Status e perspectiva do filme de alta barreira coextrudado multicamadas
1. Técnica de fabricação de filme coextrudado multicamadas
Em termos gerais, a tecnologia de coextrusão multicamadas consiste em fundir e extrudar diferentes matérias-primas de resina com diferentes funções por meio de 5 ou mais extrusoras, integrando as vantagens de diversos materiais. Isso ajuda a controlar custos de forma eficaz e a ajustar a estrutura do filme de acordo com a demanda, com ampla gama de aplicações.
O método de processamento de filme coextrudado multicamadas é dividido em: sopro superior e resfriamento a ar, sopro inferior e resfriamento a água e fundição.
1) Sopro superior e resfriamento a ar
O filme é resfriado a ar com baixa velocidade de resfriamento e maior cristalinidade, proporcionando alta resistência, mas baixa maciez e transparência, dificultando o controle da estabilidade da extrusão do filme e levando a uma maior diferença de espessura.
2) Down Blown e resfriamento a água
O filme é resfriado por água com alta velocidade de resfriamento e menor cristalinidade, proporcionando alta maciez e transparência, mas é difícil controlar a estabilidade da extrusão do filme, o que leva a uma maior diferença de espessura.
3) Fundição
O filme é resfriado por rolo de resfriamento com alta velocidade de resfriamento, proporcionando alta maciez e transparência, formação de extrusão estável e menor diferença de espessura.
2. Diferença entre fundição e moldagem por extrusão e sopro
1) Comparação do processo de produção
A. Dificuldade de produção
A fundição é mais adequada para a produção de filmes coextrudados multicamadas do que a sopro. Particularmente na coextrusão com diversos tipos de materiais, é mais fácil controlar os parâmetros de processamento da fundição. O design da cabeça de matriz pode efetivamente garantir a distribuição uniforme dos diversos materiais no produto. No entanto, a tecnologia da cabeça de matriz coextrudada para sopro é mais complexa, a estrutura é mais complexa e a tecnologia ainda não está madura.
B. Resfriamento e conformação
O filme hot melt fundido é curto e pode ser rapidamente resfriado e moldado sob a ação de exaustores a vácuo, facas de ar e localizadores de arestas, gerando produtos estáveis e de boa qualidade. No entanto, o filme hot melt soprado passa por um processo de sopro e inflagem, sendo resfriado e moldado por ar ou água, o que leva a um longo tempo de moldagem e a grandes mudanças após a moldagem. É suscetível a influências externas na fase de fusão, resultando em um controle de qualidade do produto rigoroso e baixa estabilidade.
C. Seleção de matéria-prima
A fundição e a sopro apresentam grandes diferenças na seleção da matéria-prima. Na coextrusão multicamadas, é necessário selecionar uma combinação de materiais com fluidez semelhante. Quando a fluidez dos materiais é muito diferente, haverá falta de ajuste. Isso significa que, uma vez escolhido um material, poucas opções de outros materiais coextrudados ficam disponíveis, o que limita significativamente as vantagens da coextrusão multicamadas. No entanto, durante o processo de fundição, a maioria dos problemas pode ser resolvida ajustando-se o rolo divisor e a lâmina oscilante.
2. Comparação das características do produto
As principais vantagens do filme fundido incluem: bom brilho de superfície, alta planura, boa extensão mecânica, boa flexibilidade e melhor transparência do que o filme soprado.
A. Resistência ao calor
O filme soprado passará por um processo de sopro e inflagem, resultando em diferentes alongamentos moleculares tanto na vertical quanto na horizontal. A resistência ao calor e o desempenho de selagem a quente do produto serão bastante afetados. Quando o produto precisar ser retortado e esterilizado, a cadeia molecular esticada na conformação sofrerá uma retração significativa após o aquecimento, resultando em deformação grave e reduzindo significativamente a resistência da conexão de selagem a quente.
B. Transparência e uniformidade
Na produção do filme fundido, o arranjo molecular é ordenado e a velocidade de resfriamento do produto é rápida, o que contribui para melhorar a transparência, o brilho e a uniformidade da espessura do produto. A resistência ao impacto, a resistência ao calor e a adaptabilidade a baixas temperaturas do filme fundido são superiores às do filme soprado.
2) Eficiência de produção
A fundição apresenta alta eficiência de produção e qualidade estável do produto. O desperdício no processo de produção é menor e é mais fácil realizar a reciclagem online de arestas de corte, filmes residuais, etc., resultando em maior aproveitamento de materiais.
3) Tolerância de espessura
O processo de fundição utiliza uma cabeça de matriz plana equipada com um tanque de retenção especial, que garante um fluxo uniforme do material e controla automaticamente a uniformidade da folga da borda da matriz por meio de um dispositivo de ajuste automático. A precisão do controle é altíssima e a tolerância de espessura do filme espesso pode ser controlada abaixo de ±3%.
O processo de sopro utiliza cabeçote de matriz anelar e núcleo de matriz multicamadas. Os requisitos de precisão de usinagem e montagem são muito altos e particularmente difíceis de controlar. Portanto, a tolerância de espessura do filme soprado pode ser controlada em torno de +8% a 10%.
4) Qualidade da corona
No processo de sopro descendente e resfriamento a água, a secagem incompleta e a seleção inadequada do material corona levam a um efeito corona negativo ou a uma atenuação severa do efeito corona, resultando em baixa adesão da tinta e descoloração. No processo de fundição, o rolo de fundição de aço é usado para resfriar os produtos, e a umidade não entra em contato direto com o produto, facilitando a garantia da qualidade do tratamento corona dos produtos.
5) Remoção de resíduos
No processo de conformação de plásticos, devido à decomposição térmica ou à precipitação de baixo peso molecular, é fácil acumular resíduos no molde, que são facilmente removidos no processo de fundição. No entanto, os resíduos do processo de sopro só podem ser removidos com a parada da máquina. Se não forem removidos a tempo, podem facilmente ficar presos no produto, resultando em excesso de impurezas ou arranhões evidentes na superfície do filme. Como o método de sopro em si tem baixo rendimento e grande desperdício na inicialização, se a máquina for aberta e parada com frequência, o custo unitário de produção aumentará significativamente.
1. O filme moldado contendo EVOH e PA como camada de barreira possui excelentes propriedades de barreira, mecânicas, termoformagem por tração e selagem a quente; não requer laminação adicional e não envolve resíduos de tinta, adesivo ou auxiliares. Portanto, é um produto verde e ecológico com vantagem de custo, podendo ser utilizado para embalar alimentos, bebidas e itens facilmente oxidados. Pode reduzir o uso de aditivos e conservantes e prolongar significativamente a vida útil dos alimentos. Além disso, o material é fácil de reciclar, sem gases nocivos após a incineração, o que é conhecido como material de embalagem verde e ecológico, e também se tornou tendência de mercado após a "diretiva de limite de plástico". Também apresenta as vantagens de baixo custo de produção, processo simples, baixo consumo de energia, alta eficiência de produção, entre outras, em conformidade com a política de desenvolvimento de proteção ambiental verde e de baixo carbono.
Aqui estão algumas estruturas típicas de filmes de barreira coextrudados multicamadas:
① Estrutura não simétrica: PA/TIE/PA/TIE/PE/PE/PE
Principais desempenhos: Boa flexibilidade, transparência e resistência a baixas temperaturas.
② Estrutura assimétrica: PA/TIE/PA/TIE/PP/PPIPP
Aplicação: Embalagem a vácuo congelada; boa resistência à perfuração.
Desempenho principal: Boa transparência, retortável acima de 121℃
③ Estrutura simétrica: PP/TIE/PA/EVOHIPA/TIEIPP
Aplicação: embalagem de retorta; certa resistência a baixas temperaturas
Principais características: Alta barreira, boa transparência e proteção de aroma.
④ Estrutura não simétrica: PA/TIE/PA/EVOH/PA/TIE/PE
Aplicação: Embalagem termoformável elástica
Desempenho principal: Alta barreira, boa transparência e fácil estiramento termoformado
⑤ Estrutura não simétrica: PA/PA/TIE/PA/EVOH/PA/TIE/PE/PE
Aplicação: Embalagem termoformável elástica
Desempenho principal: Alta barreira, boa transparência e fácil estiramento termoformado
⑥ Estrutura não simétrica: PBT/TIE/PE/TIE/PA/EVOH/PA/TIE/PE/PE/PE
A estrutura ⑥ possui propriedades mecânicas superiores às da estrutura ⑤, evitando empenamentos. O desempenho principal da estrutura ⑥ é semelhante ao da estrutura ⑤.
Princípio de alocação das estruturas acima:
A. PA, EVOH e PBT são materiais polares, enquanto PE e PP são materiais apolares. De acordo com o princípio de similaridade e compatibilidade, o TIE é necessário entre eles para colá-los, e o TIE é modificado por PE e PP com boa resistência à água, de modo que o PA na camada interna não reduz a barreira devido à absorção de água. Portanto, a substituição do material de camada única por várias camadas do mesmo material na camada de barreira pode melhorar a estabilidade da barreira de filme.
B. Na camada de barreira, a propriedade de barreira do filme pode ser significativamente melhorada, substituindo um único material por dois materiais diferentes. De acordo com o princípio do efeito sinérgico, PA/EVOH/PA possui melhor barreira ao oxigênio do que EVOH.
C. Dividir PE ou PP em duas camadas e usar materiais baratos para uma camada e materiais funcionais para a outra camada pode reduzir os custos de produção.
D. Filmes coextrudados com mais camadas podem melhorar a resistência à deformação por estresse de filmes com menos de sete camadas. Como o PA se deforma facilmente após a absorção de água, resultando em ondulação do filme, a estrutura acima⑥ com PBT em vez de PA não gerará ondulação.
1. Conclusão
De acordo com estatísticas confiáveis, existem atualmente mais de 20 fabricantes de filmes coextrudados multicamadas de alta barreira na China, dos quais apenas uma dúzia de linhas de produção de filmes fundidos coextrudados multicamadas de alta barreira (a maioria importada da Alemanha), com uma capacidade total de produção inferior a 80.000 toneladas por ano, sendo a maioria utilizada na embalagem de produtos de baixo custo. No entanto, o uso de filmes plásticos para embalagens ultrapassou 10,7 milhões de toneladas em 2020, enquanto o uso de filmes fundidos de alta barreira representou menos de 1%, o que representa um enorme espaço de crescimento no mercado.
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