Полимерный пленочный материал и способ его производства
POLYMER FILM MATERIAL AND ITS PRODUCTION METHOD

Область техники
[0001] Изобретение относится к области создания упаковочных материалов и может быть использовано в пищевой, перерабатывающей промышленности и домашнем хозяйстве для упаковки продуктов.
Уровень техники
[0001] Из уровня техники известно изобретение по патенту №RU2666436 (публ. 21.06.2017 г., дата приоритета: 16.05.2013 г.), раскрывающий полимерную смесь для изготовления слоя пленки, пригодной для нанесения печати, содержащая (i) гомополимер или сополимер на основе пропилена в количестве от 75 до 95 массовых процентов от общей массы смеси и (ii) олефиновый блок-сополимер в количестве от 5 до 25 массовых процентов от общей массы смеси, причем олефиновый блок-сополимер представляет собой сополимер этилена/С3-20°α-олефина с плотностью от 0,85 до 0,89 г/см3 и индексом расплава (190°С, 2,16 кг) от 0,5 до 10 г/10 мин.
[0001] Исходя из материалов представленного патента следует, что склеивание рукава осуществляется не одновременно с процессом ориентирования, а само ориентирование осуществляется в поперечной плоскости. В таком случае, требуется дополнительный этап в производственном процессе, что увеличивает общее время на производственный цикл, а также за счет ориентирования в поперечной плоскости неравномерно распределяется температура при ориентировании, что введет к снижению температуры расплава смеси. Более того, представленный аналог направлен на увеличение адгезии краски и поверностного слоя, а также имеет иной химический состав используемой для получения пленки смеси с сохранением значимых свойств для нанесения краски на поверхность.
[0001] Из уровня техники известно изобретение по патенту № RU 2674766 (публ. 28.06.2018 г., дата приоритета: 28.05.2014 г.), раскрывающее смесь полимеров, содержащую от 50% до 85% по весу, предпочтительно от 60% до 80% по весу, более предпочтительно от 65% до 75% по весу, по меньшей мере, модифицированного сополимера этилена и альфа-олефина; от 50% до 15% по весу, предпочтительно от 40% до 20% по весу, более предпочтительно от 35% до 25% по весу, по меньшей мере, модифицированного сополимера этилена и винилацетата с содержанием винилацетата от 6% до 15% по весу, предпочтительно от 8% до 13%.
[0001] Недостатком является осуществление процесса формирования рукава в неориентированном полимерном материале. В таком случае, требуется дополнительный этап в производственном процессе, что увеличивает общее время на производственный цикл, а также за счет ориентирования в поперечной плоскости неравномерно распределяется температура при ориентировании, что введет к снижению температуры расплава смеси. При этом техническое решение по представленному аналогу не обладает твист-эффектом и в составе пленки присутствует ПВХ-слой.
[0001] Из уровня техники известно изобретение по патенту № RU 2554133 (публ. 10.05.2015 г., дата приоритета: 31.10.2013 г.), раскрывающее способ получения полимерного пленочного материала экструзией расплава полиолефинов, модифицированных сополимером пропилена, охлаждением, ориентированием и термофиксацией пленки, при этом в качестве модификатора используют сополимер пропилена с диеном при соотношении масс компонентов сополимера соответственно 75-85, 15-25, либо пропилена и диена с этиленом при соотношении масс компонентов соответственно 20,0-80,0: 0,5-9,0: 19,5-79,5 при количестве модификатора 20-65% от общей массы полимерной композиции, отличающийся тем, что дополнительно содержит комбинированный суперконцентрат ПО АК 12 в количестве масс компонентов 0,25-2% от общей массы полиолефинов и модификатора, скользящую добавку ПО АС 12 в количестве масс компонентов 0,25-2% от общей массы полиолефинов и модификатора, при этом в качестве полиолефинов используют полиэтилен низкого давления 65-75 мас.% и линейный полиэтилен высокого давления 25-35 мас.%.
