МНОГОСЛОЙНАЯ ЛАМИНИРОВАННАЯ ТЕРМОФОРМУЕМАЯ ПОЛИМЕРНАЯ ПЛЁНКА

Полезная модель относится к области полимерных пленок со специальными свойствами и может быть использована для термовакуумного формования мягкого блистера в тех случаях, когда к формуемому материалу не предъявляется высоких требований по проницаемости по отношению к газам, входящим в состав окружающего воздуха, т.е. в случаях, когда готовое изделие не вакуумируется, или не упаковывается в модифицированной газовой среде. Примером применения такой многослойной ламинированной термоформуемой полимерной пленки может служить упаковка медицинских изделий (шприцев однократного применения, систем переливания растворов, комплектов одноразовой хирургической одежды и белья и пр.).
В настоящее время в качестве полимерных пленок для термовакуумного формования мягкого блистера используются либо соэкструзионные многослойные пленки (полиэтилен-полиамидные и полиэтилен-полипропиленовые), либо ламинированные материалы из полиэтиленовой пленки и одноосно-ориентированной полиамидной пленки. Из используемых в настоящее время многослойных термоформуемых пленок каждая имеет определенные недостатки.
Известна многослойная соэкструзионная термоформуемая полимерная пленка, описанная в заявке на изобретение [Способ изготовления пленки полимерной соэкструзионной и пленка, полученная этим способом». Заявка №: 2010112280, опубликованная 27 января 2013 г.], выбранной в качестве аналога.
В указанной заявке описана термоформуемая многослойная полимерная пленка из полиэтилена (высокого давления и линейного), полипропилена, сополимера этилена и винилового спирта, и полиамида и способ ее получения методом раздувной соэкструзии на 7-слойной экструзионной линии.
Недостатками указанного решения являются:
- экономическая нецелесообразность применения дорогостоящих слоев сополимера этилена, винилового спирта и полиамида в многослойной пленке в случаях, когда к ней не предъявляются высокие требования по газопроницаемости, т.к. стоимость полиамида почти в 2 раза, а стоимость сополимера этилена и винилового спирта почти в 4 раза превышает стоимость полипропилена;
- как и прочие соэкструзионные многослойные пленки, пленка, описанная в аналоге, склонна к межслойному перетеканию полимеров из одного слоя в другой, что может приводить как к нарушению физико-механических свойств готовой упаковки из этой пленки, в частности, к существенной разнотолщинности и утончению по углам блистера, так и к потере упаковкой привлекательного товарного вида;
- как и прочие соэкструзионные пленки, указанная пленка имеет преимущественно одноосную и одинаковую ориентацию молекул полимеров в слоях, что может приводить к несимметричному формованию готового блистера;
- следует также учитывать, что несимметричные соэкструзионные пленки (пленки, у которых в наружном и внутреннем слое находятся полимеры разной природы, с разным коэффициентом поверхностного натяжения), будучи разрезанными на полотно, склонны к продольному скручиванию. При использовании таких пленок на вакуум-термоформовочных линиях часто происходит выскальзывание пленки из направляющих клупов, что существенно снижает производительность и увеличивает издержки производства.
Использование ламинированного материала из полиэтиленовой пленки и одноосно-ориентированной полиамидной пленки весьма ограничено по экономическим и технологическим причинам. Полиамидная моно-пленка весьма дорога из-за высокой стоимости сырья и сложности производства, и кроме того, являясь крайне гигроскопичной, требует особых условий хранения, транспортировки и переработки. Кроме того, в случаях, не требующих от упаковочного материала высоких газобарьерных свойств, применение полиамидной монопленки, как материала, обеспечивающего каркасность отформованного блистера, технологически и экономически не оправдано.
Недостатки аналога частично устраняются в многослойной пленке, описанной в опубликованной заявке [«Multilayer Films Suitable for Hot Shaping′′, ′′KFS Kempten Gmbh′′, Fakler Т., Shvajttser K., Bernig V., Djuzharden В., Заявка PCT ЕР 2005/056025 от 16.11.2005, Публикация РСТ 2006/053886 от 26.05.2006], которая выбрана в качестве прототипа изобретения.
В этом случае композиция многослойной пленки, изготовляемой методом экструзионного ламинирования и пригодной для термоформования, состоит из базовой соэкструзионной многослойной пленки, несущего формуемого слоя, включающего неориентированный полипропилен, и экструдируемого промежуточного слоя.
Многослойная ламинированная термоформуемая пленка по прототипу имеет следующие преимущества относительно аналога:
- обеспечивает равномерную формовку блистера;
- позволяет изготовлять тонкие барьерные слои в составе базовой пленки;
- обеспечивает возможность произвольного соотношения толщин слоев в составе базовой пленки.
К недостаткам решения по прототипу, применительно к термовакуумному формованию мягкого блистера в тех случаях, когда к формуемому материалу не предъявляется высоких требований по отношению к газам, входящим в состав окружающего воздуха, относятся:
- технически сложный и дорогостоящий процесс получения многослойной базовой пленки на линиях (5÷9) - слойной соэкструзии;
- использование дорогостоящих материалов (сополимера этилена и винилового спирта и полиамида (сополиамида));
- использование технологии экструзионного ламинирования, при которой рекомендуемая толщина промежуточного слоя составляет не менее 50 мкм, что не позволяет производить относительно тонкие пленки.
