Folia: wszechobecny niezbędnik?

Cenimy ją za to, że pozwala zachować szczelność produktów, jest wytrzymała, elastyczna i dobrze chroni przed działaniem czynników zewnętrznych. Zwykły konsument rzadko jednak zastanawia się nad tym, w jaki sposób powstaje - a produkcja folii z tworzywa sztucznego jest niewątpliwie jedną z kluczowych metod przetwarzania polimerów, do której zasadniczo wykorzystuje się technologię wytłaczania na płasko lub z rozdmuchem. Główne zastosowania folii dotyczą branży opakowań i rolnictwa.

Trudno wyobrazić sobie dzień, w którym bylibyśmy w stanie ominąć korzystanie z folii. Każda z nich pełni nieco inne funkcje i przeznaczona jest do innych celów. Używamy ich do przechowywania i pakowania wszystkiego: od żywności, po towary przemysłowe w dużych ilościach. Folie są wszechstronne, lekkie i elastyczne, dzięki czemu nadają się do szerokiego zakresu zastosowań. Można je przetwarzać i przekształcać w rozmaite produkty odpowiadające różnym potrzebom konsumentów.

Historycznie

Folia tak naprawdę została wynaleziona przypadkiem. Jak to możliwe? Na początku musimy wrócić do roku 1898. To właśnie wtedy niemiecki alchemik Hans von Pechman poprzez podgrzanie diazometanu uzyskał zupełnie nowy związek chemiczny. Substancja ta miała biały kolor, była także woskowata. Przyjrzeć się jej bliżej postanowili współpracownicy Pechmana: Eugen Bamberger oraz Friedrich Tschimer. W trakcie swoich badań odkryli oni, że podstawowym składnikiem substancji są grupy -CH2-. To jednak nie zapoczątkowało jeszcze produkcji folii na masową skalę.

Minęło trochę czasu zanim ponownie pochylono się nad badaniami wspomnianej substancji. Ciąg dalszy nastąpił w 1933 r., kiedy to dalsze badania nad syntezą tego związku prowadzone były przez 2 chemików - Reginalda Gibsona oraz Erica Fawcetta. Obaj pracowali w korporacji Imperial Chemical Industries. To właśnie tam 2 lata później wymyślony został proces efektywnego i masowego pozyskiwania polietylenu. Twórcą metody był Michel Perrin. Od tamtej pory rozpoczęto przemysłową produkcję polietylenu, który w późniejszym etapie wykorzystywano do wytwarzania folii LDPE.

Otrzymywanie

W dużej części folie produkowane są metodą wytłaczania z rozdmuchem, a w mniejszym zakresie - przy użyciu dyszy szczelinowej płaskiej. W przypadku wytłaczania folii płaskiej polimer formowany jest w płaską, stopioną wstęgę za pomocą tzw. matrycy szczelinowej, której zadaniem jest takie rozprowadzanie stopu, aby wypływał on z dyszy z równomiernym rozkładem prędkości. To, który z procesów zostanie zastosowany, będzie zależeć przede wszystkim od pożądanej grubości folii (kalander: folie o grubości 100 µm i większej; walcowanie chłodzące: folie o grubości mniejszej niż 100 µm). W przypadku wytłaczania folii z rozdmuchiwaniem, stopiony materiał formuje się w poziomą rurkę, którą nadmuchuje się powietrzem.

Od wielu lat obserwuje się dynamiczny wzrost zastosowań w technice opakowaniowej orientowanej folii polipropylenowej (OPP) wytwarzanej za pomocą dyszy szczelinowej płaskiej, a obecnie również tzw. folii wylewanej. Stały wzrost zastosowania folii OPP wynika z jej specyficznych właściwości (takich jak ochronne utrzymywanie jakości różnorodnych produktów) oraz możliwości użycia jej w różnych systemach pakowania.

Wytłaczanie folii z rozdmuchiwaniem

Wytłaczanie folii metodą rozdmuchu jest najczęściej stosowaną techniką przetwarzania w dziedzinie obróbki folii z tworzyw polimerowych. Najczęściej mamy do czynienia z procesem wytłaczania z rozdmuchem swobodnym (czyli nieograniczanym np. formą). Proces ten polega na wytłoczeniu folii rurowej (rękawa) i natychmiastowym jej rozdmuchaniu za pomocą powietrza o nieznacznym ciśnieniu, następnie wyciągnięciu za pomocą urządzenia odbierającego. W czasie rozdmuchiwania zachodzi przede wszystkim rozciąganie w kierunku poprzecznym, natomiast podczas wyciągania następuje rozciąganie w kierunku wzdłużnym. Aby lepiej sterować procesem rozciągania poprzecznego i wzdłużnego, folia rurowa jest ochładzana bezpośrednio za dyszą głowicy w strumieniu powietrza z urządzenia (pierścienia) nadmuchującego.

