3.5. Асортимент полімерних пакувальних матеріалів

Першим полімерним пакувальним матеріалом була полімерна плівка на основі нітроцелюлози – целулоїдна. Ця плівка прозора, міцна, жорстка, з жовтуватим відтінком. Для неї характерна розмірна стабільність, вологостій-кість, стійкість до розбавлених кислот і лугів. Основний недолік – висока горючість, тому вона повністю витіснена іншими полімерами.

Синтетичні полімерні матеріали

До синтетичних полімерних матеріалів відносяться:

• продукти полімеризації газів гомологічного ряду олефінів – поліолефіни, а саме: поліетилен, поліпропілен, полібутен та їх похідні;

• вінілові полімери – ПВХ, ПВДХ, СП ВХ з ВА; ПВС та інші;

• полімери стиролу, поліаміди, полікарбонат, ПЕТФ, фторполімери та ін.

Структура споживання ПП за природою полімеру:

• поліпропіленові – 29,3%;

• поліетиленові – 18%;

• пористі, БПМ, КПМ – 21,4%;

• ПВХ – 13,3%;

• ПЕТФ – 8,5%;

• ПС – 6,2%;

• інші одношарові непористі плівки – 3,1%.

Тенденція – застосування ПП з високими споживчими властивостями, таких як поліпропіленові, і БПМ (так звані „складні” плівки).

1. Поліолефіни

1.1. Поліетилен та його співполімери

Поліетилен має найпростішу з усіх полімерів структуру молекули, яка складається з атомів вуглецю і водню та отримується полімеризацією газу етилену – продукту крекінгу нафти: nСН₂=СН₂ → (– СН₂ – СН₂ – СН₂ –)_n .

Залежно від способу синтезу одержують полімери з різним ступенем розгалуження макромолекулярного ланцюга (визначається кількістю відгалужень на кожні 100 вуглецевих атомів) і густиною.

З урахуванням ступеня розгалуження поліетилен поділяють на дві основні групи: низької і високої густини (відповідно ПЕНГ і ПЕВГ).

ПЕНГ / (ПЕВТ /LDPE):

Одержання: ПЕНГ має відносно розгалужену макромолекулу і завдяки цьому невелику густину (0,92 г/см³). Цей полімер одержують при високому тиску ( від 100 до 300 МПа) і тому його ще називають поліетиленом високого тиску (ПЕВТ). Розгалуженість ланцюга перешкоджає ущільненню макромолекул, що зменшує ступінь кристалічності (55–70%) і температуру розм’якшення (~85^оС).

Характеристика:

• матовий, напівпрозорий, воскоподібний на дотик;

• міцний при розтягу і стиску, стійкий до удару і роздирання;

• морозостійкий (– 78 ^оС);

• плівки легко зварюються та утворюють міцні шви (теплове зварювання);

• склеюються на основі сумішей поліетилену і поліізобутилену;

• плівки паро– і водонепроникні;

• проникні для газів, тому непридатні для продуктів, що окислюються;

• низька оліє- і жиростійкість;

• непридатні для стерилізації парою і кип’яченою водою;

• поверхня гідрофобна, тому друкування можливе тільки після обробки коронним розрядом електричного струму.

Застосування: ~ 70 – 80% для пакувальної галузі

• упаковка харчових продуктів у вигляді пакетів;

• ТУП;

• упаковка заморожених продуктів;

• мішки для сипучих матеріалів (добрив, полімерних гранул тощо) і т.д..

Переробка:

• лиття під тиском при 150-200 ^оС;

• екструзія з розплаву;

• термопресування.

ПЕВГ / (ПЕНТ /HDPE):

Одержання: при тиску і температурі, близьким до атмосферних (Р = 0,1–0,6 МПа і до 60 ^оС) в присутності каталізаторів. Тому будова макро-молекул лінійна з незначною кількістю бічних ланцюгів, а густина і ступінь кристалізації вища (0,96 г/см³ і СК= 74-96%).

Характеристика (у порівнянні з ПЕНГ):

• менш воскоподібний на дотик, більш прозорий;

• більш міцний на розтяг і стиск, більш жорсткий;

• витримує стерилізацію парою (Тр = 121 ^оС);

• в 5-6 разів менша газопроникність за рахунок більшої густини;

• за водопроникністю поступається лише плівкам з ПВХ і ПВДХ;

• більш хімічностійкий, особливо до олій і жирів;

• опір роздиранню і удару менший.

