UA58622C2

UA58622C2 - A method for producing the film polymeric material

Info

Publication number: UA58622C2
Application number: UA2001063865A
Authority: UA
Inventors: Олександр Олексійович Галкін; Олександр Олексийович Галкин
Original assignee: Відкрите Акціонерне Товариство "Укрпластик"; Открытое акционерное общество "УКРПЛАСТИК"
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2003-08-15

Abstract

A method for producing film polymeric materials with special mechanical properties which can be used in food and processing industries. The objective of the invention is to work out the method for producing film polymeric multilayer material by a selection of inner layer composition which would provide reducing manufacturing price of packing material keeping twist-effect and high sanitation properties. The objective set in the claimed method is achieved by that into the inner layer of film material from polyolefin polymer or mix of polymers which melts at the extrusion temperature are incompatible with the first component melt, i.e., they are not mixed at the molecular level and have by at least 20 % greater viscosity are introduced additionally within the limits of 15-85% of the total layer mass. As polyolefin with minimal viscosity, for example, linear polyethylene of low or medium density or metalocen linear polyethylene of low or medium density are introduced into the inner layer. In the embodiments of the method mineral fillers, dyestuffs, and also antiblocking, antifriction and antistatic agents are added into single material layers.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до технології отримання плівкових полімерних матеріалів із спеціальними механічними 2 властивостями, які може бути використано в харчовій та переробних галузях промисловості.The invention relates to the technology of obtaining film polymer materials with special mechanical 2 properties that can be used in the food and processing industries.

Переважну більшість дрібних штучних харчових продуктів, наприклад, цукерки, карамелі, льодяники, шоколад, борошняні солодощі, упаковують на відомих швидкісних (до 1200 операцій за хвилину) автоматах у плівкову обгортку. Автомати відрізають від рулона плівки, що постійно переміщується, окремі шматочки плівкового матеріалу, загортають в нього штучний продукт і відкриті кінці шматочків обгортки заправляють "у 70 носок" (цукерки "Білочка", "Ананасні" тощо) або "вперекрутку" (більшість карамелей) без зварювання і використання клею. Увесь цикл цієї операції триває біля 0,05 секунди, тому обов'язковими вимогами до матеріалу упаковки є достатні жорсткість і міцність на розрив, відсутність деформації, надривів і проривів у містах розрізу. Крім того, матеріал повинен мати обмежену газову (насамперед, стосовно кисню та вологи) проникність, обмежену дифузію елементів полімеру в продукт, що довгостроково контактує з полімерним 72 матеріалом (наявність дозволу компетентних державних органів охорони здоров'я на контакт матеріалу з відповідними харчовими продуктами), та довгостроково зберігати залишкову деформацію згину - складку (заправка "у носок") або скручування - твіст-ефект (заправка "вперекрутку").The vast majority of small artificial food products, for example, candies, caramels, lollipops, chocolate, flour sweets, are packed on well-known high-speed (up to 1200 operations per minute) machines in a film wrapper. Machines cut individual pieces of film material from a constantly moving roll of film, wrap an artificial product in it, and tuck the open ends of the pieces of wrapper "in 70 socks" (Squirrel, Pineapple candies, etc.) or "twisted" (most caramels) without welding and using glue. The entire cycle of this operation lasts about 0.05 seconds, therefore, the mandatory requirements for the packaging material are sufficient rigidity and tensile strength, absence of deformation, tears and breakthroughs in the cities of the section. In addition, the material must have limited gas (primarily, with respect to oxygen and moisture) permeability, limited diffusion of polymer elements into the product that is in long-term contact with the polymer material (the presence of permission from the competent state health authorities for the material to come in contact with the relevant food products) , and long-term preservation of the residual deformation of the bend - a fold ("toe" tucking) or twisting - a twist effect ("twist" tucking).

