|
Слоеный пирог
Summary:
Многослойные плёнки – упаковка с определённой историей и перспективой развития. Способы их применения, как и виды, различны, но в основе создания этих плёнок чаще всего лежит процесс экструзии.
Многослойные пленки, полученные методом выдувной экструзии, относятся к типу композиционных полимерных материалов и используются преимущественно в упаковочной отрасли. Они подразделяются на несколько видов: двухслойные на основе простых полиолефинов, простые трехслойные и многослойные пленки с барьерными слоями.
Конкуренция отечественных и импортных производителей продуктов питания, стремление выжить в кризисе 1998 г. сформировали в России новый рынок упаковочных товаров, который уверенно занял значительную нишу в национальной экономике. Неуклонный рост упаковочной отрасли (до 30 % в год), явился неожиданностью для российских и зарубежных экономистов. Советы директоров многих европейских компаний — производителей упаковочного оборудования вынесли однозначный вердикт: освоение огромного российского рынка пластиковой упаковки — приоритет номер один в развитии бизнеса на ближайшие годы. В середине 1990-х некоторые российские производители упаковочных машин вступили в неравную конкурентную борьбу с европейскими и азиатскими поставщиками. Как показало время, российское оборудование ликвидно и пользуется повышенным спросом. Соединение западных новейших достижений технологии, российских сырьевых, административных и интеллектуальных ресурсов позволили вновь заговорить о российском полимерном машиностроении как о достойном конкуренте мировых лидеров.
Процесс соэкструзии
Упрощенно соэкструзия определяется как процесс экструзии двух или более жидких полимеров в многослойную структуру.
В современной индустрии гибкой упаковки соэкструзия занимает особое место как наиболее перспективное направление. Появление многослойных пленок было обусловлено многими факторами: экономическим, экологическим и фактором потребительского спроса. Соединяя в своей структуре не загрязняющие окружающую среду клеящие слои и высокотехнологичные вулканизированные клеящие системы, соэкструзия является процессом, укрепляющим успех развития новых технологий в перерабатывающей и упаковочной отраслях.
«Соэкструзия — стойкая и самая перспективная тенденция в развитии индустрии упаковки, благодаря своей экономичности и оптимизации всех процессов производства, которые она обеспечивает, — утверждает Джон Перикоулиас, вице-президент компании «Компупласт Интл.». — Рассматривая упаковочную пленку, вы видите две поверхности и внутреннюю часть. Каждая из составляющих имеет различные требования. Одна поверхность требует возможность термосваривания. Другая поверхность, возможно, нуждается в пониженном трении или лучшем сопротивлении высокой температуре для улучшенной обработки в упаковочной машине. Внутренняя поверхность должна обеспечивать прочность или барьерные свойства. Поскольку получение однородного полимера, отвечающего всем этим требованиям, по существу, невозможно, соэкструзия является на данный момент наилучшим решением».
«Группа специалистов в Battenfeld Goucester Engineering Co. считают, что соэкструзия позволяет выходить на планируемую мощность производства, используя конкретные полимеры в конкретных пленках, снизить число производственных этапов, обеспечивать более низкую стоимость, — говорит старший продакт-менеджер компании Билл Хелльмут. — Прежде всего, это способ получения пленки экструзией с раздувом». Хелльмут утверждает, что снижение себестоимости пленки возможно за счет уменьшения использования дорогих полимеров, работы с недорогими сополимерами без ущерба для производительности, уменьшения ширины отбора кромки, использования вторичного гранулята.
Скотт Б. Маркс, старший технический специалист компании E.I. DuPont de Nemours & Co., делит соэкструзионный процесс на два основных используемых способа экструзии — барьерный и не барьерный. «При не барьерном способе соэкструзия позволяет производителю максимально увеличить необходимые ему физические свойства в данной структуре, свариваемость, окрашивание, светонепроницаемость. При барьерном способе соэкструзия позволяет включить газообразный внешний или внутренний слой, способный управлять проникновением кислорода, диоксида углерода, водяного пара и т. д.».
