КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАосновных СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ


Рассмотрим наиболее распространенные полимеры.
К группе полиолефинов относятся полиэтилен (ПЭ) и пропилен (ПП), получившие наибольшее распространение на практике.
Полиэтилен
Различают полиэтилен высокого, среднего и низкого давления.
ПЭ высокого давления (ПЭВД) характеризуется низкой плотностью по сравнению с аналогичными продуктами. Его получают полимеризацией под давлением 100-350 МПа при 190-300°С в присутствии кислорода или его пероксидов.
ПЭ низкого давления (ПЭНД) и высокой плотности получают при давлении 3,5-4 МПа в присутствии металлоорганических катализаторов (тетрахлорид титана Т?С14 в виде его раствора в бензине; диэтилалхлорид алюминия А1[(С2Н5)2С1]).
ПЭ среднего давления (ПЭСД) получают при давлении 3,55-7,6 МПа в растворе бензина, циклогексана, ксилола и др., в присутствии катализаторов — окислов металлов
Таблица 5.8
Физико-механические свойства различных видов полиэтилена

Свойства
полиэтилена

Тип полиэтилена

ПЭВД

пэнд

пэсд

Плотность, кг/м3

900-939

948-959

969-970

Температура плавления, °С

105-108

125-135

130-135

Морозостойкость, °С

-70

Твердость, МПа

14-25

48-52


переменной валентности (хром, ванадий, молибден), нанесенных на алюмосиликат. Сводная таблица 5.8 свойств различных видов полиэтилена представлена ниже.
Из представленных в таблице 5.8 пластиков наибольшее распространение получили ПЭВД и ПЭНД.
Полиэтилен низкой плотности. Этот материал — лидер мирового рынка полимерных материалов для упаковки, так как около 45% производимых в мире полимерных упаковок изготавливают именно из него. Пленки из ПЭНП получают методом экструзии с раздувом или плоскощелевой экструзией. Они составляют 75% общего объема полимерных пленок в упаковке, так как обладают инертностью, прочностью при низких температурах, стойкостью к ударам и раздиру.
Упаковки на основе этого пластика обладают малой массой, значительной сопротивляемостью разрушению, простотой в изготовлении, низкой проницаемостью для кислорода, что способствует сохранности продуктов. Из ПЭНП изготавливают тару для пищевых продуктов (закусок, сосисок, конфет и др.); лотки, которые можно применять в микроволновых печах для приготовления пищи из рыбы, птицы, мяса; бутылки для прохладительных напитков, минеральной и питьевой воды.
Из пленок ПЭНП изготавливают большое количество мешков. Из указанного нами материала изготавливают термоусадочные пленки, которые позволяют при упаковке в них уменьшить объемы товаров и таким образом занимаемые места на складах. Пленки из ПЭНП толщиной

Рис. 5.19
Структура использования полиэтилена высокого давления (низкой плотности)


более 200 мкм применяют как внутренние вкладыши для бочек с твердыми химикалиями и различными жидкостями и как амортизирующие защитные вкладыши внутри деревянных ящиков для упаковки тяжелого оборудования.
Необходимо отметить, что комбинированные пленочные материалы из ПЭНП с алюминиевой фольгой применяют для изготовления пакетов при упаковке соков. Комбинированные пленки из ПЭНП используют для упаковки продуктов, подвергаемых пастеризации.
ПЭНП является основой для изготовления амортизирующего упаковочного материала «Вилатерм-Л», который надежно защищает упакованную продукцию от механических повреждений, температурных колебаний, проникновения влаги, действия микроорганизмов, многих растворителей и химических веществ, повышает привлекательность продукции и уменьшает массу тары. Этот материал также применяют для упаковки тяжелых и сложных по форме изделий, более экономичен по сравнению с пенополиуретаном. Структура использования полиэтилена высокого давления (отечественные данные) представлена на рисунке 5.19.
Полиэтилен низкого давления (высокой плотности). Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) получают газофазной полимеризацией этилена при низком давлении с использованием комплексных металлоорганических катализаторов на носителе. Этот полиэтилен является лидером