Звичайні полімерні матеріали на основі целофану, ефірів целюлози, поліолефінів, поліамідів, полімерів амілового ряду тощо з високими бар'єрними властивостями щодо проникнення газів, особливо кисню і вологи, які використовуються для упаковки харчових продуктів (патент США Мо4528234, кл. В 32 В 15/08, 1985; патентConventional polymer materials based on cellophane, cellulose ethers, polyolefins, polyamides, polymers of the amyl series, etc., with high barrier properties for the penetration of gases, especially oxygen and moisture, used for packaging food products (US patent Mo4528234, class B 32 B 15 /08, 1985; patent

США Мо4579696, кл. В 29 С 35/10, 1986; патент США Мо4753700, кл. 264-514, 1988), внаслідок недостатніх механічних властивостей не може бути використано для пакування продуктів "вперекрутку" на зазначених швидкісних автоматах.USA Mo4579696, cl. In 29 C 35/10, 1986; US patent Mo4753700, class 264-514, 1988), due to insufficient mechanical properties, it cannot be used for "twisted" packaging of products on the specified high-speed machines.

Плівка для пакування харчових продуктів із модифікованого поліолефіну |(патент США Мо5128183, кл. В 29Ю с 22/00) надовго зберігає добре виражений твістеефект. Відомий матеріал отримують екструзією розплаву (3 ізотактичного поліпропілену, модифікованого співполімером етилену з пропіленом і прозорою аморфною смолою, що мас низьку молекулярну вагу, наприклад, сосновою, охолодженням, витягуванням з біаксіальною орієнтацією структури плівки та її термофіксацією. Однак, при швидкісному розрізі плівкових матеріалів на поліолефіновій основі свіжоутворені краї не є вільними від деформації і надривів, що обмежує надійність сч роботи швидкісних упаковочних машин, в яких цей матеріал використовується. ГаFilm for packaging food products made of modified polyolefin (US patent Mo5128183, class B 29Yu s 22/00) retains a well-defined twist effect for a long time. The known material is obtained by melt extrusion (3 isotactic polypropylene, modified by a copolymer of ethylene with propylene and a transparent amorphous resin with a low molecular weight, for example, pine), cooling, drawing with a biaxial orientation of the film structure and its thermal fixation. However, with high-speed cutting of film materials on on a polyolefin base, the freshly formed edges are not free from deformation and tears, which limits the reliability of the high-speed packaging machines in which this material is used.

Використання одного полімеру для виготовлення плівкового пакувального матеріалу нерідко не забезпечує матеріалу набору специфічних властивостей, що зумовило необхідність освоєння технологій виготовлення о багатошарових полімерних плівок із різним складом й термомеханічними властивостями матеріалу окремих Ге) шарів. При забезпеченні потрібного для пакувальних матеріалів набору властивостей товщина окремих шарів у 3о готовому матеріалі може не перевищувати 0,0001мм |Полимерньсе смеси, під ред. Д. Пола та С. Ньюмена, Вид. о "Мир", М. 1981, т.2, С.140-177).The use of one polymer for the production of film packaging material often does not provide the material with a set of specific properties, which necessitated the development of manufacturing technologies for multilayer polymer films with different composition and thermomechanical properties of the material of individual layers. When providing the required set of properties for packaging materials, the thickness of individual layers in the finished material may not exceed 0.0001 mm. D. Paul and S. Newman, Ed. about "Mir", M. 1981, vol. 2, pp. 140-177).

Добре виражений твіст-ефект мають композиційні шаруваті плівки, що вміщують крім полімерних шарів ще й металеву фольгу або воскований чи парафінований папір (патент Великобританії Мо1535982, кл. В5В, 19781. «Composite layered films, which include, in addition to polymer layers, also metal foil or waxed or paraffined paper have a well-defined twist effect (Great Britain patent Mo1535982, class B5B, 19781.

Технологія виробництва таких матеріалів трудомістка, а виготовлені за зазначеною технологією матеріали З мають високу собівартість. с Найбільш близьким рішенням до винаходу, що заявляється, за сукупністю ознак і технічним результатом єThe technology for the production of such materials is labor-intensive, and materials Z produced by this technology have a high cost price. c The closest solution to the claimed invention, in terms of the set of features and technical result, is

