Производство синтетических упаковочных материалов

Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВО Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)

Кафедра «Технологическое проектирование пищевых производств»

Курсовая работа

Производство полимерных плёнок

Выполнил: студент Аржакова Ю. Г.

Руководитель: Сахабутдинова Г.Ф.

Кемерово, 2016 г.



Содержание

Введение

1. Классификация плёнок

2. Полимерное сырьё и добавки

3. Способы производства полимерных плёнок. оборудование

3.1 Экструзия через плоскощелевую головку

3.2 Метод каландрирования

3.3 Отливание пленок из растворов

3.4 Соэкструзия

3.5 Ламинирование и каширование

3.6 Металлизация

3.7 Прочие виды плёнок

4. Обработка плёнок

4.1 Обработка пленок коронным разрядом

4.2 Обработка пленок пламенем

5. Область применения

Заключение

Литература



Введение

Пленки присутствуют в нашей жизни повсеместно: в них упакованы многие продукты питания, канцелярские товары, одежда, из пленок сделаны пакеты и мешки. Доказано, что рынок полимерных пленок и листов - наиболее важный сектор потребления пластиковой упаковки (около 25% всего пластика), который все еще продолжает расти.

Рисунок 1 - Полимерная пленка

Причины для использования пленок различны:

• Технические: пленки обладают исключительным соотношением внешний вид/вес, располагая к тому же возможностями по герметизации, защите от проникновения газов, влаги и химических смесей. Пленки позволяют наносить на товары печать и информирующие потребителя надписи. Они выглядят эстетично и легки по весу.

• Экономические: пленки могут производиться в массовом порядке по низким ценам, и особенно хороши для производства упаковки небольшими партиями.

• Эстетические: пленки могут придать товару внешнюю привлекательность и предложить широкие возможности по дизайну - для нанесения рисунков и надписей.

• Экологические: снижение веса упаковки, высокие защитные способности полимеров (по сравнению с бумажной упаковкой и картоном) делают пленки более благоприятными для окружающей среды.

· Уменьшение неудач при транспортировке товаров и повреждений товаров на складах.

· Уменьшение случаев повреждений упаковки (например, разбитое стекло).

· Возможность объединить некоторые полимеры друг с другом для интеграции их свойств и функций (например, совместить PVAL - барьер к маслам и полиэтилен - барьер к воде).

· Химическое сопротивление: сопротивляемость кислотам, ржавчине, органическим соединениям, инертность к содержимому, например, к продуктам питания.

· Возможность стерилизации продукта.Все эти качества объясняют такое широкое производство и использование полимерных плёнок (Рисунок 1).



1. Классификация плёнок

Все разнообразие производимых пленок можно классифицировать по двум признакам:

по количеству слоев - однослойные, многослойные;

по типу материалов - однородные (только полимеры), комбинированные (фольга, бумага и т.д.).

Для производства однослойной плёнки используется лишь один полимерный материал, в то время как в многослойной комбинируются несколько слоёв разных полимеров (PP, PE, PA, PET, Polyester и пр.)(Рисунок 2).

Рисунок 2 - Комбинация слоев

Основным преимуществом однослойных пленок является цена - каждый производитель заинтересован в снижении издержек при производстве продукции. Однако на этом положительные стороны этого упаковочного материала заканчиваются. В отношении недостатков можно отметить следующее. В первую очередь невысокое сопротивление раздиру, невысокая прочность сварного шва, которая может возникнуть в результате термической усадки пленки в момент сварки.

Сейчас особый интерес представляют многослойная упаковка. Производство многослойной упаковки использует полезные свойства самых разных материалов. Фактически, располагая набором полимеров с разными свойствами, можно как в конструкторе создать любую структуру, в зависимости от потребностей рынка и задачи производителя продукции. Порядок чередования слоев, т.е. структура композиционного упаковочного материала, определяется его функциональным назначением. Внешний слой (субстрат) осуществляет защиту от внешнего воздействия, а также служит основой для нанесения красочной печати. Такие материалы имеют важные преимущества перед широко распространенными в качестве упаковки обычными пленочными материалами, благодаря длительному сроку хранения упаковочной продукции, высоким механическим свойствам, межслойной печати, защищенной от повреждений, улучшению внешнего вида упаковки (Рисунок 3).