[0001] Отличием заявляемого технического решения от представленного аналога является процентное содержание линейного полиэтилена низкой плотности от общей массы расплава смеси, составляющее от 5% до 20%, при этом не ясно, на каком этапе производственного цикла осуществляется формирование рукава, а общее количество слоев составляет не более 3. При указанном химическом составе смеси невозможно произвести полимерный пленочный материал с остаточной деформацией 90% и единообразным химическим составом в 5 слоях.
[0001] Выявлен аналог из уровня по патенту на изобретение № RU 2471821 (публ. 10.01.2013 г., дата приоритета: 08.06.2011 г.), раскрывающий способ получения стабилизированной композиции на основе полиэтилена низкого давления с повышенной стойкостью к растрескиванию путем смешения в расплаве смеси полиэтиленов различной плотности и добавок, в состав которых входит фенольный антиоксидант, представляющий собой пространственно-затрудненный фенол, отличающийся тем, что в нем в качестве смеси полиэтиленов, взятых в гранульной форме, используют полиэтилен высокой плотности и линейный полиэтилен низкой плотности или полиэтилен высокой плотности и линейный полиэтилен средней плотности, при этом добавки вводят в состав композиции в виде полученного из расплава гранулированного полимерного концентрата добавок на основе линейного полиэтилена низкой плотности, в состав которого дополнительно введен сополимер этилена с винилацетатом, содержащий от 9 до 16 мас.% винилацетата, при массовом соотношении линейного полиэтилена низкой плотности к сополимеру этилена с винилацетатом от 0,8:1 до 4,3:1, причем содержание в композиции сополимера этилена с винилацетатом составляет от 0,5 до 1,5 мас.%, а фенольного антиоксиданта - от 0,05 до 0,15 мас.%.
[0001] Представленный аналог касается способа получения изделий производимых методом выдувания – типа бутылок, упаковки для бытовой химии, и методом формования - крышки и др. Дополнительным отличием заявляемого технического решения от представленного аналога является процентное содержание линейного полиэтилена низкой плотности от общей массы расплава смеси, составляющее от 5% до 20%, при этом не ясно, на каком этапе производственного цикла осуществляется формирование рукава, а также неясно возможное количество слоев в полимерном пленочном материале. При указанном химическом составе смеси невозможно произвести полимерный пленочный материал с остаточной деформацией 90% и единообразным химическим составом в 5 слоях.
Сущность изобретения
[0001] Задачей настоящего технического решения является создание полимерного пленочного материала для упаковки пищевых продуктов, который обеспечивает, при сохранении физико-механических свойств, высокоскоростную резку и стабильную работу высокоскоростных упаковочных машин.
[0001] Технический результат заключается в получении полимерного пленочного материала для упаковки пищевых продуктов с высоким коэффициентом остаточной деформации изгиба и скручивания за счет равномерного распределению физико – механических свойств по всей площади полотна.
[0001] Данный технический результат достигается за счет того, что полимерный пленочный материал для пищевых продуктов выполнен из экструдированного расплава смеси полиэтилена низкого давления и линейного полиэтилена низкой плотности, подверженной монооксиальному ориентированию с одновременным склеиванием рукава, отличающийся тем, что полимерный пленочный материал состоит из по крайней мере 5 слоев, а содержание линейного полиэтилена в расплаве смеси составляет от 5% до 20%.
[0001] Способ, обеспечивающий достижение технического результата, заключается в раздуве рукава из экструдированного расплава смеси полиэтилена низкого давления и линейного полиэтилена низкой плотности с помощью шнековых экструдеров и выдувной головки, с последующим монооксиальным ориентированием , при этом склеивание рукава происходит в процессе ориентирования, и термофиксацией полученного пленочного материала, а содержание линейного полиэтилена низкой плотности в расплаве смеси составляет от 5% до 20%.
[0001] Возможно индекс расплава полиэтилена низкого давления равно 0.8 г/10 мин., а индекс расплава линейного полиэтилена равен 1.5 г/10 мин.
[0001] Возможно склеивание рукава в процессе монооксиального ориентирования при температуре от 90 до 115°.