Техническим результатом, достигаемым в полезной модели, является упрощение и удешевление процесса изготовления термоформуемой пленки, за счет исключения необходимости использования дорогостоящей и сложной (5÷9)-слойной соэкструзионной линии, а также за счет дешевизны исходного материала и минимизации числа слоев пленки. Полезная модель позволяет изготовлять тонкие термоформуемые пленки толщиной от 60 мкм. Пленки по полезной модели прозрачны за счет отсутствия в базовом слое компонентов, ухудшающих ее прозрачность, что создает привлекательный внешний вид изготовленной из нее продукции.
Указанный технический результат достигается тем, что многослойная ламинированная термоформуемая полимерная пленка содержит несущий формуемый слой неориентированного полипропилена, адгезивный слой на основе полиуретана и базовый слой полиэтилена высокого давления, при этом толщина слоя неориентированного полипропилена составляет 28-150 мкм, толщина адгезивного слоя составляет 2-7 мкм, толщина слоя полиэтилена высокого давления составляет 30-240 мкм при общей толщине пленки 60-300 мкм.
Выбор толщин слоев и общей толщины термоформуемой пленки обусловлен следующим. Пленку для слоя неориентированного полипропилена толщиной менее 28 мкм и более 150 мкм затруднительно получить методом раздувной экструзии, а кроме того пленку толщиной менее 28 мкм сложно сдублировать методом сольвентной ламинации. При толщине адгезивного слоя менее 2 мкм невозможно достичь достаточной адгезии, а применение слоя толщиной более 7 мкм технологически нецелесообразно. Пленку для слоя полиэтилена высокого давления толщиной менее 30 мкм сложно сдублировать методом сольвентной ламинации, а термоформуемые пленки с толщиной слоя полиэтилена высокого давления более 240 мкм не находят практического применения в заяленной области. Термоформуемая пленка общей толщиной менее 60 мкм не обладает достаточной механической прочностью после формования, а пленка общей толщиной более 300 мкм не применяется для изготовления мягких блистеров.
При необходимости в слои полиэтилена высокого давления и неориентированного пропилена вводятся различные присадки:
- для улучшения термосвариваемости слоев, например, линейный полиэтилен торговой марки «Exceed′′ или металлоценовый полиэтилен торговой марки «Enable′′ компании «Exxon Mobil Chemical′′;
- для получения сварных швов с заданной прочностью на разрыв, например, добавки компании «Lyondelle Basel′′ на основе полибутена торговых марок «Toppyl РВ 8340М′′ для слоя полиэтилена и «Toppyl SP 2101С′′ для слоя неориентированного полипропилена;
- для улучшения прочностных характеристик пленки, например, полиэтилен низкого давления марки ПЭ2НТ22-12 производства ОАО «Казаньоргсинтез», полиэтилен средней плотности марки F-Y336 производства Шуртанского ГХК, линейный полиэтилен торговой марки «Exceed′′ или металлоценовый полиэтилен торговой марки «Enable′′ компании «Exxon Mobil Chemical′′;
- для улучшения формуемости пленки, например, сополимер полипропилена с этиленом марок 22015 либо 22030;
- для придания пленке определенного цвета, например, суперконцентраты красителей на основе полиэтилена или полипропилена производства компаний «Schulmann′′, ′′Aksoy Plastik′′ и др.;
- для предотвращения слипания по поверхностям пленок, например, добавка на основе кремниевой кислоты марки «Akkat PE/F 104150, или добавка на основе кремниевой кислоты и эрукамида марки «Akkat PP/F 101121′′ компании «Aksoy Plastik′′;
- для предотвращения поглощения пленкой ультрафиолетового излучения, например, добавки на базе пространственно-затрудненных аминов марок «Akkat PE/F 101220′′ и «Akkat PP/F 101121′′ компании «Aksoy Plastik′′;
- для предотвращения налипания механических загрязнений, в том числе пыли, например, добавки марок «VLA 66′′ и «ASPA 2446′′ на основе эпоксидных аминов, производства компании «SISAN′′;
- для снижения коэффициента динамического трения, например, добавки на основе эрукамида или олеамида, такие как «АККАТ PP/F 104321′′ производства компании «Aksoy Plastik′′ и 022-ПЭ, производства компании «Лимэкс».
Структура пленки представлена на фиг.1, где
1 - несущий формуемый слой из полипропилена,
2 - адгезивный слой на основе полиуретана,
3 - базовый слой полиэтилена высокого давления.
Процесс создания многослойной ламинированной термоформуемой полимерной пленки по полезной модели включает следующие технологические стадии.
