Способ получения коронированной полиэтиленовой пленки Российский патент 2025 года по МПК B05D7/04 C08J7/48 B32B27/32 

Предлагаемое изобретение относится к пленочным материалам для упаковки в вакууме пищевых продуктов.

Дублирование пленок (или, вообще, создание многослойных гибких материалов) - проблема, возникающая вследствие различных практических целей и решаемая существенно отличающимися друг от друга способами, природой используемых полимеров и техническими приемами. Наиболее часто применяемый технический прием - соэкструзия: слои, как правило, соединяются в расплавленном или вязко-текучем состоянии, хотя и в этом случае между слоями часто приходится вводить соединяющие адгезионные «прослойки», поскольку остыв, слои могут разделяться. Другой, более простой прием - соединение слоев с помощью валика (валиков). Этот способ экономически целесообразно применять в случае малых объемов производства.

В слоистых композициях часто применяется полиэтиленовая пленка, удобная тем, что при изготовлении изделий соединение при упаковке их элементов производится сваркой полиэтиленовых составляющих внешних слоев. Полиэтиленовая пленка с внутренней стороны, обращенной к последующему слою, подвергается коронированию, т.е. обработке ионизирующим электрическим разрядом.

Механизм и результаты коронирования описаны в [Пластике №11 (140), 2014, с. 19] и заключаются в следующем.

Когда пленка попадает в зону коронного разряда, электроны, образовавшиеся в поле коронного разряда, воздействуют на ее поверхность с энергией в 2-3 раза большей, чем необходимо для разрыва молекулярных связей на поверхности полимерных пленок. При этом образуются различные реакционноспособные кислородосодержащие функциональные группы (коронирование проводится в воздухе):

Окисление - лишь часть комплекса физико-химических процессов. Увеличению поверхностной энергии способствует формирование электретов, т.е. областей на поверхности диэлектрика, более или менее длительно сохраняющих поляризацию. В поверхностном слое электроизоляционного материала (в нашем случае полиэтилена) образуется пространственный заряд.

Происходит перенос носителей заряда из области электрического разряда в воздушном зазоре на поверхность электроизоляционного материала. Эти носители фиксируются на поверхности, а через некоторое время они релаксируют: электроны «растекаются» и пропадают, и это снижает поверхностную энергию пленки уже через несколько часов после обработки коронным разрядом.

О полиэтилене как составной части слоистых пленочных материалов сказано выше. Вторым по значимости полимером в этих материалах является поливиниловый спирт (ПВС) как самый газонепроницаемый из всех известных высокомолекулярных соединений. Уточнение: обычно не ПВС как таковой, а сополимер винилового спирта с этиленом (принятая в мировой практике аббревиатура EVOH).

Дело в том, что в технологической практике, как отмечалось выше, многослойные гибкие материалы получают методом экструзии. Однако, поскольку ПВС не поддается экструзии, его заменяют сополимером EVOH, делая при этом некоторую «уступку» газонепроницаемости.

Следует еще раз заметить, что применение дорогого и сложного экструзионного оборудования имеет смысл для массового производства. Более мелкие «заказы» имеет смысл выполнять другими более мобильными методами - машинами для нанесения растворов и водных дисперсий. В таком случае целесообразно использовать раствор гомополимерного ПВС.

Однако адгезия ПВС даже к коронированному полиэтилену практически отсутствует.

В таких случаях обычно используют промежуточные почти универсальные склеивающие водные дисперсии: обычно это сополимеры винилацетата и либо бутилакрилата, либо дибутилмалеината (часто с небольшим 1,5-3% акриловой или метакриловой кислот). Поиск нами публикаций на эту тему успехом не увенчался. Дело в том, что и этот метод, и клеевые материалы к настоящему времени оптимизировались и элементов новизны (и потому публикаций) нет.

Имеется множество фирм, производящих свою продукцию подобным образом. Одна из них - заявляющая настоящий способ.

Что касается применения гомополимерного ПВС, то таких публикаций, по нашему мнению, нет, поскольку все публикации касаются экструзионного способа (а последний, как замечено выше, к ПВС отношения не имеет).

