Способ получения многослойного материала путем нанесения экструдированного полимерного покрытия при каландрировании
PRODUCTION METHOD OF MULTILAYER MATERIAL BY APPLICATION OF EXTRUDED POLYMER COATING AT CALENDERING

Область техники
Изобретение относится к области полимерных материалов для производства упаковки и других изделий, а именно к способу получения рулонного или листового многослойного материала.
Уровень техники
В качестве материалов для производства упаковки широко используются материалы на основе полимеров, которые имеют декоративные или функциональные слои, в частности печатные слои (слои краски), металлизированные и барьерные слои.
Однако декорирование (нанесение печати, металлизации, матовости и т.д.) жестких полимерных пленок толщиной от 150 мкм связано с необходимостью использования специального, дорогостоящего оборудования. Печать на таких толстых пленках экономически не целесообразна. Возможно применять недорогие способы нанесения печати, например флексопечать. Однако при ее использовании на пленках указанной толщины происходит быстрый износ оборудования. При этом возникают технологические трудности в обеспечении качества печати.
Поэтому при производстве материалов толщиной более 150 мкм целесообразно применять различные технологии соединения тонкой полимерной пленки (10-100 мкм), имеющей декоративный или функциональный слой, с более толстой полимерной пленкой (150-1000 мкм).
Известны технологии соединения пленок, в которых пленки пропускают через зазоры каландров при одновременном нагреве (см., например, патент РФ RU 2152339, 10.07.2000). Известны способы совместной экструзии пленок и их последующего каландрирования (см., например, патент РФ RU 2202473, 20.04.2003). Также известны технологии формирования ламинирующих слоев путем кэширования или экструзии материала на подложку (см., например, патент РФ RU 2329187, 20.07.2008).
Широко известна технология экструзионного ламинирования, при которой между двумя соединяемыми пленками экструдируют адгезивный материал (см., например, патент РФ RU 2405676, 10.12.2010).
Приведенные технологии не подходят для получения толстых пленок с декоративным или функциональным слоем, поскольку при обработке происходит деформирование слоев, что влияет на их потребительские и эксплуатационные качества. В частности, при деформации печатного слоя, происходит искажение надписей и рисунков, выполненных на упаковочном материале.
Широкое применение для производства упаковки с печатью нашла технология «in-mold labeling» (см., например, патент США, US 7588157, 15.09.2009). Согласно данной технологии, исходная пленка (этикетка), имеющая печатный слой, вплавляется в готовое изделие (например, контейнера) в процессе его формования. Недостатком данной технологии является ее сложность, а также необходимость использования дорогостоящего оборудования. Кроме того, она не подходит для получения рулонных и листовых материалов.
В качестве наиболее близкого аналога рассматриваемого решения по совокупности используемых приемов может быть выбран способ получения многослойного материала, раскрытый в патенте Японии JP 2600273, 24.10.1989. Согласно данному способу, исходный гофрированный листовой материал толщиной от 20 до 500 мкм, имеющий печатный слой, пропускают между каландрами. При этом на печатный слой подают вторую пленку, полученную посредством экструзии, осуществляя каландрирование пакета слоев, его нагрев и последующее сжатие с получением многослойного материала толщиной от 1 до 10 мм. Исходную пленку выполняют из акриловой смолы, а покрывающий слой из поливинилхлорида или акриловой смолы. Данная технология также имеет недостаток, заключающийся в деформации печатного слоя.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание простой технологии получения многослойных листовых или рулонных материалов на основе полимеров, имеющих декоративный или функциональный слой, для изготовления упаковочных или других изделий.
Техническим результатом изобретения является уменьшение деформации исходной пленки, в частности декоративного или функционального слоя, упрощение технологии (в частности, отказ от использования адгезивного слоя клея), повышение производительности технологии, снижение себестоимости, расширение возможности нанесения слоев из различных материалов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ получения многослойного листового или рулонного материала включает нанесение полимерного покрытия на исходную пленку, имеющую по меньшей мере один опорный полимерный слой и связанный с ним по меньшей мере один неполимерный функциональный или декоративный слой, причем при нанесении покрытия расплавленный экструдированный полимерный материал последовательно пропускают через по меньшей мере два зазора охлаждающих каландров, с формированием в первом зазоре покрывающего полимерного слоя с толщиной, большей чем толщина исходной пленки, а во второй или последующий зазор подают исходную пленку с обеспечением соединения покрывающего полимерного слоя и исходной пленки, при этом в указанном зазоре обеспечивают охват исходной пленкой одного из каландров с непосредственным контактом первой стороны исходной пленки с поверхностью этого каландра, а второй стороны исходной пленки - с покрывающим полимерным слоем.