2
В качестве основного сырья для изготовления полипропиленового слоя используют пленочные марки полипропилена с относительно невысоким показателем текучести расплава (2,5-4,0 г/10 мин), например, марки 21030 высшего сорта. При необходимости в состав полимера вводят, как указывалось выше, соответствующие добавки. Так, в слой неориентированного полипропилена могут быть добавлены 5.0-50.0 мас.% сополимера пропилена с этиленом для улучшения формуемости пленки, присадка для снижения коэффициента динамического трения в количестве 0.1-3.0 мас.%, присадка для предотвращения слипания по поверхностям пленок при их контакте в количестве 0.1-3.0 мас.%, суперконцентрат красителя в количестве 0.5-8.0 мас.% для получения окрашенной пленки. Использование указанных добавок в количествах меньших, чем нижняя граница интервала концентраций, указываемых производителем, либо определенная экспериментальным путем, не оказывает положительного эффекта, а в количествах, превышающих верхнюю границу, либо невозможна технологически, либо отрицательно сказывается на основных потребительских свойствах продукта. Наработка исходного пленочного материала для неориентированного полипропиленового слоя производится на раздувном экструдере с прямым водяным охлаждением и вращающейся экструзионной головкой. Полученный материал подвергается односторонней активации коронным разрядом до степени активации поверхности 42-45 дин, для чего необходима мощность активатора не менее 7 Вт·мин/м. Готовое полотно наматывается на бобину в виде рулона.
2
В качестве основного сырья для изготовления слоя полиэтилена высокого давления используют любые пленочные марки ПЭВД как отечественного, так и зарубежного производства с показателем текучести расплава 0,3-20 г/10 мин. Чаще всего используют высший сорт марки ПЭВД 15803-020 или 15813-020. При необходимости в состав полимера вводят, как указывалось выше, соответствующие добавки. Так, в слой полиэтилена высокого давления могут быть добавлены 5.0-25.0 мас.% линейного полиэтилена, либо 5.0-25.0 мас.% металлоценового полиэтилена для улучшения термосвариваемости и повышения прочностных характеристик пленки, 5.0-30.0 мас.% полиэтилена средней плотности для улучшения прочностных характеристик пленки, 5.0-25.0 мас.% полиэтилена низкого давления для улучшения прочностных характеристик пленки, присадка для снижения коэффициента динамического трения в количестве 0.1-3.0 мас.%, присадка для предотвращения слипания по поверхностям пленок при их контакте в количестве 0.1-3.0 мас.%, присадка для поглощения ультрафиолетового излучения в количестве 0.1-6.0 мас.%, присадка для получения сварного шва прочностью 2-6 Н/(15 мм) в количестве 0.1-6.0 мас.%, суперконцентрат красителя в количестве 0.5-8.0 мас.%, суперконцентрат антистатической добавки в количестве 0.5-3.0 мас.% для предотвращения налипания механических загрязнений (пыли). Использование указанных добавок в количествах меньших, чем нижняя граница интервала концентраций, указываемых производителем, либо определенная экспериментальным путем, не оказывает положительного эффекта, а в количествах, превышающих верхнюю границу, либо невозможна технологически, либо отрицательно сказывается на основных потребительских свойствах продукта. Наработка исходного пленочного материала для слоя полиэтилена высокого давления производится на раздувном экструдере с воздушным охлаждением и вращающейся экструзионной головкой или приемными валами. Полученный материал подвергается односторонней активации коронным разрядом до степени активации поверхности 42-45 дин, для чего необходима мощность активатора не менее 7 Вт·мин/м. Готовое полотно наматывается на бобину в виде рулона.
Активация исходных пленочных материалов коронным разрядом проводится для улучшения адгезии клея к полимеру.
2
Дня соединения двух исходных пленочных материалов используют метод сухой сольвентной ламинации. В качестве адгезива используют как однокомпонентную, так и двух компонентную клеевые полиуретановые композиции. Адгезив наносится растровым валом с поверхностной плотностью нанесения по сухому остатку 3-5 г/м. В качестве растворителя применяют этилацетат марки «А». После ламинирования материал сушат в условиях, рекомендуемых производителем адгезива.
После прохождения цикла сушки производят продольную резку готовой термоформуемой полимерной пленки в требующийся потребителем размер на боббинорезательной машине.
Таким образом были получены, например, пленка для упаковывания одноразовых медицинских изделий при небольшой вытяжке, общей толщиной 80 мкм, в которой толщина слоя неориентированного полипропилена составляет 40 мкм, толщина адгезивного слоя - 5 мкм, толщина слоя полиэтилена высокого давления - 35 мкм (Протокол №21 от 25 февраля 2013 г.), а также пленка для упаковывания комплектов одноразовой медицинской одежды при глубокой (до 100 мм) вытяжке, общей толщиной 130 мкм, в которой толщина слоя неориентированного полипропилена составляет 60 мкм, толщина слоя адгезива - 5 мкм, толщина слоя полиэтилена высокого давления - 65 мкм (см. Выборочные параметры работы вакуум-формовочной линии FRIMAQ TFF-470600)
Техническое решение по полезной модели позволяет получить дешевую, тонкую термоформуемую полимерную пленку с толщиной от 60 мкм. Пленка содержит минимальное количество слоев и проста в изготовлении. Прозрачность пленки создает привлекательный внешний вид изготовленной из нее продукции.