Полиэтиленовые пакеты типа «Майка»

Введение

Полиэтиленовая пленка - это современный материал в сфере  упаковки, обеспечивающий повышенную сохранность упакованного изделия, благодаря своим уникальным свойствам. Полиэтиленовая пленка бывает высокого давления (низкой плотности) и низкого давления (высокой плотности).

Обладая низкой стоимостью, имеет ряд существенных преимуществ, таких как малый вес (что является существенным плюсом при перевозке  упакованных в нее товаров); высокая  механическая прочность; широкий диапазон рабочих температур (от минус 60 до плюс 80°С); пыле- и водонепроницаемость; высокие  теплоизолирующие свойства.

В работе будет рассмотрено  производство пакетов типа «майка». Их достоинства и недостатки. А  также будет рассмотрено оборудование применяемое при производстве и  утилизации полиэтилена.

1 УПАКОВОЧНЫЕ  МАТЕРИАЛЫ

1.1 Основные материалы, применяемые в производстве тары

Полиэтиленовыми пакетами мы пользуемся ежедневно. Они стали настолько привычны, что мы никогда не задумываемся о той огромной пользе, которую они нам приносят.

В наше время такие материалы, как полиэтилен (ПЭ), полипропилен и многослойная пленка используются при фасовке подавляющего количества всех товаров. А уж, какой из этих материалов применяется - зависит только от разных свойств конкретного продукта.

Полиэтиленовые пакеты, которые  производятся в наше время, обладают повышенной прочностью. Однако для  разных целей использования полиэтиленового  пакета, нужно верно подобрать  его основные параметры и технические  характеристики. До заказа пакета важно  знать, на какие нагрузки можно рассчитывать при его использовании. Конструкция  пакета, например, его объем, тоже имеет  значение. Любой пакет можно создать  таким, что он будет удобен во всех отношениях.

Отличительная черта полиэтиленовых пакетов в том, что они представляют собой мощное средство для рекламы  и продвижения. Человек, на подсознательном  уровне, при покупке товара ориентируется  на тот бренд, который прочно осел в его памяти. Люди доверяют компаниями с именем, а реклама на полиэтиленовых пакетах как раз и закрепляет имя, логотип или торговую марку  в сознании потребителя.

Пакеты «Майка» - наиболее распространенный тип пакетов. Они  снискали популярность из-за своей  дешевизны и универсальности. Печать на таких пакетах обычно имеет 1, 2 или 3 цвета.

Материалом для производства пакетов типа «Майка» служит, в  основном, полиэтилен низкого давления (ПНД). Толщина пленки колеблется, как  правило, от 11 до 25 мкм. Сама пленка может  быть белой, прозрачной или цветной.

Такой материал, как ПНД  и грамотная конструкция пакета «майка», несмотря на малую толщину, выдерживает большую нагрузку и  не рвется.

Например, «майка» размером:

28 х 50 см при толщине  15 мкм выдерживает вес 5 кг

30 х 60 см при толщине  18 мкм выдерживает вес 10 кг.

42 х 70 см при толщине  25 мкм выдерживает вес 15 кг

Пакеты майка имеют  фальцы (боковые заложенные складки).

Стандартные размеры и  толщина «маек» (ширина + фальц в  развороте х высота в см, толщина  в мкм):

24 + 12 х 45 14 мкм

28 + 14 х 50 15 мкм

30 + 16 х 60 16 мкм

38 + 18 х 60 18 мкм

42 + 20 х 70 22 мкм 

Полиэтилен низкого давления (ПНД) или высокой плотности (ПВП) - это жесткий продукт с плотностью более 0.941 г/см кубических. Для получения  ПНД применяются три технологии: суспензионная, растворная и газофазная. У этого полиэтилена низкая степень  ветвления молекул, а это значит, что он обладает большими межмолекулярными силами и прочностью на разрыв. Полиэтилен НД жестче и проще ПВД, но менее  прозрачен. Полиэтилен низкого давления устойчив к высоким температурам, различным маслам и химикатам, но, по сравнению с ПВД, менее стоек к парам и воде. Используется ПНД для изготовления канистр, емкостей для растворителей, контейнеров для мусора. Пакеты из ПВД выдерживают до двадцати кг.

Полиэтилен НД - кристаллический  гибкоцепной термопластичный полимер, получаемый из нефти. Этот полиолефинит общего назначения имеет линейную структуру  с ответвлениями (небольшое количество) от основной цепи. Благодаря отсутствию объемных ограничений получается материал с высокой кристалличностью (до восьмидесяти процентов).

