Современные термоусадочные пленки

В современном производстве большого количества товаров народного потребления существует необходимость формирования штучной продукции в групповую упаковку с целью ее дальнейшего складирования, хранения, перевозки и т.д. Это касается широкого спектра продукции: алкогольных и безалкогольных напитков, консервов, продуктов питания в индивидуальной упаковке, а также различных непищевых товаров. В настоящее время существует три основных способа решения данной задачи: упаковка штучной продукции в коробки (гофрокартон), формирование групповой упаковки при помощи стрейч пленки и формирование групповой упаковки с использованием термоусадочной пленки. Данная статья посвящена рассмотрению современных термоусадочных пленок.

Способность полимерных пленок к изменению линейных размеров под воздействием температур является одним из уникальных свойств полимерных материалов. В основе данного эффекта лежат реологические особенности поведения макромолекул полимера: в «естественном» состоянии макромолекула свернута в клубок, при таком положении каждое элементарное звено макромолекулы находится в наиболее выгодном энергетическом состоянии. При производстве термоусадочной пленки макромолекулы в расплаве полимера подвергаются некоторой «ориентации» как в процессе прохождения расплавом технологического оборудования, но основная ориентация макромолекул происходит после выхода расплава из формующей щели: продольная — за счет вытяжки и поперечная за счет раздува, и в таком виде «замораживаются» шоковым охлаждением расплава. В результате нагрева (выше температуры плавления полимера) макромолекулы приобретают способность к движению и возвращаются в естественное состояние (клубок), в результате чего линейные размеры пленки изменяются. Соотношение продольной и поперечной усадок пленки, произведенной методом рукавной экструзии, определяется соотношением вытяжки — раздува рукава пленки, т.е. соотношением «продольной — поперечной» ориентации макромолекул в расплаве. На степень усадки в поперечном и продольном направлении влияют следующие факторы: соотношение вытяжки и раздува рукава пленки, ширина формующей щели, температура производственного процесса, а также положение линии кристаллизации расплава полимера. Впрочем, с точки зрения потребителя термоусадочной пленки, все вышесказанное не представляет большого интереса.

Настоящий обзор посвящен рассмотрению современных термоусадочных пленок, изготовленных из полиолефинов, к которым относятся различные виды полиэтиленов и полипропиленов. Термоусадочные пленки, изготавливаемые из других материалов, например, ПВХ, в данном обзоре не рассматриваются.

Современные термоусадочные пленки

Однослойные термоусадочные пленки

Базовым сырьем для производства однослойных термоусадочных пленок в России являются две марки полиэтилена: 15303-003 и 102004-003, особенностью которых является высокая вязкость, т.е. большая длина макромолекулы. Чем больше длина макромолекулы, тем больше времени ей требуется для возвращения в естественное состояние «клубка», т.е. усадочные свойства пленок, изготовленных из таких марок сырья, будут наиболее выражены. Вообще, для производства термоусадочных пленок основным сырьем являются марки с показателем текучести расплава (ПТР) от 0,3 г/10мин до 1г/10 мин, хотя встречаются исключения, например, некоторые производители используют марку 10803-020 с ПТР 2г/10мин (по экономическим соображениям). Пленка, произведенная из данных марок сырья, полностью соответствует ГОСТу по прочности и относительному удлинению: прочность такой пленки находится в пределах 16-20 МПа (требования ГОСТа — 14-15МПа) и относительное удлинение 350-500% (требования ГОСТа 250-300%).

В зависимости
от условий процесса продольная усадка может составлять от 40% до 75%, поперечная от 0% (можно добиться и «отрицательной» усадки, когда пленка в процессе усадки будет удлиняться в поперечном направлении до 15-20%) до 50%. Для придания такой пленке некоторой жесткости, при производстве часто добавляют полиэтилен низкого давления, в количестве 10-15%. В целях экономии, многие производители добавляют также вторичное сырье, которое значительно дешевле первичного, при этом прочность пленки естественно снижается до минимальных требований ГОСТа (до 14-15 МПа). Для компенсации низкой прочности такую пленку выпускают с минимальной толщиной 70 мкм, стандартная толщина 80-90 мкм, пленку с добавлением вторичного сырья выпускают толщиной до 120 мкм.

Даже простую монослойную термоусадочную пленку, можно значительно улучшить, добавляя специальные полиэтилены (исключительно импортного производства) в количестве 25-30%.

Такая
пленка менее чувствительна к повышенным температура в летний период, исключая разбалтывание упаковки при транспортировке. Приятным бонусом для потребителя является эффект «холодной» усадки, когда пленка усаживается в течении 3-5 часов после упаковки на 3-5% в продольном и поперечном направлениях, придавая упакованному брикету дополнительную жесткость. Перечисленные свойства позволяют производить упаковку в более тонкую пленку (50-55мкм) вместо 80-90 мкм обычной термоусадочной пленки.

Многослойные термоусадочные пленки

Некоторое увеличение прочности термоусадочных треслойных пленок (на 2-3 МПа) происходит даже если все три слоя пленки изготавливаются из одного сырья. Но трехслойные установки позволяют изготавливать более интересные для потребителя термоусадочные пленки.