Із» спосіб одержання багатошарового плівкового полімерного матеріалу сумісною екструзією розплавів полімерів, поєднанням окремих шарів у одну плівку з подальшою її термомеханічною обробкою, в якому зовнішні шари із поліолефінів через два шари із сумішей полістиролу та бутадієнстирольного співполімеру поєднують з внутрішнім шаром із поліетилену або поліпропілену (поліолефіну) |заявка Мо2000052902, СО8І. 53/00, ОА. і-й Недоліком відомого способу є висока собівартість одержаного матеріалу, пов'язана із значними витратами о високоякісного матеріалу внутрішнього, як правило, найбільш потужного шару, властивостями якого, особливо липкістю його розплаву і еластичністю стиків між внутрішнім і контактгуючими з ним шарами, значною мірою б визначається ізотропність плівкового матеріалу і відсутність деформації та надривів в місці його швидкісного ка 20 розрізу.From" the method of obtaining a multilayer film polymer material by the simultaneous extrusion of polymer melts, the combination of individual layers into one film with its subsequent thermomechanical treatment, in which the outer layers of polyolefins through two layers of mixtures of polystyrene and butadiene styrene copolymer are combined with the inner layer of polyethylene or polypropylene (polyolefin ) | application Mo2000052902, SO8I. 53/00, OA. i-th The disadvantage of the known method is the high cost of the obtained material, associated with significant costs of high-quality material of the inner, as a rule, the most powerful layer, the properties of which, especially the stickiness of its melt and the elasticity of the joints between the inner and contacting layers, to a large extent b the isotropicity of the film material and the absence of deformation and tears in the place of its high-speed ka 20 cut are determined.

Завданням винаходу є розробка способу одержання полімерного плівкового багатошарового матеріалу о шляхом підбору складу внутрішнього шару, який забезпечував би зменшення собівартості пакувального матеріалу при збереженні властивостей прототипу.The task of the invention is to develop a method of obtaining a polymer film multilayer material by selecting the composition of the inner layer, which would ensure a reduction in the cost of the packaging material while preserving the properties of the prototype.

Поставлене завдання у заявленому способі вирішується тим, що до складу внутрішнього шару плівкового 25 матеріалу із поліолефіну в межах 15-8595 від загальної маси шару додатково вводять полімер або сумішThe task set in the claimed method is solved by the fact that a polymer or a mixture is additionally introduced into the composition of the inner layer of the film material 25 made of polyolefin within 15-8595 of the total weight of the layer

ГФ) полімерів, розплави яких при температурі екструзії є несумісними з розплавом першого компонента, тобто не змішуються на молекулярному рівні, і мають принаймні на 20905 більшу в'язкість. о Комплекс необхідних властивостей плівкового матеріалу для швидкісного машинного пакування забезпечується, наприклад, при використанні у внутрішньому шарі в якості поліолефіну з мінімальною в'язкістю 60 дінійного поліетилену низької або середньої густини. Використання металоценового лінійного поліетилену низької або середньої густини для тих же цілей забезпечує подальше підвищення експлуатаційних якостей пакувального матеріалу.HF) polymers, the melts of which at the extrusion temperature are incompatible with the melt of the first component, i.e. do not mix at the molecular level, and have at least 20905 higher viscosity. o The set of necessary properties of the film material for high-speed machine packaging is provided, for example, when using low or medium density polyethylene as a polyolefin with a minimum viscosity of 60 in the inner layer. The use of metallocene linear polyethylene of low or medium density for the same purposes ensures further improvement of the operational qualities of the packaging material.

У якості полімерів з більшою в'язкістю до внутрішнього шару плівкового матеріалу вводять, наприклад, поліетилен високої густини, полістирол, бутадієнстирольний співполімер, або суміші цих складів. бо За заявленим способом отримано п'ятишаровий плівковий матеріал з привабливим блискучим зовнішнім виглядом, підвищеною жорсткістю, здатністю утримувати до 9595 деформації згину та скручування, допущений у встановленому порядку за результатами санітарно-гігієнічних досліджень компетентної установи до довгострокового безпосереднього контакту з великою кількістю видів харчових продуктів.As polymers with higher viscosity, high-density polyethylene, polystyrene, butadiene styrene copolymer, or mixtures of these compounds are introduced into the inner layer of the film material. because according to the declared method, a five-layer film material with an attractive shiny appearance, increased rigidity, the ability to withstand up to 9595 bending and twisting deformations was obtained, allowed in the prescribed manner according to the results of sanitary and hygienic studies of a competent institution for long-term direct contact with a large number of types of food products .

