Пленка дышащая: Пленка пищевая ПЭ, ПВХ дышащая стрейч-пленка цены, купить в Москве

Более высокая проницаемость перчаток с уретановой пленкой обеспечивает повышенный комфорт и удобство использования по сравнению с виниловыми или латексными перчатками.

ТЭП экструдируются для формирования самонесущих пленок, которые могут быть предназначены для ламинирования на текстильных тканях. Пленка TPE служит барьерной мембраной для пыли или биологических опасностей, таких как переносимые кровью патогены, и в то же время позволяет испаряться поту — процесс, называемый передачей водяного пара (WVT). В этой статье описывается механизм этой важной барьерной функции и рассматриваются сравнительные преимущества различных составов ТЭП.

БАРЬЕРНЫЕ ПЛЕНКИ

Одним из проверенных на коммерческой основе подходов к разработке водонепроницаемых и воздухопроницаемых материалов является использование микропористых полимерных пленок, например, изготовленных из растянутого политетрафторэтилена (ПТФЭ), различных полиолефинов или полиуретанового литья методом осаждения. . Небольшой размер пор в этих пленках препятствует проникновению жидкой воды, но взаимосвязанная структура пор позволяет пропускать водяной пар.

Однако для изготовления ламинатов для одежды часто выбирают непрерывные или монолитные пленки TPE, поскольку они не подвержены загрязнению поверхности и другим связанным с этим проблемам, наблюдаемым при использовании некоторых микропористых структур (см. Таблицу I). Эти монолитные пленки гораздо более устойчивы к истиранию и другим механическим воздействиям. Кроме того, присутствие мембраны, как правило, незаметно на внешнем виде или при обращении с тканью, которая не производит шума или запаха. Пленки, обладающие такими характеристиками, обладают низким модулем упругости, низким коэффициентом трения и низкой остаточной деформацией после деформации.

Таблица I. Сравнение характеристик монолитной и микропористой пленочных технологий.

Мембрана монолитная Технология	Микропористая мембрана Технология
Ветрозащитный	Ветрозащитный
Водонепроницаемый и водостойкий	Водостойкий и водостойкий
Нечувствительный к поверхностно-активным веществам	Чувствителен к поверхностно-активным веществам
Избирательная проницаемость	Неселективная проницаемость
Высокое давление на входе	Низкое давление воды на входе
Значительная зыбь	Незначительное вздутие или его отсутствие
Хорошая прочность на разрыв	Низкая прочность на разрыв
Отличная защита от запахов	Плохой барьер против запаха
Высокий WVT	Высокий WVT
От умеренной до высокой стоимости	Цена от низкой до высокой

Когда монолитная пленка ламинируется на открытую ткань, проницаемость барьера TPE становится фактором, определяющим скорость рассеивания пота. Небольшие молекулы, такие как компоненты воздуха, включая водяной пар, могут проходить через твердые полимеры в результате сложного процесса активированного молекулярного раствора/диффузии ( активированный относится к энергии активации, необходимой для создания молекулярного пути через твердый полимер). ⁴ «Дышащие» полимеры — это полимеры с высокой проницаемостью для водяного пара, а не с высокой проницаемостью для кислорода или углекислого газа. Чем больше градиент потенциальной концентрации, тем сильнее импульс WVT и тем более выражено «затекание» материала.

Плотные беспористые пленки ТЭП переносят молекулы воды путем молекулярной диффузии (в соответствии с сорбционно-диффузионной моделью) через полимерную матрицу, используя в качестве движущей силы разницу в парциальном давлении водяного пара над пленкой (см. рис. 1). Таким образом, пленки или мембраны служат для регулирования относительной влажности и температуры в микроклимате, прилегающем к коже человека. Чтобы свести к минимуму сопротивление переносу водяного пара, пленка должна иметь высокую водопроницаемость и малую толщину. Однако оптимальная толщина не обязательно соответствует самой тонкой пленке, поскольку механическая прочность снижается при уменьшении толщины, а защита может быть снижена при меньшей толщине.

Рисунок 1. Схематическое представление транспорта воды через гидрофильную монолитную мембрану из ТПУ.

ДИНАМИКА МИКРОКЛИМАТА

Важными параметрами микроклимата между кожей и мембраной являются температура и влажность. Для поддержания постоянной внутренней температуры тела и термодинамического равновесия между микроклиматом и окружающей средой (как определение комфорта) тепло, выделяемое человеческой деятельностью, должно быть равно теплу, рассеиваемому в окружающую среду. Основным механизмом потери тепла, особенно при физической нагрузке, является испарение воды и последующий транспорт воды в окружающую среду.

