Термоусадочными называются полимерные пленки, способные сокращаться под воздействием температуры, превышающей температуру размягчения полимера. Получают такие пленки растяжением полимерного материала в высокоэластичном нагретом состоянии и последующим охлаждением. Следствием этого является направленная ориентация молекулярных цепей полимера и возникновение в них напряжений. При последующем охлаждении и затвердевании эти деформации и напряжения фиксируются в материале в результате протекания процессов стеклования и кристаллизации. При повторном нагревании в таких пленках протекают релаксационные процессы,и они стремятся вернуться к своим первоначальным размерам. Эту способность обратного возвращения называют "памятью полимера" или термоусадкой.
Термоусадочные пленки могут быть изготовлены из многих кристаллизующихся термопластов, в том числе из полиэтилена низкой и высокой плотности, полипропилена, сополимеров этилена с винилацетатом, поливинилхлорида, сополимеров винилиденхлорида и винилхлорида (повидена), полистирола, гидрохлорида полиизопрена (эскаплена) и других. Наибольшее распространение получили термоусадочные пленки из полиэтилена низкой плотности, обладающие удовлетворительной механической прочностью в интервале температур от -50°С до +50°С, легко сваривающиеся, эластичные и инертные по отношению к большинству упаковываемых веществ и имеющие невысокую стоимость.
Термоусадочные пленки из полипропилена в сравнении с полиэтиленовыми отличаются повышенной жесткостью и более высокими прочностными показателями. Они менее подвержены растрескиванию под действием остаточных напряжений, прозрачны, обладают пониженной проницаемостью по отношению к водяным парам и различным ароматическим веществам. Например, термоусадочная пленка из повидена представляет собой эластичный, высоко-прозрачный, физиологически безвредный паро- и газонепроницаемый материал, стойкий к маслам, жирам и многим другим агрессивным химическим веществам и т.д.
Термоусадочные пленки получают также на основе радиационно-модифицированного полиэтилена. Воздействие ионизирующей радиации в процессе изготовления термоусадочных пленок позволяет повысить их термостойкость, напряжение усадки, улучшить прочностные свойства.
Как уже отмечалось, при производстве термоусадочных пленок в них фиксируются напряжения растяжения (ориентации) молекулярных цепей полимера. При нагревании пленки до высокоэластичного состояния эти напряжения освобождаются и, возвращая молекулярные цепи в исходное состояние, усаживают пленку. Если же воспрепятствовать процессу усадки приложением внешней силы, то можно измерить развиваемое пленкой усилие усадки. Напряжение усадки, возникающее в ориентированном материале при его нагревании, определяется отношением силы усадки к поперечному сечению образца пленки до усадки и выражается в МПа. Напряжение усадки зависит от температуры и продолжительности нагрева пленки. При невысокой температуре нагрева для усадки пленки требуется больше времени, а при высоких температурах - время усадки может быть незначительным. В зависимости от степени усадки в продольном и поперечном направлениях различают пленки одноосно-ориентированные и двухосно-ориентированные.
Одноосно-ориентированные пленки усаживаются преимущественно в одном направлении: например, в продольном на 50-70%,а в поперечном на 10-20%.
Двухосно-ориентированные пленки сокращаются в обоих направлениях, с одинаковой или различными степенями усадки: например, в продольном направлении на 50...60%%, а в поперечном - на 35-45%..
В зависимости от метода производства и требований потребителей термоусадочные пленки выпускаются толщиной от 20 до 250 мкм с предельным отклонением по толщине не более +20% от заданной. Поставляются они рулонами в виде рукава, полурукава или полотна.В процессе производства эти пленки могут быть модифицированы разного рода добавками,придающими им специальные свойства, в том числе ингибиторами коррозии (защищают от коррозии металлические изделия), светостабилизаторами (увеличивают срок службы на открытом воздухе), окислителями избирательного действия и антиоксидантами (повышают долговечность пленок), окрашивающими пигментами и другими веществами, например, исключающими при усадке прилипание пленки к полимерным пакетируемым изделиям.
К преимуществам
упаковки в термоусадочные пленки по сравнению с традиционными пленочными упаковками относятся уменьшение объема упаковки за счет плотного обтягивания товара, относительно меньшая масса пленок. Упаковка в усаживающуюся пленку часто бывает дешевле и привлекательнее на вид, чем обычный ящик из картона. Этот вид упаковки дает определенные преимущества для розничной торговли: уменьшение количества упаковочного материала и площади в торговом зале, занимаемой товаром по мере его реализации. Упаковывание в термоусадочную пленку защищает товар от воздействия окружающей среды.
Термоусадочные пленки применяются для упаковки разнообразных продуктов питания, банок, бутылок, галантерейных и хозяйственных изделий, газет, журналов, канцелярских товаров и др.
Возможные варианты упаковывания в термоусадочную пленку могут быть условно разделены на три основные группы: единичная, групповая и штабельная упаковка.
Единичная упаковка (ее называют штучной, или индивидуальной) - каждое отдельное изделие обертывается пленкой, которая после усадки плотно облегает изделие, повторяя его конфигурацию.
Групповая упаковка - предварительно комплектуется набор из нескольких однотипных или разнотипных изделий, которые, как и при единичной упаковке, обертываются пленкой, после усадки которой получается плотный пакет. Упаковывание может производиться только в пленку или с использованием предварительной укладки изделий на специальные подложки. Этот вид упаковки может применяться в качестве транспортной тары.
Штабельная упаковка - на жесткий поддон укладываются несколькими рядами изделия (мешки, коробки, книги, кирпичи, лотки с банками, бутылками и т.д.), которые сверху покрываются чехлом из термоусадочной пленки и подаются в туннельную печь. После усадки получается компактный штабель, который можно легко перемещать подъемно-транспортными средствами. Штабельная упаковка представляет собой современный и перспективный вид транспортной упаковки товаров.
Важными характеристиками
термоусадочных пленок являются степень усадки (коэффициент усадки) и напряжение усадки. Степень усадки характеризуют отношением линейных размеров образца до, и после усадки и определяется по формуле:
Kyс = (Lo - L/Lo)100%, где Lo и L - длина образца до и после усадки.
Напряжение усадки Сус - это напряжение, возникающее в ориентированном материале при нагревании до определенной температуры, определяется по формуле:
Сус = P/S, МПа,
где Р - усилие, возникающее при усадке;
S - площадь поперечного сечения образца после усадки.
Напряжение усадки зависит от температуры и продолжительности нагрева пленки. Чем ниже температура усадки, тем больше времени требуется для усадки пленки. Если производить усадку при высоких температурах, то время усадки может быть незначительным. Прочность пленок после усадки несколько уменьшается, но остается достаточной, чтобы обеспечить целостность упаковки.
Для упаковывания единичных изделий небольшой массы, например, хлебобулочных изделий, тушек птиц, аэрозольных баллонов, сувенирные наборов применяются пленки толщиной 20 - 50 мкм, для групповой упаковки выбирается пленка толщиной 50 - 100 мкм, для пакетирования на поддонах (штабельной упаковки) - пленка толщиной 100 - 250 мкм.
Процесс упаковывания в термоусадочную пленку включает в себя следующие операции: укладка товара на подложку (лоток, поддон); обертывание пленкой; сварка пакета; усадка (прохождение через усадочную камеру); охлаждение изделий.