Полиэтилен ПНД имеет  высокую прочность и небольшое  относительное удлинение при  разрыве. Так как ПВП обладает повышенной морозостойкостью (температура  стеклования - примерно минус пятьдесят  градусов) и слабым межмолекулярным  взаимодействием (отсутствуют полярные группы в цепи), он склонен к хладотекучести, то есть при постоянной нагрузке со временем происходит изменение размеров. Полиэтилен низкого давления, в отличие  от ПВД, имеет более высокую хрупкость  и температуру размягчения, но при  этом не подходит для контейнеров  горячего заполнения.

ПНД не пропускает влагу, стоек  к маслам и жирам, не выделяет токсичные  вещества в окружающую среду, безопасен  для организма человека. При работе с ним не требуются особые меры предосторожности.

Кроме того, иногда пакеты типа «майка», изготавливаются из ПВД  – полиэтилена высокого давления, его марки представлены в Таблице 1. Внешний вид таких пакетов, за счет блеска и гладкой структуры более привлекателен.

Таблица 1 - Базовые  марки ПВД

Базовые марки полиэтилена  ПВД  используются при изготовлении:

- деталей машин для  переработки любых пищевых продуктов  (исключая  жиры), при комнтаной  температуре и временем контакта  менее двух часов;

- полиэтиленовых листов  и пленок для упаковки пищевых  продуктов;

- пластиковых лотков и  ящиков контактирующих с сухими  и сыпучими пищевыми продуктами  и пищевыми концентратами;

- пробок для бутылок.

Базовые марки полиэтилена  ПВД и их композиции, должны использоваться для изготовления ТОЛЬКО конкретных пластиковых изделий, разрешеных Министерством  здравоохранения РБ

Обозначение марок ПВД

Марки полиэтилена ПВД  должна включать:

• название материала «полиэтилен»
• восемь цифр, характеризующих конкретную марку
• обозначение  стандарта (ГОСТ, ТУ)

Первая цифра 1 говорит, что  процесс полимеризации этилена  протекает при высоком давлении в трубчатых реакторах и реакторах  с перемешивающим устройством с применением инициаторов радикального типа.

Две следующие цифры обозначают порядковый номер базовой марки.

Четвертая цифра указывает  на степень гомогенизации полиэтилена:

0 - без гомогенизации  в расплаве;

1 - гомогенизированный в  расплаве.

 Пятая цифра условно  определяет группу плотности  полиэтилена, г/см³.

1  -  0,900-0,909  4  -  0,922-0,926

2  -  0,910-0,916  5  -  0,927-0,930

3  -  0,917-0,921  6  -  0,931 -0,939

Например, марка полиэтилена 1- 0,909 расшифровывается следующим образом: процесс полимеризации данного этилена протекает при высоком давлении в трубчатых реакторах, такой тип имеет порядковый номер 0,9 без гомогенизации в расплаве, плотность полиэтилена составляет 9 г/см³.

Цифры,  следующие через  тире, указывают десятикратное значение показателя текучести расплава (буква «К», обозначает применение композиций полиэтилена ПВД в кабельной промышленности.)

Линейный полиэтилен высокого давления - ЛПВД

Линейный полиэтилен высокого давления (ЛПВД) или низкой плотности - это эластичный мягкий материал с  плотностью от 0.915 до 0.925 г/см 3 и повышенной долей молекулярных коротких ответвлений. ЛПВД получают самым сложным и  особым методом, использующим полимеризацию  со специальными катализаторами - металлоценовыми. Линейный полиэтилен низкой плотности  достаточно устойчив к разрывам, ударам и проколам; имеет низкую плотность  и высокую пластичность. Этим он напоминает ПНД. Из ЛПВД изготавливают  пленку меньшей толщины, а это  экономит материал и уменьшает нагрузку на окружающую среду. Хотя этот полимер  пригоден для многих применений, но из-за хорошей прозрачности, гибкости и прочности его чаще всего  применяется при производстве упаковочных  пленок. Практически весь объем потребляемого  в России ЛПВД идет на производство пленок (стретч-пленка, изготавливаемая методом раздува и на каст-линиях, многослойная термоусадочная пленка и пленка для ламинации). При этом, для производства мусорных мешков и пакетов линейный полиэтилен в нашей стране практически не используется. В ближайшее время, по мере создания более технологичного оборудования, ЛПВД будет все больше и больше вытеснять ПВД как из однослойных применений, так и в изготовлении многослойных пленок.