Технологія одержання плівкового матеріалу не передбачає спеціальної орієнтації його структури після співекструзії. У матеріалу практично відсутністня деформація (скручування) країв плівки при її швидкісному машинному розрізі, що значно знижує кількість браку при пакуванні дрібноштучних харчових виробів атоматами, тобто підвищує технологічність процесу і надійність роботи цих автоматів.The film material production technology does not require a special orientation of its structure after co-extrusion. The material has practically no deformation (twisting) of the edges of the film during its high-speed machine cutting, which significantly reduces the amount of waste when packaging small food products with automatic machines, that is, it increases the manufacturability of the process and the reliability of the operation of these machines.

Плівковий матеріал одержували таким чином. 70 Приклад.The film material was obtained in this way. 70 Example.

Зовнішні (перший і п'ятий) шари матеріалу завтовшки 0,15 від загальної товщини матеріалу, виготовляли із гігієнічного по відношенню до харчових продуктів поліетилену високої густини або поліпропилену. Між цими шарами розміщували два (другий і четвертий) шари відомих сумішей полістиролу (З5мас.9Ую) та бутадієнстирольного співполімеру (б5мас.95) завтовшки 0,25 від загальної товщини матеріалу кожний, 7/5 розділених шаром (третім) суміші поліолефіну з низькою в'язкістю, наприклад, лінійного поліетилену низької густини (2Омас.9о), з поліетиленом високої густини (8Омас.бо) у співвідношенні 10:90; 15:85; 30:70; 85:15 і 90:10 завтовшки 0,35 від загальної товщини шару(1), а також металоценового лінійного поліетилену низької густини з сумішшю полістиролу (ЗБмас,о) з бутадієнстирольним співполімером (б5мас.95) у такому ж співвідношенні (2).The outer (first and fifth) layers of material with a thickness of 0.15 from the total thickness of the material were made of high-density polyethylene or polypropylene, which is hygienic in relation to food products. Between these layers, two (second and fourth) layers of well-known mixtures of polystyrene (35wt.9Uy) and butadiene styrene copolymer (b5wt.95) were placed, each 0.25 of the total thickness of the material, 7/5 separated by a (third) layer of a polyolefin mixture with a low viscosity, for example, of linear low-density polyethylene (2Omas.9o), with high-density polyethylene (8Omas.bo) in a ratio of 10:90; 15:85; 30:70; 85:15 and 90:10 with a thickness of 0.35 from the total thickness of the layer (1), as well as metallocene linear low-density polyethylene with a mixture of polystyrene (ZBmas,o) and butadiene styrene copolymer (b5mas.95) in the same ratio (2).

Гранульовані полімерні матеріали у відповідності до складу окремого шару матеріалу розплавляли і забезпечували їх співекструзію за допомогою екструдера і плоскощилинної головки, у якої співвідношення довжини щілини до її ширини складало 22: 1, з подальшою термомеханічною обробкою матеріалу за відомою технологією. Зміну товщини плівки забезпечували розтягуванням гарячого екструдату на охолоджувальному валку великого діаметра. При цьому температуру матеріалу на стадіях від розплавлення до екструзії сч ов Витримували в межах 171-177"С, товщина плівки - 25471,5мкм.Granular polymer materials in accordance with the composition of a separate layer of material were melted and their co-extrusion was provided using an extruder and a flat-slit head, in which the ratio of the length of the slot to its width was 22: 1, with subsequent thermomechanical processing of the material according to known technology. The film thickness was changed by stretching the hot extrudate on a large-diameter cooling roll. At the same time, the temperature of the material at the stages from melting to extrusion was kept within 171-177"C, the film thickness - 25471.5 microns.