Рис. 2. Пропускание водяного пара в зависимости от относительной влажности для пленки из ПЭЭ толщиной 35 мкм, полученной методом осушителя при 23°C (ASTM E96 A).

Во время физической активности люди испаряют до 800 г воды в час, что соответствует потере тепла около 1800 кДж — примерно 80 % выделяемого тепла. Водяной пар может переноситься в окружающую среду путем конвекции через обычные отверстия в одежде и/или путем диффузии через слои застойного воздуха внутри и между слоями ткани комплекта одежды в результате различий парциальных давлений водяного пара над сборкой. На Рисунке 2 и в Таблице II показана зависимость WVT от условий окружающей среды и градиента влажности через мембранную пленку, соответственно (данные приведены только для целей сравнения и не предназначены для представления спецификации). Также было проведено более подробное сравнительное исследование различных методов тестирования WVT, обычно используемых в медицинской промышленности. ⁵ Следует отметить, что тесты в чашках, такие как те, которые рекомендованы в ASTM E96, обычно показывают значительные различия в результатах тестов, которые связаны со скоростью воздуха и другими условиями в отдельных тестовых камерах. Рекомендуется тестировать разные пленки в прямом сравнении.

Таблица II. Типичные данные WVT для коммерческих эфирных пленок TPU с различным химическим составом мягких сегментов, полученные в соответствии с несколькими общими процедурами испытаний, которые характеризуются различными градиентами водяного пара через мембрану. Данные стандартизированы для материалов толщиной 25 мкм.

Процедура	Родственные Метод ASTM	Единицы	Темп. (°С)	Отн. Гул. (%)	ТПУ/ ПТГФ 1	ТПУ/ ПЭО 2	ТПУ/ ПЭО 3
Твердость по Шору A				Д2244	85	90	82
Водозаборник		мас.-%	23	Погруженный в воду	1	14	48
Вертикальный стакан , осушитель	Е96 А	г/м 2 /день	23	85	320	800	1400
Вертикальный стакан , осушитель	Е96 Е	г/м 2 /день	38	90	850	2300	3700
Вертикальный стакан , осушитель	Е96 Е	г/м 2 /день	23	50	340	600	1000
Стойка чашка, вода	Е96 Б	г/м 2 /день	23	50	200	600	900
Перевернутая чашка, вода	Е96 БВ	г/м 2 /день	23	50	1000	6000	9000
1 Валопур 2201 AU; 2 Walotex VPT 2204AC; 3 Валотекс ВПТ 22002С

ТЭП СМОЛ ХИМИЧЕСКИЙ

Существует ряд свойств, влияющих на проницаемость или воздухопроницаемость полимера. Например, гидрофильная природа материала, кристалличность и содержание наполнителя могут влиять на способность полимера пропускать водяной пар. ТПЭ, часто выбираемые для медицинского применения, представляют собой мультиблок-сополимеры типа АВ, состоящие из мягких полиэфирных сегментов и кристаллизующихся жестких сегментов. Смолы TPE, содержащие амидные (PEBA), уретановые (TPU) или сложноэфирные (PEE) твердые сегменты, как правило, обеспечивают самую высокую доступную механическую прочность среди эластомеров, что делает их отличными кандидатами для производства легких пленок (см. рис. 3). ^6–9 Молекулярную основу TPE можно манипулировать для улучшения проницаемости, например, путем включения гидрофильной части для увеличения сродства полимера к воде.

Рисунок 3. Химическая структура смол жесткого сегмента, используемых в гидрофильных пленках TPE.

В сегментированном ТЭП проникновение происходит в основном через резиноподобную эластичную мягкую фазу, а не через домены твердого сегмента. В результате проницаемость изменяется обратно пропорционально содержанию твердого сегмента или твердости по Шору. В целом содержание мягкого сегмента в основном определяет паропроницаемость монолитных ТЭП мембран. Рисунок 4 иллюстрирует правило, согласно которому чем выше содержание мягких сегментов в ТРЕ, тем ниже твердость по Шору.

Рис. 4. Жесткость по Шору D и пропускание водяного пара (ASTM E96 B, 30°C, 10 мкм) в зависимости от содержания мягких сегментов (PEE-PEO/4000 г/моль), данные из ссылки 9.

Мягкие сегменты. Базовые полиэфирные мягкие сегменты дышащих пленок TPE обычно представляют собой блок-сополиэфиры полиэтиленоксида (PEO или PEG) или полиэтиленоксида/полипропиленоксида (PEO/PPO), но также используется политетрагидрофуран (PTHF или PTMEG) (см. Рисунок 5). Простые мягкие сегменты PPO обычно не встречаются в дышащих TPE. Часто для балансировки физических свойств используются смеси различных мягких сегментов: например, ПЭО более гидрофильный, а ПТГФ механически прочнее и не так сильно набухает. Увеличение СН ₂ /O ₂ в мягком сегменте снижает совместимость между жесткими и мягкими сегментами.