Наиболее экономичным вариантом трехслойной структуры, широко распространенным в западных странах является пленка, центральный слой которой изготавливается из вторичного сырья. Такая структура практически не теряет прочности, по сравнению с однослойной пленкой, изготовленной из смеси вторичного и первичного сырья и позволяет производителю снижать себестоимость продукции. К сожалению, для потребителя в данной структуре выигрыша нет.

Наиболее интересным вариантом трехслойной структуры является следующий: центральный слой пленки изготавливается из специального импортного полиэтилена с повышенными прочностью и жесткостью, являясь как бы «несущим каркасом» термоусадочной пленки. Слой, непосредственно прилегающий к упакованной продукции, изготавливается с добавлением специальных «скользящих» («antislip») добавок для улучшения скольжения пленки в процессе усадки, наружный слой изготавливается из полиэтилена c высоким коэффициентом трения, подбирая либо сырье, либо добавляя в полиэтилен добавку «антиблок».

Таким образом, наружный слой пленки с большим коэффициентом трения предотвращает скольжение упакованных брикетов при паллетировании. Прочность такой пленки достигает 26-28 МПа при использовании в наружных слоях отечественных марок сырья, и может достигать 35-37 МПа при использовании во всех слоях импортных полиэтиленов. В последнем варианте пленка обладает исключительной прозрачностью и глянцем. Такие термоусадочные пленки лучше всего использовать на скоростных автоматических линиях. Особое внимание необходимо уделять снятию статического электричества при производстве пленки, а также разнотолщинности пленки. ГОСТ устанавливает разнотолщинность для высшего сорта термоусадочной пленки в пределах ± 20%, для современных упаковочных линий такая разнотолщинность не приемлема и не должна превышать 10%.

Полиолефиновая термоусадочная пленка

Полиолефиновые термоусадочные пленки — один из самых современных видов термоусадочных пленок, имеющих трехслойную структуру ПВД/полипропилен/ПВД и изготовленных по технологии двойного раздува (double bubble). В результате двухосной ориентации молекул полимера, данная пленка имеет исключительную прочность (до 80 МПа) и прозрачность. Кроме того, обычно такая пленка имеет одинаковую степень усадки в продольном и поперечном направлениях — 50%. Отличные прочностные характеристики позволяют выпускать пленку толщиной от 12 до 30 мкм взамен других видов термоусадочных пленок. Недостатком данного вида термоусадочных пленок можно считать их высокую стоимость. Кроме того, при использовании тонких термоусадочных пленок, толщиной менее 50 мкм, готовая упаковка значительно теряет в жесткости, что вызывает проблемы при дальнейшем паллетировании.

Некоторые экономические аспекты использования современных термоусадочных пленок

Необходимо отметить, что разрабатывая и с огромным трудом внедряя новые виды термоусадочных пленок, производитель, кроме собственной прибыли, как ни странно заботится и о выгоде потребителя. Тем не менее, внедрение новых видов термоусадочных пленок идет с огромным трудом. Не рассматривая больную тему современной России — «откаты», есть еще одно объяснение: непонимание большинством снабженцев проблемы или нежелание произвести самые простые расчеты.

Конечно, термоусадочная пленка для групповой упаковки не является самой затратной статьей расходов для большинства производств, с другой стороны, используя более современные виды термоусадочных пленок потребитель не только получает продукт лучшего качества, но, как ни странно, еще и значительно экономит.

Большинство потребителей термоусадочных пленок ориентируются на единственный показатель — цена за 1 кг термоусадочной пленки.
Цена на отечественный ПВД для термоусадочных пленок (июль 2009 года), составляет 42-45 руб/кг.
В тоже
самое время сейчас можно купить пленку у некоторых производителей за 48-52 руб/кг. В эту цену производитель должен заложить цену электричества (на производство 1 кг пленки затрачивается около 1 кВт электроэнергии), заработную плату персонала, наконец, свою прибыль. Кстати, цена за кВт/час в России одна из самых высоких в мире. При среднемировой цене кВт/час равной 4-6 евроцента, в России цена одного кВт/час колеблется от 8 до 10 евроцента.

Пленка, продаваемая по такой низкой цене, сделана из более дешевого сырья, либо с добавлением более дешевого сырья, источник которого — вторичное сырье ПВД, т.е. производитель покупает отходы пленки, гранулирует их и выпускает пленку из полученного гранулята, цена на который в два раза ниже цены первичного сырья (около 20-23 руб/кг). Работая с такой пленкой, потребитель вынужден подстраивать оборудование под каждую партию пленки. Кроме того, поставщик часто занижает толщину пленки: говоря, что поставляет пленку толщиной 90 мкм, зачастую поставляет пленку толщиной 100 мкм (это, между прочим , соответствует ГОСТу, ±20%!), подстраховывая низкую прочность пленки. Внешний вид такой упаковки также оставляет желать лучшего. И все эти фокусы оплачивает потребитель пленки. А так цена хорошая: 48-52 руб/кг!