Кроме того, предусмотрены частные варианты реализации способа, согласно которым:
- покрывающий полимерный слой наносят со стороны опорного полимерного слоя исходной пленки,
- покрывающий полимерный слой наносят со стороны неполимерного декоративного или функционального слоя исходной пленки,
- расплавленный экструдированный полимерный материал пропускают через по меньшей мере три зазора охлаждающих каландров, а в третий или последующий зазор указанных каландров подают дополнительную пленку с обеспечением ее соединения с покрывающим полимерным слоем,
- используют три каландра, размещенные вертикально или под наклоном, при этом первый зазор каландров образован верхним и средним каландрами, а второй зазор каландров - средним и нижним каландрами, причем при нанесении покрытия обеспечивают охват исходной пленки нижнего каландра,
- перед подачей исходной пленки во второй зазор каландров обеспечивают ее прижим к покрывающему полимерному слою посредством прижимного вала,
- используют исходную пленку, в которой опорный полимерный слой выполнен из полиэтилена или полипропилена, или полиэтилентерфталата,
- используют исходную пленку, в которой неполимерный декоративный или функциональный слой представляет собой печатный слой и/или барьерный слой, и/или отражательный слой,
- в качестве покрывающего полимерного слоя наносят слой из полиэтилена или полипропилена, или полиэтилентерфталата, или полистирола, или поливинилхлорида,
- используют дополнительную пленку, выполненную из полиэтилена или полипропилена, или полиэтилентерфталата,
- используют исходную пленку, в которой толщина опорного слоя составляет 10-100 мкм,
- используют исходную пленку, в которой толщина неполимерного функционального или декоративного слоя составляет 1-50 мкм,
- покрывающий полимерный слой наносят толщиной 150-1000 мкм,
- при нанесении покрытия температура каландров (4, 5, 6) составляет 25-130°С,
- при нанесении покрытия расплавленный экструдированный полимерный материал имеет температуру 200-300°С, а покрывающий полимерный слой при подаче во второй зазор каландров имеет температуру 150-230°С.
В отличие от известных технологий, в заявленном способе покрытие (ламинирование) пленки с неполимерным декоративным или функциональным слоем в каландрах осуществляют таким образом, что она охватывает один из каландров, контактируя с большей частью его поверхности, а пластичный покрывающий слой, сформированный из экструдированного полимерного материала, подают на другую сторону исходной пленки, не контактирующую с каландром. Благодаря охлаждению каландром контактирующей с ним пленки последняя, при попадании на нее нагретого полимерного материала, не разогревается до температуры плавления или нестабильного физико-механического состояния. Таким образом, данный прием позволяет уменьшить деформацию исходной пленки и сохранить геометрию неполимерного функционального или декоративного слоя.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 показаны примеры конфигурации исходной пленки,
- на фиг. 2 показаны примеры конфигурации полученного многослойного материала,
- на фиг. 3 показана линия для осуществления заявленного способа.
Осуществление изобретения
Исходная пленка (1) для нанесения покрытия (ламинирования) (фиг. 1) представляет собой рулонный или листовой материал и содержит по меньшей мере один полимерный опорный слой (2) и соединенный с ним по меньшей мере один неполимерный функциональный или декоративный слой (3). В качестве материала опорного слоя могут быть использованы, в частности, полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерфталат и др. В качестве декоративного неполимерного слоя (3) может быть использован печатный слой (слой краски). В качестве функционального неполимерного слоя (3) может применяться барьерный и металлизированный слой.
Исходная пленка может иметь опорный полимерный слой (2) и нанесенный на его одну из сторон (см. фиг. 1,а, 1,б) неполимерный слой (3) или два опорных полимерных слоя (2), между которыми расположен неполимерный функциональный или декоративный слой (3).
Исходная пленка (1) может включать как один, так и несколько опорных слоев, соединенных путем соэкструзии с добавлением барьерных слоев внутри каждого слоя. Возможны варианты комбинирования в исходной пленке функционального и декоративного слоев, расположенных на отдельных опорных слоях, соединенных посредством слоя адгезива. Толщина каждого из слоев (2) и (3) составляет, предпочтительно, от 1 до 50 мкм.
Исходная пленка может быть получена по стандартной технологии, предусматривающей нанесение декоративного или функционального слоя на полимерную подожку (опорный слой) В частности, могут применяться флексо, ротогравюрная или офсетная, а также прочие виды печати.
Линия для реализации заявленного способа (фиг. 3) включает по меньшей мере три вращающихся каландра (4, 5, 6) (вала), образующих два или более зазоров для последовательно прохождения экструдированного материала. Указанные каландры (4, 5, 6) могут быть расположены вертикально один над другим, или горизонтально, или под наклоном.
В конструкции линии предусмотрен плоскощелевой экструдер (7) с фильерой (8) для подачи расплавленного экструдированного материала (9) в первый зазор каландров. В случае трех каландров, расположенных вертикально (как показано на фиг. 3), расплавленный экструдированный материал (9) подается таким образом, что первый зазор образован верхним (4) и средним (5) каландрами, а второй зазор - средним (5) и нижним каландрами (6).
Исходная пленка (1) может подаваться во второй зазор каландров (5) и (6), или в любой из последующих зазоров (третий, четвертый и т.д.) при их наличии. При использовании в качестве исходной пленки (1) ленты (рулонного материала) она подается посредством размоточного узла (10), а полученный многослойный материал (11) поступает в намотчик (12). Для получения отдельных листов материала вместо намотчика устанавливаются нож для разрезания полотна и стол для штабелирования листов.
В частном варианте реализации изобретения линия может дополнительно содержать прижимной вал (13) для прижатия исходной пленки к покрывающему ее материалу перед вторым зазором. Также в линии могут быть предусмотрены дополнительные размоточные узлы для подачи дополнительных пленок в третий или последующий зазоры каландров (не показаны).
При реализации заявленного способа экструдированный расплавленный полимерный материал, с температурой около 200-300°С, подают сверху в первый (верхний) зазор между верхним (4) и средним (5) каландрами, в котором он формуется и частично охлаждается с образованием пластичного полимерного покрывающего слоя (14) в виде полотна. Далее покрывающий слой (14) огибает средний каландр (6) и попадает во второй зазор, образованный каландрами (5) и (6). Посредством барабана (10) исходная пленка (1) подается в указанный второй зазор, таким образом, что она по существу охватывает нижний каландр (6) в указанном зазоре и одной стороной непосредственно контактирует с поверхностью этого каландра (6). При этом нагретый до температуры около 150-230°С покрывающий слой (14) контактирует с другой стороной указанной пленки (1) (в частности, проходит выше нее).
Таким образом, во втором зазоре каландров происходят соединение полимерного покрывающего слоя (14) с поверхностью пленки (1) и его разглаживание. При этом за счет контактирования исходной пленки (1) с нижним каландром, обеспечивающим ее охлаждение, не происходит ее перегрева за счет покрывающего слоя (14), что предотвращает деформацию пленки (1), в частности ее функционального или декоративного слоя (3). Температура каландров составляет, как правило, от 25 до 130°С и зависит от материала исходной пленки и экструдируемого материала.
Для улучшения сцепления материалов перед подачей во второй зазор исходная пленка (1) может дополнительно прижиматься к покрывающему полимерному слою (14) посредством прижимного вала (13). В частности, слой (14) и пленка (1) могут зажиматься между указанным валом (13) и средним каландром (5).
После прохождения второго зазора каландров полученный материал может подаваться еще в один или несколько зазоров каландров для дополнительного разглаживания (на чертежах не показано). Также возможно в третий или последующий зазор каландров может подаваться дополнительная пленка, которая соединяется покрывающим полимерным слоем (14).
Готовый многослойный материал (11) наматывается в рулон посредством намотчика (12) или разрезается на листы и штабелируется на столе.
В качестве материалов покрывающего слоя (14) может быть использован любой полимерный материал, имеющий адгезию к материалу исходной пленки (1), в частности полипропилен (РР), полиэтилентерфталат (PET), полиэтилен (РЕ), полистирол (PS), поливинилхлорид (PVC) и др. Толщина покрывающего слоя (14) предпочтительно составляет от 150 до 1000 мкм.
Следует отметить, что покрывающий слой (14) может быть нанесен как на поверхность опорного слоя (2) исходной пленки (1), так и на поверхность неполимерного или функционального слоя (3) (см. фиг. 2). В обоих случаях будет сохраняться геометрия слоя (3).
Кроме того, заявленным способом может быть нанесено несколько покрывающих слоев. Также можно использовать линию, имеющую большее количество каландров для повышения гладкости полученного многослойного материала (11).
Пример 1
Заявленным способом был изготовлен рулонный многослойный материал, имеющий конфигурацию, показанную на фиг. 2,в, и содержащий последовательно размещенные слои:
1. Опорный слой (2) из полиэтилена высокого давления (ПЭВД) толщиной 40 мкм.
2. Неполимерный декоративный слой (3) в виде слоя печати (краски) толщина около 10 мкм.
3. Опорный слой (2) из биаксиально-ориентированного полипропилена (БОПП) толщиной 25 мкм.
4. Покрывающий слой (14) из полипропилена толщиной 200 мкм.
Материал характеризовался хорошим сцеплением слоев и отсутствием деформации декоративного печатного слоя (3).
Пример 2
Заявленным способом был изготовлен листовой многослойный материал, имеющий конфигурацию, показанную на фиг. 2,б, и содержащий последовательно размещенные слои:
1. Опорный слой (2) из полиэтилена высокого давления (ПЭВД) толщиной 40 мкм.
2. Неполимерный функциональный слой (3) в виде слоя металлизации толщиной около 1 мкм.
3. Покрывающий слой (14) из полиэтилена толщиной 300 мкм.
Материал характеризовался хорошим сцеплением слоев и отсутствием дефектов в слое металлизации (3).
Следует отметить, что рассматриваемое изобретение не ограничено вариантами реализации, приведенными в описании. Возможны также другие модификации предлагаемого способа в рамках приведенной совокупности существенных признаков. В частности, возможно получение других комбинаций слоев материала и режимов их нанесения.