В мировой практике к  высокобарьерным материалам и покрытиям относят фольгу, EVOH, PAN, COP, PVdC, PVOH, SiO2 и Al2O3.

Непрозрачные высокобарьерные материалы

Непрозрачным высокобарьерным материалом является фольга. Алюминиевая фольга обладает совокупностью технических свойств, обеспечивающих высокое конкурентное преимущество материала:

• Барьерные свойства, препятствующие проникновению влаги, масел, жиров, нефтепродуктов, большинства встречающихся в быту химических соединений, газов, микроорганизмови ультрафиолетового излучения, обеспечивают сохранение качества продуктов и исключают их потери.

• Гигиеничность — фольга обладает стойкостью к упаковываемому продукту, исключает окрашивание, изменение вкуса и запаха продуктов.

• Термостойкость и теплопроводность дают возможность тепловой обработки и стерилизации продукции, а также термосварки упаковки.

• Способность к формированию, в особенности при формообразовании упаковки, позволяет принимать форму изделия или иную рациональную форму без склеивания, пайки и т. п. В сочетании с широким диапазоном толщин дает возможность изготовления упаковки на высокопроизводительном оборудовании для разнообразного применения.

• Высокая прочность при небольшом весе.

• Физиологическая безопасность.

• Стойкость к низким температурам обеспечивает возможность хранение глубоко замороженных продуктов.

• Электропроводимость. Прочность и стойкость.

Фольга совместима с продуктами питания и медикаментами, имеет декоративные возможности и способность к окрашиванию и иным покрытиям, тиснению, нанесению текстов увеличивают привлекательность и маркетинговые возможности продукции. Пригодна для различных способов нанесения печати (флексо, глубокая, офсетная)

Прозрачные высокобарьерные материалы

Прозрачные высокобарьерные материалы существуют в двух формах: барьерные пленки и барьерные покрытия.

Сополимер этилена с виниловым спиртом (EVOH)

В настоящее время пленки из этиленвинилового спирта являются одними из наиболее популярных прозрачных барьерных пленок. Они используются в качестве дискретного слоя при коэкструзии. Данная пленка обладает превосходными противокислородными барьерными свойствами.

Барьерные свойства пленки из этиленвинилового спирта зависят от следующих факторов:

- мольный процент – при повышении мольного процента, барьерные свойства снижаются;
- степень кристаллизации – при увеличении степени кристаллизации, барьерные свойства пленки улучшаются;
- толщина – при увеличении толщины пленки барьерные свойства улучшаются;
- температура – при повышении температуры барьерные свойства снижаются;
- влажность – при высоком уровне влажности, барьерные свойства пленки из этилен-винилового спирта резко ухудшаются (это относится к уровню влажности на поверхности пленки, а не к уровню влажности окружающей среды).

Помимо великолепных противокислородных барьерных свойств, пленка из этилен-винилового спирта также на пропускает запахи. Данная пленка подходит для термоформования и часто используется для производства объемной упаковки.

Полиакрилнитрил

Пленка из полиакрилнитрила  (тороговая марка Barex) обладает очень высокими противокислородными барьерными свойствами. Одним из уникальных свойств данной пленки является то, что она может использоваться как герметик. Также пленку Barex можно использовать для термоформования. Она идеальна для использования в производстве упаковки для такой продукции, где проникновение кислорода через герметизирующий шов недопустимо.

Циклоолефиновые сополимеры

Пленки из циклоолефиновых сополимеров или циклоолефиновых полимеров обладают уникальными гидроизоляционными свойствами. Они используются в качестве дискретного слоя при коэкструзии. Также, для снижения себестоимости пленки, возможно  использование для ее производства смеси циклоолефиновых сополимеров с полиолефинами (доля циклоолефиновых сополимеров – 60-70%). Использование  циклоолефиновых сополимеров/ циклоолефиновых полимеров для производства упаковочной продукции добавляет ей жесткости и твердости, поэтому они идеально подходят для производства стоячих пакетов. Данные барьерные пленки обладают великолепными барьерными свойствами, прозрачны и подходят для термоформования и производства ретортной упаковки.

Полихлортрифторэтилен

Пленки из полихлортрифторэтилена (торговая марка Aclar) также обладают великолепными гидроизоляционными свойствами. Возможно производство пленки как из сополимера, так и из гомополимера. Данные марки полихлортрифторэтилена в основном используются для производства блистерной упаковки (термоформование). Специальная марка полихлортрифторэтилена Aclar Flex предназначена для производства стоячих пакетов и не подходит для термоформования. Данная пленка прозрачна и обладает высокой химической стойкостью и устойчивостью к изгибанию и образованию трещин.

