افزایش ویژگی فیلم ها با افزودن یک لایه COC

COC یا کوپلیمر اولفینی حلقوی گرمانرم آمورفی است که می توان با آن فیلم های پایه پلی اولفینی مورد استفاده در صنایع بسته بندی های دارویی و صنعتی را افزایش کارایی داد

COC یا کوپلیمر اولفینی حلقوی گرمانرم آمورفی است که می توان با آن فیلم‌های پایه پلی اولفینی مورد استفاده در صنایع بسته بندی های دارویی و صنعتی را افزایش کارایی داد. COC به عنوان لایه ای مجزا در فیلم های پلی اولفینی کو اکسترود شده مدول الاستیک، مقاومت حرارتی، قابلیت ترموفرمینگ را بدون نیاز به لایه چسب افزایش می‌دهد.

این فیلم های چند لایه به آسانی در خطوط مرسوم فیلم های دمشی و ریختگی (CAST) با پارامترهای عملیاتی استاندارد پلی اولفین‌ها فرآیند شده و هم‌چنین می تواند به آسانی فرآیند مجدد یا بازیافت شود. در این مقاله تمرکز بر به خدمت گرفتن لایه مجزای COC در ساختارهای چند لایه می باشد.

COC تولید شده به وسیله شرکت Topas از پلیمریزاسیون اتیلن و نوربورنن نوعی هیدروکربن حلقوی با استفاده از کاتالیزور متالوسن تولید می شود. این مواد می تواند بسته به نسبت کومونومر ها دامنه Tg از ۳۲ تا ۱۸۰ درجه سانتیگراد داشته باشد. همانند همه پلیمرهای آمورف، COC نقطه ذوب بلوری ندارد و در عوض در دماهای بالاتر از Tg نرم شده و با اضافه کردن دما قابلیت سیلان پیدا می کند.

این رزین بدون رنگ و بدون بلورینگی سازگاری فوق العاده ای با پلی اتیلن دارد. سازگاری این مواد با پلی اتیلن های خطی مانند LLDPE بسیار بیشتر است اما در شرایط استفاده با LDPE و HDPE نیز سازگاری قابل قبول می باشد.

COC می تواند تا غلظت ۱۰% با LLDPE مخلوط شود، بدون این‌که هیچ نوع کاهشی در خواص مورد نیاز در کاربردهای مختلف ایجاد شود. گونه ای از COC که اغلب در فیلم و ساختارهای چند لایه مورد استفاده قرار می گیرد Topas ۹۵۰۶F-۰۴ با (Tg:۶۸°C) و Topas ۸۰۰۷F-۴۰۰ با (Tg:۷۸°C) می باشد. گونه های با Tg بالاتر جهت استفاده در محصولات خاص جهت رسیدن به فیلم هایی با مقاومت بالاتر مورد استفاده قرار می گیرد.

در گستره محصولاتی با مدول‌هایی در حدود ۲۱۰۰ MPa و با سطحی سخت و براق COC می تواند برای طراحی فیلم های پلی اولفینی مورد استفاده قرار گیرد تا بتواند بر چالش های متعددی فائق آید در این زمینه می توان به فیلم های سلفونی مخصوص پیچیدن شکلات یا Twist اشاره نمود که فراهم نمودن سختی، قابلیت تاخوردگی، شفافیت و براقیت بالا برای یک فیلم بدون آرایش یافتگی کو اکسترود شده اهمیت زیادی دارد.

یک فیلم Twist از ترکیب لایه های COC/LLDPE/COC (%۲۰/%۶۰/%۲۰) تشکیل شده است که با جای‌گذاری COC در لایه های بیرونی از مدول الاستیک بالای COC بهره می برد. این طرح همانند این است که در ساختمان ها از تیرآهن های I شکل استفاده نماییم. این ساختار می تواند بهترین تا خوردگی پلاستیک (بدون برگشت) و قابلیت برش یک سطح براق و جذاب را برای چاپ و متالایز فراهم آورد و بر خلاف BOPP (دیگر سلفون جایگزین) این فیلم به طور استثنایی در دستگاه‌های Twist که برای Cellphone طراحی شده، حرکت می کند.

ترکیب COC/LLDPE می تواند به نسبت مدول به سختی بالا و ترموفرمینگ یکنواختی دست پیدا کند. بنابراین این شرایط ویژه می تواند اجازه دهد که در فرآیند ترموفرمینگ با استفاده از ورق های نازک تر، محصولات بهتری تولید شود. تحقیقات اخیر نشان داد که استفاده از COC در لایه های جدا و گسسته می تواند کلیه مزایای مشابه حالت به هم پیوسته را فراهم آورد. یک فیلم COC با ضخامت ۱۵% از کل، در لایه مجزا همان کارایی فیلم تک لایه با پوشش ۲۰% از COC را دارد.

فیلم های چند لایه COC/LLDPE دارای شکل پذیری خواص اپتیکی، چقرمگی و مقاومت به سوراخ شدگی بهتری نسبت به مشابه فیلم های کواکسترود شده EVA/ionomer با قیمت برابر، هستند. فیلم های مهندسی COC/LLDPE می‌تواند هم‌چنین به خوبی با بسیاری از ساختارهای فیلم پایه نایلون مقایسه گردد و این در شرایطی است که نیاز به لایه چسب به طور کامل حذف شده است. حذف لایه چسب و رزین های غیر اولفینی محاسبات و تامین مواد اولیه را آسان نموده و به دلیل سازگاری COC و پلی اتیلن می‌توان از ضایعات بازیافت شده فیلم نیز استفاده نمود.

COC با مسدود کنندگی بهتر رطوبت نسبت به سایر فیلم ها شناخته می شود. مسدود کنندگی رطوبت این محصول بین ۴ تا ۵ برابر بیشتر از LDPE می باشد. هم‌چنین COC می تواند به عنوان جزئی از یک آمیزه، بازده مسدود کنندگی را افزایش دهد. بهترین بازده زمانی که COC به عنوان یک لایه مجزا به خدمت گرفته شود، به دست می آید. هم‌چنین COC یک مسدود کننده عالی برای بسیاری از حلال‌های قطبی مانند الکل ها در اسفنج های ضد عفونی می باشد. COC، ۳۵ مرتبه مسدودکنندگی اتانول بهتری را نسبت به LLDPE فراهم می آورد. جهت چنین کاربردهایی نوعا یک لایه آمیزه شده با درصد COC خیلی بالا با لایه ای از LLDPE به صورت ساندویچی کو اکسترود می شود.

COC نوعا می تواند مسدودکنندگی در حدود ۵ تا ۱۰ برابر بهتر نسبت به LLDPE دربرابر عبور به ترکیبات عطری داشته باشد. اگرچه COC خاصیت مسدود کنندگی مناسبی نسبت به اکسیژن و دی اکسید کربن ندارد اما این ویژگی هنوز به طور قابل ملاحظه ای نسبت به فیلم پلی اتیلن بهتر است و می توان در موارد خاص جهت مسدود کنندگی گاز در بسته بندی محصولات تازه و در بسته بندی های با نفوذ کنترل شده، مورد استفاده قرار گیرد.

COC نه تنها یک همراه خوب در کواکستروژن پلی اولفین ها است بلکه می تواند با بسیاری از پلیمرهای دیگر نیز کواکسترود شود. یک لایه COC ترکیب شده با لایه های PETG (البته لایه چسب مورد نیاز می باشد)، می تواند شفافیت بسیار خوبی را در بسته بندی های تاولی (بلیستر) قرص و سایر محصولات دارویی ایجاد کند. دیگر فیلم‌های مسدود کننده رطوبت و نیز پلی کلروتری فلوئوراتیلن (PCTFE) نمی تواند کارآیی خوبی در کاربرد اشاره شده داشته باشد و پلیمر های هالوژنه نیز دارای نیاز های خاص فرآیندی و ملاحظات زیست محیطی می باشند.

به عنوان یک پلیمر آمورف COC به طور ذاتی دارای قابلیت شرینک پذیری بالا و نیروی شرینک پذیری کم می باشد. این ویژگی با خواص اپتیکی بسیار خوب و دمای شروع Shrinkage قابل تنظیم که با Tg قابل محاسبه است و دانسیته کم که تسلیم شدگی سطحی و بازیافت را ترفیع می دهد، یک ترکیب بسیار خوب برای برچسب های اسلیو (shrink sleeve) جهت استفاده در بطری‌های کوچک به وجود می آورد. این لیبل ها شامل لیبل‌های معمولی و لیبل‌های با قابلیت شرینک در جهت ماشین می‌باشد.

لایه های پوسته ای COC فیلمی می سازد که با سفتی خمشی و زیبایی بالا هنوز جهت استفاده در فرآیند برچسب های اسلیو مورد استفاده قرار گیرد. از سوی دیگر، لایه COC به عنوان لایه میانی نیز در ترکیب با پلیمر های دیگر به عنوان پوسته به بازدهی شرینکیج مورد نظر می‌رسد تا به عنوان فیلمی با دانسیته کم و ارزان مورد استفاده قرار گیرد. فیلم های پایه COC به صورت تجاری جهت فیلم های آرایش یافته در جهت عمودی و در جهت ماشین برای برچسب های حلقوی بطری‌ها و فیلم های آرایش یافته در ۲ جهت برای بسته بندی های شرینک با قابلیت بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

COC به صورت لایه مجزا در انواع خط های فیلم ریختگی و دمشی قابلیت اکسترود شدن دارد. شرایط عملیاتی آن تشابه زیادی با سایر پلی اولفین ها دارد. توصیه های خاص فرآیندی برای هر نوع COC در وب سایت تامین کنندگان آن مانند Topas موجود می باشد.

نسبت L/D اکسترودر باید حداقل ۲۴:۱ باشد و مارپیچ با نسبت تراکم کم توصیه می گردد. مارپیچ هایی با قابلیت اختلاط مسدودی (Barrier) برای این مواد به خوبی کار می کند و ثابت شده است که بخش های اختلاط طرح مدوک موثر است اما نیاز به این طرح مشاهده نمی گردد. انواع دای های فیلم ریختگی Coat-hanger (دای هایی که جریان خروجی با تقسیم به دو جریان که نسبت به هم زاویه بازی شبیه به چوب لباسی دارد، خروج جریان از دای را کنترل می کند) و اسپیرال در فیلم دمشی مورد قبول می باشد.

توصیه شده است که سرعت مارپیچ حداقل ۵۰ rpm باشد. اگر سرعت چرخش کمتری می بایست استفاده گردد به منظور هماهنگ سازی و بهینه سازی فرآیند اختلاط می بایست از طریق افزایش فشار خروجی (افزایش به بیش از ۱۴MPa) افزایش یابد بدین منظور بایست از توری های فیلتراسیون فشرده تر استفاده نمود.

تنظیمات دماهای اکسترودر نوعا به Tg مواد COC بستگی دارد. اغلب تنظیمات می بایست ۱۳۰ تا ۱۵۰ درجه بالاتر از Tg باشد. تغذیه سریع اکسترودرهای دارای گلویی با کویل کنترل دما ( که بیشتر در اروپا مورد استفاده قرار می گیرد) باعث ایجاد چالش در اکسترود نمودن پلیمرهای سخت و با مدول بالایی مانند COC می گردد زیرا گرد مواد ایجاد شده در محل خوراک دهی باعث ایجاد مواد ذوب نشده ای می گردد که به صورت ژل ظاهر می شوند. اکسترودر هایی با گلویی دارای کویل کنترل دما باید با دمای ناحیه گلویی حدود ۱۲۰ درجه کار کند و ترجیحا استفاده از گونه هایی که جهت استفاده در چنین اکسترودرهایی است، مانند گونه Topas ۸۰۰۷F-۴۰۰ بهتر است. دیگر پارامترهای مخصوص اکستروژن فیلم های ریختگی و دمشی که در این مواد استفاده می شود، همانند PE معمولی است. در فیلم های دمشی افزایش سختی که به وسیله استفاده از درصد بالای COC به وجود می آید، می تواند باعث چالش هایی مانند روی هم و به داخل جمع شدن حباب فیلم در فرآیند فیلم دمشی شود. در حالت عمومی، گرم نگهداشتن فیلم در ناحیه به داخل جمع شدن فیلم می تواند کمک نماید.

وسایلی جهت کارکردن با فیلم های سخت HDPE و نایلون طراحی شده است و نوعا در شرایطی که درصد COC در فیلم سخت بالاتر است، نتایج بهتری را ایجاد می کند.

COC شرکت Topas یک رزین پایدار حرارتی و مقاوم در برابر تشکیل ژل است. اگرچه در زمان توقف خط یا تغییر خط این ویژگی برای تمیز کردن خط از COC امری مطلوب است. لیکن جهت تمیز نمودن خط می توان از آمیزه زدایش ۵۰% MI LLDPE و ۵۰% PE استاندارد استفاده نمود.

بیشتر گونه های COC ساخت Topas ملاحظات مربوط به استانداردهای مهم بسته بندی های غذایی را بر آورده می نماید و هم‌چنین برای استفاده در کاربردهای دارویی و بهداشتی مناسب می باشد.