Рисунок 3 - Многослойная пленка

Всего несколько лет назад российский рынок упаковочных материалов был ориентирован главным образом на выпуск традиционных однослойных пленок. В настоящее время, бурный рост пищевой промышленности привели к резкому повышению интереса к барьерным материалам с различными свойствами защиты продуктов. Многослойные полимерные пленки доминируют среди барьерных материалов, используемых в упаковочной промышленности благодаря своим уникальным качествам и низкой цене.

В отличии от многослойных, в состав комбинированных плёнок входят слои материалов различного типа (бумага, фольга, ткань). Монолитность композиционного упаковочного материала достигается за счет адгезии. Адгезией называется сложный комплекс явлений, приводящих к соединению разнородных тел, приведенных в контакт, в единое целое.

К группе материалов на основе бумаги или картона относятся бумага и картон (плотностью от 40 до 500 г/м2) с полимерными покрытиями. Из полимеров чаще других используют ПЭ, сополимеры этилена с винилацетатом, сополимер ВХВД, полипропилен.

Материалы на основе алюминиевой фольги представляют собой пленки с высокими барьерными свойствами, успешно конкурирующие с традиционными видами стеклянной и металлической тары. В большинстве случаев на базе этих материалов изготавливают различные виды эластичной упаковки (пакеты), используя тонкую алюминиевую фольгу - 7-14 мкм.

Рисунок 4 - Комбинированная металлизированная пленка

В последнее время при конструировании многослойных упаковочных материалов применяют металлизацию полимерных пленок (Рисунок 4). Металлизация - процесс нанесения тончайших слоев металла (до 3 х 10-7 м) на поверхность пленочного материала в глубоком вакууме. При металлизации резко снижается газопроницаемость пленочных материалов, при незначительном расходе металла достигается непрозрачность упаковки, в том числе и для УФ-части спектра. Металлизированные пленки экономичнее алюминиевой фольги и имеют целый ряд технологических преимуществ: уменьшение массы пленочного материала, исключение повреждений металлического слоя при изгибах материала. Кроме того, металлизацию используют и в качестве приема декорирования полимерных материалов.



2. Полимерное сырьё и добавки

Полимеры могут быть получены в виде вязких жидкостей, растворов, в эластичном виде, в твердом виде (порошки, гранулы, блоки), а также в виде эмульсий, суспензий и т. п. (Рисунки 5, 6). При изготовлении полимерных материалов добавляют различные вспомогательные вещества для придания специфических свойств изделиям. Добавка того или иного компонента в полимерную композицию диктуется как технологическими, так и экономическими соображениями.

Рисунок 5 - Полимерные гранулы

Рисунок 6 - Полимерный порошок

В состав полимерной композиции наряду с полимером могут входить наполнители, отвердители, пластификаторы, мягчители, стабилизаторы, красители и др. Выбор состава композиции зависит от свойств основного полимера и его способности совмещаться с добавками, от заданных физико-механических свойств композиции (твердость, негорючесть, морозостойкость и т. д.). Полимер, составляя основу композиции, определяет характерные ее свойства.

Наполнители обычно вводят для улучшения внешнего вида полимерного изделия, повышения необходимых физикомеханических и химических свойств, а также для снижения себестоимости изделий. Они могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Наибольшее распространение получили твердые наполнители. По происхождению они могут быть минеральными (каолин, слюда, тальк, известь, кварц, графит.) и органическими (древесная мука, шпон, целлюлоза, бумага, картон, химические волокна). По характеру распределения в полимере наполнители могут быть слоистыми (ориентированными) и неслоистыми (порошкообразными). Введение наполнителя, особенно ориентированного, повышает механическую прочность полимера: твердость, сопротивление истиранию, предел прочности при растяжении и т. д.

Многочисленную группу специальных веществ, существенно влияющих на свойства полимеров, называют добавками к полимерным материалам. Различают светостабилизирующие добавки, антиоксиданты, огнезащитные добавки или антиперены, антистатики, антислипы, скользящие добавки, антиблоки, нуклеаты, модификаторы и некоторые другие.

Светостабилизаторы позволяют длительное время сохранять первоначальный цвет изделия и его механическую прочность, обеспечивая защиту от ультрафиолетовых лучей. В качестве действующего вещества применяют производные бензонитризола, бензофенола, никелевые и кобальтовые соли замещенных фенолов и др. Они эффективны даже при очень низких концентрациях (менее 0,1 %).

Антиоксиданты вводят в полимер во время экструзии или литья под давлением для предотвращения термоокисления в процессе переработки и для замедления деструкции во время хранения и эксплуатации изделия. Также данные добавки применяются и для защиты полимера при работе в агрессивных средах. Действующее вещество - смесь соединений фенолов и фосфидов.

Комбинированные добавки, светостабилизатор + антиоксидант, получили широкое распространение в производстве сельскохозяйственных пленок. Подобная пленка служит от трех до пяти лет, не меняя ни прозрачности, ни барьерных свойств. Комбинированные добавки позволяют использовать полимер после вторичной переработки по прямому назначению.

Антипирены делают полимеры негорючими. Специальные антиперены используют для производства негорючих пленок, листов и литьевых изделий.

Антистатики позволяют избавиться от статического эффекта, присущего всем полимерам. Избавиться от него иногда не просто желательно, но иногда и просто необходимо. Например, при изготовлении корпусов под аудио и видеотехнику. Действующим веществом, чаще всего, служат алкиламины.

Скользящие добавки служат, своего рода, внутренней смазкой в полимере. Они уменьшают вязкость расплава, ощутимо повышают производительность экструзии. И в тоже время делают поверхности пленок и других полимерных изделий более гладкой, блестящей и глянцевой. Уменьшают коэффициент трения готовых изделий. Действующие вещества - производные высших жирных кислот.

Применение антиблокирующих добавок, препятствующих слипанию, особенно важно при производстве пленок из полипропилена. Пакеты, изготовленные из пленки с такими добавками, легко раскрываются, стенки пакета не слипаются. Действующие вещества могут быть различными, например, кремневая кислота или амидные воски.

Антислип-добавки придают поверхностям пленок шероховатость. Используются при производстве тары, мешков для упаковки сыпучих продуктов и прочих изделий, где шероховатость необходима. Действующим веществом может служить сверхвысокомолекулярный полиэтилен.

Нуклеаты оказывают влияние на надмолекулярную структуру полимера, делая ее более мелкозернистой. При этом существенно сокращается время кристаллизации. При введении добавок структура полимера разрыхляется, исчезают утяжки. Применяются для получения декоративных пленок, применяющихся при упаковке подарочных наборов, в качестве декоративных лент, прокладок в пробки и других.

Модификатор осуществляется процесс охлаждения изделия. Кроме этого создается эффект большей прозрачности пленок. Нуклеаты применяются исключительно для полипропилена.

Вспенивающие добавки используются для производства пористых изделий из полипропилена и полиэтилена применяют при производстве растягивающихся пленок. Придает им эффект дополнительной упругости, а некоторым полимерам, в том числе и полипропилену - ударопрочность.

Количество вводимых добавок зависит от их вида и качества, и обычно указывается производителем или продавцом. Если полимерное изделие находится в непосредственном контакте с пищевыми продуктами, то используемые добавки к полимерным материалам также должны иметь соответствующее разрешение. Важное значение при введении добавок имеет тщательное смешение. Ручное перемешивание в бункере пластикатора или ведре чаще всего неэффективно. Поэтому целесообразно применять специальные перемешивающие устройства - блендеры. Либо использовать различного рода дозаторы, которые будут вводить добавки непосредственно в зону дозирования червячного пластикатора.



3. Способы производства полимерных плёнок. оборудование

В зависимости от вида используемого полимера и назначения пленки различают следующие технологии получения пленок:

Для однослойных пленок:

· экструзия через плоскощелевую головку;

· каландрирование;

· отлив из растворов.

Для многослойных и комбинированных пленок:

· сoэкструзия;

· каширование;

· ламинирование;

· металлизация.

3.1 Экструзия через плоскощелевую головку

Рисунок 7 - Экструзия через плоскощелевую головку

1 - экструдер, 2 - плоскощелевая головка, 3 - система охлаждения пленки, 4 - намотчик.

Краткое описание процесса: расплавленная и гомогенизированная полимерная композиция, из экструдера, через специальный сетчатый фильтр, поступает в плоско-щелевую головку, образующаяся из которой пленка подается на охлаждающее устройство, затем в тянущее устройство, потом обрезается и наматывается (Рисунок 8).

Рисунок 8 - Основные узлы экструдера

По методу охлаждения различают следующие способы получения пленок: охлаждение на металлических барабанах воздушно-контактным способом (барабаны охлаждаются оборотной водой от промышленного водяного холодильника (чиллера)); охлаждение в ванне с водой.

Если пленка получена быстрым охлаждением, она отличается такими положительными свойствами, как, высокая прозрачность и отличный глянец, повышенная жесткость, прочность.

В качестве сырья используют ПЭ, ПП, ЭВА, ПА, ПВХ, ПЭТФ, ПММА, ПС, ТПУ, и др.

Линии комплектуются системами подачи сырья, контроля толщины плёнки, системами обрезки и последующей утилизации кромок с грануляцией и возвратом в цикл производства.

К достоинствам данного метода можно отнести высокую скорость процесса, к недостаткам - ограничение по ширине пленки (выпуск пленки шириной более 1500 мм технически сложен и значительно увеличивает стоимость оборудования).

При использовании данной технологии могут выпускаться однослойные пленки, дублированные пленки. Также, применяя специальные технологии, получают двуосноориентировынные пленки.

3.2 Метод каландрирования

Чаще всего применяется для производства пленки из жесткого и мягкого ПВХ, также используется для дублирования или выглаживания пленки.

Каландрование - это непрерывное получение пленки из расплава полимера формованием в зазорах между вращающимися валами каландра.

Рисунок 8 - Каландирование

1 - смеситель, 2 - экструдер, 3 - вальцы, 4 - каландр, 5 - отрезное и тянущее устройство, 6 - намотчик.

Краткое описание процесса: все компоненты полимерной композиции, для получения их гомогенной смеси, загружают в смеситель, обычно двухстадийный с горячей и холодной камерами, либо одностадийный высокоскоростной.

Полученная смесь далее подается в роторный смеситель или планетарный экструдер, в котором происходит ее разогрев и переход в состояние вязкой текучести. Чтобы удалить газообразные примеси и завершить процесс пластикации смесь поступает на вальцы.

Для тонких плёнок и листов осуществляют дополнительную фильтрацию массы, чтобы удалить механические примеси.

Далее, полностью подготовленная пластифицированная смесь поступает в зазор между валами каландра и происходит формирование пленочного полотна (Рисунок 9).

Рисунок 9 - Принцип работы каладра

Для обеспечения требуемой толщины, разнотолщинности и гладкой поверхности пленки, полимер последовательно пропускают через несколько зазоров (хорошее качество обеспечивают три и более зазоров, поэтому используются многовалковые каландры) (Рисунок 10).

Рисунок 10 - Каландр

Когда полимер проходит через зазоры валов каландра, то в нем возникают направленные вдоль пленки напряжения, таким образом происходит продольное ориентирование пленки, этот эффект еще называют «каландровым эффектом». Несмотря на то, что температура валков достаточно высокая, пленка не успевает пройти релаксацию из-за значительной линейной скорости движения полотна пленки.

Чтобы устранить эти напряжения, плёнка дополнительно проходит через специальные обогреваемые валы. При необходимости, чтобы придать поверхности плёнки определённую фактуру, плёнка проходит через устройство тиснения, которое представляет собой два обогреваемых вала, поверхность одного из которых имеет необходимый рисунок. Далее пленка подается на устройство охлаждения, которое состоит из нескольких барабанов, соприкасаясь с поверхностью которых, пленка охлаждается. Для выравнивания краев пленочного полотна используется система обрезки кромок, после чего пленка поступает в устройство намотки, где наматывается в рулоны. Обычно такие линии, в целях контроля толщины пленки, комплектуются толщиномером и металлодетектором, чтобы не допустить повреждения валов каландра.

Каландровым методом можно изготавливать пленки толщиной от 0,07 до 0,5 мм, при этом линейная скорость движения пленки по линии достигает 100м/мин и более.

Дополнительно, каландры могут иметь приспособления для одно- и двуосной вытяжки пленки. Этим методом получают, также, пленки из ацетатов целлюлозы, ударопрочного полистирола, полиуретанов и др.

