашки розпухають під час процесу виготовлення багатошарових плівок методом видування, вони створюють так звану двоосну орієнтацію. По суті, це означає, що полімерні ланцюги вирівнюються одночасно в двох напрямках — навколо кола та вздовж довжини плівки. Який результат? Значне покращення експлуатаційних характеристик. Розтягнення справді викликає так звану кристалізацію, індуковану деформацією, що робить такі плівки набагато міцнішими при розтягуванні. Йдеться приблизно про покращення межі міцності на розтяг на 56 % порівняно зі звичайними плівками, а також про вражаюче зростання опору проколам на 300 %. Правильний коефіцієнт розтягнення тут має велике значення. Більшість експертів рекомендують підтримувати його приблизно на рівні 2:1 у напрямку кола та близько 1,8:1 у осьовому напрямку. Ці співвідношення допомагають зберегти структурну цілісність, рівномірно розподіляючи навантаження по матеріалу. Без належного балансування упаковка може виходити з ладу по швах або повністю розриватися під час руху через швидкі виробничі лінії.

Архітектура з ядром із ЛНДПЕ та проміжними шарами: підтверджено збільшення міцності на розрив за методом Ельмендорфа на 32 %

Синергетична багатошарова архітектура підвищує механічну стійкість:

• Ядра з лінійного низькоплотного поліетилену (ЛНДПЕ) поглинають енергію ударного навантаження завдяки контрольованій кристалічності
• Реактивні проміжні шари — зазвичай поліолефіни, змодифіковані ангідридом малеїнової кислоти — хімічно зв’язують несумісні полімери, запобігаючи розшаруванню
• Випробування в екструдерах підтвердили покращення міцності на розрив за методом Ельмендорфа на 32 %, що дозволяє зменшити товщину плівки без втрати довговічності

Цей співекструдований дизайн перерозподіляє динамічне навантаження по межах розділу шарів, уповільнюючи виникнення й поширення тріщин у реальних умовах експлуатації.

Функціональна багатофункційність: поєднання герметичності, гнучкості та термічної стабільності

Запечатувальні шари з НДПЕ/ЛНДПЕ забезпечують надійне теплове запечатування в широкому діапазоні температур

Запечатувальні шари з НДПЕ та ЛНДПЕ забезпечують неперевершену термічну адаптивність — зберігають надійне теплове запечатування в діапазоні температур від –50 °C до 120 °C цей діапазон забезпечує зберігання заморожених продуктів, розігрівання в мікрохвильовій печі та термінальну стерилізацію медичних пристроїв. Їхні гілкоподібна молекулярна структура забезпечує:

• Низькі температури початку герметизації (до 90 °C)
• Високу гарячу адгезійну міцність для витримування тиску наповнення
• Виняткову стійкість до крихкого руйнування при температурах нижче нуля

Суміші LDPE/LLDPE демонструють варіацію міцності шва менше ніж на 15 % у цьому діапазоні — перевершуючи однорідні полімери на 40 % за результатами випробувань на термічну стабільність. Така стабільність дозволяє гнучким пакетам зберігати здатність до холодної формування, а жорстким лоткам — витримувати цикли автоклавування, не порушуючи цілісності шва чи ефективності виробництва.

Синергія процесу та матеріалу: забезпечення сумісності та цілісності в технології багатошарового видування плівок

Правила комбінування полімерів — чому EVOH потребує PA або проміжних шарів для запобігання розшаруванню

EVOH забезпечує провідні в галузі характеристики бар'єру проти кисню, але його гідрофільна природа та погана адгезія до поліолефінів, таких як ПЕ або ПП, роблять безпосереднє зчеплення нестабільним. Без усунення цього проблеми межа EVOH/ПЕ відшаровується під час термічного циклювання або механічних навантажень, утворюючи мікроканали, що порушують бар'єрні властивості. Найкращі за класом конструкції вирішують цю проблему за допомогою двох перевірених стратегій:

• Посередництво проміжного шару : сополімери поліолефінів, зшиті малеїновим ангідридом, утворюють ковалентні зв’язки з гідроксильними групами EVOH, підвищуючи межеву міцність на відшарування на 300–400 %
• Сандвіч-структура з поліаміду : шари нейлону, розташовані поряд із EVOH, покращують стійкість до вологи та одночасно стабілізують міжфазну зчепленість

Тестування термічним циклюванням показує, що немодифіковані структури EVOH відшаровуються на 80 % вже після лише 15 циклів. Правильне поєднання перетворює EVOH із потенційного ризику на надійний високоефективний бар’єр — забезпечуючи структурну та функціональну цілісність на всіх етапах: екструзії, переробки та кінцевого використання.

ЧаП

Які переваги має семишарова конфігурація плівки порівняно з п’ятишаровою?

Семишарова конфігурація плівки значно зменшує проникнення кисню на 40–60 % та передачу вологи на 25–35 % порівняно з п’ятишаровою конфігурацією, що забезпечує краще збереження свіжості продукту.

Як EVOH та поліамід впливають на бар’єрні властивості упаковки?

EVOH забезпечує чудові бар’єрні властивості щодо кисню завдяки своїй етилен-багатій структурі, тоді як поліамід забезпечує стійкість до вологи, дозволяючи селективну проникність газів. Разом вони відповідають високим вимогам, необхідним для продуктів із тривалим терміном придатності.

Що таке двоспрямована орієнтація та як вона підвищує міцність плівки?

Двоспрямована орієнтація полягає в упорядкуванні полімерних ланцюгів у двох напрямках під час процесу видування плівки, що призводить до покращення розривної міцності та стійкості до проколу за рахунок кристалізації, індукованої деформацією.

Як шарини герметизуючих матеріалів на основі ПЕВД/ПЕЛНДП сприяють упаковці?

Захисні шари з ЛДПЕ/ЛЛДПЕ забезпечують надійне термозапечатування в широкому температурному діапазоні, що підтримує різні процеси, такі як заморожування та термінальна стерилізація. Їхні гілкоподібна молекулярна структура дозволяє знизити температуру запечатування та забезпечує стійкість до крихкого руйнування.

Чому важливо використовувати проміжні шари з ЕВОГ?

Проміжні шари, зазвичай поліолефіни, змодифіковані малеїновим ангідридом, є обов’язковими при використанні ЕВОГ через його гідрофільність та погану адгезію до поліолефінів. Вони підвищують силу відшарування та запобігають розшаруванню, забезпечуючи довговічну й ефективну упаковку.