Нанокомпозиты

Нанокомпозиты представляют собой полимерные структуры, содержащие различные наполнители, в основном это силикатная наноглина, с по крайней мере одним размером в нанометрическом диапазоне. Наполнители разделяются на крошечные пластинки, которые рассеиваются в матрице слоев. Матрица слоев создает извилистые проходы для газов, тем самым мешая им пройти сквозь пленку. Таким образом, данная пленка обладает высокими барьерными свойствами. Однако сложность производства данной пленки заключается в том, что надо обеспечить равномерное распределение наполнителя. Помимо улучшенных барьерных свойств, нанокомпозитные пленки также обладают улучшенной размерной стабильностью,  жесткостью и прозрачностью. На настоящий момент на рынке существуют нанокомпозитные маточные смеси для нейлона и полиолефинов. Противокислородные барьерные свойства нейлоновой нанокомпозитной пленки на 50% выше, чем у немодифицированного нейлона. Нанокомпозитные полиэтиленовые и полипропиленовые пленки обладают барьерными свойствами, на 25-50% превышающие противокислородные барьерные свойства не модифицированных ПЭТ и ПП пленок и на 10-15%  - гидроизоляционные свойства.

Поливинилиденхлорид (PVdC)

Поливинилиденхлорид – широко используемый барьерный материал. Несмотря на то, что из ПВДХ производят ориентированные пленки, а также он используется в качестве дискретного слоя при коэкструзии, он наиболее популярен в качестве барьерного покрытия. ПВДХ обладает великолепными противокислородными, гидроизоляционными барьерными свойствами, а также не пропускает запахи. Барьерные свойства поливинилиденхлоридных покрытий прямо пропорциональны толщине покрытия. Наиболее толстый слой барьерного покрытия наносится при производстве фармацевтической упаковки.

Поскольку ПВДХ содержит хлор, при определенных условиях возможно образование соляной кислоты. В связи с этим необходимо использование специального оборудования при нанесении покрытия, а также при сжигании упаковочной продукции.

Поливиниловый спирт

В настоящее время на рынке присутствуют как пленки из поливинилового спирты, так и покрытия. В качестве барьерного покрытия поливиниловый спирт обладает великолепными противокислородными свойствам.  Барьерные свойства покрытий из поливинилового спирта прямо пропорциональны толщине покрытия. Поливиниловый спирт влагочувствителен и растворятся под воздействием воды или высокой влажности.
Оксид кремния и оксид алюминия

Покрытие из оксида кремния в основном наносится методом вакуумного осаждения на полиэфирные пленки или нейлон. Покрытия из оксида кремния обладают великолепными противокислородными и гидроизоляционными свойствами. Очень часто выражается сомнение по поводу способности покрытия из оксида кремния сохранять свои барьерные свойства при изгибании. В действительности, специальные марки данного покрытия не уступают барьерным свойствам алюминиевой фольги и металлизированной пленки при изгибании.

Покрытие из оксида алюминия обладают сходными барьерными свойствами с покрытием из оксида кремния и используются для тех же сфер применения. Однако, в отличие от покрытия из оксида кремния, имеющего небольшой желтоватой оттенок,  данное покрытие абсолютно прозрачно. Хотя при нанесении большого количества слоев покрытия из оксида алюминия, оно может приобрести слега сероватый оттенок.

Сравнивая кислородопроницаемости основных барьерных материалов, мы можем сделать вывод, что наилучшими барьерными свойствами, безусловно, обладает фольга. Из прозрачных материалов наиболее высокие показатели у поливинилового спирта и сополимера этилена с виниловым спиртом.

Сравнение кислородопроницаемости основных высокобарьерных материалов (по вертикали: кислородопроницаемость: куб. см./100 кв. дюймов/день)

Источник: по данным MOCON

Таблица 1.2.

Барьерные свойства пленок

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка высокобарьерных упаковочных материалов можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок высокобарьерных пленок в России».

Автор:
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков
Тел.: (495) 362-92-24
E-mail: mail@akpr.ru
WWW: www.akpr.ru

 Об авторе:

Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях - проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.

• Маркетинговые исследования

• Технико-экономическое обоснование

• Бизнес-планирование