Синтетические полимеры

Полиэтилен (ПЭ). Он относится к классу полиолефинов и явля­ется кристаллическим полимером со степенью кристалличности более 50 %. Отличительной особенностью полиэтилена является его химическая инертность, низкие полярность и растворимость в наиболее распространенных органических растворителях: он ра­створяется только в кипящем толуоле или декалине, устойчив к фтористоводородной (плавиковой) кислоте, органическим и раз­бавленным неорганическим кислотам и щелочам. Свойства ПЭ раз­личны в зависимости от методов получения, степени разветвлен­ности макромолекулярной цепи, присутствия концевых металь­ных групп и др. В промышленности товарные продукты различают по величине плотности: высокой, средней и низкой в зависимос­ти от способов проведения процесса полимеризации этилена.

ПЭ высокой плотности (ПЭВП, НDРЕ) химически более ус­тойчив, чем ПЭ низкой плотности. Он имеет более высокую сте­пень кристалличности (70 — 90%), высокую плотность (0,95 — 0.96 г/см³), температуру плавления 125 ⁰С и предел прочности при растяжении составляет 18 — 45 МПа.

ПЭ низкой плотности (ПЭНП, LDРЕ) имеет низкую плотность (0,92 — 0,93 г/см³), меньшую степень кристалличности (60%), бо­лее низкие температуру плавления (110 °С) и прочностные харак­теристики ( 10 — 17 МПа), чем ПЭВП. ПЭНП более мягкий и жирный на ощупь, пленки имеют характерную опалесценцию.

Линейный ПЭ низкой плотности (ЛПЭНП, LLDРЕ) — сравни­тельно новый продукт полимеризации этилена, получаемый ме­тодом газофазной полимеризации. Характерной особенностью ЛПЭНП является более узкое молекулярно-массовое распределе­ние, длинная основная цепь с короткими боковыми ответвлени­ями, повышенная прочность и более высокая разрывная нагруз­ка, чем ПЭНП. повышенная прочность сварного шва. В коммер­ческой литературе ЛПЭНП называют иногда модифицирован­ным полиэтиленом. Его применяют, главным образом, для про­изводства термоусадочных и стретч-пленок (растягивающихся пленок).

В соответствии с требованиями ГОСТ 10354 — 82 из 9 марок полиэтиленовой пленки для контакта с пищевыми продуктами используется марка «Н» — пищевая. Она может содержать разре­шенные пигменты (диоксид титана, ультрамарин синий и др.).

ПЭ широко применяется для производства жесткой тары и од­нослойных или комбинированных упаковочных пленок. ПЭВП имеет более высокую прочность и чаще используется для производства транспортной тары (ящики, бочки). Пакеты из него более жесткие на ощупь («шуршащие»). ПЭНП чаще применяется для производ­ства потребительской тары.

ПЭ обладает малой проницаемостью по отношению к парам воды, что имеет большое значение для упаковывания в него ги­гроскопичных продуктов, промышленных товаров и изделий тех­нического назначения.

Полиэтиленовую пленку применяют для упаковывания пище­вых гигроскопичных продуктов (соль, сахар, сода, кондитерские изделия); молока и молочных продуктов (однослойную или в ком­бинации с бумагой и фольгой); замороженных продуктов (мясо, рыба, яичный меланж, овощи, плоды). В замороженных продуктах упаковка из полиэтилена препятствует испарению влаги и обра­зованию сублимированного поверхностного слоя.

Низкая жиростойкость не позволяет использовать ПЭ для фасо­вания жиров и растительного масла, в качестве упаковки жирсодержаших продуктов используется ограниченно.

ПЭ имеет сравнительно высокую газопроницаемость для кисло­рода, углекислого газа. Полимер также проницаем по отношению к парам органических растворителей — алифатическим, аромати­ческим и хлорированным углеводородам.

Вследствие высокой ароматопронииаемости ПЭ не рекоменду­ется для упаковывания чая, кофе, пряностей. Алкогольные на­питки экстрагируют низкомолекулярные примеси из полимера и сами приобретают неприятный запах. В полиэтиленовых пакетах нельзя длительно хранить охлажденное мясо, рыбу, в том числе копченую, сыр, яйца и многие другие продукты, так как в них создается благоприятная среда для развития многих микроорга­низмов, этому способствует воздух и высокая влажность в пакете. В муке и крупе с повышенной влажностью, упакованных в ПЭ, усиливаются процессы дыхания, накапливается влага, что может вызвать развитие плесеней.

При длительном воздействии ПАВ, а также под действием на­пряжений, возникающих при статической нагрузке, полиэтилен растрескивается. Поэтому применение ПЭВП. имеющего высокую степень кристалличности и сравнительно невысокую молекуляр­ную массу, для длительного хранения растворов, содержащих высококонцентрированные ПАВ, ограниченно.

Полиэтиленовые пленки хорошо свариваются и имеют проч­ные сварные швы. Однако ПЭ плохо воспринимает печатный рису­нок и его поверхность необходимо специально активировать. На­пример, после обработки ПЭ в коронном разряде увеличивается адгезия печатных красок к пленке. Листовой ПЭ используют для изготовления тары методом термоформования.

Сополимеры этилена (с высшими олефинами — пропиленом, бу­тиленом). Они отличаются от полиэтилена высокой плотности боль­шей стойкостью к растрескиванию (например, под влиянием на­грузок, ПАВ). Широко применяют сополимеры этилена с винилацетатом (СЭВА), винилхлоридом, с акриловой или метакриловой кислотами. При сополимеризации с полипропиленом уве­личивается прозрачность пленки.

Наибольшее применение получили сополимеры с винилацетатом (до 10—12%) — сэвилены. Введение звеньев ВА позволяет снизить температуру сваривания, повысить прозрачность и увели­чить эластичность. При большом содержании ВА (13 — 25 %) полимер становится эластичным, каучукоподобным. Такой сополи­мер используется для производства стретч-пленки.

Сополимеры этилена с поливиниловым спиртом (ПЭВС, ЕVОН) обладают низкой газо- и паропроницаемостью, их ис­пользуют в качестве барьерного слоя в многослойных пленках.

Полипропилен. Он относится к полиолефинам, его получают полимеризацией пропилена. ПП инертен, устойчив к углеводоро­дам, жирам, имеет высокую прозрачность, гладкую поверхность. ПП более устойчив, чем ПЭ, к действию поверхностно-активных веществ и более прозрачен.

ПП обладает более высокой теплостойкостью, чем ПЭ, так как имеет Т_пл = 175 °С. Изделия из ПП могут подвергаться стери­лизации при 120 °С. В то же время его морозостойкость ниже, чем ПЭ, около -20 °С. ПП окисляется легче, чем ПЭ, в результа­те он становится хрупким и снижается его прочность. Для устра­нения этого в ПП вводят антиоксиданты и модифицирующие добавки, применяют сополимеры ПП с ПЭ и другими олефи­нами.

Выпускают ориентированный полипропилен (ОПП; ОРР) и двуосноориентированный (биаксиально) полипропилен (БОПП, ВОРР). ОПП по прозрачности и модулю упругости близок к целло­фану, но обладает высокой влагостойкостью, прочностью во влаж­ном состоянии и способностью свариваться.

Такие качества как блеск, гладкость, теплостойкость, срав­нительно низкая влагопроницаемость и хорошие печатные свойства — определяют широкую область применения ПП для упаковки. Высокая жиростойкость и низкая газопроницаемость, определили применение при упаковывании жирсодержащих кон­дитерских изделий, мясной и рыбной кулинарии, майонеза, мар­гарина, йогуртов и других молочных продуктов.

ОПП в многослойных пленках применяют для упаковывания круп и макаронных изделий.

БОПП широко используют в производстве потребительской тары для макаронных изделий, пельменей, крупы, хлебобулочных и сухарных изделий; металлизированный БОПП — для жареных орехов, картофельных чипсов, экструдированных зерен пшеницы и кукурузы, сухих завтраков, сладостей, печенья. БОПП имеет малую плотность, т.е. низкую массу упаковки, однако недостатком однослойной пленки является невысокое сопро­тивление раздиру, поэтому наличие небольших проколов или над­рыва ведет к полному разрушению упаковки.

