Экструзионное ламинирование

Экструзионное ламинирование — это технологический процесс нанесения расплава полимерного материала на поверхность подложки (рулонного или листового материала) с целью создания многослойной композитной структуры, обладающей улучшенными барьерными, механическими или адгезионными свойствами. В отличие от каширования (склеивания с использованием клея-расплава или растворителей), экструзионное ламинирование предполагает прямое нанесение расплавленного полимера, который при охлаждении образует сплошной слой, одновременно выполняющий функции связующего и защитного покрытия. Процесс широко применяется в производстве гибкой упаковки, строительных материалов, изоляции и многослойных технических тканей.

История развития

Технология экструзионного ламинирования начала развиваться в середине XX века, параллельно с распространением полимерных материалов, таких как полиэтилен низкой плотности (ПЭНП). Первые промышленные установки появились в 1950-х годах в США и Западной Европе. Изначально процесс использовался для нанесения тонких слоёв полиэтилена на бумагу и картон с целью придания им влагостойкости. В СССР первые линии экструзионного ламинирования были запущены в 1960-х годах на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности, например, на комбинате «Гознак» для производства защищённой упаковки.

В 1970–1980-е годы, с развитием полимерной химии, ассортимент применяемых материалов расширился: начали использовать полипропилен (ПП), полиэтилентерефталат (ПЭТФ), этиленвинилацетат (ЭВА) и сополимеры. В 1990-х годах внедрение многослойных экструзионных головок позволило одновременно наносить несколько слоёв различных полимеров, что значительно повысило барьерные свойства конечного продукта (например, защита от кислорода и водяного пара). В России и странах СНГ активное развитие рынка экструзионного ламинирования пришлось на 2000-е годы, что связано с ростом пищевой промышленности и спросом на современную упаковку.

Технологический процесс

Основные стадии

Процесс экструзионного ламинирования включает несколько последовательных этапов:

Подготовка подложки. Рулонный материал (бумага, картон, алюминиевая фольга, полимерная плёнка, нетканое полотно) разматывается и подаётся в зону ламинирования. При необходимости поверхность подложки предварительно обрабатывается коронным разрядом или плазмой для повышения адгезии.
Экструзия расплава. Полимерные гранулы (или смесь гранул) загружаются в экструдер, где нагреваются до температуры плавления (обычно 180–320 °C в зависимости от типа полимера) и гомогенизируются. Расплав под давлением подаётся через плоскощелевую экструзионную головку, формирующую тонкую плёнку заданной толщины (от 5 до 100 мкм).
Нанесение расплава. Плёнка расплава выходит из головки и попадает в зазор между двумя валами (обычно один из них — охлаждаемый, другой — резиновый или стальной). В этот момент подложка контактирует с расплавом, и происходит ламинирование. Давление в зазоре обеспечивает равномерное распределение полимера и его проникновение в структуру подложки.
Охлаждение и затвердевание. Ламинированный материал проходит через систему охлаждающих валов, где расплав полимера кристаллизуется или застекловывается, формируя прочный слой.
Обработка и намотка. Готовый материал может подвергаться дополнительной обработке: резке, нанесению печати, повторному ламинированию с другой стороны. Затем он наматывается в рулоны для последующей переработки.

Типы экструзионного ламинирования

Одностороннее ламинирование — нанесение полимерного слоя на одну сторону подложки. Применяется для придания влагостойкости бумаге или картону.
Двустороннее ламинирование — последовательное или одновременное нанесение слоёв на обе стороны подложки. Используется для создания симметричных барьерных структур.
Многослойное ламинирование — одновременная экструзия нескольких полимерных слоёв через соэкструзионную головку. Позволяет комбинировать свойства разных материалов (например, адгезионный слой + барьерный слой + термосвариваемый слой).

Оборудование

Основным оборудованием для экструзионного ламинирования являются ланинаторы (lamination lines). Они включают:

Экструдер — устройство для плавления и гомогенизации полимера. Может быть одношнековым или двухшнековым. Производительность экструдера определяет скорость линии (от 50 до 500 м/мин).
Плоскощелевая головка — формирует плёнку расплава. Ширина головки варьируется от 0,5 до 3 метров.
Ламинационный блок — состоит из двух валов: охлаждаемого (обычно стального с водяным охлаждением) и прижимного (резинового или силиконового). Зазор между валами регулируется для контроля толщины слоя.
Система размотки и намотки — обеспечивает подачу подложки и приём готового материала.
Система контроля толщины — использует датчики (бета- или гамма-излучение, оптические) для измерения толщины полимерного слоя в реальном времени.

В России и странах бывшего СССР распространены как импортные линии (например, от компаний BOBST, Windmöller & Hölscher, Davis-Standard), так и отечественные разработки (например, линии производства ООО «Полимер-Инжиниринг» или «Татнефть-Нефтехим»).