Толстые полимерные пленки толщиной 0,2-2,5 мм получают сочетанием различных методов, например, экструзией и каландрованием с последующей глубокой вытяжкой. Метод применяется в производстве пленочных материалов из ударопрочного полистирола, АБС-пластика, полипропилена, из некоторых термостойких термопластов.



3.3 Отливание пленок из растворов

Применяется в случае, когда пленку невозможно получить другим способом. Процесс организован в несколько стадий (Рисунок 11):

· приготовление гомогенных растворов и их фильтрация;

· нанесение раствора тонким слоем на полированную металлическую ленту-транспортер,

· сушка, в процессе которой растворитель полностью испаряется из раствора,

· намотка готовой пленки.

Рисунок 11 - Схема процесса отливки

1 - раствор полимера; 2 - распределительный клапан; 3 - раствор полимера; 4 - испарение растворителя; 5 - лента; 6 - пленка; 7- сматывающая катушка.

Таким способом получают пленки из целлофана, эфиров целлюлозы и др.



3.4 Соэкструзия

Соэкструзией называют процесс получения многослойных пленок в виде комбинации из нескольких полимерных слоев за один цикл. Данный метод позволяет производить обширный ассортимент пленок со свойствами, которые невозможно получить путем обычной (однослойной) экструзии. Комбинируя несколько слоев разных полимеров (ПП, ПЭ, ПА, ПЭТ, др.), используя механические свойства одного полимера и барьерные свойства другого можно получить практически «идеальный» упаковочный материал.

Рисунок 11 - Экструзионная линия для производства полимерных пленок PP/PE/PS/ABS/PVC/PBT многослойных и однослойных

Сочетая разные полимеры и внося дополнительные добавки, можно добиться, чтобы многослойные пленки приобретали, к примеру, такие свойства, как обеспечение защиты от водяного пара, кислорода, углекислого газа, селективную проницаемость, возможность склеивания, высокую прочность, легкооткрываемость, выдерживание низких или высоких температур, удерживание вкусовых качеств и запахов, предотвращение запотевания, возможность термоформования и т.д.



Рисунок 12 - Щелевая соэкструзия

Рисунок 13 - Соэкструзия трехслойного пленочного полотна

Процесс соэкструзии аналогичен процессу экструзии через плоскощелевую головку, описанному выше, отличие - вместо одного экструдера используется несколько экструдеров, потоки расплавленных полимеров из которых направляются в общую экструзионную головку, в ней эти потоки накладываются друг на друга слоями, не смешиваясь, и далее подаются на охлаждающий барабан (Рисунки 12, 13).



3.5 Ламинирование и каширование

Многослойные комбинированные пленки с использованием бумаги, фольги, картона, тканей, других пленок и прочих рулонных материалов получают методами ламинирования и каширования.

Ламинирование - процесс, осуществляемый на валковом оборудовании для соединения пленочных материалов. Для этого на пленку-основу наносят расплавленную пленку и соединяют со вторым пленочным материалом на вальцах или четырех- или пятивалковом каландре.

Рисунок 14 - Экструзионное ламинирование

Экструзионное ламинирование - процесс соединения пленок с использованием расплава. Используя этот метод можно производить и многослойные пленки.

Для этого нужно применить соэкструзионную линию с несколькими экструдерами, покрытия при этом наносятся с помощью соэкструзионной головки.

Основой могут быть бумага, картон, двуосноориентированные ПА, ПЭТ, ПП пленки, алюминиевая фольга, ткани, нетканые материалы (Рисунки 14, 15). Для соединения слоев и нанесения покрывной пленки обычно применяют полиэтилен низкой плотности, полипропилен и их сополимеры.

Рисунок 15 - Машина для экструзионного ламинирования

Каширование (склеивание) - это использование клея (адгезива) для соединения слоев (с последующим прижимания валками). Существует два способа: сухой и мокрый.

Мокрый способ: на пленку наносится клеевой слой и, не дожидаясь его высыхания, пленки сразу же соединяют. Основой клеевого слоя являются эмульсии, латексы, водные растворы (Рисунок 16).

Рисунок 16 - Метод мокрого каширования

1,3 - узлы размотки; 2 - узел нанесения адгезива; 4 - сушильная камера; 5 - узел намотки.