Неориентированная пленка применяется для упаковывания шейных, трикотажных, чулочно-носочных и других изделий. Поливинилхлорид (ПВХ) получают суспензионной (или эмульсионной) полимеризацией винилхлорида. Мономер является токсичным канцерогенным веществом (ГН 1.1.725—98), поэтому при производстве пищевой пленки строго контролируют содержание остаточного мономера в полимере. Следует отметить, что винилхлорид — газообразное вещество, которое имеет температуру ки­пения -13,8 °С, поэтому при комнатной температуре и темпера­турах переработки его концентрация в полимере минимальна.

ПВХ имеет высокую плотность, т.е. 1,35—1,43 г/см³. Он явля­ется нетермостойким, при нагревании происходит дегидрохлорирование (отщепление хлористого водорода НС1), поэтому при пе­реработке в ПВХ вводят стабилизаторы.

Для снижения жесткости ПВХ смешивают с пластификатора­ми. ПВХ с содержанием пластификатора до 5 —10 % по массе счи­тается жестким и носит название винипласт, его Т_с = 60 °С. При содержании пластификатора более 10% (чаще всего 20 — 25%) получается эластичный, мягкий полимер — пластикат. Последний имеет температуру стеклования — до -20 °С; используется в виде упаковочных пленок.

Недостатками мягкого ПВХ является низкая теплостойкость, а жесткого — низкая морозостойкость.

Поливинилиденхлорид (ПВДХ). Он представляет собой сополи­мер винилхлорида и винилиденхлорида СН₂—СС1₂ с небольшим количеством пластификаторов и стабилизаторов. Он известен под торговыми названиями саран, курэхалон, вестан, а в России его выпускают под торговой маркой «повиден». ПВДХ прочный, эла­стичный, более прозрачен, чем ПВХ, имеет более низкие газо-, паропроницаемость, стойкость к действию жиров, масел, ароматопроницаемость и проницаемость по кислороду. ПВДХ исполь­зуют в многослойных пленках, в частности с бумагой, целлофа­ном.

Поливинилхлорид и его сополимеры широко используют для получения тары и упаковочных пленок. Жесткие ПВХ-пленки яв­ляются жиро- и маслостоикйми, они сохраняют аромат и имеют низкую газопроницаемость.

Чаше всего жесткий ПВХ применяют для производства потре­бительской тары — бутылок, банок, лотков, контейнеров, ста­канчиков и других изделий, вырабатываемых методами вакуум-ил и пневмоформования. Тара из жесткого ПВХ имеет более высо­кую формоустойчивость, чем из ПЭ, поэтому изделия из ПВХ делают более тонкостенными.

Пленку производят в двух вариантах — термоусадочную и рас­тягивающуюся для групповой упаковки и для пакетирования гру­зов.

В качестве упаковочных мягких пленок ПВХ используют для упаковывания трикотажных изделий, галантерейных товаров, то­варов бытовой химии, удобрений. В высокопластифицированную пленку не упаковывают пищевые продукты из-за опасности миг­рации пластификаторов.

В пленки из ПВХ с невысоким содержанием пластификатора в отечественной пищевой промышленности упаковывают мясные ^: полуфабрикаты на полистирольном лотке-подложке, хлеб и дру­гую продукцию.

Жесткие лотки и контейнеры из ПВХ используют для упако­вывания джемов, мармелада, халвы, полуфабрикатов. В западных странах ПВХ в пищевой промышленности не применяют из-за низких санитарно-гигиенических свойств.

ПВДХ — ориентированный является термоусадочным, в него упаковывают тушки птиц с последующей термоусадкой в горячей воде (вторая кожа).

Хорошие защитные и высокие гигиенические свойства обеспе­чили широкое использование повидена для упаковывания под вакуумом, длительного хранения пищевых продуктов, созрева­ния сыра. Чаше ПВДХ применяют в качестве покрытия или промежуточного слоя других пленок (ламинатов) для повышения их защитных свойств: стойкости к окислению, влаге, посторонним запахам. Покрытие обычно наносится на внутреннюю, соприкаса­ющуюся с продуктом, сторону. Это одновременно повышает проч­ность сварного шва.