Застосування:

• ~ 50% для полімерних плівок наднизької товщини в складі КПМ для покращення бар’єрних властивостей;

• дуті екструдовані місткості (бочки, каністри, сулії) для зберігання і транс-портування кислот і лугів;

• ящикові піддони (витримують статичне навантаження до 1,4 МН і виготов-ляються литтям під тиском);

• кульки (замість паперових);

• тара типу „кип’яти в упаковці” і т.д.

Переробка:

• литтям під тиском при 200-270 ^оС;

• екструзія з роздувом;

• пресуванням при 130-150 ^оС і тиску 0,4-100 МПа.

ЛПЕНГ / LLDPE:

Одержання: в результаті удосконалення процесу одержання ПЕВГ шляхом газофазної полімеризації при низькому тиску. За структурою подібний до ПЕВГ, тобто має лінійну структуру, але з більш численними і довгими відгалуженнями. Завдяки цьому характеризується проміжними властивостя-ми між ПЕВГ і ПЕНГ.

Характеристика (порівняно з ПЕНГ):

• більш висока хімічна стійкість;

• кращі експлуатаційні властивості при високих і низьких температурах;

• підвищена стійкість до розриву, розтріскування, проколу, роздирання.

Застосування:

• ~ 80% для виробництва непроникних розтягувальних (стретч) і усадкових плівок;

• мішки для вантажів;

• в БПМ як один із шарів.

мЛПЕНГ/ mLLDPE:

Одержання: аналогічно до ЛПЕНГ, але з використанням металоценового каталізатора. За властивостями подібний до ЛПЕНГ, однак має кращі механічні показники.

Застосування: аналогічне ЛПЕНГ.

ЛПЕНГ і мЛПЕНГ дозволяють значно зменшити товщину плівки (на 20-40%) при збереженні міцності. Основне застосування – стретч-плівки. Однак вони мають меншу липкість порівняно з плівками з ПВХ і СЕВА. Тому до полімеру додають липкі домішки або поверхні плівки механічним шляхом надають шороховатості.

ПЕУНГ і мПЕУНГ – плівки зі значно більшим опором до роздирання, проколу, удару.

Кополімери етилену:

1) з вінілацетатом (ЕВА) – технічна назва „севілен”. Властивості залежать від процентного вмісту вінілацетату (від 1 до 20%). Так, при 7-8% ВА ЕВА можна розглядати як модифікований ПЕНГ, а при 15-20% - більш подібний на ПВХ-П.

Характеристика:

• більший опір протискуванню і розтріскуванню під дією УФ-світла;

• більша еластичність, морозостійкість, липкість і менша ковзкість;

• нижча температура зварювання;

• більша паро- і газопроникність.

Застосування:

• упаковка для м’яса, заморожених продуктів, соків і т.д.;

• в КПМ – внутрішній шар, що контактує з харчовим продуктом;

• в БПМ – пакети і мішечки для харчових рідин.

2) з вініловим спиртом (ПЕВС / EVOH – концентрація етилену 29-48%.; густина – 1,13-1,21 г/см³; Т_пл = 158-189 ^оС.

Характеристика:

• надзвичайно висока стійкість до проникнення газів;

• висока міцність, поверхнева твердість, прозорість, еластичність і зносо-стійкість, теплостійкість;

• висока стійкість до олій і жирів;

• не токсичність;

• дорогий.

Застосування:

як бар’єрний шар в КПМ – упаковка ароматовмістимих продуктів;

– газонаповнені упаковки (соки, вина тощо);

– упаковка для жирів, олій і т.д.

3) з ненасиченими органічними кислотами (іономери):

Іономери – це кополімери етилену з ненасиченими органічними кислотами (наприклад, акриловою), в макромолекулах яких частина кислотних груп (-СООН) нейтралізована металами. Завдяки цьому окремі атоми в макромолекулярному ланцюгу з’єднані ковалентним зв’язком, а макроланцюги – іонним зв’язком. Іонні зв’язки міцніші порівняно з звичайними силами міжмолекулярної взаємодії і тому міняють властивості полімеру.

Виробник: фірма „Дюпон” (Швейцарія), торгова марка „Сурлін А”.

Характеристика:

• надзвичайно висока стійкість до органічних розчинників при кімнатній температурі і високих температурах;

• висока прозорість;

• висока міцність при розтягу, зносостійкість, ударна міцність;

• більша стійкість до жирів, олій, лугів;

• в 10 разів більша міцність розплаву – висока технологічність витягування плівки і міцність звареного шва.

Застосування:

• для виготовлення термоформованих упаковок глибокого витягування;

• для екструзійованих ламінатів при товщині покриття всього 12 мкм;

• в БПМ як бар’єрний шар, що стійкий до жирів, олій тощо.