Характеристика основных полимеров, используемых в производстве тары и упаковки. Полиэтилен (ПЭ)
ПЭ является неполярным полимером. При нормальных условиях он не растворяется в известных органических растворителях. При нагревании выше 80°С растворяется в алифатических и ароматических растворителях и их галогенпроизводных. Стоек к кислотам и щелочам. Нестоек к сильным окислителям.
Под действием кислорода воздуха, температуры, ультрафиолетовых лучей происходит старение ПЭ, выражающееся в постепенном ухудшении его физико-механических и электрических свойств, изменении химического состава и структуры. Старение сопровождается потерей растворимости, эластичности, нарастанием хрупкости [42]. Процесс старения можно замедлить введением антиоксидантов, термостабилизаторов.
Полиэтилен получают в результате полимеризации газа этилена. Он имеет структурную формулу
В зависимости от условий полимеризации получают марки ПЭ, различающиеся по разветвленности и содержанию сополимера, вводимого для регулирования степени кристалличности.
Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) получают радикальной полимеризацией в присутствии кислорода и инициаторов (пероксидных соединений) при температуре 200-300°С и высоком давлении 100-350 МПа, поэтому его часто называют полиэтиленом высокого давления (ПЭВД).
Комплекс свойств ПЭНП определяется разветвленной структурой его макромолекул: от 15 до 25 ответвлений на 1000 атомов углерода основной цепи. Молекулярная масса М « 30 + 50 тыс. Плотность — от 0,91 до 0,935 г/см3. Степень кристалличности менее 60%. Температура плавления 108-110°С. Температура деструкции 320°С. ПТР — от 0,3 до 20 г/10 мин.
Мономер и полимер нетоксичны. При санитарно-химических исследованиях выявлена миграция из материала небольших количеств окисляющихся и бромирующихся соединений. Недостатками ПЭНП при использовании в упаковке пищевой продукции являются:
1) сравнительно низкая масло - и жиростойкость, обусловленная растворением в этих средах низкомолекулярных фракций;
2) высокая газопроницаемость;
3) появление запаха в контактирующих с полимером средах. Запах обусловлен, по-видимому, образованием низкомолекулярных продуктов окисления при высокотемпературном производстве тары. Стабилизация антиоксидантами предотвращает появление запаха [12,100].
В обозначениях основных базовых марок ПЭНП содержится восемь цифр. Четыре первые цифры указывают на способ получения, пятая соответствует группе плотности, три последние (через дефис) — удесятеренному значению среднего показателя текучести расплава полимера (ПТР). Например, марка ПЭ 15803-020 означает ПЭНП с плотностью до 0,93 г/см3 и ПТР = 2 г/10 мин.
Из ПЭНП можно изготавливать тару всеми основными методами переработки термопластов. ПЭНП не склеивается без специальной обработки поверхности. Он является одним из самых дешевых полимеров.
В производстве тары и упаковки ПЭНП используется преимущественно в виде пленок. Пленки получают главным образом методом экструзии расплава через плоскощелевую формующую головку. Рукавные пленки получают экструзией через кольцевую формующую головку с помощью раздува [29].
Растягивающиеся пленки применяют для упаковки тяжелых грузов, преимущественно при формировании транспортных единиц на грузовых поддонах (паллетах). Такая упаковка осуществляется в несколько
Слоев пленки. Для улучшения прилипаемости одного слоя к другому в ПЭНП иногда добавляют небольшое количество этиленвинилацетата (ЭВА или EVA).
Термоусадочные пленки используют для индивидуальной, групповой и транспортной упаковки.
Широкое применение ПЭНП находит в производстве разнообразных пакетов. Пакеты применяют для упаковки продукции бытового назначения, медицинской, пищевой и т. н. Из ПЭНП выпускают пакеты для мусора, а также внутренние герметизирующие вкладыши для транспортной тары.
Из ПЭНП изготавливают крышки для банок, колпачки для туб и другие укупорочные средства, от которых при надевании на тару и герметизации требуются высокие деформационные свойства.
ПЭНП может наноситься в виде пленки методом кэширования (приклеивания) или методом ламинирования (экструзией расплава) на различные подложки (бумагу, картон, алюминий, другие полимерные пленки). В таких многослойных материалах ПЭНП выполняет роль термосвариваемого и защитного слоя.
ПЭНП применяют в производстве бутылок (например, для различных сиропов, жидких моющих средств и т. н.), а также более крупных контейнеров, от конструкции которых требуется эластичность, мягкость, сжимаемость.
Многие свойства ПЭНП зависят от его плотности. С возрастанием плотности ухудшаются гибкость, деформационная способность, устойчивость к разрывам и проколам, стойкость к ударам и, наоборот, повышаются жесткость, стойкость к жирам [107].
Выбор марки ПЭНП для конкретного типа тары взаимосвязан с видом его заготовки, ПТР, методом производства тары (табл. 7.5).
Линейный полиэтилен низкой и средней плотности (ЛПЭНП и ЛПЭСП) обладает повышенной прочностью при растяжении, стойкостью к истиранию, проколу, раздиру, ударным нагрузкам. Он имеет большое относительное удлинение при разрыве, отличается хорошей способностью к свариванию, высокой прочностью сварных швов, хорошо воспринимает полиграфические краски.
Пленки из композиций, содержащих 10-25% ЛПЭНП и 75-90% ПЭНП, широко используют для изготовления мешков и пакетов различного назначения повышенной прочности. Термоусадочные пленки из таких материалов применяют для упаковки мясных продуктов и т. п. [42].
Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) получают полимеризацией на катализаторах (например, Циглера-Натта), протекающей по ионно-координационному механизму при температуре 80° С и давлении 0,3-0,5 МПа, поэтому его часто называют полиэтиленом низкого дао - ления (ПЭНД).