Рисунок 5. Химическая структура макрогликолей эфирного типа с мягкими сегментами, обычно используемых для воздухопроницаемых материалов TPE.

Молекулярная масса гидрофильных мягких сегментов в смолах для воздухопроницаемых пленок ТЭП имеет тот же порядок величины (600–4000 г/моль), что и у других ТЭП на основе полиэфира. (Обзоры свойств стандартных материалов на основе мягких эфирных сегментов доступны в литературе. ¹⁰ ) TPE на основе ПЭО обладают одной из самых высоких водопроницаемости среди всех известных полимеров, приближаясь (а иногда и превосходя) к проницаемости известных гидрофильных полимеров, таких как целлюлоза и поливиниловый спирт. Одним из недостатков использования ПЭО в качестве мягкого сегмента в пленках является его значительная липкость, которая может быть результатом нагревания или набухания во время любых процессов стирки или химической чистки.

Согласно сорбционно-диффузионной модели для монолитных мембран проницаемость является функцией сорбции пенетранта в полимер мембраны и его диффузионного движения через него. Высокая подвижность цепей воздухопроницаемых ТЭП, о чем свидетельствуют температуры стеклования значительно ниже 0°C для всех мягких сегментов эфирного ПЭО, обеспечивает высокие коэффициенты диффузии, обнаруженные для воды. Обычно предполагается, что высокая водопроницаемость связана с непрерывной фазой мягких сегментов, наблюдаемой в ТЭП.

Водопоглощение сильно зависит от содержания ПЭО, а также от молекулярной массы мягких сегментов. Считается, что увеличение водопоглощения с увеличением молекулярной массы мягкого сегмента ПЭО отражает степень разделения фаз между твердыми и мягкими сегментами. Мягкий сегмент с более низкой молекулярной массой обычно приводит к механически более прочным пленкам.

Мягкие сегменты с более высокой молекулярной массой образуют более отчетливые, но бедные твердыми сегментами домены ПЭО, которые способны поглощать большее количество воды. Увеличение водопоглощения с содержанием ПЭО в основном показывает экспоненциальное увеличение в диапазоне графика, что можно объяснить уменьшением количества «физических» поперечных связей, образованных доменами жесткого сегмента. Эти поперечные связи налагают предел набухания на гидрофильные области ПЭО, что приводит к возникновению кластеров воды в набухшей полимерной матрице выше определенного содержания ПЭО. На рис. 6 показаны два типа поглощенной воды: связанная и жидкая (замерзающая). При низком содержании ПЭО поглощенная вода связана с цепями ПЭО водородными связями. Выше определенного содержания ПЭО все чаще присутствует замерзающая вода. Эта замерзающая вода может быть обнаружена с помощью метода, известного как термопорометрия, который измеряет снижение температуры замерзания / плавления кластеров воды в полимерах с помощью анализа ДСК. С помощью этого метода можно определить размеры пор от 2 до 7 нм.

Рис. 6. Водопоглощение ПЭЭ/ПЭО ТПЭ, погруженного в воду при комнатной температуре: (а) в зависимости от содержания мягких сегментов и молекулярной массы мягких сегментов и (б) в зависимости от содержание ПЭО (4000 г/моль) показано в виде общего количества и жидких фракций, данные из ссылки 9.

Твердые сегменты. Температура плавления воздухопроницаемых пленок TPE в значительной степени определяется типом присутствующих жестких сегментов. Высокая температура расплава желательна для термической стабильности во время высокотемпературных процессов, таких как ламинирование, гидроизоляция ткани, герметизация швов и глажка. PA12 — полиамид с 12 углеродными звеньями в его основном молекулярном повторяющемся звене — и большинство жестких сегментов ТПУ обеспечивают температуру плавления 175 ° C и ниже, тогда как использование некоторых ТЭП на основе полиэфира приводит к температуре плавления 200 ° C.

Ряд важных механических свойств этих мультиблочных сополимеров, таких как прочность на растяжение или сопротивление истиранию, также определяются типом жесткого сегмента. Например, составы, включающие твердые сегменты азотсодержащего ПА12 и ТПУ, обычно дают более прочные пленки (см. Таблицу III).

Таблица III. Сравнение типичных свойств воздухопроницаемых пленок PEO TPE с различным химическим составом для жестких сегментов. Данные стандартизированы для материалов толщиной 25 мкм.

Процедура	Родственные Метод ASTM	Единицы	ПЕБА 1	ТПУ 2	ТПУ 3	ПЭЭ 4 >
Твердость по Шору A		Д2244	87	90	82	80
Удельный вес	Д792	г/см 3	1,05	1,26	1,17	1,22
Ульт. Растяжение
МД	Д882	МПа	37,6	35,1	46,8	11,0
CD			23,1	29,4	38,1	7,1
Ульт. Удлиненный.
МД	Д882	%	540	460	580	380
CD			500	490	740	660
50% Модуль
МД	Д882	МПа	14,2	6,4	5,6	5,6
CD			11,9	5,4	4,4	3,8
Разрыв Сопротивление
МД	Д1004	Н/мм	85,1	41,2	41,3	42,2
CD			116,2	47,0	47,1	55,1
WVT при 38°C и относительной влажности 90%	Е96 Е	г/м2/день	3200	2300	3000	2600
1 Pebatex MX 2234; 2 Валотекс ВПТ 2204АС; 3 Dureflex PT1710S; 4 Дурефлекс PS2010S

ПРОИЗВОДСТВО ПЛЕНКИ

Среди наиболее распространенных технологий, используемых для производства монолитных воздухопроницаемых пленок, являются литье из раствора и экструзия расплава.

Термопластичная природа пленочных материалов TPE делает их потенциальными кандидатами для обработки из раствора, если доступны подходящие растворители. Хотя ТПУ часто перерабатываются из МЭК или других растворов, найти подходящие растворители для ПЭБА и ПЭЭ проблематично, поскольку с растворителями типа крезола трудно обращаться должным образом.

Гидрофильный ТПУ, например, может быть отлит из вязкого раствора непосредственно на ткань. После испарения растворителя можно получить плотные монолитные покрытия. Контролируя разделение фаз при осаждении раствора в нерастворитель, также можно получить микропористые пленки. Обработка раствором, как правило, дороже, чем экструзия, что является значительным преимуществом для экструдированных пленок.

Экструзия расплава, несомненно, является предпочтительным методом переработки ТРЕ в пленку. За исключением очень мягких марок, большинство гидрофильных ТЭП подходят для экструзии (см. рис. 7). Сушка исходных материалов ТЭП имеет решающее значение, поскольку они имеют тенденцию очень быстро поглощать влагу из окружающей среды, а высокий уровень влаги в расплаве может привести к неровной поверхности пленки. Пленки можно формовать из расплава, используя обычные плоские головки или стандартные круглые головки для выдувания пленки. Количество расплавленного полимера, проходящего через головку, и скорость соответствующего литейного, охлаждающего или подвесного валка определяют конечную толщину пленки. Толщина TPE от кромки матрицы до конечной пленки зависит от коэффициента вытяжки от 50:1 до 100:1. TPE должен демонстрировать достаточную прочность расплава, чтобы выдерживать вытягивание без разрыва. Кристаллизация предпочтительно должна происходить после завершения вытяжки, чтобы свести к минимуму ориентацию в машинном направлении и анизотропию механических свойств. В Таблице III показано сравнение свойств ТРЕ в машинном направлении (MD) и поперечном направлении (CD).

Рис. 7. MVT и WVP в зависимости от калибра для экструдированных пленок из ароматического ТПУ/ПЭО твердостью 90 по Шору А (ASTM E96 A).

Хотя процесс с плоской головкой дает некоторые преимущества в отношении контроля кристаллизации полимера, экструзия пленки с раздувом является более рентабельной. Поскольку на некотором оборудовании трудно работать с тонкими, высокоэластичными пленками, часто добавляют более жесткий носитель или прокладку, что также предотвращает блокировку рулона.

Скользящие или антиадгезивные добавки часто добавляют в базовую смолу для пленок TPE, чтобы облегчить обращение, особенно с тонкими пленками. Добавки иногда могут оказывать негативное влияние на воздухопроницаемость, так как они воздействуют на поверхность пленки — наиболее важный интерфейс для сорбции влаги полимером мембраны. (См., например, значения WVT для пленок на основе аналогичного химического состава ТПУ, но с разными пакетами добавок, как указано в таблицах II и III.) Пленки, полученные раздувом, часто предпочтительнее слоев с экструзионным покрытием, нанесенных непосредственно на ткань, поскольку лучше контролировать барьерные свойства. Иногда смеси нескольких TPE используются для точной настройки свойств пленки, чтобы создавать пленки по индивидуальному заказу, отвечающие конкретным требованиям. ¹¹

ЛАМИНИРОВАНИЕ

Для улучшения обработки и механической прочности дышащие пленки ТРЕ часто ламинируют как минимум на одну подложку. Подходящие субстраты определяются структурой продукта (ткань, нетканый материал или пена) и конечным применением.

