Покрытия для алюминиевой фольги обладают рядом свойств, а её производство включает в себя полосу холодной прокатки в несколько шагов вращения для уменьшения толщины фольги почти вполовину при каждом следующем шаге.

Производство алюминиевой фольги включает полосу холодной прокатки в несколько шагов вращения для уменьшения толщины фольги почти вполовину при каждом следующем шаге.

Полоса для холодной прокатки может начинаться с постоянно регулируемых слитков, которые при помощи термопрокрутки были превращены в тонкие полосы, или с постоянно регулируемой полосы толщиной приблизительно в 2–4 мм.

Отвердение металлического сплава слитка в процессе литья происходит гораздо медленнее, чем при литье полосы. Но при литье полосы осаждение получается более тонким и равномерным. Некоторые специальные типы фольги или сплавы разных типов фольги, обладающие особой прочностью или эластичностью, изготовлены при использовании непрерывной полосы литья.

Вообще, функциональные свойства двух типов фольги позволяют серьезно говорить о том, что ею можно заменить множество других материалов. Для того, чтобы толщина фольги не превышала 60 нм, два слоя фольги соединяются обычно перед последним прокатом. Масло впрыскивается между этими двумя слоями как смазка, и «фольга-близнец» прокручивается для достижения нужной толщины.

После заключительного шага прокрутки две поверхности фольги отделяются друг от друга, разрываются, и из них изготовляются рулоны нужной длины и ширины. Наиболее жесткая фольга подвергается отжигу, чтобы рекристаллизовать зернистую структуру и удалить масло.

Помимо этих задач, цель отжига состоит в том, чтобы генерировать поверхность, которая имеет хорошую высокую устойчивость к химическим воздействиям и обеспечивает надежные сцепные свойства. Обеспечение воздухонепроницаемости, особенно тонких видов фольги, необходимо для предотвращения окисления в процессе изготовления, что может привести к склеиванию поверхностей двух прокатываемых видов фольги.

После проката оксидная пленка формируется немедленно из-за реакции кислорода и влажной среды с только что генерированной металлической поверхностью. Во время отжига при температуре приблизительно 300° C слой окиси становится более толстым из-за повышенной диффузии кислорода в окись и реакции с металлом в атмосфере печи.

Окись на поверхности изменяется в течение отжига, сопровождаемого потерей воды, это и приводит к генерации более стойкого внешнего защитного слоя. Чистая алюминиевая фольга имеет наиболее однородную и целостную оксидную пленку без дефектов, что обеспечивает лучшую сопротивляемость, но недостаточную механическую прочность.

Чтобы показать, насколько отличаются свойства фольги с различной оксидной толщиной и смачиваемостью в середине полотна и по его краям, в лабораторных условиях тестировалась фольга с оксидной пленкой, очень толстой в середине (15 мил) и очень тонкой по краям (5 мил). Пленки этиленакриловой кислоты (ЭАА) с 6 % содержанием ЭАА были нанесены на эту фольгу в лабораторной печи при 200° C непрерывным наложением расплавленной пленки на фольгу методом медленного экструзионного покрытия. Полная воздухонепроницаемость была невозможна, но количество и размер пузырьков, сформированных между металлом и покрытием, показало существенные различия. По краям пузырьков было гораздо меньше, но некоторые из них были очень большие. В середине пузырьки были меньших размеров, но в большем количестве. Это указывает на то, что притяжение между сплавом и окисью в середине выше, т. е. распределение происходит быстрее и однороднее.

По краям реакция протекает медленнее и более выборочно. Хотя смачивание сплава на фольге происходит медленнее по сравнению с нанесением покрытий экструзионным методом, уровни сцепления показывают такую же тенденцию, как в экструзионном методе. Этот тип фольги с чрезвычайно густой оксидной пленкой ведет к более низкому сцеплению с соединением ЭАА по краям, чем в середине.

В лабораторных условиях ЭАА прочно сцеплялся с фольгой в центре, но легко отслаивался по краям. На практике то, что у обычных рулонов нет такой толстой оксидной пленки по краям, означает, что сцепление у таких покрытий ниже. Чрезвычайно высокая смачиваемость не столь необходима для хорошего нанесения покрытий экструзионным методом и может нанести больше вреда, чем пользы (рисунок 1). Вероятная причина этого — присутствие воды на краях фольги, показанное при инфракрасном анализе. Истинная же причина в этом случае до конца неизвестна.

В устойчивых упаковках используется двухкомпонентное полиэстерполиуритановое покрытие. Во время реторсии заполненных мешков водяной пар может проникать сквозь слои пластика. На поверхности алюминий может непрерывно реагировать с водой, что способствует образованию водорода и формированию пузырьков. Этот процесс в конце концов приводит к отсутствию сцепления. Но иногда в этом есть и свои преимущества. В случае, представленном на рисунке 2, гидроксилирование окиси существенно, потому что только гидроксилированная окись полностью реагирует с силанол-группами.

При обсуждении сцепления, возникающего при нанесении покрытий на полиэтилен экструзионным методом, степень окисления пленки-покрытия является главным показателем степени сцепления. Время в воздушном промежутке, коэффициент вытяжки, температура и тип пластмассы практически в одинаковой степени имеют серьезное значение. Т. к. функциональные группы полностью не охватывают всей поверхности пластмассы, другие взаимодействия — водородные связи или взаимодействия Van der Waals, более слабые, но действующие на всей поверхности пластмассы, также играют роль.

Внутреннее давление в покрытиях от резкого охлаждения сплава также неблагоприятно действует на сцепление. Метод экструзионного нанесения полипропилена на алюминий, содержащий кислотные группы типа малеинового ангидрида, действует хорошо, когда уменьшается внутреннее давление и формируются дополнительные соединения. Этому способствует дополнительный подогрев такого покрытия после экструзии, благодаря чему они становятся достаточно стойкими, чтобы противостоять реторсии даже при температуре 130° C в течение 30 минут. Сцепление между металлом и покрытием также происходит в результате формирования пены.

Лучшая сцепка достигается, когда каждый атом алюминия несет отдельную soap group. Даже при комнатной температуре уксусная кислота может легко проходить через любое фильтрующее покрытие, разъедая его. Обратите внимание, что специфические компоненты упаковки типа жирных кислот могут также проникать внутрь. Во время пастеризации или реторсии жирные кислоты могут активно реагировать с верхней оксидной пленкой. Степень омыления растет и неблагоприятно влияет на непроницаемость покрытия (рисунок 3). Покрытие больше не имеет химической связи с металлом. Это — не безнадежный случай, потому что такие специфические проблемы могут быть преодолены при помощи выбора наиболее подходящего к основе покрытия. Например, улучшения жиронепроницаемости покрытия может быть достаточно для решения проблемы, связанной с жирными компонентами.

Эффективное смачивание или правильно подобранное покрытие не могут быть полными гарантами достижения нужных результатов. Поскольку алюминиевая поверхность действует как защитный слой покрытия, абсорбенты или мигранты типа влажности или жира могут существенно повлиять на силу сцепления. Они могут накапливаться на поверхности защитного слоя или реагировать с поверхностью при повышенной температуре. Потребность в защитных свойствах фольги требует повышенного внимания к правильно действующему защитному слою на пластиковых покрытиях при их использовании. 

 

По материалам tappi.org

Перевела Елена Бекназарова