Материалы

Полимеры для нанесения

Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП, LDPE) — наиболее распространённый материал. Обеспечивает влагостойкость, термосвариваемость, эластичность. Температура плавления — 105–115 °C.
Линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП, LLDPE) — обладает повышенной прочностью и стойкостью к проколу.
Полипропилен (ПП, PP) — используется для придания жёсткости и термостойкости. Кастинг-полипропилен (CPP) применяется для термосвариваемых слоёв.
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ, PET) — обеспечивает высокую прозрачность и барьерные свойства к газам. Требует более высоких температур плавления (250–270 °C).
Этиленвинилацетат (ЭВА, EVA) — используется как адгезионный слой для соединения разнородных материалов (например, алюминия и полиэтилена).
Сополимеры этилена с акриловой кислотой (EAA) — обладают высокой адгезией к металлам и бумаге.

Подложки

Бумага и картон — от 30 до 500 г/м². Используются для упаковки продуктов питания, строительных материалов, гигиенической продукции.
Алюминиевая фольга — толщиной 6–20 мкм. Обеспечивает высокий барьер для света, кислорода и влаги.
Полимерные плёнки — ПЭТ, ПП, ПА (полиамид), ПВХ. Применяются для создания многослойных упаковочных структур.
Нетканые материалы — например, спанбонд или флизелин. Используются в строительстве (гидроизоляция, пароизоляция) и медицине.

Применение

Упаковка

Основная область применения экструзионного ламинирования — производство гибкой упаковки для пищевых продуктов, напитков, бытовой химии, фармацевтики. Примеры:

Ламинированная бумага для упаковки молока и соков (тетрапак-подобные структуры: бумага/ПЭ/алюминий/ПЭ). В России такие материалы производятся на предприятиях «Ламбумиз» (Москва) и «Готэк» (Курск).
Пакеты для сыпучих продуктов (сахар, крупы) — бумага или полипропилен, ламинированные полиэтиленом.
Упаковка для замороженных продуктов — многослойные плёнки с барьерным слоем из ПЭТ или ПА.
Блистерная упаковка — ламинирование алюминиевой фольги с полимером для термоформования.

Строительство

Гидроизоляционные мембраны — нетканые материалы (полипропилен, полиэстер), ламинированные полиэтиленом или полипропиленом. Используются для защиты фундаментов, кровель, подвалов.
Пароизоляция — плёнки на основе полиэтилена, ламинированные на бумагу или фольгу.
Теплоизоляционные материалы — например, вспененный полиэтилен, ламинированный алюминиевой фольгой (отражающая изоляция).

Промышленность

Технические ткани — ламинирование стеклоткани, арамидной ткани или полиэфирной ткани полимером для придания герметичности и прочности (например, для надувных конструкций, тентов, защитной одежды).
Электроизоляция — ламинирование бумаги или стеклоткани полиэтилентерефталатом для производства изоляционных лент и прокладок.
Фильтровальные материалы — ламинирование нетканых полотен для создания мембранных фильтров.

Медицина и гигиена

Одноразовая одежда (халаты, бахилы) — нетканые материалы, ламинированные полиэтиленом для придания водонепроницаемости.
Подгузники и пелёнки — ламинирование полиэтиленовой плёнки на нетканое полотно для создания влагонепроницаемого слоя.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Высокая производительность — скорость линий может достигать 500 м/мин.
Экологичность — отсутствие растворителей и клеев (по сравнению с кашированием).
Точный контроль толщины — возможность нанесения слоёв от 5 мкм.
Многослойность — комбинирование до 7–9 слоёв различных полимеров в одном проходе.
Хорошая адгезия — за счёт высокой температуры расплава и давления.

Недостатки

Высокие энергозатраты — нагрев экструдера и охлаждение валов требуют значительного расхода электроэнергии и воды.
Термическое воздействие на подложку — некоторые материалы (например, бумага низкой плотности) могут деформироваться при контакте с горячим расплавом.
Ограничения по материалам — не все полимеры совместимы с процессом (например, полиамид требует специальных адгезионных слоёв).
Сложность переработки — многослойные структуры трудно поддаются рециклингу из-за разнородности материалов.

Экологические аспекты

Экструзионное ламинирование, как и другие процессы переработки полимеров, связано с проблемами утилизации отходов. Многослойные упаковочные материалы (например, комбинация бумаги, алюминия и полиэтилена) сложно разделить на компоненты для вторичной переработки. В России действуют нормативы, обязывающие производителей упаковки обеспечивать её утилизацию (Федеральный закон № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления»). Разрабатываются технологии разделения слоёв (например, с использованием растворителей или механического дробления), однако на практике значительная часть ламинированных отходов направляется на сжигание или захоронение.

Альтернативой является использование биополимеров (например, полимолочной кислоты, PLA) для экструзионного ламинирования, однако их стоимость и технологические свойства пока ограничивают широкое внедрение.

Источники

Максимов В. А., Кирюхин В. В. Технология переработки полимерных материалов. — М.: Химия, 2008. — 416 с.
Энциклопедия полимеров / под ред. В. А. Кабанова. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — 720 с.
ГОСТ Р 58043-2017 «Упаковка гибкая. Термины и определения». — М.: Стандартинформ, 2017.
Патент РФ № 2523456 «Способ экструзионного ламинирования многослойных материалов». — 2014.
Техническая документация компании BOBST (Швейцария) — «Guide to Extrusion Lamination». — 2020.
Отчёт «Рынок упаковочных материалов в России 2023» — аналитическое агентство «Эксперт-Упаковка», 2023.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →