КОНСТРУИРОВАНИЕ И ДИЗАЙН ТАРЫ И УПАКОВКИ

Характеристика основных полимеров, используемых в производстве тары и упаковки. Полиэтилен (ПЭ)

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).

ПЭВП имеет малую разветвленность макромолекул: 3-6 ответвле­ний на 1000 атомов углерода основной цепи. Молекулярная масса А/ = =80 -5- 400 тыс. Плотность — от 0,945 до 0,955 г/см3. Степень кристал­личности 70-80%. Температура плавления 120-125°С. ПТР — от 0,1 до 17 г/10 мин.

Полимер нетоксичен. Гигиеническое значение имеют остатки ката­лизаторов полимеризации: санитарно-гигиеническими исследования­ми обнаружено в вытяжках незначительное количество А1, Л, С1, а так­же спиртов, используемых при удалении катализаторов. Для контроля содержания остаточного катализатора нормируют зольность полиме­ра. К контакту с пищевыми и медицинскими продуктами допускаются материалы, зольность которых не превышает 0,025% (в расчете на мас­су полимера).

Обозначение марок ПЭВП аналогично обозначению марок ПЭНП, но начинается с цифры 2.

Из ПЭВП можно производить тару всеми основными методами пе­реработки термопластов, наиболее часто применяют литье под давле­нием. Хорошо сваривается.

Большинство бутылок, потребительских и промышленных контей­неров изготавливают из ПЭВП методом экструзии и инжекции с разду­вом. Поскольку ПЭВП имеет молочный оттенок, часто используют его окрашенные марки. ПЭВП — сравнительно мягкий материал, легко ис­тирается и получает много царапин, поэтому наметилась тенденция про­изводства тары не с блестящей поверхностью, а с матовой, структури­рованной.

Бутылки используют для упаковки домашних чистящих средств, шампуней, моторных масел и других потребительских товаров. Боль­шие контейнеры (например, барабаны, фляги, бочки) применяют для транспортировки и хранения разнообразных промышленных химичес­ких веществ и материалов.

Методом литья под давлением из ПЭВП изготавливают ящики с ячейками, ведра, корзины, укупорочные средства, в которые упаковы­вают широкий ассортимент потребительских и промышленных това­ров, например цементные растворы для штукатурки, химические удоб­рения, продукты промышленной и бытовой химии, краски и т. д.

Пленки из ПЭВП часто используют для производства внутренних вкладышей в мягкую транспортную тару для обеспечения водонепро­ницаемости.