Полистирол (ПС) и его сополимеры. Они имеют в макромолекулярной цепи ароматическое кольцо. Температура стеклования +93 °С, поэтому полимер жесткий, он имеет низкую теплостой­кость и высокую хрупкость. Для производства упаковки применяют ПС высокой молекулярной массы. Его достоинствами являют­ся высокие оптические свойства, прозрачность, стойкость к дей­ствию воды, растворов кислот и щелочей. ПС неустойчив к мно­гим органическим растворителям, в частности к толуолу, тетрах-лорэтану, хлороформу, ацетону, этилацегату и др.

Для повышения ударной прочности ПС модифицируют путем введения звеньев эластомеров, например бутадиеновых, акрило-нитрилбутадненовых (ударопрочный полистирол УПС). Ударо­прочный ПС непрозрачен. В изделиях из ПС и УПС кошролируют со­держание мономера — стирола.

Пленки ПС прозрачные, но жесткие. При двухосной ориента­ции пленки становятся более прочными, хорошо воспринимают печатный рисунок, металлизируются, но как упаковочная плен­ка применяются реже, чем жесткая тара из ПС. Отличительной особенностью тары из ПС является стабильность размеров. Из толстой пленки и листов методом термоформования получают жесткую тонкостенную тару, лотки для упаковывания мелких товаров (например, конфет в обертке), различных порошкооб­разных веществ, химических препаратов. ПС легко формуется, хорошо декорируется и сваривается. Из него получают тару для молочных продуктов — творога, сметаны, майонеза с крышкой под укупорку фольгой. Применяют его также как одноразовую тару (посуду) в общественном питании. Пленки из удароп­рочного ПС используют для производства коррексов — фигур­ных вкладышей в коробки, непористых лотков для выкладки по­луфабрикатов.

Пенополистирол (пористый материал) применяют для выпус­ка пористых лотков под пищевые продукты: лотки из вспененно­го ПС обладают исключительными достоинствами при упаковы­вании замороженных продуктов, так как длительное время сохра­няют низкую температуру.

Из пенополистирола производят массивные амортизаторы для хрупких изделий, электронных и оптических товаров, шарики и прутки в качестве заполнителя пустот в таре. В композиции с бу­мажными слоями (а также без них) из вспененного ПС изготав­ливают стаканчики для горячих супов типа «горячая кружка».

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ). Он относится к классу поли­эфиров. Производится синтезом терефталевой кислоты и этиленгликоля — гомополимер ПЭТФ или смеси этиленгликоля и диэтиленгликоля — сополимер ПЭТФ. Гомополимер имеет более вы­сокую температуру кристаллизации, чем сополимер. Т_пл ПЭТФ равна 250 — 265 °С, Т_с аморфной фазы +80 °С.

ПЭТФ химически инертен, растворяется только при нагрева­нии в дихлоруксусной кислоте, о-хлорфеноле или в смеси тетрахлорэтана с фенолом (1:1), что делает его пригодным для упако­вывания химических товаров. Перед переработкой полимер необ­ходимо сушить, так как он частично поглощает пары воды, а вода может вызывать гидролиз полимера.

ПЭТФ перерабатывают методами литья под давлением, экст­рузией, экструзионным или инжекционным выдуванием. При бы­стром охлаждении пленки или готового изделия получается аморф­ный полимер, при медленном охлаждении он способен к крис­таллизации. Аморфный полимер обладает высокой прозрачностью, при кристаллизации мутнеет.

Пленки ПЭТФ обладают высокой прочностью, прозрачностью, блеском, высокой тепло- и морозостойкостью, поэтому могут подвергаться стерилизации и глубокому замораживанию. Особен­ностью ПЭТФ являются хорошие барьерные свойства, низкая проницаемость по отношению к СО₂,

В России пленки ПЭТФ и волокна выпускают под названием лавсан. Лавсановые пленки в упаковке представляют определен­ные проблемы: причина — в высокой температуре сваривания. Для снижения температуры сваривания используют комбиниро­ванные пленки лавсан-ПЭ или лавсан — сополимеры ПЭ, ПП или ПВДХ.

