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5层聚烯烃薄膜--层数更多,提升更多
作者:Lennart Ederleh
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5层聚烯烃薄膜。包装制造商和用户都需要面对与日俱增的竞争压力,可持续的包装解决方案便是其中之一。薄膜产品从3层结构发展到5层结构,这一重要提升为产品发展打开了更广阔的选择空间。

在当前关于可持续性发展的辩论漩涡之中,能耗与资源效率、低计量这样的口号层出不穷。在这样的大环境下,公众期望不断地将关注点放在过度包装造成的资源浪费问题、到处堆放的垃圾,以及海洋填埋对食物链造成的安全威胁这些问题,这无疑对包装行业,特别是柔性包装,产生了巨大的影响。然而,消费者往往没有意识的到一点是,事实上,包装制造所消耗的能源是远远低于其包装物生产所消耗的,而且包装能够保障包装物不会泄漏、腐败以及损坏,所以,包装本身并不是问题焦点,而更应该称之为解决方案。在资源使用效率方面,柔性包装相比其他包装解决方案,因其低重量优势而力压群芳。

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包装制造商和用户都需要面对与日俱增的竞争压力,可持续的包装解决方案便是其中之一。他们寄希望于原材料和机械设备制造商能够通过在材料、设备或加工工艺方面的创新改良,从而化解自己肩负的压力。下面这张图表可以简要地展示出,德国伦格里希Windmöller & Hölscher (W&H)公司销售的设备所制造的薄膜产品层数的发展过程,可以看出,单层薄膜产品设备的需求在近几年间急剧下滑,而3层薄膜生产设备在整个吹塑薄膜生产行业占有压倒性的优势(见图1)。如今许多适用领域都是采用3层薄膜,往往将它与阻隔层、背面可印刷BOPP或BOPET薄膜一起作为层压材料。

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如今市场上活跃的3层聚烯烃薄膜,其层厚比率从1:1:1到1:6:1。复合材料组分中的表层相比其他层,有其特殊作用,它需要实现特定的功能和特性,例如光泽、密封性能以及适印性。这些功能往往只能通过使用高质量原材料或添加剂来实现,而这背后又意味着高昂的成本,因此制造商通常将表层制造得尽可能的薄。当薄膜需要着色时,含颜料的其实是内芯层,这样以来便最小化了颜料与模具金属表面的接触。以往的工艺会导致颜料沉淀在熔融的湿润表面,这就导致了较长的清洁与转换时间,而采用上述工艺则可完全避免。为了满足广泛的机械性能要求,3层薄膜经常要用到种类繁多的物料混合物。

聚烯原材料5层薄膜产品也呈现出长期的发展趋势(见图2)。其发展主要是基于两个方向。一方面,通过针对性使用高质量原材料并将原材料混合组分分离成单层,能够实现薄膜性能的优化提升,这不仅可以进一步缩减薄膜的厚度,同时还能够保障薄膜特性品质如一(低计量)。另一方面,将原材料混合组分分离成单层的做法,在某些情况下能够使用结构更简单因此成本更低廉的原材料,而不会影响薄膜的性能。其实上述两方面的焦点都是降低原材料成本,而这项成本通常会构成薄膜生产成本的最大份额。不仅在吹塑薄膜挤出生产领域,该趋势也逐步成功地应用于其他领域,例如,在挤塑薄膜领域的CPP薄膜生产中,通过将混合组分分离为单层,该工艺已经成功投入生产实践一段时间,现已进一步开发为生产程序从而进一步彰显改良材料的使用优势。

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薄膜机械性能的提升

包装内容、下游加工流程,以及针对特定包装的解决方案,都会对包装薄膜提出不同的特殊需求。5层薄膜的生产已然能够实现将原材料混合组分分离为单层,这样以来便能够在单层中对硬度需求进行针对性调整。在3层薄膜中,通常使用高韧性(例如,PE-mLLD)和高硬度(例如,HDPE)原材料混合物,而在5层薄膜中,硬质材料能够从内芯层移至其中一个中间层。该层与混合物中心层的距离更大,从而提升了中立纤维允许的薄膜弯曲强度。ExxonMobil Chemical开展的研究项目显示,该工艺可将高负荷包装袋薄膜的弯曲强度提升达40%(见图3)。同时,通过使用高质量PE-mLLD原材料,也可改良蠕变行为。

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硬度也是立体包装袋最重要的特性之一。包装袋半成品特别采用聚烯烃薄膜与背面印刷的BOPP或BOPET薄膜进行层压生产(见图4),将5层复合薄膜中的高硬度材质从内芯移到中间层,弯曲强度也可得以显著提升。而表层由于有适印性和密封性的要求,也同样采用高质量金属茂和物原材料,并且通常含有昂贵的添加剂,用该工艺也能够制造得更薄(见图5)。

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用于打包饮料瓶和其他容器的收缩包装薄膜,目前占有聚烯烃薄膜生产中的极大份额。这种包装这也用到了5层薄膜,通过将功能特性重新在薄膜单层中进行分布,可对产品实现针对性的改良。3层薄膜中的内芯层保障收缩性能和耐刺穿性,W&H开展的项目研究结果表明,通过将坚韧的金属茂和物PE成分从内芯层移至5层薄膜中的其他中间层,可比传统的3层薄膜显著提升耐刺穿性。同时,通过在5层薄膜中的内芯层复合LDPE和HDPE材质,可根据适用用途和生产工序来精确界定调整产品的收缩程度,可在低计量方面提升达20%(见图6)。

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对光学性能的影响

市场对薄膜产品的要求日益增长,这不仅是在机械性能方面,同时也表现在光学性能方面。层压表面不仅需要具备优质的适印性和粘合性,同时光泽度也很重要。一款产品能够通过层层渠道到达用户手中,很大程度上要凭借吸引眼球的高品质包装解决方案。要实现这一目标,可应用高质量但是也同时高成本的可用于表层的材质,如金属茂和物PE。薄膜的5层结构可实现表层更薄,因而能够减少原材料的使用,从而降低成本。同时,因为表层更薄,加工助剂的用量也会相应减少。此外,还可使用可回收材料来降低原材料成本。在3层薄膜中,将回收材料用于内芯层,该材质通常是淡黄色,添加着色剂后,薄膜整体就呈现均匀的白色。在5层薄膜中,可选择将可回收材质置于内芯层,夹在两个显色层之间,这样外观可呈现炽白。采用这种工艺,表层可做成极薄的功能层,从而白色颜料与金属茂和物模具表层之间的接触可以最小化,特别对于标签膜和打包袋产品,这样的改良能够极大缩短模具的清洁和更换时间。

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如图7所示,可以明显看出,传统5层阻隔薄膜中间层和内芯层的阻隔材质非常薄,而5层PO薄膜的层结构显著不同,其线性排列方式能够允许使用多种吹塑薄膜模具以及挤出机的型号。

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结语

综上所述,薄膜产品从3层结构到5层复合结构的飞跃,显著提升了产品发展的灵活自由度,与此同时,也可解决制造商和用户所关注生产成本优化的焦点。一方面,同样厚度的薄膜生产中,可使用成本更低廉的原材料,而无须担心会影响薄膜性能;另一方面,采用高质量原材料可缩减薄膜厚度,在保障薄膜性能一致性的前提下,也为复合材质整体生产成本的进一步优化打开空间。从3层到5层,增加的不止是产品的层数,更是增加了制造商提升产品性能提升自身竞争力的无限可能。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (9/10/2013)
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