«Переработка полимеров, которые не могут экструдироваться самостоятельно» — вот главное достижение соэкструзии, которое выделяет Дэвид Тимм, вице-президент компании Charter Films. Соэкструзионные технологии имеют и ряд недостатков. «Некоторый недостаток выдувной соэкструзии заключается в определенных различиях физических свойств полимеров, сочетание которых является как желательным, так и несовместимым», — говорит Гари Д. Оливер, старший исследователь компании «Клоэрен Инк». Полимеры для соэкструзии должны иметь схожую вязкость расплава, чтобы поддерживать ламинарное течение. Разница в степени вязкости может быть более или менее толерантна в зависимости от расположения материала в композиционном составе и толщины пленки».
Энди Кристи, главный консультант компании Optex Process Solutions, отмечает и другие недостатки соэкструзии: данный процесс требует более квалифицированного оператора экструдера, серьезного планирования и продуманности в его разработке.
Ричард В. Халл, старший инженер компании ExxonMobil Chemical Co., отмечает, что наибольший недостаток соэкструзии, «вероятно, заключается в том, что дополнительная сложность оборудования означает дополнительную стоимость обслуживания».
Дэвид Тимм с ним не согласен: «Многие первым недостатком соэкструзии считают стоимость. Я же так не думаю. В зависимости от сложности соэкструзионный шнек, возможно, трудно очищать от остатков полимера, если он был сконструирован специально для барьерного нанесения. Процесс очистки может привести к длительным простоям и убыткам. Усовершенствование композиционных материалов и конструкции шнека могут свести к минимуму такие проблемы. Кроме того, было бы безумием начинать сложное высокотехнологичное производство без технического сопровождения. Обычно «гидом» в мир соэкструзионных технологий является производитель оборудования».
Комментируя вопрос о сырье для соэкструзии, сотрудник компании Equistar Chemicals сообщает, что полимерная промышленность вскоре почувствует резкое смещение в сторону большей специализации полиолефинов. Менеджер по развитию рынка гибкой упаковки Келли Уилльямс отмечает: «Очевидно, что химический состав полимеров будет все более схож с процессом его же переработки, так же как и с молекулярными решетками полиэтиленов низкой плотности. Будущее покажет актуальность целого ряда полимерных технологий на основе полипропилена и линейного полиэтилена, нацеленных на повышение рентабельности взаимозаменяемости полимеров».
На сегодняшний день в России и странах СНГ производятся все виды такого сырья, что значительно увеличивает привлекательность и рентабельность применения соэкструзионных процессов в изготовлении упаковки.
Способы применения многослойных пленок
Направления применения многослойных пленок в пищевой, химической и фармацевтической промышленностях можно определить как следующие:
1) сельскохозяйственные пленки (парниковые, для мульчирования (настила на поверхность почвы), для упаковки овощей и фруктов, силосные);
2) молочные пленки (пакеты для молока, сметаны и творога, сливок и сыров, майонеза);
3) пленки для упаковки замороженных продуктов;
4) пленка для упаковки стиральных порошков, сухих кормов, удобрений и т. п.;
5) термоусадочные пленки (для групповой упаковки в ящики);
6) паропропускающие-водоизоляционные («дышашие») пленки;
7) ламинированные пленки для упаковки продуктов;
8) металлизированные пленки;
9) пленки канцелярские;
10) пленки для многослойных полиэтиленовых пакетов;
11) пленки для вакуумирования (колбасных нарезок, копченостей);
12) пленки для каширования;
13) многослойные стреч-пленки для обмотки паллет;
14) пленки для транспортной упаковки;
15) пленки для упаковки фармацевтических препаратов;
16) декоративные пленки для ламинирования и металлизации;
17) пленки для склеивания ткани и кожи;
18) пленки вспененные;
19) пленки гофрированные;
20) пленки с твист-эффектом.
