Foliami nazywamy cienkie materiały o gruboci od 5 ľm (5/1000 mm) w przypadku tworzyw sztucznych i od około 10 ľm w przypadku aluminium, do około 300 ľm dla tworzyw sztucznych i do około 150 ľm dla aluminium.
Folie z tworzyw sztucznych i z aluminium nazywane sš bardzo często monofoliami w odróżnieniu od laminatów foliowych, zwanych często także foliami kompleksowymi. Okrelenie ămonofoliaÓ oznacza, że folia jest homogeniczna, czyli zbudowana z tego samego materiału. Folie aluminiowe przeznaczone do zadrukowywania mogš mieć powierzchnię gładkš lub moletowanš. W przypadku folii z aluminium do zadrukowywania stosowane sš praktycznie wyłšcznie folie gładkie.
Folie z tworzyw sztucznych i aluminium zadrukowywane sš najczęciej technikš fleksograficznš lub wklęsłodrukowš.
1. Folie celulozowe
Sš one produkowane z przetworzonej celulozy. Należy wyróżnić tutaj dwa rodzaje: folię z celulozy regenerowanej zwanš również wiskozowš oraz folię z octanu celulozy. Folia z celulozy regenerowanej jest najstarszym podłożem drukowym sporód folii wykonanych z tworzyw sztucznych. W chwili obecnej jej produkcja jest szczštkowa. W 2001 roku łšcznie w sumarycznej produkcji orientowanej folii polipropylenowej i folii z celulozy regenerowanej ta ostatnia nie miała nawet pięciu procent udziału. W zasadzie w Europie czynne sš obecnie tylko dwie fabryki folii z celulozy regenerowanej. Została ona zastšpiona ze względów ekologicznych i ekonomicznych foliš z orientowanego polipropylenu.
1.1. Folia z celulozy regenerowanej
Jak wspomniano powyżej, folia z celulozy regenerowanej zwana jest również foliš wiskozowš, ale jej popularna i szeroko przyjęta nazwa potoczna to celofan [1-2]. Celofan jest przezroczystš lub barwionš na dowolnš barwę foliš o gruboci od 20 do 250 mm. Skład chemiczny celofanu jest następujšcy: 75Ö94% a-celulozy (tj. celulozy o SP1> 200 Đ jest ona nierozpuszczalna w 17,5% NaOH), 5Ö10% wody, 12Ö16% gliceryny lub innych plastyfikatorów oraz 0,3Ö0,5% popiołu (substancje mineralne). W przekroju można wyróżnić warstwy naskórne i rdzeń różnišce się orientacjš łańcuchów celulozy.
Dalej przedstawiono wzór celulozy, który w formie uproszczonej można zapisać: [C6H7O2(OH)3]n.
Folię wiskozowš otrzymuje się z wiskozy przez jej wytłaczanie szczelinowe do kšpieli kwanej. Wiskoza jest solš sodowš ksantogenianu celulozy, otrzymywanš w wyniku reakcji alkalicelulozy (celulozy merceryzowanej) z dwusiarczkiem węgla według reakcji: (...)
Z formalnego punktu widzenia ksantogeniany celulozy sš estrami, jednak reakcje ich otrzymywania przebiegajšce w rodowisku silnie zasadowym sš bardziej podobne do eteryfikacji niż estryfikacji. Wiskoza ma postać lepkiej pomarańczowej cieczy, z której po odszczepieniu podstawnika i skoagulowaniu regeneruje się celuloza. (...)
Celuloza jest regenerowana w postaci folii lub włókien. Bezporednio po kšpieli kwanej, w której powstaje zżelowana błona, następujš kšpiele o zmniejszajšcym się stężeniu kwasu, a dalej kšpiele odsiarczkowujšce, płukanie i bielenie. Zasadnicze znaczenie dla właciwoci folii ma ostatnia kšpiel plastyfikujšca. Dalej folia jest suszona za pomocš goršcych bębnów o kolejno zmniejszanej temperaturze, przy czym ostatnie z nich sš nawet chłodzone.
Zachowanie parametrów suszenia ma wpływ nie tylko na utrzymanie 6-10% wody, ale także na uzyskanie połysku i przezroczystoci folii. Folia z celulozy regenerowanej ma bardzo małš przepuszczalnoć tlenu (kilkaset razy niższš niż polietylen i polipropylen). Warunki produkcji decydujš o wielu właciwociach folii celulozowych. Najlepsze właciwoci wytrzymałociowe folii wiskozowej (odpornoć zmęczeniowa, udarnoć i odpornoć na przedzieranie) uzyskuje się przy dużej masie czšsteczkowej celulozy (duży SP), małym stopniu uporzšdkowania i niskiej orientacji. Folia z celulozy regenerowanej charakteryzuje się dużš anizotropiš. Metoda wiskozowa jest dominujšca przy produkcji folii regenerowanej, niemniej w niewielkim stopniu stosowane sš również inne metody jej otrzymywania. Najlepsze sš folie produkowane metodš ăwylewania na suchoÓ i deacetylowania octanu celulozy. Posiadajš one mniejszy stopień krystalicznoci i mniejsze wymiary krystalitów.
Jednš z pierwszych nazw folii z regenerowanej celulozy, używanš zresztš i obecnie, jest nazwa celofan. Jest to spolszczona nazwa Cellophane, która pierwotnie została utworzona ze słów cellulose i diaphane. Nazwa Cellophane była zastrzeżona, w zwišzku z tym folia z celulozy regenerowanej była produkowana w różnych krajach pod różnymi nazwami własnymi.
Folie z celulozy regenerowanej można podzielić na dwie główne grupy: folie nielakierowane zwane również zwykłymi lub P-foliami oraz folie lakierowane (po jednej lub obu stronach), gdzie gruboć lakieru zmienia się w granicach 2Ö4 g/m2.
Nielakierowana folia z celulozy regenerowanej ma właciwoci higroskopijne głównie dzięki zawartoci rodków plastyfikujšcych. Łatwo chłonie wilgoć z atmosfery i dlatego powinna być przechowywana w pomieszczeniu o temperaturze 20ą2ĄC i wilgotnoci względnej powietrza 55ą5%. Straty wilgoci powstajšce podczas zadrukowywania nielakierowanej folii muszš być uzupełniane na maszynie drukujšcej. Zmniejszenie zawartoci wilgoci bezwzględnej poniżej 5% czyni folię kruchš i łamliwš oraz pogarsza jej właciwoci mechaniczne.
Przez lakierowanie lakierem nitrocelulozowym, na bazie kopolimerów chlorku winylu lub saranowym (PVDC) uzyskuje się zdolnoć folii z celulozy regenerowanej do zgrzewania. Także przez lakierowanie właciwoci zgrzewania na goršco i właciwoci barierowe mogš być dostosowane do wymagań stawianych folii z celulozy regenerowanej przy jej zastosowaniu jako materiału opakowaniowego.
Folia z celulozy regenerowanej lakierowana, szczególnie lakierem saranowym (PVDC), ma dobrš odpornoć na tłuszcze i oleje. Przy normalnym stosowaniu folia celofanowa nie ulega biologicznemu rozkładowi, natomiast łatwo ulega biodegradacji w czasie przebywania w ziemi. Fakt ten staje się coraz bardziej znaczšcy przy braniu pod uwagę zagadnień ochrony rodowiska. Palnoć folii z celulozy regenerowanej jest podobna do palnoci papieru. Nie ulega ona topieniu się, jest mniej wrażliwa na ciepło w stosunku do innych folii z tworzyw sztucznych. Nie ma z niš kłopotów zwišzanych z występowaniem zjawiska elektryzowania się (tzn. elektrycznoci statycznej). Jest to jedna z głównych jej zalet w porównaniu z innymi foliami z tworzyw sztucznych.