Wyróżnia się 3 odmiany metody wytłaczania z rozdmuchiwaniem swobodnym: pionowo w górę, pionowo w dół oraz poziomo. Linia technologiczna składa się z wytłaczarki z głowicą z dyszą szczelinową pierścieniową i urządzeń: nadmuchującego, spłaszczającego folię rurową, odbierającego i nawijającego.

Główne zalety metody wytłaczania folii z rozdmuchiwaniem to: możliwość wytłaczania bardzo szerokich rękawów folii; możliwość przetwarzania tworzyw polimerowych o bardzo dużym ciężarze cząsteczkowym, dzięki czemu uzyskuje się folie charakteryzujące się korzystnymi właściwościami mechanicznymi; możliwość różnicowania wymiarów folii bez dodatkowych nakładów finansowych.

Ze względu na sposób produkcji rozróżnia się 2 rodzaje folii. Pierwszym są folie wylewane, nieorientowane, otrzymywane poprzez wytłoczenie przez długą, wąską szczelinę płynnej masy tworzywa na obracający się cylinder i natychmiastowe jej schłodzenie. Przykładem jest produkcja folii polipropylenowej metodą CAST. Jest jedną z dwóch najszerzej stosowanych metod produkcji na świecie. W tym procesie folia jest wylewana z płaskiej głowicy i niezwykle szybko rozciągana wzdłuż poprzez rolkę chłodzącą.

Dzięki szybkiemu schłodzeniu osiąga się bardzo dobrą jakość folii i wyjątkową elastyczność. Klarowność finalnego produktu jest najlepsza wśród wszystkich folii. W praktyce można uważać, że jest to rozciąganie w jednym kierunku. W związku z tym folia ma bardzo różne własności wzdłuż i w poprzek (odporność na rozerwanie i rozciąganie różnią się w obu kierunkach), ponieważ struktura molekuł jest bardzo zorientowana wzdłuż. Folie polipropylenowe CAST są produkowane w dużym zakresie grubości: od 7 µm (taśma do druku), 14-25 µm jako folia stretch, 1-50 µm do produkcji opakowań (woreczki), a nawet powyżej 200 µm do opakowań specjalnych. Folia polipropylenowa CAST może być produkowana jako monofilm lub w procesie koekstruzji (może mieć do 7 warstw), co pozwala na dopasowanie parametrów własności folii do specyficznych wymogów klienta.

Drugim rodzajem są folie orientowane: najbardziej rozpowszechniona technologia ich produkcji polega na rozciąganiu wytłoczonej uprzednio masy tworzywa tworzącej taśmę na długiej poziomej linii. Rozciąganie to odbywa się najpierw wzdłuż, w kierunku przesuwu taśmy ok. 4-5 razy, a następnie w kierunku poprzecznym ok. 8-10 razy. Takie nierównomierne rozciąganie powoduje, że parametry określające wytrzymałość na rozciąganie czy wydłużenie folii przy zerwaniu dla obu tych kierunków różnią się od siebie. Orientowanie folii jest często zabiegiem niezwykle pożądanym. Pozwala on lepiej wykorzystać folie na maszynach, gdyż zwiększa się znacznie ich sztywność, rośnie wytrzymałość na rozciąganie, zmniejsza wydłużenie przy zerwaniu. Proces ten zwiększa też przejrzystość folii i ich barierowość.

Różnice te i wynikające z nich nierównomierne wewnętrzne naprężenia nie mają większego znaczenia przy większości standardowych zastosowań. Innym sposobem produkcji wysoko przezroczystej folii PP jest najpierw ekstruzja, a potem rozciąganie w obu kierunkach. Rozciąganie to może być jednoczesne lub sekwencyjne. W wyniku rozciągania dochodzi do dwuosiowej orientacji. Folia taka określana jest jako BOPP. Proces orientacji prowadzi do zmiany własności optycznych i mechanicznych, co pozwala rozszerzyć zastosowanie folii polipropylenowej na nowe pola.

Rodzaje folii

W zależności od przeznaczenia, można wyróżnić folie: opakowaniowe, budowlane, ogrodnicze.

Folie opakowaniowe

Folie opakowaniowe wykorzystywane są do pakowania różnego rodzaju produktów, ułatwiają ich składowanie i są ochroną przed działaniem różnorodnych czynników zewnętrznych. Spośród szerokiej gamy materiałów polimerowych stanowiących bazę materiałową do wytwarzania folii opakowaniowych największą dynamikę rozwoju wykazują poliolefiny. Powszechnie stosowane poliolefiny charakteryzują się dobrą przepuszczalnością gazów - tlenu, dwutlenku węgla i pary wodnej. W foliach opakowaniowych efekty ograniczonej przepuszczalności gazów uzyskuje się dzięki zastosowaniu warstw barierowych, którymi są tworzywa o wysokiej krystaliczności - kopolimer etylen-alkohol winylowy (EVOH), poliamid (PA), poliestry (PET). Podobny efekt uzyskuje się w opakowaniach zawierających folię aluminiową. Folie uzyskane z PE-LD i PE-LLD są miękkie, elastyczne, z lekkim zamgleniem. Porównując folie PE-LD i PE-LLD o jednakowej grubości i gęstości obserwuje się wyższą wytrzymałość na uderzenie, wytrzymałość przy rozciąganiu, wydłużenie względne przy zerwaniu dla liniowego polietylenu. PE-LD ma lepsze właściwości przy zgrzewaniu, gdyż można stosować niższe temperatury zgrzewania oraz szerszy ich zakres. Natomiast metalocenowy PE-LLD zawierający wyższe alfa-olefiny pozwala obniżyć temperaturę zgrzewu. W praktyce przemysłowej stosuje się do wytwarzania folii opakowaniowych mieszaniny tradycyjnego PE-LD z metalocenowymi kopolimerami poliolefinowymi. Pozwala to wytwarzać folie o z góry założonych parametrach.

Obecnie polietylen metalocenowy (mPE) współzawodniczy z konwencjonalnym polietylenem małej gęstości (PE-LLD) w produkcji cienkich folii wytwarzanych techniką wytłaczania z rozdmuchem, folii rozciągliwych oraz folii do wytwarzania toreb typu "supermarket". Cienkie folie są przeznaczone do pakowania żywności przechowywanej w niskich temperaturach (przetworów mięsnych w stanie głębokiego zamrożenia, a także wszelkiego rodzaju płynów i produktów o konsystencji pasty).

Z polipropylenu metalocenowego otrzymuje się wyroby o wysokiej przezroczystości. Temperatura zgrzewania folii z mPP jest mniejsza o około 15-20°C od temperatury zgrzewania folii wykonanej z tradycyjnego PP. Wyróżnia się wiele rodzajów folii opakowaniowych, które mogą być użyte w zależności od potrzeb; są to np. folie stretch, folie pęcherzykowe, folie do samokiszonek, folie ochronne, folie termokurczliwe.

Folie ochronne i termokurczliwe

Folia opakowaniowa polipropylenowa

Folia polipropylenowa jest stosowana do produkcji opakowań jednorazowego użytku w przemyśle mleczarskim (jogurty, serki, lody, desery), cukierniczym (czekoladki, wafelki, ciastka) i przetwórczym (wyroby garmażeryjne, warzywa i owoce mrożone, sałatki warzywne, kubki do piwa). Ze względu na efektowny wygląd, trwałość i łatwość obróbki jest chętnie wykorzystywana do produkcji wysokiej jakości opakowań na kosmetyki, tekstylia, alkohole i inne. Folie polipropylenowe są również bardzo cenionym tworzywem w sektorze reklamy: powstają z nich etykiety/naklejki, szyldy, tablice wystawowe, plakaty, artykuły reklamowe itp.

W zależności od przeznaczenia, folie PP dzieli się na 2 rodzaje: PP-Ż, dopuszczone przez PZH do kontaktu z artykułami spożywczymi [folia CAST (może posiadać mikrootwory umożliwiające oddychanie zapakowanego towaru - tzw. mikroperforacja, np. w woreczkach do pieczywa)] i PP, przeznaczone do pakowania artykułów technicznych oraz innych zastosowań.

Folia polipropylenowa produkowana jest w postaci wstęgi i zwijana w rulony na tulejach tekturowych o średnicy wewnętrznej 76 lub 152 milimetrów. Każda rolka zabezpieczona jest folią stretch. Folie polipropylenowe należy przechowywać w opakowaniach, w temperaturze 5-30°C, w odległości co najmniej 1 metra od źródeł ciepła. Należy je chronić przed działaniem promieni słonecznych i wilgoci. Rulony przechowywane w czasie dłuższym niż 7 dni powinny być ustawione w pozycji stojącej maksymalnie w 2 warstwach.

Folia rozciągliwa opakowaniowa: stretch

Współczesny postęp technologiczny wymusza na producentach i dystrybutorach stosowanie bezpiecznych, łatwych i jak najtańszych metod pakowania i zabezpieczania różnych produktów. Folie rozciągliwe, czyli tzw. folie stretch, produkowane są z liniowego polietylenu małej gęstości (PE-LLD). To typowa folia opakowaniowa przeznaczona do owijania ładunków na palecie. Jest bardzo łatwa w użyciu i zapewnia ochronę przed wilgocią, deszczem, brudem oraz kradzieżą, czy też przed zsunięciem się ładunku z palety. Może być przezroczysta, biała lub kolorowa. Posiada doskonałą przyczepność po stronie wewnętrznej, a po stronie zewnętrznej palety jest śliska lub też może posiadać zmniejszoną przyczepność. Zapobiega to "sklejaniu się" ładunków na paletach, zarówno podczas przeładunku, jak i transportu.

Folia opakowaniowa pęcherzykowa

Folia pęcherzykowa składa się z pęcherzyków powietrza umieszczonych pomiędzy 2 (lub więcej) warstwami folii polietylenowej. Pęcherzyki powietrza zabezpieczają produkt przed wstrząsami i uderzeniami, zarysowaniami, zanieczyszczeniami i działaniem wody; unieruchamiają przedmioty w kartonie i zabezpieczają przed przemieszczaniem. Folia jest odporna na rozdarcia, a dzięki swym właściwościom nie tylko chroni pakowane produkty przed otarciem, zgnieceniem czy wilgocią, ale jest również doskonałym materiałem amortyzującym i wypełniającym wolne przestrzenie w opakowaniach zbiorczych. Ze względu na dodatek różnego rodzaju komponentów, folia ta może być antystatyczna i samo gasnąca. Folie tego typu są bezpyłowe, przezroczyste, bezzapachowe, chemicznie neutralne, zdatne w 100% do recyklingu, wodoodporne, paroszczelne.

Folia do sianokiszonek

To folia produkowana z polietylenu, niezawierającego substancji szkodliwych dla środowiska. Folia ta przeznaczona jest do stosowania w rolnictwie jako produkt jednorazowego użytku przy sporządzaniu wysokiej jakości paszy dla zwierząt, a zatem zwiększa efektywność produkcji zwierzęcej. Dzięki odpowiednim właściwościom tworzy warstwę ochronną zabezpieczającą przed wpływem promieni słonecznych (UV), niskich temperatur, dostępem powietrza. Folia ta charakteryzuje się dużą elastycznością, doskonale opina belę i skutecznie chroni jej zawartość.

Folie wykorzystywane w budownictwie

Folie budowlane posiadają bardzo rozległe zastosowanie jako izolacja oraz ochrona w budownictwie: mieszkaniowym, komunalnym, przemysłowym, rolniczym, indywidualnym, hydrotechnicznym itp. Wytwarzane są metodą rozdmuchu polietylenu niskiej gęstości (LDPE). Główną funkcją folii budowlanych jest zabezpieczenie przed zawilgoceniem izolacji termicznej i akustycznej w strukturach podłóg. Grubości tego typu folii waha się między 0,1 a 0,5 milimetra.

Folie budowlane są przeznaczone do wykonywania:

• przeciwwilgociowych warstw pod podłogi, posadzki, wylewki i tym podobne konstrukcje,
• warstwy poślizgowej na nawierzchni tarasów,
• warstwy ochronnej chroniącej przed zawilgoceniem izolacji termicznej i akustycznej,
• prowizorycznych zabezpieczeń połaci dachowych,
• osłon elewacyjnych oraz stolarki okiennej w trakcie wykończeniowych robót,
• czasowych przenośnych osłon stanowisk pracy, materiałów budowlanych,
• izolacji wodoszczelnej mokrych pomieszczeń,
• izolacji ochronnej stropów i fundamentów.
  