Молочная пленка
Упаковка молочной пленки в России имеет давнюю историю ‑ еще с советских времен. Традиционно отечественные молокозаводы разливали продукцию в стеклянные бутыли и полиэтиленовые пакеты. Преобладание доли стеклянной тары было связано, прежде всего, с неразвитостью машиностроения упаковочно-фасовочных машин. После перестройки и экономических реформ в России появились западные гиганты упаковки, обладающие значительными финансовыми ресурсами для предоставления оборудования в лизинг и в кредит. Современная упаковка быстро вытеснила стеклотару и пленочные пакеты. Тем ни менее, рынок упаковки в многослойную молочную пленку остается перспективным, особенно в российских регионах. Причина банально проста: молоко в пакете ровно в два раза дешевле упаковки в картоне «тетра-пак». Из 15000 российских семей, опрошенных ВЦИОМ, 75 % ежедневно включают в свой рацион молоко и молочные продукты, из них 35 % предпочитаю покупать их в стекле или пленке. Потребители не утверждают, что это удобно. Но все однозначно заявляют — дешевле! По данным исследовательской компании TNS, в России 35 % семей покупают молоко в разлив, 44% — в полиэтиленовых пакетах, в асептической упаковке — 48 %. Молоко из бутылок (стеклянных и пластиковых) потребляют 3 % домохозяйств.
Соэкструзионная молочная пленка из ПВД с глянцевым внешним белым слоем, на который обычно наносят печать, и внутренним слоем, препятствующим проникновению кислорода и ультрафиолета, пагубных для молока, увеличивает срок жизни продукта как минимум вдвое.
Соэкструзионная пленка значительно тоньше однослойного аналога и позволяет существенно экономить сырье. Учитывая нестабильное материальное положение значительной части российского населения и наметившееся резкое социальное расслоение, можно уверенно прогнозировать стабильность спроса на многослойную молочную пленку.
Пленка для заморозки
Пленку для заморозки используют для упаковки широкого спектра быстро замораживаемых продуктов, продающихся в магазинах и в супермаркетах.
Пленка на бобине подвергается формофочно-фасовочным операциям и затем преобразовывается в форму упаковки для продуктов. Многослойная структура позволяет удовлетворять различные требования к упаковке, фасовке и флексопечати. В семействе пленок, произведенных из ПЭНД, содержатся полимеры автоклавной обработки, способные обеспечить великолепное соответствие прочности внутреннего слоя и оптических свойств внешнего для улучшения нанесения печати. Пленка для глубокой заморозки при температуре ‑18° С позволяет хранить продукт питания без изменения его свойств до пяти лет. Согласно мнению эксперта Двиделли, замороженные продукты, упаковываемые в многослойную пленку, получили широкое распространение в силу следующих демографических и социальных предпосылок:
1) больше одиноких домовладельцев, следовательно, требуются маленькие порции, удобные размеры;
2) стареющее и не увеличивающееся население (маленькие порции, легко вскрываемая упаковка);
3) увеличение числа работающих женщин (использование продуктов с коротким временем приготовления; более широкий выбор продуктов);
4) изменение вкусовых привычек (больше людей, питающихся вне дома, отход от традиционного домашнего питания);
5) предпочтительное употребление замороженных и разогретых в микроволновой печи продуктов.
Упаковка сыпучих продуктов
Пленки для фасовки сыпучих продуктов бытовой химии (например, стиральных порошков) используются сегодня все больше благодаря нескольким причинам. Во-первых, многослойная структура продлевает срок хранения. Во-вторых, форма упаковки позволяет менять ее положение в сумке, таре, транспортном средстве. И наконец, многослойная пленка — относительно дешевый материал.
Пленки для производства прочных полиэтиленовых мешков из многослойных пленок почти не производятся в России и в основном завозятся из-за рубежа. Комбинация высокой прочности пленки и неспособность к растяжению значительно уменьшает риск разрыва пленки при наполнении, транспортировке и конечном использовании. Такая многослойная пленка производится посредством комбинации слоев ПВД, ПНД и линейного полиэтилена.
Для упаковки сухих продуктов — крекеров, чипсов, печенья и т. д. Требуется пленка повышенной влагонепроницаемости. Такая пленка относится к типу фасовочной, требует хорошего уплотнения и легкого вскрытия.
Специальный полимер ПЭВД, FL 5580, был разработан для достижения низкого уровня проникновения влаги. Эти пленки очень тонкие за счет пониженного молекулярного веса ПЭВД. FL 5580 с плотностью 958 кг/м³ идеально подходит для таких пленок. Технологически такие пленки вырабатываются на экструдерах с узкой головкой.