Метод с нанесением раствора полимера на основу и далее с проведением сушки применяется для таких полимеров, для которых не применим метод получения через расплав с использованием обычных технологий. Сухой способ: данный способ предусматривает предварительную сушку в ламинаторах нанесенного слоя клея, а уже потом соединение склеиваемых поверхностей. Клеевой основой при данном методе выступают растворы полимерных смол, каучуков в органических растворителях (Рисунок 17).

Рисунок 17 - Метод сухого каширования

1,5 - узлы размотки; 2 - узел нанесения адгезива; 3 - сушильная камера; 4 - ламинатор; 6 - узел намотки.

В настоящее время все больше используют бессольвентный метод, который предусматривает, для соединения склеиваемых поверхностей использование двухкомпонентного клея, не содержащего растворителя, оборудование при этом более компактное, технология пожаробезопасная.

3.6 Металлизация

Металлизация - современный вариант фольгированния пленок. Алюминиевая фольга часто имеет дефекты поверхности (микротрещины, поры), что снижает барьерные свойства комбинированных пленок. Металлизированные пленки получают посредством термического распыления алюминия (или сплава) с осаждением на поверхности полимерной пленки в вакуумной камере. Наибольшее качество достигается при использовании в качестве основы двуосноориентированных пленок.

Рисунок 18 - Процесс метализации

Процесс металлизации осуществляется в условиях глубокого вакуума, создаваемого с помощью специальных вакуумных насосов, тип которых зависит от размеров оборудования. В условиях высокого вакуума металл (обычно алюминий или реже -- бронза) испаряется и в виде очень тонкого слоя (0,01--0,3 мкм) оседает на непрерывно движущуюся подложку. Подложка в виде разматываемого с бобины полотна пленки или бумаги направляется в вакуумную камеру и после металлизации наматывается на бобину, проходя через ряд валков (Рисунок 18).

3.7 Прочие виды пленок

Различают одно- и двуосноориентированные пленки. Их получают посредством растягивания в специальных устройствах, с применением далее термофиксации или без нее. При этом улучшаются физико-механические свойства пленок:

· повышается прочность в направлении ориентации,

· снижается количество дефектов,

· снижается вероятность развития микротрещин,

· улучшается стойкость к проколу.

Технологические параметры данного процесса - скорость, температура, степень вытяжки - зависят от вида полимера. Ориентированная пленка практически не растягивается.

Термоусадочные пленки - в процессе технологии ее получения пленку нагревают и вытягивают, молекулы полимера приобретают более упорядоченную структуру.

Полученная пленка приобретает свойство к усаживанию при нагревании, вследствие того, что нагревание возвращает полимеру хаотическую ориентацию (Рисунок 19). Сырьем для ее производства служит ПВХ, ПЭ, ПП, ПЭТФ и др.

Рисунок 19 - Термоусадочная плёнка

Стрейч-пленки получают из полимеров, в которых содержится эластомер, например, сополимеры этилена с каучуками, пластифицированный ПВХ, ЛПНП и другие (Рисунок 20).

Природа пленок обеспечивает хорошую адгезию между слоями, т. е. происходит слипание пленок. Получают экструзией и соэкструзией.

Производят пленки и со специальными свойствами, это перфорированная полимерная пленка (имеет небольшие отверстия - перфорацию); водорастворимые пленки - растворяются в воде при обычных условиях или при нагревании; пленка для термоформоформования - это в основном ПВХ, ПП,ПС, ПЭТ; воздушно-пузырчатая пленка, представляющая двух или трехслойную пленку с заключенными между слоями полиэтиленовой пленки пузырьки воздуха.

Рисунок 20 - Стрейч-пленка

Рисунок 21 - Дробилка

Практически все пленки можно утилизировать и повторно использовать, для чего применяют такое оборудование как мойки, дробилки и грануляторы (Рисунок 21). полимерный целлюлоза ламинирование плёнка



4. Обработка плёнок

В большинстве случаев технические поверхности плохо смачиваются и имеют низкое поверхностное натяжение.

Причиной тому, прежде всего, являются свойства материала, например полимерной поверхности. В процессе производства или обработки поверхности могут загрязняться.

Перед печатью поверхности подготавливаются (предварительно обрабатываются) для обеспечения хорошей адгезии. Кроме праймеров (предварительная химическая обработка) очень часто применяются физические методы, такие как обработка коронным разрядом, плазмой или пламенем.

Преимущество этих методов по сравнению с предварительной химической обработкой заключается в простой интеграции в существующие машины и очень хороших показателях адгезии. Кроме этого, не образуются отходы, утилизация которых требует больших расходов. Ниже описываются отдельные методы и рассматриваются случаи их применения.

4.1 Обработка пленок коронным разрядом

Установка для предварительной обработки коронным разрядом состоит из высоковольтного электрода и заземленного противоположного электрода, между которыми возникает разряд (Рисунок 22).

Одна из двух электродных систем дополнительно покрыта диэлектриком.

Противоположный электрод представляет собой вал, над которым находится высоковольтный электрод.

Источник энергии работает при таких напряжении и частоте, при которых газ внутри установки ионизируется. Если газом является воздух, вокруг электрода, к которому приложено напряжение, появляется голубое свечение или «корона». Поверхностное натяжение увеличивается.

Рисунок 22 - Обработка коронным разрядом

Необходимая электрическая мощность и количество высоковольтных электродов зависит от скорости машины, вида материала и толщины пленки. Для материалов, которые не проводят электрический ток, можно использовать эффективные голые электроды. Покрытые электроды и голые противоположные электроды необходимо использовать вместе с электропроводящими пленками.

Для двухсторонней предварительной обработки необходимо использовать два устройства для коронирования.

Как правило, мощность аппаратов для обработки коронным разрядом необходимо определять с помощью испытаний. Для лабораторного испытания можно использовать ручной прибор с помощью которого можно предварительно обработать образец формата А4. Полученное поверхностное натяжение можно быстро измерить с помощью тестовых чернил.

Стандартные установки мощностью 3 кВт могут обработать пленки с рабочей шириной приблизительно 1 м, которые движутся со скоростью более 100 м/мин. Для более высоких скоростей и большей рабочей ширины требуются установки более высокой мощности. Озон, возникающий в результате разряда, необходимо отсосать. Имеются специальные формы электродов, например, тросовые электроды, регулируемые по рабочей ширине, или цилиндрические электроды для предварительной обработки листов.

Основные области применения предварительной обработки коронным разрядом - это пленки и тонкие пластины, которые позволяют простое размещение высоковольтного и противоположного электрода. Хорошая и эффективная обработка пленок, которые не проводят электрический ток, голыми металлическими электродами подходит для печати или склеивания. Электропроводящие пленки нуждаются в голых противоположных электродах.

4.2 Обработка пленок пламенем

Кроме обработки коронным разрядом полимерная пленка подвергается обработке пламенем для улучшения адгезии, а в случае картона с покрытием - для последующей печати. Преимущество такого метода обработки по сравнению с обработкой коронным разрядом заключается в лучшей долговременной стабильности предварительной обработки. Кроме этого, обратная сторона пленки не обрабатывается. Толщина пленки не имеет значения.

Во время обработки пламенем из-за высоких температур сгорания возникает термически активированная плазма. В качестве горючих газов используются, в основном, природный газ, пропан или бутан. Соответствующее управление процессом горения позволяет ввести несгоревший кислород в поверхность и тем самым увеличить поверхностное натяжение. Кроме этого сгорают тонкие загрязненные слои. К тому же обработка пламенем оказывает чистящее действие (тонкая очистка).

Устройство для обработки пленки пламенем состоит из горелки (с водяным охлаждением), которая выпускает пламя на охлаждаемый вал (с поддержанием постоянной температуры), по которому двигается пленка (Рисунок 23). Горячие отработавшие газы пламени можно отсосать. Такая конструкция позволяет обрабатывать пламенем даже тонкие пленки. Однако, в зависимости от толщины пленки, скорость не должна опускаться ниже своего минимального предела. Регулирование температуры, зависящее от скорости, позволяет дополнительно снизить минимальную скорость. Кроме того, в случае остановки машины копье для выдувания будет сдувать пламя с пленки. В случае подачи пленок разной ширины можно отрегулировать ширину пламени посредством заслонки.

Рисунок 23 - Обработка пламенем

1- газовая горелка, 2- охлаждаемый валок, 3- обрабатываемая плёнка, 4- вспомогательный валок.

Для толстых листов, например, картона, охлаждаемый вал не нужен. В данном случае горелка обрабатывает пламенем материал между двумя направляющими валами. Высокая скорость машины ограничивает передачу тепла в пленку. В некоторых случаях нагревание поверхности выгодно для последующего применения.

Для получения оптимального результата предварительной обработки необходимо проанализировать такие важные параметры обработки пламенем, как скорость, мощность горелки, расстояние, соотношение компонентов газовоздушной смеси. Эти параметры можно определить с помощью испытаний. Существует набор параметров, который обеспечивает максимальную адгезию (или максимальное поверхностное натяжение). Однако следует учесть, что слишком высокая мощность горелки может иметь противоположные последствия: поверхностное натяжение снова уменьшится.

Для специальных случаев применения можно также добавлять примеси в пламя. Так добавление в пламя незначительного количества силана улучшит адгезию. В результате его сгорания на поверхности образовывается очень тонкий, невидимый слой силиката (SiOx) с очень хорошими адгезионными свойствами. Поверхностное натяжение можно увеличить посредством повышения концентрации кислорода в газовоздушной смеси.

Области применения обработки пламенем - это трехмерные большие формованные изделия, такие как амортизаторы, панель приборов в автомобильной промышленности. Однако обработка пламенем также применяется для пленок. Преимущество этого метода обработки заключается в лучшей долговременной стабильности предварительной обработки, а также в том, что обратная сторона пленки не обрабатывается. Даже в случае большей рабочей ширины и большей скорости обработка пламенем может быть выгодней.



5. Область применения

В основном полимерные пленки: полиолефиновые, поливинилхлоридные, поливинилиденхлоридные, полиамидные и многослойные - применяют как упаковочный материал для пищевых продуктов (мясных, рыбных полуфабрикатов, сосисок, колбас, вторых блюд, масла, молока, соков и др.), товаров широкого потребления, жидких и сыпучих химических и нефтехимических товаров, для бытовых целей (Рисунок 24).

Рисунок 24 - Упаковочный материал

Полистирольные, поликарбонатные, полиэтилентерефталатные, полипропиленовые и полиамидные пленки широко используют для электроизоляции обмоточных и монтажных проводов, кабелей, обмоток трансформаторов, двигателей и др. электрических машин (Рисунок 25). Все вышеперечисленные полимерные пленки в сочетании с фольгой - хорошие диэлектрики для конденсаторов, а подвергнутые металлизации, применяют в конденсаторах. Они служат также световодами, регуляторами солнечной радиации в помещениях.

Полиэтилентерефталатные пленки, кроме того, используют при изготовлении кино-, фото- и рентгеновских пленок, магнитных носителей информации, фотоматриц миниатюрных печатных плат, полупроводниковых переключателей, фоторезисторов, для замены кальки и ватмана (матовая пленка), как чертежные пленки в компьютерно управляемых системах черчения. Для этих же целей при температурах выше 1300C используют пленки из полиимидов, полифениленсульфидов, полисульфонов.

Рисунок 25 - Электроизоляционные пленки

Рисунок 26 -Мульчирование почвы

Полиамидные пленки применяют для автоклавного прессования крупногабаритных деталей, полистирольные - как облицовочный материал для панелей холодильников, прозрачные "окна" в упаковке, полиолефиновые пленки применяют для укрытия теплиц, пропаривания и мульчирования почвы (Рисунок 26).



Заключение

Полимерные пленки - наиболее популярный материал. Его свойства позволяют ему найти широкое применение. Они незаменимы в силу некоторых своих уникальных функций.

С точки зрения экологической безопасности они помогают снизить объемы затрат, уменьшить вес упаковочных материалов. К сожалению, отходы полимеров трудно перерабатываются, из-за чего пленки в глазах потребителя кажутся менее привлекательными.



Литература

1. Электронная энциклопедия «Химик.ру» (http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3407.html)

2. Спецвыпуск «Все о пленках»/ Отраслевой сервер Unipack.Ru

3. Полимерные материалы и основные изделия из них/ http://ru-ecology.info

4. Оборудование для производства полимерных пленок/ http://origroup.ru

5. Виды полимерных пленок/ http://www.rotopack.kz

6. Предварительная обработка полимерной пленки/ http://pechatnick.com

7. Добавки к полимерным пленкам/ http://proizvodim.com

Размещено на Allbest.ru