Рис. 5.20
Структура использования полиэтилена низкого давления


на мировом рынке в производстве «шуршащих» пленок, более тонких по сравнению с пленками из ПЭНП. Такие пленки более жесткие, прочные, обладают влагопроницае- мостью, большей стойкостью к маслам и жирам, чем пленки из ПЭНП. Для них характерна высокая температура размягчения, поэтому выдерживают стерилизацию паром. Комбинированные пленки с нижним слоем из ПЭВП применяют для упаковки консервированных продуктов со стерилизацией при температуре не выше 121°С. Так как температура размягчения ПЭВП выше, чем температура кипения воды, то пленки из ПЭВП применяют для продуктов типа «кипяти в упаковке». Пленки из ПЭВП используют для упаковки пищевых продуктов, срезанных цветов, изготовления сумок для супермаркетов и универсамов, так как они обладают прочностью и легкостью, великолепными барьерными свойствами по сравнению с пленками из ПЭНП. Рассматриваемый материал применяют для изготовления ящичной тары методом литья под давлением, для изготовления бутылей вместимостью 10- 20 л, бочек вместимостью 50-200 л, канистр вместимостью 2-20 л, производимых методом экструзионно-выдувного формования, а также флаконов для косметики и бытовой химии.
На рисунке 5.20 изображена структура использования ПЭВП.
Линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП).
ЛПЭНП по своей структуре подобен ПЭВП, однако имеет следующие основные преимущества: более высокую температуру размягчения, что позволяет применять его для расфасовки горячих продуктов; лучшие эксплуатационные свойства при низких и высоких температурах; более высокую химическую стойкость; в 2-3 раза более высокую стойкость к раздиру и проколу; большую прочность и относительное удлинение при разрыве; блеск поверхности и устойчивость к растрескиванию. Рост потребления ЛПЭНП на мировом рынке. ЛПЭНП
более динамичен по сравнению с ПЭНП и ПЭВП, так как этот полимер позволяет получать тонкие пленки с повышенными прочностными свойствами.
Этот материал, в частности, предназначен для изготовления медицинских пакетов, ламинированных и растягивающих пленок. Наиболее широкое применение он находит в производстве стрейч-пленок для машинного и ручного пакетирования.
Полипропилен (ПП)
Его полимеризацию проводят в присутствии метал- лорганических катализаторов (диэтилалюминийхлорид с треххлористым титаном). Физико-механические свойства ПП представлены в таблице 5.9.
Полипропилен (ПП) получают газофазным или суспензионным методом полимеризации пропилена. Чаще всего
Таблица 5.9
Физико-механические свойства полипропилена

Плотность, кг/м3

919

Твердость, МПа

40-70

Температура плавления, °С

164-170

Морозостойкость, °С

-10..-15

Водопоглощение, %

0,01-0,03

Температура хрупкости при изгибе, °С

-110-120

его используют для производства упаковки. В настоящее время около 36% мирового потребления ПП приходится на упаковку, а 12% мирового потребления ПП — на производство двухосно-ориентированных пленок. Основные преимущества двухосно-ориентированных пленок перед конкурирующими полимерными материалами (поливинилхлорид, полиэфир, полиэтилен) следующие: производство пленок с широким диапазоном термосвариваемости; высокие физико-механические свойства, позволяющие производить более тонкие пленки по сравнению с остальными материалами; высокие барьерные свойства к водяным парам; оптическая прозрачность и блеск; возможность стерилизации продуктов в пленке, а также применение пленки в суровых зимних условиях и в низкотемпературных холодильниках; возможность нанесения на пленку металлических покрытий и других полимеров; производство таких пленок с жемчужным внешним эффектом за счет частичного их вспенивания.
Такие пленки используют для пищевой упаковки, где
их доля составляет 68%. В настоящее время двухосно-ориентированные пленки наиболее широко применяют для упаковки сигарет и производства этикеток. Их используют также для термоусадочной упаковки, где требуются великолепная прозрачность и блеск (коробки с косметикой и туалетными принадлежностями).
Неориентированные раздувные и поливные пленки из ПП применяют для упаковки текстильных изделий (простыни, трикотаж, белье, рубашки), так как они имеют меньшую массу, хорошую свариваемость и великолепную прозрачность. Эти же пленки используют для упаковки медицинских изделий многократного использования, из- за их способности выдерживать автоклавную стерилизацию при температуре 120-135°С. Листы и ленты из полипропилена толщиной 0,3-1,6 мм применяют на формовочных автоматах для расфасовки и упаковки детского питания, плавленых сыров, сметаны, майонеза, йогурта, молока и кефира, меда, мармелада, мясных и рыбных полуфабрикатов и готовых изделий, школьных завтраков, изготовления коррексов. Кроме того, листы и ленты используют для изготовления прозрачных вкладышей в картонных коробках для упаковки постельного белья, одежды.
Упаковочную полипропиленовую ленту с рифленой поверхностью применяют для упаковки киповых товаров (газеты, журналы, книги и др.). Ее широко используют вместо металлической ленты для упаковки погонажных и штучных изделий из дерева и других материалов.
Полипропиленовый шпагат используют для ручной и машинной упаковки киповых товаров (печатной продукции, увязки снопов, тюков сена, при машинной уборке льна, конопли и др.).
Полипропиленовые мешки применяют для упаковки, транспортировки и хранения химических сыпучих веществ, пищевых продуктов и продуктов сельского хозяйства. Такие мешки обладают высокой химической стойкостью, прочностью, долговечностью, не подвержены гниению и воздействию плесневых грибов.
Полипропилен также применяют для изготовления бутылок вместимостью 0,5-1,0 л под фасовку стерилизованного молока длительного хранения и натуральных соков. Стерилизация бутылок, наполненных молоком и натуральными соками, производится в автоклавах-стерилизаторах при температуре 120°С.
Полистирол и сополимеры стирола
Полистирольные пластики — полистирол (ПС), ударопрочный полистирол, АБС-пластики, сополимеры стирола относятся к числу наиболее распространенных пластмасс.
Полистирол. Промышленное применение нашли следующие виды полистирола, различаемые по способу полимеризации: блочный, суспензионный и эмульсионный (производится в меньших масштабах). Их физико-химические свойства представлены в таблице 5.10.
К недостаткам полистирола относится его большая хрупкость и старение. Рассмотрим последнюю характеристику подробнее.
Таблица 5.10
Физико-механические свойства полистирола

Характеристика

Тип полистирола

Блочный

Эмульси
онный

Суспензи
онный

Плотность, кг/м3

1050-1080

1050-1100

1050-1080

Твердость, МПа

140-150

140-150

140-160

Температура размягчения, °С

82

90-95

82

Водопоглощение, %

0,02

0,03

0,02

Температура хрупкости при изгибе, °С

-60



Изменение во времени свойств полимерных материалов называется старением. Главная причина старения полимеров — окисление их молекулярным кислородом, которое особенно быстро протекает при нагревании. Окисление часто ускоряется и облегчается под действием света, а также в присутствии материалов переменной валентности.
Различают следующие виды старения: тепловое, термоокислительное, световое, атмосферное (озоновое), радиационное и старение под влиянием механических нагрузок («утомление полимеров»).
Для нейтрализации процессов старения в состав полимеров вводят стабилизаторы (ингибиторы).
Полистирол общего иазиачеиия. Полистирол общего назначения получают в процессе полимеризации стирола. Отметим, что при нагреве свыше 200°С ПС разлагается с выделением стирола.
Из ПС общего изготавливают одноразовые стаканы, сувенирные коробки для кондитерских изделий, мерные кружки. Этот полимер обладает хорошей прозрачностью и блеском.
Из блочного полистирола производят двухосно-ориентированные пленки и листы, обладающие повышенной прочностью и имеющие высокую размерную стабильность. Пленки малых толщин применяют для изготовления прозрачных окошек в картонной коробке, для упаковки свежих продуктов, которым необходимы «дышащие пленки».
Листы из ПС применяют для изготовления прозрачных жестких стаканчиков к торговым автоматам, жестких туб для десертов, пресервов, для автоматической продажи комплексных обедов. С целью обозрения фасованного свежего мяса с обеих сторон из ориентированных листов изготавливают прозрачные подносики.
Эмульсионный полистирол общего назначения применяют для изготовления вспененной тары, которая по масштабам применения занимает первое место из всех пенопластов. Из вспененных гранул эмульсионного полистирола методом беспрессового формования изготавливают крупногабаритные упаковки для хранения и транспортировки различных изделий технического назначения, а также крупногабаритную тару для пищевых продуктов (свежая рыба и др.).
Из листов вспененного ПС методом термоформования изготавливают тарелки-поддоны, лотки для упаковки продуктов питания, коробки для яиц, прокладки для ящиков с яблоками. Этот материал жиростоек, является прекрасным теплоизолятором, эластичен, хорошо распределяет и гасит ударные нагрузки.
Ударопрочный полистирол. Его получают сополиме- ризацией стирола с каучуком. Из УП методом литья под давлением изготавливают различную тару для упаковки пищевого и технического назначения. Из листов и лент УП методом термоформования изготавливают тару для молочных продуктов, подносики, стаканчики и прочие виды упаковок с минимальной разнотолщинностью стенок изделий. УП занимает первое место из всех базовых полимерных материалов на рынке термоформованной тары.
Поливинилхлорид (ПВХ)
В промышленности применяют три основных метода производства ПВХ: блочный, суспензионный и эмульсионный.
ПВХ — полимер с молекулярной массой от 30 000 до 150 000, с плотностью 1400 кг/м3. При нагреве свыше 140°С он разлагается с выделением хлористого водорода.
Учитывая, что рассматриваемый материал — жесткий полимер, то для его пластификации широко используют эфиры фталевой кислоты (дибутилфталат, диоктилфталат и др.). С использованием пластификаторов получают пластификаты и винипласты.
Для упаковки применяют композиционные полимерные материалы на основе ПВХ, пластификаторов, термо- стабилизаторов, красителей-наполнителей. Из них изготавливают пленки, листы, объемные выдувные изделия. В настоящее время в торговле широко используют тонкие пленки из пластифицированного ПВХ для упаковки подносов со свежим мясом, так как они обеспечивают высокую кислородопроницаемость. Эти пленки обладают высокой прочностью, морозостойкостью, хорошей прозрачностью и блеском, способностью к усадке при упаковке, они имеют хорошую стойкость к маслам, жирам, щелочам и кислотам. Тонкие пленки из ПВХ используют также для термоусадочной упаковки подносов со свежими овощами и фруктами. Листы из непластифицированного ПВХ, в которых используются незначительные количества пластификаторов, широко применяют для термоформования (коррексы, блистеры, различная тара). Для получения декоративной тары листы подвергают вакуумной металлизации.
Из композиций ПВХ изготавливают также прозрачные объемные изделия методом экструзионно-выдувного формования (бутылки, небольшие канистры с боковыми ручками, флаконы).
Полиэтилентерефталат (лавсан, полиэстер, ПЭТФ)
Этот полимер получают полимеризацией терефталевой кислоты и этиленгликоля в присутствии катализаторов (ацетаты цинка, марганца, кальция, магния, кобальта, свинца, триоксида сурьмы, двуоксида титана и др. Молекулярная масса полимера — 20 000-40 000.
ПЭТФ — твердое вещество белого цвета без запаха, плотность 1,38-1,40 г/см3, *размяг 245-248°С. Температура стеклования 70-80°С.
В настоящее время темпы роста производства этого полимера на мировом рынке из всех базовых полимерных материалов для тары и упаковки самые высокие и составляют более 13% в год. Такие темпы роста обусловлены его широким применением для изготовления пищевой упаковки, прежде всего бутылок, банок и пленок. Это обусловлено тем, что данный полимер обладает хорошей прозрачностью и блеском, высокими барьерными свойствами (для газов), не имеет вкуса и запаха, хорошо удерживает ароматы парфюмерной продукции. Он очень устойчив к кислотам и растворителям а также к большинству органических соединений. ПЭТФ практически не изнашивается и не желтеет под воздействием гамма-излучений. Из него изготавливают бутылки и банки для бутилирован- ных и минеральных вод, соков, прохладительных напитков, пива, растительных масел, кетчупов, ликеров, вин и других алкогольных напитков, парфюмерных продуктов.
Пленки из данного полимера обладают теми же свойствами, что и компактные материалы. Изготавливают термоусадочные, поливные неориентированные, двухосно-ориентированные и многослойные пленки для термоформования жестких упаковок. Термоусадочные пленки используют для вакуумной упаковки продуктов. Многослойные пленки позволяют изготавливать пакеты, которые выдерживают кипячение, а также крышки для упаковок, предназначенных для разогрева в печах. Двухосно-ориентированные пленки применяют для упаковки кофе, сухих завтраков.
5.2.4.
<< | >>
Источник: Кривошеин Д. А., Дмитренко В. П, Федотова Н. В.. Основы экологической безопасности производств: Учебное пособие. 2015

Еще по теме КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАосновных СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ:

  1. 3.2. Фотолиз р-дикетонатов европия в полимерах. Влияние электронно- донорных свойств лигандов на скорость фотодеструкции комплексов.
  2. 6.5. Люминесцентный фотохромизм дибензоилметаната дифторида бора в полимерах
  3. ФОТОЛИЗ Р-ДИКЕТОНАТОВ ЕВРОПИЯ В ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРАХ И ПОЛИМЕРАХ. ФОТОСТАБИЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСА [Eu(N03)3(Phen)2] В ПОЛИЭТИЛЕНЕ
  4. КРАТКИЙ СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
  5. ПОСТОЯНСТВО СВОЙСТВ
  6. V. Краткий конспект учебного курса.
  7. Краткая география для детей
  8. СВОЙСТВА МАТЕРИИ
  9. Н -НН е кратких прилагательных и причастиях
  10. АЛЛЕРГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ. РЕЦЕПТЫ
  11. ЗАБОЛЕВАНИЯ ПЕЧЕНИ. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ. РЕЦЕПТЫ
  12. УРОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ. РЕЦЕПТЫ
  13. ЗАБОЛЕВАНИЯ СУСТАВОВ. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ. РЕЦЕПТЫ
  14. Кратко об источниках
  15. Ь) Свойство
  16. Краткое содержание