[0001] Возможно выдувание экструдированного расплава смеси выдувной головки осуществляется при температуре 200–210°.
[0001] Возможно дополнительно осуществлять обработку поверхности материала коронным разрядом.
Подробное описание изобретения
[0001] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.
[0001] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.
[0001] Заявленный на регистрацию полимерный пленочный материал выполнен из экструдированного расплава смеси полиэтилена низкого давления и линейного полиэтилена низкой плотности, подверженной монооксиальному ориентированию с одновременным склеиванием рукава, отличающийся тем, что полимерный пленочный материал состоит из 5 слоев, а содержание линейного полиэтилена низкой плотности в расплаве смеси составляет от 5% до 20%.
[0001] Пленочный материал выполнен на полиолефиновой основе из расплава смеси полиэтилена низкого давления и линейного полиэтилена низкой плотности. Полиэтилен низкого давления обеспечивает устойчивость пленочного материала к высоким температурам, различным маслам и химикатам, имеет низкий коэффициент влагопоглощения, высокую прочность, незначительную остаточную деформацию и безопасен для человека. Однако данный полимер обладает высокой хрупкостью при низких температурах. Линейный полиэтилен низкой плотности используется в расплаве смеси в качестве модификатора. Свойства данного полимера придают пленочному материалу прозрачность, отблеск, а также, что наиболее важно, придают способностью сохранять до 90% деформации изгиба и скручивания пленочного материала, за счет эластичности линейного полиэтилена низкой плотности. Также данный полиэтилен безопасен для человека и устойчив к термической обработке. При этом индекс расплава полиэтилена низкого давления – 0.8 г/10 мин. (при 190°С и 2,16 кг), индекс расплава линейного полиэтилена – 1.5 г/10 мин (при 190°С и 2,16 кг). Данные показатели обеспечивают получение пятислойного полимерного пленочного материала с высоким коэффициентом остаточной деформации.
[0001] Содержание линейного полиэтилена низкой плотности в общей массе составляет от 5% до 20%. Данный диапазон был выявлен эмпирическим путем. При содержании линейного полиэтилена низкой плотности в расплаве смеси менее 5% пленочный материал, становится жестким, неустойчивым к растяжению, способность к остаточной деформации снижается, что явным образом не способствует достижению технического результата, так как невозможно выполнить полимерный пленочный материал с 5 слоями, а также достигнуть высокоскоростную резку и стабильную работу высокоскоростных упаковочных машин. При содержании линейного полиэтилена низкой плотности в расплаве смеси более 20%, пленочный материал приобретает излишнюю способность к растяжению, становится мягче и теряет свою прочность, затрудняется процесс резки. В представленном количественном процентом содержании линейного полиэтилена низкой плотности полимерный материал обладает пределом прочности при разрыве в 236 MPa в продольном направлении и в 30,6 MPa в поперечном направлении, а также обладает низким коэффициентом усадки (при температуре 80° в течение 3 часов), не превышающим 1%. Данные показатели позволяют сделать дальнейший процесс использования полимерного пленочного материала в высокоскоростных упаковочных машинах стабильным и упростить резку пленочного материала без риска разрыва или потери заданной формы.
[0001] Полимерный пленочный материал состоит из 5 слоев. Такое количество слоев позволяет осуществить более равномерное распределение физико-механических свойств, таких как прочность, остаточная деформация, эластичность и усадка по всей площади полимерного пленочного материала, которые приобретаются им за счет добавления линейного полиэтилена низкой плотности и его склеивания при одновременном монооксиальном ориентирование и с возможностью в дальнейшем осуществлять высокоскоростную резку и стабильную работу высокоскоростных упаковочных машин.
[0001] Способ производства полимерного пленочного материала осуществляется следующим образом. Через загрузочную горловину поступают полиэтилен низкого давления и линейный полиэтилен низкой плотности, которые вводят в цилиндр с барьерным шнеком. При температуре 180–200°С (зависит от зон барьерного шнека) полимер плавится и смешивается до расплава смеси, после чего подается в экструзионную головку.
[0001] Затем с помощью выдувной головки при температуре 200-210°С осуществляется выдувание рукава из указанной расплава смеси и с помощью обдувочного кольца формирование пузыря. Полученный пузырь складывается в полотно и подается в машину для монооксиального ориентирования. Данный диапазон температуры обусловлен особенностями технологического процесса, в частности, необходимостью формирования стабильностью выдуваемого рукава из расплава смеси полиэтилена низкого давления и линейного полиэтилена низкой плотности при содержании последнего от 5% до 20% общей массы. В том случае, если температура выдувной головки будет менее 200°, то поступающий по шнековому экструдеру расплав смеси указанных полимеров будет иметь недостаточную пластичность для его выдувания и последующего монооксиального ориентирования для склеивания в рукав с 5 слоями в полимерном пленочном материале. Температура более 210° сделает расплава смеси полиэтилена низкого давления и линейного полиэтилена излишне вязким, что создаст риск разрыва выдуваемого рукава и невозможность его склеивания при монооксиальном ориентирование.
[0001] После осуществляется склеивание рукава в процессе монооксиального ориентирования с последующей термофиксацией. Ориентирование происходит на 11 темперирующих валках. На первых 4 валах происходит термическая подготовка полотна к ориентированию. Температура на этих валках равномерно увеличивается с 90 до 110°С. 5 и 6 валки являются парой ориентирования, где температура задается 115°С. С 7 до 10 валка происходит равномерное расслабление материала с понижением температуры с 115 до 50°С. 11 вал является термофиксирующим. Термофиксация ориентации происходит при температуре 20°С. Монооксиальное ориентирование увеличивает степень ориентации полимерных цепей, благодаря чему улучшаются механические свойства получаемой ориентированной пленки. Осуществление склеивания рукава в процессе монооксиального ориентирования позволяет получить пятислойный пленочный материал и обеспечивает стабильность и дешевизну производства, за счет исключения дополнительного отдельного этапа, связанного со склейкой рукава. Монооксиальное ориентирование может также осуществляться в установке продольного ориентирования и позволяет получить требуемую переработчиками степень «сохранения деформации скручивания» при сохранении прочностных характеристик полимерного пленочного материала. Склеиванием рукава в процессе монооксиального ориентирования осуществляется при температуре от 90 до 115°. В том случае, если температура склеивания будет меньше 90°, то невозможно будет осуществить склеивание рукава в 5 слоев, так как толщина рукава не позволит выполнить данное условие. В тоже время склеивание рукава при температуре более 115° сделает полотно излишне мягким, невозможно будет осуществить  ориентирование рукава. При этом нагревание осуществляется постепенно с 1 по 6 валы. При этом возможным вариантом является вытягивание расплава смеси в продольной плоскости в установках продольного ориентирования.
[0001] Термофиксация осуществляется за счет стабилизации в заданной форме ориентированного полимерного пленочного материала. В готовом виде полимерный пленочный материал имеет толщину 25 мкм. при поверхностной плотности 23,5 г/м2.
[0001] Также дополнительно возможно обработка поверхности полимерного пленочного материала коронным разрядом. Это позволит увеличить адгезию для способности к образованию связей с растворителями, клеями, покрытиями и материалами для экструзионного покрытия.
[0001] Как следствие, в результате экструдирования расплава смеси полиэтилена низкого давления и линейного полиэтилена низкой плотности, при содержании линейного полиэтилена низкой плотности в расплаве смеси от 5% до 20%, с осуществлением склеивания рукава в процессе монооксиального ориентирования с последующим охлаждением и термофиксацией, осуществляется производство экономически дешевого полимерного пленочного материала для упаковки пищевых продуктов с высоким коэффициентом остаточной деформации (90%) изгиба и скручивания за счет равномерного распределению физико – механических свойств, таких как прочность, пластичность и усадка по всей площади полотна за счет наличия 5 слоев.
[0001] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.