В процесі екструзії суміші полімерів внутрішнього шару матеріалу, що не змішуються при температурі о екструзії, компонент з меншою в'язкістю - поліетилен низької густини або лінійний поліетилен низької густини, або металоценовий лінійний поліетилен низької густини - концентрично охоплює по периметру потоку розплаву (капсулює) компонент або компоненти з більшим значенням в'язкості у відповідності до критерію мінімуму Га 3о енергії дисипації |Полимернье смеси, під ред. Д. Пола та С. Ньюмена, Вид. "Мир", М. 1981, т. 1, с.349-352).In the process of extrusion of a mixture of polymers of the inner layer of the material, which do not mix at the extrusion temperature, a component with a lower viscosity - low density polyethylene or linear low density polyethylene, or metallocene linear low density polyethylene - concentrically covers the perimeter of the melt flow (encapsulates) the component or components with a higher viscosity value in accordance with the minimum criterion of Га 3о dissipation energy |Polymer mixtures, ed. D. Paul and S. Newman, Ed. "Mir", M. 1981, vol. 1, p. 349-352).

Подальша термомеханічна обробка суміші полімерів трансформує екструдат у плівку із забезпеченням с розташування поліолефіну з низькою в'язкістю зовні у внутрішньому шарі матеріалу. Липкість розплавів Ге) високотекучих поліолефінів є достатньою для з'єднання прошарків низков'язких і високов'язких полімерів усередині внутрішнього шару плівкового матеріалу. соFurther thermomechanical processing of the polymer mixture transforms the extrudate into a film, ensuring the location of low-viscosity polyolefin on the outside in the inner layer of the material. The stickiness of melts of high-flowing polyolefins is sufficient to connect the layers of low-viscosity and high-viscosity polymers inside the inner layer of the film material. co

Для усунення блокування (злипання) контактуючих поверхонь при довгостроковому збереженні плівкового ю матеріалу, зменшення коефіцієнту тертя та усунення накопичення статичної електрики до складу матеріалу одного або двох зовнішніх шарів додавали у загальній кількості 0,1-1095 від маси цих шарів загальновідомі антиблокуючі, антифрикційні та антистатичні наповнювачі. У багатошарових матеріалах до внутрішнього і/або проміжних шарів матеріалу вводили мінеральний наповнювач, наприклад, СаСО»з або ТіО»о, у кількості 5-7095 «To eliminate blocking (sticking) of contacting surfaces during long-term storage of the film material, to reduce the coefficient of friction and to eliminate the accumulation of static electricity, well-known anti-blocking, anti-frictional and anti-static agents were added to the composition of the material of one or two outer layers in a total amount of 0.1-1095 of the mass of these layers fillers In multilayer materials, a mineral filler, for example, CaCO»z or TiO»o, was introduced into the inner and/or intermediate layers of the material in the amount of 5-7095

Від маси шару, а до внутрішнього і/або проміжних, і/або до одного, або двох зовнішніх шарів матеріалу вводили (пе) с відомі барвники у кількості 0,5-25905 від маси шару. й Порівняльні характеристики плівкових матеріалів 1 і 2 наведено в таблиці. Випробування фізичних "» властивостей матеріалів здійснювали за стандартними методиками в ідентичних умовах, експлуатаційні властивості матеріалів - при упакуванні карамелей типу "Театральна" на пакувальній машині фірми "Мадета" при швидкості 1200 і 600 циклів за хвилину. 1 соFrom the mass of the layer, and to the inner and/or intermediate, and/or to one or two outer layers of the material, known dyes in the amount of 0.5-25905 of the mass of the layer were introduced (pe) s. and Comparative characteristics of film materials 1 and 2 are given in the table. Testing of physical "» properties of materials was carried out according to standard methods under identical conditions, operational properties of materials - when packing caramels of the "Theatrical" type on a Madeta packing machine at a speed of 1200 and 600 cycles per minute. 1 so

Ф змцнсте при розви Мпатемни 00000010 я. де о відносне подовження при розриві Ж небинше 11011 вв прозорість(без барвників наповнювач) 00009000 965 о ю хпекстьоракованої проду, 0 боФ zmcnste at the solution of Mpatemna 00000010 i. where o relative elongation at break Ж nebynshe 11011 vv transparency (without dyes filler) 00009000 965 o u хпексторакованный проду, 0 bo

При різниці в значенні в'язкості компонентів внутрішнього шару матеріалу менш ніж 2095 і при кількості компонента з мінімальною в'язкістю менш ніж 1595 отримання при екструзії сумішей концентричного розташування полімерів з різною в'язкістю утруднено, при цьому механічні властивості плівкового матеріалу 65 значно знижуються. Використання полімеру з високою в'язкістю у внутрішньому шарі матеріалу в кількості менш ніж 1595 є технологічно не виправданим.When the difference in the value of the viscosity of the components of the inner layer of the material is less than 2095 and when the amount of the component with the minimum viscosity is less than 1595, it is difficult to obtain a concentric arrangement of polymers with different viscosities during extrusion, and the mechanical properties of the film material 65 are significantly reduced. The use of a polymer with high viscosity in the inner layer of the material in the amount of less than 1595 is technologically not justified.

Металоценовий лінійний поліетилен низької густини як поліолефін з низькою в'язкістю у внутрішньому шарі матеріалу при меншій товщині плівки забезпечує більший ступінь розтягування матеріалу після екструзії і більш високу стійкість плівки до надривів і проколів, а також деформації свіжоутворених країв при швидкісному розрізі матеріалу. Підвищення собівартості матеріалу при використанні металоценових поліетиленів внаслідок незначної питомої ваги упаковки у вартості товарів, що упаковуються, не є помітним на вартості цих товарів.Metallocene linear low-density polyethylene as a low-viscosity polyolefin in the inner layer of the material with a smaller film thickness provides a greater degree of stretching of the material after extrusion and a higher resistance of the film to tears and punctures, as well as deformation of freshly formed edges during high-speed cutting of the material. The increase in the cost of the material when using metallocene polyethylenes due to the insignificant specific weight of the packaging in the cost of the packaged goods is not noticeable in the cost of these goods.

Собівартість матеріалу за винаходом є принаймні на 1595 нижчою за собівартість матеріалу, виготовленого за способом-прототипом.The cost of the material according to the invention is at least 1595 lower than the cost of the material produced by the prototype method.

Заявлений спосіб може бути реалізовано на устаткуванні відомих ліній виробництва плівкових полімерних 7/о матеріалів без суттєвих переналагоджень.The claimed method can be implemented on the equipment of known production lines of film polymer 7/o materials without significant adjustments.

Claims

The formula of the invention

1. The method of obtaining a film polymer material by simultaneous extrusion of several polymer melts, combining outer polyolefin layers through two intermediate layers formed by a mixture of polystyrene and butadiene styrene copolymer, with an inner layer made of polyolefin, thermomechanical treatment of the material, which differs in that the composition of the inner layer within 15-8595 of its total weight, a polymer or a mixture of polymers is additionally introduced, the melts of which at the extrusion temperature are incompatible with the melt of the first component and have at least 2095 higher viscosity.

2. The method of obtaining a film polymer material according to claim 1, which is characterized by the fact that as a polyolefin with minimal viscosity, linear low-density polyethylene or linear medium-density polyethylene is introduced into the inner layer of the material.

C. The method of obtaining a film polymer material according to claim 1 or 2, which differs in that metallocene linear polyethylene of low density or metallocene linear polyethylene of medium density is introduced into the inner layer of the material as a polyolefin with minimum viscosity. at

4. The method of obtaining a film polymer material according to any of claims 1-3, which differs in that a mineral filler is introduced into the inner and/or intermediate layers of the material in the amount of 5-7095 of the mass of the layer.

5. The method of obtaining a film polymer material according to any of claims 1-4, which is characterized by the fact that a dye is additionally introduced to the inner and/or intermediate layers of the material in an amount of 0.5-2595 by weight of the layer.

6. The method of obtaining a film polymer material according to any of claims 1-5, which differs in that, in relation to the CM of one or two outer layers of the material, a dye is additionally introduced in the amount of 0.5-2595 from the weight of the layer. "at

7. The method of obtaining a film polymer material according to any of claims 1-6, which is characterized by the fact that known anti-blocking, anti-friction and anti-static (2.0) impurities are introduced into the composition of one or two outer layers of the material in the amount of 0.1-10 95 from the mass of these layers. Official Bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated microcircuits", 2003, M 8, 15.08.2003. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine. "

- and? 1 (ee) (o) name) Ko) name) 60 b5