Właciwoci folii z celulozy regenerowanej mogš być zmieniane w szerokim zakresie, stosownie do wymagań odbiorcy. Ogólne właciwoci fizyczne folii z celulozy regenerowanej tak powlekanych, jak i niepowlekanych można przedstawić następujšco:
Ľ masa właciwa, g/cm3 Đ 1,45
Ľ gruboć, mm Đ 20Ö21 dla gramatury 28 g/m2
Đ 42Ö44 dla gramatury 60 g/m2
Ľ wytrzymałoć na rozcišganie, MPa Đ wzdłuż Đ 0,12
Đ w poprzek Đ 0,05
Ľ wydłużenie, % Đ wzdłuż Đ 15Ö25
Đ w poprzek Đ 50Ö70
Za granicš produkowano szeroki asortyment folii wiskozowych, w zwišzku z czym stosowano międzynarodowy system oznaczania różnych typów celofanów.
Oznaczenia stosowane w systemie składajš się z dwóch częci: kombinacji liter, które okrelajš rodzaj folii oraz trzech cyfr, które sš iloczynem gramatury folii pomnożonej przez 10.
Oznaczenia systemu międzynarodowego:
A Đ zwiększona wodoodpornoć (lakierowana),
C Đ barwiona,
D Đ jednostronnie powlekana,
G lub F Đ bardzo giętka (zwiększona giętkoć),
H Đ giętka,
M Đ wydatnie zmniejszona przenikalnoć pary wodnej (lakierowana),
P Đ folia niepowlekana (nielakierowana),
Q lub L Đ przepuszczalnoć pary wodnej większa niż dla odmiany M, ale mniejsza niż dla odmiany P,
S Đ podatna na łšczenie na goršco (zgrzewalna),
T Đ przezroczysta (niebarwiona),
X Đ pokryta lakierami na bazie polimerów winylowych,
XX Đ pokryta lakierem na bazie kopolimerów winylidenowych,
/S Đ powlekana z układu rozpuszczalnikowego,
/A Đ powlekana z emulsji wodnej.
Np. symbole: MXXT/A, MSAT, QSAT i PT oznaczajš:
Ľ MXXT/A Đ folia wiskozowa dwustronnie powlekana kopolimerami winylidenowymi z emulsji wodnej, niebarwiona, o małej przenikalnoci pary wodnej;
Ľ MSAT Đ folia wiskozowa powlekana dwustronnie lakierami nitrocelulozowymi, o zwiększonej wodoodpornoci, podatna na zgrzewanie, niebarwiona;
Ľ QSAT Đ folia wiskozowa powlekana dwustronnie lakierami nitrocelulozowymi, ze specjalnie kontrolowanš przepuszczalnociš pary wodnej, niebarwiona, podatna na łšczenie na goršco;
Ľ PT Đ niepowlekana, przezroczysta, odporna na pył, tłuszcze i oleje; brak odpornoci na wilgoć, przepuszczalna dla pary wodnej.
Folie wiskozowe były składnikami folii kompleksowych (laminatów). Folia wiskozowa najczęciej łšczona była z polietylenem, polipropylenem, papierem, foliš aluminiowš lub też za pomocš mikrowosków łšczono dwie folie wiskozowe o różnych właciwociach.
Produkowano również folie metalizowane próżniowe, które miały jednostronnie osadzonš cienkš warstwę aluminium. Folie wiskozowe były materiałem opakowaniowym, zadrukowywanym przed formowaniem opakowań. Folie kompleksowe, które także były materiałem opakowaniowym, były zadrukowywane powierzchniowo lub międzywarstwowo.
Należy pamiętać, że folia nielakierowana wymaga stosowania innych farb drukarskich niż folie lakierowane. Do zadrukowywania folii lakierowanych w zależnoci od rodzaju powłoki należy stosować różne rodzaje farb graficznych odpowiednich dla danych powłok. Folia wiskozowa służy głównie do wytwarzania opakowań przeznaczonych do pakowania rodków spożywczych, w zwišzku z tym zarówno sama folia, jak i powłoki lakiernicze sš fizjologicznie obojętne.