За рубежом выпускают ПЭТФ различных марок, которые от­личаются молекулярной массой, а также способами получения полимера. Например, фирма Дюпон выпускает блочный полиэфир — полиэтиленгликольтерефталат (ПЭГТ), который являет­ся более прочным и устойчивым к многократным изгибам, чем ПЭТФ. Пленку под торговым названием «Майлар» используют для производства термоформованной тары и блистерных упаковок. Вы­сокая прочность позволяет делать упаковку с более тонкими стен­ками.

Благодаря низкой проницаемости по отношению к углекисло­му газу бутылки из ПЭТФ широко используют для упаковывания газированных напитков. Бутылка вместимостью 1,5 л при концен­трации С0₂ 8 г/л теряет за 3 мес не более 15 % газа. Устойчивость к растрескиванию позволяет изготавливать большие емкости вме­стимостью 2, 3 и 5 л. Высокая ударная вязкость (90 кДж/м²) помо­гает заполненной таре выдерживать падения без разрушений. Бу­тылки, полученные из кристаллического высокоориентирован­ного полимера, выдерживают нагревание до 80—90 °С.

Бутылки из ПЭТФ могут быть многократного применения, но, как правило, их повторное использование в России не является налаженным. Полимер прекрасно утилизируется.

Полиамиды (ПА)(полиамидные полимеры) относятся к гетероцепным полимерам, они имеют амидную группировку, кото­рая обеспечивает хорошее сродство с белковыми продуктами. ПА — полярные полимеры, обладающие высокой механической проч­ностью, особенно в ориентированном состоянии, эластичностью, высокой химической стойкостью и термостойкостью (Т_пл выше 250 °С). ПА имеют высокую маслостойкость и низкую газопрони­цаемость, но отличаются повышенной гигроскопичностью и па-ропроницаемостью.

Для упаковки применяют полиамиды 6, 12, спирторастворимые сополимеры П-54 и П-548. Цифры означают число атомов углерода в исходных мономерах. Поликапроамид ПА-4 не реко­мендуется для упаковывания пищевых продуктов. ПА-6 и ПА-10 применяют для упаковывания и хранения растительного, сливоч­ного и топленого масла, ПА-11 и ПА-12 — в производстве оболо­чек для колбас и сосисок. Из-за высокой температуры сваривания в мясной промышленности используют комбинированный мате­риал ПА/ПЭ. ПА обладает высокими барьерными свойствами, по­этому его применяют в качестве промежуточного слоя в много­слойных пленках.

Поликарбонат (ПК). По химическому строению его рассматри­вают как производное угольной кислоты, в которой атомы водо­рода замещены на органические радикалы. В том случае, если ради­калами являются фенильные или бензольные кольца, полимеры носят называние полиарилатов, такие полимеры имеют повы­шенную термостойкость.

Поликарбонатные пленки обладают высокими прочностными показателями, устойчивостью к многократным изгибам, низкой паро- и газопроницаемостью и очень высоким интервалом темпе­ратур использования от -100 °С до +200 "С и выше.

Высокая теплостойкость отличает полиарилаты и полиимиды, они могут выдерживать нагрев до 300 °С и выше с сохранением своих эксплуатационных свойств.

В упаковке поликарбонатные пленки следует использовать в том случае, когда она сочетает в себе механическую прочность, высо­кую теплостойкость, стабильность размеров.

Их используют для производства упаковки, которая длитель­ное время контактирует с горячей водой (например, подвергаю­щейся различным видам стерилизации и нагреву в микроволно­вом режиме). В Европе поликарбонатная тара является тарой много­кратного применения.

Полиуретаны (ПУ). Они относятся к полимерам, которые в за­висимости от соотношения использованных при синтезе компо­нентов — диизоцианатов (жесткий блок) и полиэфиров (мягкий блок) — могут находиться либо в высокоэластическом состоя­нии (эластомеры), либо в твердом стеклообразном состоянии. Ха­рактерной особенностью макромолекул полиуретанов является уретановая группировка — СОО—NН—.

В упаковке вспененные полиуретаны используют в виде пено-пластов (мягкого или жесткого) как амортизаторы, для получения прокладочных вспомогательных материалов в транспортную тару.

Поиск по сайту: