CC BY
71
Разработка рекомендаций для получения интервальных термоусадочных пленок из поливинилхлорида
В.В. Гурская,
студентка группы ДТуп-5-11
Достаточно часто производители сталкиваются с такой проблемой, как защита товара от фальсификации. Определенных методов защиты от подделок нет, но решить часть проблем возможно с помощью упаковки. Поскольку соблазн подделать продукты известной марки или раскрученного бренда достаточно велик, вопрос защиты товара сейчас очень актуален. Метод использования упаковки как средства защиты продуктов уже не новый, но в последнее время этот процесс увеличился современными технологическими решениями и количество вариантов решения проблем фальсификации возросли.
Целями данной работы являются:
• подбор оптимальных технологических параметров для получения интервальных термоусадочных ПВХ пленок;
• получение защитного элемента на упаковке или этикетке из интервальных полимерных пленочных материалов путем локальной термической модификации пленки.
Объект исследования
В качестве сырья, необходимого для получения интервальных материалов с защитными элементами, нами использовалась термоусадочная пленка ПВХ (поливинилхлорид).
Производят термоусадочные пленки методом экструзии с раздувом рукава, с последующей их вытяжкой при повышенной темпе-
1 Руководитель: А.П. Кондратов, д.т.н., профессор.
ратуре (термоориентация) и резким охлаждением для фиксации и «замораживания» новой ориентированной структуры материала. Таким образом в пленке закрепляют неравновесную ориентированную структуру, размеры и значительные внутренние напряжения (5-10 Мпа в зависимости от вида полимера и степени вытяжки пленки).
Такая пленка при последующем нагревании до температур, превышающих температуру вытяжки, приобретает способность к восстановлению первоначальной формы. При этом пленка уменьшает свои размеры (сжимается) и охватывает пакуемый предмет, повторяя все особенности его конструкции [1].
Методика исследования
Методика получения интервальных материалов заключается в использовании локальной термической модификации термоусадочных пленок.
Путем нагревания отдельных участков термоусадочной пленки ПВХ (при определенных значениях температуры, времени контакта с нагревательным элементом и давлении) создаются термофиксированные зоны, которые после дальнейшей термоусадки не изменяют своих размеров. В итоге появляются изображения, которые различаются визуально или на ощупь. Такой вариант защитного элемента можно использовать для борьбы с фальсификацией товаров массового потребления, а также для защиты от подделки продукцию для людей с ослабленным зрением.
Экспериментальная часть
Для проведения дилатометрических исследований и конструирования защитных деталей упаковки, многослойных этикеток из новых интервальных термоусадочных полимерных пленок использовали термопластичный полимер поливинилхлорид. Заготовки получали по традиционной технологии производства полимерных пленок и термоусадочных изделий, включающей экструзию расплава полимера, ориентационную вытяжку экструдата в разогретом состоянии и фиксацию структуры охлаждением напряженно-деформированной пленки. Локальные зоны с различной усадкой формировали в ПВХ-пленках путем локальной термообработки под давлением в свободном состоянии и с фиксированными размерами с помощью импульсного узколокального нагревателя Impulse sealer PFS-200 и лабораторной сварочной машины HSE-3.
На образцы интервальных пленок способом трафаретной печати наносили штрихи для проведения дилатометрических измерений в процессах деформирования и тепловой усадки пленок.
Для проведения контролируемой усадки интервальных пленок в воспроизводимых условиях использовали специальное устройство (ячейку) и пакетный ламинатор Prolamic HR 330 D фирмы ProfiOffice, (Germany).
Рис. 1. Сечение устройства для дилатометрических испытаний интервальных пленок с градиентом термоусадки:
1 — образец термоусадочной пленки; 2 — лист термостойкого материала с низкой поверхностной энергией; 3 — лист термостойкого материала
Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение
В качестве примера интервальной пленки, запечатанной штриховым рисунком и предназначенной для изготовления упаковки, защищенной от подделки, на рис. 3 показан фрагмент пленки со скрытым изображением «меткой» после термообработки в пакетном ламинаторе. Фото получено микросъемкой в проходящем свете через объектив микроскопа с малым увеличением. На каландрированной пленке из пластифицированного поливинилхлорида, со средней усадкой около 40% в направлении каландрирования, при помощи ленточного нагревателя произведена модификация узких протяженных зон материала имеющих форму полос. В приведенном примере процесс модификации представляет собой локальную термообработку участка пленки шириной 1,5-2 мм в течение 0,5-2 с до температуры 85-100° С с последующей выдержкой материала под давлением до охлаждения ниже температуры стеклования полимера.
Рис. 2. Микрофотография участков образца запечатанной термоусадочной пленки поливинилхлорида после термической модификации с помощью импульсного узколокального нагревателя Impulse sealer PFS-200 до термообработки в ламинаторе
Рис. 3. Микрофотография участков образца запечатанной термоусадочной пленки поливинилхлорида с «меткой» в форме креста, выявленным при термообработке. Проявление искажения линий и тактильной метки
Эффективность визуализации и возможность тактильного обнаружения «метки» на интервальной пленке в первую очередь зависит от геометрических факторов и соотношения величин локальной усадки полимера в модифицированной и не модифицированной зонах.
В экспериментах использовалась термоусадочная пленка ПВХ с коэффициентами усадки 40, 50, 55%. Участки (зоны) с различной усадкой формировали в пленках путем локальной термообработки под давлением и с фиксированными размерами с помощью лабораторного сварочного аппарата ИББ-З. Подбирали величину температуры, давления и времени, при которых термически обработанная зона не изменяла своих размеров после усадки в воде или ламинаторе.
После многократных экспериментов выявили, что оптимальным временем контакта пленки с нагревательным элементом является 5 с, а давление - 483 кПа. Значения температуры для каждого вида пленки различны.
Данные полученных экспериментов представлены в табл. 1-3.
Таблица 1
Изменение размеров модифицированных участков образцов интервальной ТУ пленки ПВХ (с коэффициентом усадки 40%) после свободной термоусадки в ламинаторе и воде с предварительной термообработкой на сварочном аппарате
Сварочный аппарат Ламинатор Вода
№ * /1 , верх°снижн Р, кПа т, с °с а,, мм ь„ мм а2, мм ь2, мм 8 л, % °с а3, мм ь3, мм 8 в, %
1 70/70 483 5 100 36 17 36 14 17 100 30 16 16
2 75/75 483 5 100 35 14 35 12 17 100 31 15 10
3 80/80 483 5 100 30 18 30 18 0 100 30 17 6
4 85/85 483 5 100 32 18 30 18 0 100 32 16 11
5 90/90 483 5 100 33,5 13 33 13 0 100 31 18 5
6 92/92 483 5 100 34 18 33 18 0 100 33 18 0
7 94/94 483 5 100 31 18 30 18 0 100 30 18 0
8 96/96 483 5 100 33 17 33 17 0 100 33 17 0
На образцы пленки ПВХ с максимальным коэффициентом усадки 50% локально наносили ожоги при помощи губ сварочного аппарата, предварительно поместив образец между листами термостойкого материала - лавсана. После дальнейшей усадки образцов пленки в горячей воде, в зоне ожога (при температуре сварочных губ аппарата 135° С) коэффициент усадки равен 0.
4Ь 40
Г 35
|30 |25
1 го
I15
о
-5
Температура модификации интервалов, °С
Рис. 4. Локальная усадка модифицированных интервалов (2, 3) и немодифицированной термоусадочной пленки ПВХ (1) с коэффициентом усадки 40% при нагревании образцов в свободном состоянии в ламинаторе (2) и воде (3)
Таблица 2
Изменение размеров модифицированных участков образцов интервальной ТУ пленки ПВХ (с коэффициентом усадки 50%) после свободной термоусадки в горячей воде с предварительной термообработкой на сварочном аппарате
Сварочный аппарат Вода
№ * /1 , верх/ нижн Р, т, с т, с а,, ь,. а2, ь2, 6 , Уа 6 к, уЬ'
°с кПа мм мм мм мм % %
1 110/110 483 5 90 5 30 18 30 14 0 22
2 112/112 483 5 90 5 30 18 29 14 3 22
3 115/115 483 5 90 5 30 18 29 14 3 22
4 117/117 483 5 90 5 30 18 29 15 3 17
5 120/120 483 5 90 5 30 18 29 15 3 17
6 122/122 483 5 90 5 30 18 29 15 3 17
7 125/125 483 5 90 5 30 18 29 15 3 17
8 130/130 483 5 90 5 30 18 29 16 3 11
9 135/135 483 5 90 5 30 18 29 18 3 0
Таблица 3
Изменение размеров модифицированных участков образцов интервальной ТУ пленки ПВХ (с коэффициентом усадки 50%) после свободной термоусадки в горячей воде с предварительной термообработкой на сварочном аппарате
Сварочный аппарат Вода
№ * / * , верх/ н ижн °с Р, кПа т, с °С аг мм Ьг мм а3, мм Ь3, мм 8 в, % У
1 75/75 483 5 100 34 18 33 9 50
2 80/80 483 5 100 33 18 32 10 44
3 83/83 483 5 100 33 18 33 11 39
4 85/85 483 5 100 33 18 33 12 33
5 88/88 483 5 100 34 18 33 13 28
6 90/90 483 5 100 31 18 31 13,5 25
7 92/92 483 5 100 32 18 31 14 22
8 95/95 483 5 100 33 18 33 15 17
9 98/98 483 5 100 33 18 33 16 11
10 100/100 483 5 100 33 18 33 16 11
11 105/105 483 5 100 32 18 33 17 6
12 110/110 483 5 100 34 18 33 18 0
13 112/112 483 5 100 33 18 33 18 0
14 115/115 483 5 100 33 18 32 18 0
Выводы по работе
1. Доказана возможность получения скрытого защитного изображения внутри полимера путем локальной модификации узких участков пленки.
2. Определены оптимальные режимы локальной термообработки пленки ПВХ.
3. Полученные скрытые изображения могут быть использованы для производства полимерной упаковки, защищающей продукцию от фальсификации.
Библиографический список
1. Адрианова Г.П. Технология переработки пластических масс и эластомеров в производстве полимерных пленочных материалов и искусственной кожи / Г.П. Адрианова. - М. : Изд-во КолосС, 2008. - 156 с.
2. Кондратов А.П. Градиентные и интервальные термоусажи-ваемые материалы / А.П. Кондратов // Известия ВУЗов. Проблемы полиграфии и издательского дела.- М. : Изд-во МГУП, 2010. - № 4 - 202 с.