Folia wiskozowa najczęciej zadrukowywana jest technikš fleksograficznš, rzadziej wklęsłš. Odmiany folii wiskozowych stosowanych do zgrzewania wymagajš farb odpornych na podwyższonš temperaturę, które nie brudziłyby zgrzewarki, gdyż nadruk bywa wykonywany zarówno po stronie wewnętrznej, jak i zewnętrznej opakowania.
1.2. Folie z octanu celulozy
Octany celulozy otrzymuje się najczęciej działajšc na celulozę bezwodnikiem octowym w obecnoci kwasu octowego i niewielkich iloci (ok. 1%) katalizatora, najczęciej H2SO4. Reakcja przebiega według ogólnego schematu (na przykładzie trójoctanu) [3]: (...)
Acetylowanie celulozy można przeprowadzić również za pomocš chlorku acetylu (CH3COCl) oraz ketenu (CH2CO).
Octany o zawartoci 58Ö61% zwišzanego kwasu octowego stosowane sš do wyrobu błon filmowych i folii, o zawartoci 55% zwišzanego kwasu octowego Đ do wyrobu włókien sztucznych, o zawartoci 52Ö53% zwišzanego kwasu octowego Đ do wyrobu lakierów, farb i tworzyw sztucznych.
Folie z octanu celulozy o grubociach 18Ö400 ľm sš produkowane najczęciej metodš wylewania i wytłaczania. Duża przezroczystoć, szklisty połysk i wyjštkowo duża odpornoć na zarysowanie zdecydowały o zastosowaniu folii do laminowania druków i na opakowania prezentujšce wyrób. Do laminowania druków używa się folii o grubociach 15Ö40 ľm.
Do produkcji folii stosuje się surowiec o różnym stopniu estryfikacji (od 2 do 3). Stopień estryfikacji decyduje o ich właciwociach. W zwišzku z tym produkowane sš folie dwuoctanowe, dwuipółoctanowe oraz trójoctanowe. W celu polepszenia właciwoci folii octanowych stosuje się zmiękczacze w iloci aż do 30%.
Folie z octanu celulozy posiadajš pewne wady, takie jak: znaczna przepuszczalnoć pary wodnej i gazów oraz mała stabilnoć wymiarowa przy różnej wilgotnoci otoczenia, a także doć znaczna kruchoć, która powoduje koniecznoć stosowania do folii zmiękczaczy. Migracja zmiękczacza po laminowaniu druków powoduje zwiększenie kruchoci folii. Folie z octanu celulozy sš drogie. Folie octanowe stosowane do laminowania druków zostały prawie całkowicie wyparte przez orientowane folie polipropylenowe OPP.
Folia octanowa zadrukowywana jest technikš fleksograficznš lub wklęsłodrukowš. Farba nałożona na folię staje się w miarę upływu czasu krucha i odpryskuje przy jej zginaniu. Zjawisko to wywołuje migracja składników plastyfikujšcych w głšb folii. Folia z octanu celulozy jest wrażliwa na pewne rozpuszczalniki, które wprowadzone do farb powodujš pęcznienie lub zmięknienie pod nadrukiem. Przy drukowaniu należy pamiętać, że najodpowiedniejsze sš farby na bazie etanolu i estrów.
Folia octanowa absorbuje z otoczenia mniej wilgoci niż folia wiskozowa i jej wytrzymałoć po nawilżeniu zmniejsza się nieznacznie. Folia z octanu celulozy jest trudno palna. Bywa ona również stosowana na obwoluty broszur i ksišżek.
Folia z octanu celulozy pali się, nawet po odsunięciu płomienia. Płomień ma barwę pomarańczowš, w czasie palenia folia rozpryskuje się. cdn.
1 SP Đ stopień polimeryzacji
Autor jest pracownikiem dydaktycznym w Instytucie Poligrafii PW
Literatura
1. Czerniawski B., Nassalski A.: Folie opakowaniowe, WNT, Warszawa 1970.
2. Bohdan M.: Folie z celulozy regenerowanej. Naturalny wybór, Opakowanie, 10, s. 45-50, 1996.
3. Jakucewicz S.: Materiałoznawstwo poligraficzne. Podłoża drukowe, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1993.
