Одними из видов композиционных материалов являются комбинированные и многослойные материалы. В связи с этим можно только условно делить все упаковочные материалы на комбинированные материалы и многослойные.
Многослойные материалы – это материалы, состоящие только из слоев синтетических полимеров. Комбинированные материалы – это группа материалов, в состав которых входят различные слои (бумаги, ткани, фольга). Довольно часто применяют комбинированные и многослойные материалы в упаковочной сфере. Это связано с тем, что их свойства можно легко менять.
Достаточно лишь изменить некоторые параметры:
- состав композиционного материала;
- порядок чередования имеющихся слоев;
- уровень адгезионного межслойного взаимодействия;
- оптимальная технология и нужное оборудование, необходимое для того, чтобы получить конкретный материал.
Структура композиционного материала (чередования слоев в материале) определяется его функциональным назначением. Внешний слой (субстрат) позволяет защитить материал от воздействия окружающей среды. На него также наносят печать. В качестве внешнего слоя используют пленки (двухосноориентированные полиэфирные, полипропиленовые, полиамидные), а также картон или бумагу. Благодаря наличию внутреннего слоя можно герметизировать упаковку. Отличные барьерные свойства обеспечивает средний и наружный слой.
Процесс адгезии материала позволяет достичь монолитность композиционного материала. Процесс адгезии представляет собой целый комплекс сложных явлений, приводят к соединению разнородных тел в единое целое. Такая характеристика полимеров, как их способность к адгезии, позволяет определить возможность использовать их как пленкообразующие материалы (герметики, клеи, покрытия). Благодаря способности к адгезии можно определить возможность получать армированные и наполненные полимерные материалы. Для создания адгезионного соединения, важно, чтобы один из материалов обладал хорошей пластичностью, то есть был текучим (адгезив), а другой материал был, наоборот, твердым (субстратом). В случае соединения одинаковых по химической структуре материалов может возникнуть самослипание (аутогезия). Количественно адгезию можно оценить работой разрушения соединения, которая отнесена к единице поверхности. Показатель такого вида называют адгезионная прочность.
Двухслойные пленки служат очень часто в качестве упаковки для продуктов питания (целлофан-полиэтилен), который является одним из самых давних материалов из этой группы. Целлофан также называют «вискотен», «метатен», «ламитен», «целотен», «целлоглас-РЕ». В отечественной практике его также называли ПЦ-2 и ПЦ-4. Материал такого вида легко может сочетать в себе такие свойства, как прочность и газонепроницаемость с паронепроницаемостью, а также быть водостойкойким и иметь способность к термосвариваться.
Широко известен также двухслойный материал полиэфир (лавсан). Он представляет собой полиэтилен, который выпускается отечественными производителями под следующими названиями: ЛП-1, СП-2, ПНЛ. Полиэфир широко известен за рубежом. Там его называют «майлар-РЕ», «терфан-РЕ», «скотчпак», «майлотен», «хостафан-РЕ», «экструэстер» и т.д. Полиэфирные пленки обладают рядом преимуществ перед полиэтиленом-целлофаном. У них гораздо больше прочность, в том числе выше адгезионная прочность. Эти пленки более устойчивы к воздействию влаги и имеют очень большой температурный интервал для использования (от 70° 100 С). Если будет использоваться ПЭНД в качестве внутреннего слоя, то температура воздействия может доходить до 120 градусов.
Полиэтилен-полиамид («алкорон», «экструамид» и «комбитен») – это также разновидность двухслойного материала. Его часто используют в отечественной практике для того, чтобы изготавливать различные пленки для вакуумной упаковки продуктов питания. Другие виды пленок, которые основаны на полиамиде (полиамид-полипропилен) способны выдерживать температуру до 135C. Трехслойные пленки, включающие в себя слои ПЭ-ПА-ПЭ, способны подвергаться довольно глубокой вытяжке (примерно до 180 мм. , если толщина материала до 300 мкм). В случае, если ПВДХ применяется в качестве промежуточного-барьерного слоя в трехслойном материале, типа ПА-ВДВХ-ПЭ, то в итоге можно получить пленку с отличными защитными свойствами и использовать её для упаковки.
Для получения материала, который будет использоваться для упаковки товаров с показателями минимальной газопроницаемости и ароматопроницаемости, но также важно получить прозрачный материал, в его состав вводят ПЭТФ, сочетающий 4-5 и больше компонентов (например, это может быть ПОЛАК-4 (ПП-ПЭТФ-ПЭТФ-ПП), а также ПЭЛАК-4 (ПЭНП-ПЭТФ-ПЭТФ-ПЭНП)), с плотностью от 40 до 500 г/м2 и с полимерным покрытием.
Из полимерной группы часто применяют полиэстер, сополимер ВХВД, а также используются сополимеры этилена с винилацетатом (типа ЭВА), полипропилен. Возьмем для примера материал для упаковки молока и молочных продуктов – это комбинированный материал для создания тетраэдровидных пакетов. Этот комбинированный материал состоит из бумаги, полиэтиленового покрытия с яркой и красочной печатью, покрытой парафином (ОСТ 49-112-76). Для упаковывания молока на автоматах «Тетра-Брик» применяют комбинированный материал, представляющий собой бумагу с нанесенной на её поверхность красочной печати и покрытой полиэтиленом (ТУ 49-312-75) с двух сторон. При производстве комбинированных материалов, типа «бумага-ПЭ-картон-ПЭ» или же типа «бумага-ЭВА» покрытия наносятся методом экструзии, а сополимеры ПВДХ (из дисперсий) наносятся валковым способом.
Материалы, которые изготовлены на основе алюминиевой фольги – это пленки, обладающие высокобарьерными свойствами, успешно конкурирующие с различными традиционными видами тары (стеклянная тара и металлическая тара). Часто на основе этих материалах, производят другие виды эластичной упаковки (пакеты). Применяют тут тонкую алюминиевую фольгу. Её толщина составляет 7-14 мкм.
Сейчас имеются разработки оригинальных комбинированных материалов, которые основаны на алюминиевой фольге. Этими материалами являются:
- лафолен – материал, состоящий из комбинации слоев «лавсан-фольга-полиолефины», который применяют для производства пакетов сока, молочных напитков и других продуктов с последующей стерилизацией;
- буфлен – материал, который состоит из комбинации слоев «бумага-фольга-ПЭ», который применяется для создания упаковки для сухих продуктов;
- ламистер – это материал, имеющий вид «лак-фольга-ПП», скоторый лужит для того, чтобы производить упаковку холодным штампованием для укладки продуктов, которые подвергаются процессу стерилизации или процессу пастеризации.
- цефлен – это материал, который состоит из слоев «целлофан-ПЭ-фольга-ПЭ». Его применяют обычно для упаковки продуктов сублимационной сушки на скоростном упаковочном оборудование;
При конструировании разнообразных многослойных материалов применяется часто металлизация полимерных пленок. Металлизация – это процесс нанесения тонкий металлических слоев на поверхность пленочного материала в глубоком вакууме. Газопроницаемость пленочных материалов после окончания процесса металлизации сильно снижается. Если расход металла был небольшой, то получается непрозрачная, и для ультрафиолетовых лучей также, упаковка. Металлизированные пленки гораздо более выгодны по экономическим соображениям, алюминиевой фольги. У них при этом также множество самых разных технологических преимуществ. Это и уменьшение веса пленочного материала, и невозможность повредить металлический слой при изгибе. Процесс металлизации используют обычно для того, чтобы декорировать полимерные материалы.