Отсутствие адгезии ПВС к коронированному ПЭ обусловлено сравнительно малым содержанием на поверхности ПЭ карбоксильных групп: даже введение на поверхность ПЭ каталитического количества серной кислоты к заметному увеличению связи ПВС и коронированного ПЭ не приводит.

Таким образом, прототипом следует считать способ «межслойного склеивания» с помощью клеевых водных дисперсий типа сополимеров винилацетат-бутилакрилат (дибутилмалеинат).

Нами предлагается способ получения коронированной полиэтиленовой пленки, включающий использование межслойного химического соединения поливинилового спирта с пленкой, заключающийся в нанесения на полиэтиленовую пленку через 0,5 часа после коронирования масляного альдегида как наиболее доступного и наименее летучего и токсичного. Электронные фрагменты электретов (см. примеры) способствуют более плотному и регулярному «сближению» молекул ПВС и фрагментов поляризованного ПЭ. Именно в таких условиях масляный альдегид хорошо закрепляется на поверхности коронированной ПЭ пленки, а при нанесении на такую поверхность водного раствора ПВС, содержащего дополнительно каталитическую соляную кислоту: в 25% раствор ПВС перед нанесением вводят 15% от массы ПВС 37%-й HCl, образуются скрепляющие слой ПВС и поверхность ПЭ бутиральные группы. Связывание происходит в результате совместного включения в эти группы гидроксильных групп ПВС и поверхности полиэтиленовой пленки. Затем водный раствор ПВС наносят на поверхность полиэтиленовой пленки и сушат до постоянного веса.

Масляный альдегид наносится на свежекоронированную пленку; пленка сворачивается (наматывается) в рулоны, что и сохраняет альдегид на ее поверхности.

Примеры

Пример 1 (контрольный)

На коронированную полиэтиленовую пленку со сроком хранения около суток нанесли водный раствор ПВС. После подсушивания до постоянного веса произвели качественное испытание на адгезию с помощью скотч-пленки следующим образом. На поверхность широкой ленты из сдублированной пленки нанесли скотч шириной 10 см и длиной 15 см; разглаживающими усилиями «придавили» скотч, а затем резким отрывающим движением отделили скотч от пленки. В результате слой ПВС остался на скотче, а на полиэтиленовой пленке лишь еле заметные следы ПВС.

Испытания повторили 10 раз. Результат не изменился.

Пример 2 (контрольный)

Как в примере 1, но на полиэтиленовую пленку нанесли масляный альдегид, а в раствор ПВС ввели 37%-ю соляную кислоту как указано выше в описании способа.

При испытании на адгезию получен такой же результат, как в примере 1. Испытания повторили 10 раз. Результат не изменился.

Пример 3

Как в примере 2, но взяли свежекоронированную полиэтиленовую пленку (примерно через 0,5 часа после коронирования).

При испытании на адгезию на скотче ПВС не обнаружен. Скотч остался таким же липким, как до испытания.

Изобретение относится к пленочным полимерным материалам для упаковки пищевых продуктов. Предложен способ получения коронированной полиэтиленовой пленки, включающий использование межслойного химического соединения поливинилового спирта (ПВС) с пленкой. На полиэтиленовую пленку через 0,5 часа после коронирования наносится масляный альдегид. Затем в водный раствор ПВС вводят каталитическое количество концентрированной 37% соляной кислоты и наносят полученный раствор на поверхность полиэтиленовой пленки, которую после сушат до постоянного веса. Изобретение позволяет увеличить адгезию слоя ПВС к полиэтиленовой пленке. 3 пр.

Способ получения коронированной полиэтиленовой пленки, включающий использование межслойного химического соединения поливинилового спирта (ПВС) с пленкой, отличающийся тем, что на полиэтиленовую пленку через 0,5 часа после коронирования наносится масляный альдегид, а в водный раствор ПВС вводится каталитическое количество концентрированной 37% соляной кислоты, затем водный раствор ПВС наносят на поверхность полиэтиленовой пленки и сушат до постоянного веса.