Вакуумная упаковка
Вакуумная многослойная упаковка применяется для продуктов переработки пищевой промышленности (мяса, птицы, сыра, молочных продуктов), а также для продуктов, подлежащих длительной транспортировке (например, со скотобоен в супермаркеты). Обширное применение сегодня получили пленки для упаковки колбасных нарезок, копченостей и салатов. Вакуум и отсутствие кислорода надолго продляют жизнь продукта.
Ламинированные и металлизированные пленки
Самое большое распространение в наши дни имеют пленки для упаковки пищевых продуктов с нанесением ламинации или металлизированные пленки. Совмещение полимера с фольгой, бумагой или другим полимером имеет несколько функций. Прежде всего, это улучшение внешнего вида упаковки, возможность сохранять печать яркой и привлекательной в течение долгого времени. Другая функция — совмещение при помощи адгезива не свариваемых слоев полимеров. Сегодня сфера применения ламинированной пленки — упаковка продуктов питания, бытовой химии, фармацевтической продукции. Вопросы технологии ламинации и каширования мы рассмотрим в следующей статье, посвященной выбору оборудования для производства многослойных пленок.
Барьерные пленки
Другое быстроразвивающееся направления в гибкой упаковки — так называемые «барьерные пленки». Вопреки распространенному мнению о том, что барьерные пленки квалифицируются как таковые только при экструзии пяти и более слоев, многие европейские эксперты отмечают, что при умелой комбинации химических полимерных добавок, экструдер АВС может позволять производить пленку с барьерными слоями.
Ряд российских производителей многослойных пленок, благодаря заимствованию разработок всемирно известных компания DuPont, Borealis и Exxon Mobil и собственным экспериментальным разработкам пришли к уникальным композициям состава слоев, позволяющих достичь основных характеристик барьерных слоев на трехслойных машинах. В таблице 1 приведен список комбинации слоев полимеров в трехслойных пленках, многие из которых имеют барьерные свойства.
Таблица 1. Комбинации слоев трехслойных пленок
|
Комбинация слоев (внешний+средний+внутренний)
|
Применение
|
Свойства
|
|
LDPE+LDPE+LDPE
|
Для молока и сыра
|
Длительное хранение, отличное уплотнение без пор
|
|
LDPE+LDPE OFF+LDPE FOAM
|
Пузырчатая пленка для магазинов
|
Отличное уплотнение, разноцветность, низкая цена
|
|
LDPE+PP+LDPE
|
Для упаковки хлеба и чипсов
|
Заменяют БОПП
|
|
LDPE+MDPE+LDPE
|
Для обычной упаковки
|
Высокая сопротивляемость, уплотнение и прозрачность
|
|
LDPE+HDPE+LDPE
LDPE+HDPE+LLDPE
LLDPE+HDPE+LDPE
LLDPE+HDPE+LLDPE
LDPE+LDPE OFF+LDPE
LDPE+HDPE OFF+LLDPE
|
Тонкие пакеты и промышленные сумки со скользким внутренним слоем и шершавым внешним, разноцветные
|
Великолепное уплотнение, высокая прочность, разноцветная, низкая цена
|
|
LDPE+LLDPE OFF+LDPE OFF
LDPE+LLDPE OFF+HDPE OFF
|
Высокопрочная и тонкая пленка, пакеты и сумки
|
Понижение цены
|
|
HDPE+LDPE+HDPE
|
Для упаковки выпечки, печеных продуктов, корнфлекса
|
Замена целлофана
|
|
PP+PP+LDPE
|
Для упаковки выпечки
|
Замена целлофана
|
|
LDPE+HDPE+EVA
LDPE+EVA+PP
|
Для сухих продуктов, корнфлекса
|
Хорошая упругость и прочность
|
|
EVA+PP+EVA
|
Для упаковки обезвоженных овощей
|
Используется для автоматической упаковки
|
|
EVA+HDPE+EVA
|
Для выпечки, плазменной крови
|
Стерильность
|
|
EVA+LLDPE+EVA
|
Стретч-пленка
|
Высокоэластичная, хорошие свойства прилипания
|
|
LDPE+LDPE+EVA
|
Защита от прилипания от температуры для стаканов, тарелок, метакрулата
|
Высокая эластичность
|
Федор Сокирянский
2003 #6
| 