Поскольку ламинирование всегда приводит к увеличению сопротивления переносу водяного пара, важно тщательно выбирать процесс ламинирования, чтобы гарантировать, что воздухопроницаемость конечного ламината сохраняется на высоком уровне. Рекомендуемые процедуры ламинирования воздухопроницаемых пленок предусматривают прерывистое нанесение клея для ламинирования (см. рис. 8). Методы ламинирования, которые были успешно использованы с пленками TPE, включают трафаретную печать из расплава, печать из расплава, пористое покрытие и покрытие распылением.

Рис. 8. Типичные процедуры ламинирования, допускающие прерывистое нанесение клея.

Трафаретная печать горячим расплавом. При трафаретной печати горячим расплавом, которая может использоваться для одноразового производства, для нанесения клея используется перфорированное ротационное сито. Подложка прижимается к сетке с помощью встречного валика, а гибкое лезвие проталкивает клей через сетку к подложке. Затем вторую подложку ламинируют с помощью каландра.

Печать расплавом. Для печати из расплава используется нагретый гравированный валик для переноса клея на подложку. Клей-расплав наносится из резервуара, который прилегает к гравированному валику. Из-за горячей липкости клея расплав переносится на подложку, когда он проходит точку зажима. Вторая подложка снова ламинируется с помощью каландра. Этот процесс часто используется для многоразовой профессиональной одежды.

Пористое покрытие. В процессе нанесения пористого покрытия, обычно используемого для несущих ламинатов, используется специальная экструзионная головка с несколькими гидравлическими отсеками с индивидуальным управлением, которые позволяют наносить клей в прерывистом режиме. Для прерывистой подачи клея на одну подложку требуется несколько шестеренчатых насосов; для ламинирования на вторую подложку требуются каландровые валки.

Напыление. Отверждаемые влагой клеи на основе растворителей можно распылять на подложку, которая вместе со второй подложкой подается в каландр. Позже растворитель необходимо выпарить, обычно в печи. Для решения проблем, связанных с выхлопными газами из печи, содержащими растворитель, и во избежание ненужного набухания пленок следует использовать так называемые клеи с высоким содержанием твердых веществ — с содержанием твердых веществ около 60% по весу.

МЕДИЦИНСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Воздухопроницаемые ламинаты из пленки и ткани находят все большее применение в конечных целях, требующих выборочно водонепроницаемых, но воздухопроницаемых барьерных характеристик. Медицинские барьеры часто характеризуются синтетическими тестами на проникновение крови или вирусов (ASTM F1670 и F1671 соответственно). Монолитная пленка TPE может обеспечить желаемые свойства при правильном дизайне. В зависимости от области применения устойчивые барьеры можно получить уже при толщине пленки около 25 мкм (0,001 дюйма). Одноразовые изделия включают халаты для операционных и другие средства индивидуальной защиты, одежду для чистых помещений, постельные принадлежности, перевязочные материалы и перчатки.

Водонепроницаемые дышащие вставки для одежды из пленок TPE с высоким WVT изготавливаются из пленок, приклеиваемых к ткани. Ламинат разрезается и сшивается для подготовки вкладыша. Профессиональная одежда для использования в операционных выигрывает от селективных барьерных характеристик, поскольку она защищает пациента от пыли или частиц кожи, в то же время обеспечивая достаточное испарение пота для предотвращения теплового стресса.

Растущее признание дышащих пленок TPE на рынке медицинских услуг приводит к их применению в таких областях, как повязки на раны или постельные принадлежности для борьбы с аллергией и защиты матрасов в больницах. ^7,12,13 Антиаллергенные наматрасники состоят из ткани, ламинированной воздухопроницаемой пленкой, обычно толщиной от 25 до 40 мкм. Покрытие из монолитной пленки обеспечивает эффективный барьер для аллергенов, возникающих, например, от пылевых клещей в постельных принадлежностях, сохраняя при этом комфортную сухость пациента, поскольку воздухопроницаемая барьерная пленка обеспечивает испарение и эвакуацию влаги быстрее, чем кожа выделяет ее. Такие тканевые ламинаты сохраняют свои свойства даже после многократных циклов стирки.

Для воздухопроницаемых и высвобождающих лекарств типов раневых повязок пленки толщиной от 30 до 50 мкм покрыты чувствительным к давлению клеем. Дышащие раневые повязки позволяют покрывать большие площади раны, при этом позволяя влаге, образующейся в ране, испаряться.