Folia fundamentowa (kubełkowa)

Do ochrony przed uszkodzeniami mechanicznymi powłoki izolacyjnej stosuje się m.in. folie kubełkowe, które zapewniają trwałość izolacji przeciwwilgociowej lub przeciwwodnej, a tym samym fundamentu. Folia fundamentowa pionowa, zwana jako folia kubełkowa lub okładzina ścian fundamentowych i piwnicznych, została zaprojektowana w celu ochrony właściwej warstwy hydroizolacyjnej wanny piwnicznej budowli oraz zapewnia wentylację między murem a gruntem. Do produkcji folii kubełkowych (membran fundamentowych) używany jest polietylen o dużej gęstości (HDPE). Jest on bardzo odporny na starzenie i wodę, nie ulega rozkładowi, a także wykazuje obojętność na większość związków chemicznych. Ponadto folii tłoczonych z HDPE nie zniszczą grzyby, bakterie czy gryzonie żyjące w ziemi. Wyroby te są odporne na przerastanie korzeni roślinnych.

Paroizolacje

Są powszechnie wykorzystywane w technologii budowy dachu i mają na celu ochronę termoizolacji przed wilgocią występującą w postaci pary wodnej, a stale napływającą z wnętrza domu - z pomieszczeń użytkowych. Zatem paroizolacja zapobiega zawilgoceniu termoizolacji, a co za tym idzie - obniżeniu jej własności termicznych. Wykonana jest z folii polietylenowej, najczęściej w kolorze żółtym, o grubości 0,15-0,2 milimetra.

Paroizolacje tego typu niemalże całkowicie zabezpieczają możliwość przenikania pary wodnej do termoizolacji. Jest to jak najbardziej optymalne rozwiązanie, jednak w wielu przypadkach (dobrze ocieplone ściany i dach, szczelne okna, drzwi, mało wydajna wentylacja) doprowadzają do tzw. "efektu torby foliowej" polegającego na skraplaniu się nadmiaru pary wodnej na wewnętrznej stronie paroizolacji. Efekt torby foliowej jest niepożądany, gdyż powoduje rozwój pleśni i grzybów, co ma niekorzystny wpływ na zdrowie mieszkańców.

Folie ogrodnicze - tunelowe

Składają się z wielu warstw, a zostały zaprojektowane tak, by spełniać najwyższe wymagania profesjonalnych hodowców warzyw i kwiatów. Znajdują zastosowanie przy uprawach, które wymagają dużego nasłonecznienia, szczególnie w warunkach niskich temperatur i zachmurzeń. Bardzo ważnym jest fakt, iż użycie kwaśnych pestycydów, także siarki, nie pozostaje bez wpływu na stabilizację folii, zmniejszając jej trwałość.

Tunel wykonany z tych folii charakteryzuje się absorpcją cieplną na poziomie ponad 80%, dzięki czemu:

• wpływa na wzrost wydajności upraw, powodując przyspieszenie wegetacji roślin,
• stanowi ochronę przed mrozem,
• posiada przezroczystość przekraczającą przezroczystość szkła, gdyż powierzchnia folii nie odbija światła słonecznego,
• posiada dobre właściwości antyelektrostatyczne zmniejszające podatność na brudzenie oraz obniżające napięcie powierzchniowe skraplającej się pary wodnej na powierzchni folii, dzięki czemu przepuszczalność światła widzialnego utrzymuje się na stałym poziomie.

Folia do okrywania tuneli ogrodniczych występuje w kilku rodzajach, w zależności od stopnia stabilizacji przeciw promieniom UV. Folie tunelowe są wyrobami wytwarzanymi w oparciu o nowoczesne technologie produkcyjne i wysokiej klasy surowce. Wielowarstwowa struktura gwarantuje wysoką trwałość wyrobów, co przekłada się na odporność na przebicie i rozdarcie. Dodatkowo zróżnicowana struktura warstw tworzących folię tunelową umożliwia stosowanie różnorodnych dodatków specjalistycznych podnoszących jej zalety (np. anty-fogging).

Podsumowanie

Folie są przetwarzane i przekształcane w różne formy, do różnych zastosowań. Zasadniczo służą do przenoszenia i ochrony przedmiotów, izolowania zanieczyszczeń i zapewniania wygody w naszym codziennym życiu.

Odmian i gatunków folii jest bardzo dużo, nie mówiąc o ilościach "konsumowanych" przez ludzi, przemysł, rolnictwo, budownictwo itp. W pewnym momencie folia polimerowa stała się niezbędna w życiu codziennym, bo czy można sobie wyobrazić zwykłe wyrzucanie śmieci bez worka? Gdzie schować dokumenty, jak nie w koszulkę? Nasze dowody tożsamości i inne, przecież też są foliowane; nie mówiąc już o przemyśle - czy ktoś teraz wysłałby transportem wyroby bez zabezpieczenia ich folią na palecie?

Zdjęcia: depositphotos.com/pl