Свойства линейного полиэтилена  низкой плотности - промежуточные между  свойствами ПНП и свойствами ПВП. Но ЛПВД имеет, по сравнению с ПВД, более однородное распределение  групп полимера по молекулярной массе. Основные преимущества линейного полиэтилена  низкой плотности заключаются в: высокой химической стойкости; высоких  эксплуатационных характеристиках, как  при достаточно высоких, так и  низких, температурах; большой устойчивости к растрескиванию; улучшенной стойкости  к проколу.

Линейный полиэтилен обладает самыми высокими физико-химическими  показателями.

ЛПНП отличается наиболее высокими значениями прочности при  растяжении и удлинения при разрыве. Достаточно высокая температура  плавления дает возможность применять  литейный полиэтилен для фасовки  горячих продуктов. Благодаря присутствию  большого количества боковых коротких ответвлений, при деформации скользящих друг по другу и не развивающих  при этом внутренних значительных напряжений, ЛПВД характеризуется отличной эластичностью  расплава. Что позволяет получать достаточно тонкую пленку от шести  до двадцати пяти мкм. Однако, из-за высокой  кристалличности ЛПНП менее прозрачен, чем другие виды полиэтилена. Чтобы  получить более прозрачный ЛПВД в  него вводят оптические специальные  добавки.

По мимо выше перечисленных  существуют специальные виды полиэтилена, которые используются для создания специальных строительных материалов. К таким видам относятся:

- сшитый полиэтилен - PEX

- вспененный полиэтилен - ПП

- хлорсульфированный полиэтилен - ХСП

- сверхвысокомолекулярный  полиэтилен – СВМП

1.2 Состав материала  тары и предложения по усовершенствованию  его качеств

Полиэтиленовые пленки изготавливают  по ГОСТ 10354-82.

Настоящий стандарт распространяется на полиэтиленовую пленку, которая  изготовлена методом экструзии  из полиэтилена высокого давления (низкой плотности) и его композиций, содержащих пигменты, стабилизаторы, скользящие, антистатические и модифицирующие добавки. Максимальная ширина пленки всех марок — 6000 мм. Технические требования: пленка должна быть изготовлена в  соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном  порядке. Пленка не должна иметь трещин, запрессованных складок, разрывов и  отверстий.

Трещина — дефект, характеризующийся  локальным разделением пленки.

Запрессованная складка  — дефект в виде складки, не расправляющейся  при приложении ручного усилия.

Разрыв — дефект, характеризующийся  разделением пленки на части.

Отверстие — дефект, представляющий собой сквозную полость в пленке.

Пленка не является токсичным  материалом, но при ее переработке  должны соблюдаться требования безопасности.

Пленки могут быть с  металлизированным покрытием, комбинированными вспененным полиэтиленом, картоном, фольгой; в их состав могут входить различные  добавки, такие как антистатик, антифог, светостабилизатор. Светостабилизатор  входит в состав парниковых пленок. Кроме того, пленки могут быть разных цветов, однако, пленки с антистатическими добавками имеют розовый цвет.

Правила приемки: пленку принимают  партиями (количество пленки одного размера, сорта и марки, изготовленной  из полиэтилена одной марки, массой не менее 50 кг и не более 60 тонн, сопровождаемой одним документом о качестве).

Для проведения испытаний  от каждого рулона отрезают по две  полосы и измеряют толщину, а также  минимальное и максимальное отклонения от номинальной толщины. Затем определяют также ширину пленки, длину, внешний  вид, прочность при растяжении и  др. Пленку наматывают в рулоны на пластмассовые  втулки, шпули картонно-бумажные, стержни. Рулоны пленки упаковывают в один–два слоя бумаги или пленочных отходов  от производства полиэтиленовой пленки. Пленку транспортируют всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах  в соответствии с правилами перевозок  грузов. Изготовитель должен гарантировать  соответствие пленки требованиям настоящего стандарта при соблюдении условий  упаковки, транспортирования и хранения. Гарантийный срок хранения пленки — 3 года со дня изготовления.

Для усовершенствования материала необходимо ввести в состав дополнительные добавки, которые позволят упрочнить материал, а также позволит переносить покупателю пакеты большей массы. Также прочность увеличит поставки и снизит стоимость на затрату некоторого количества полиэтилена на производстве. Ассортимент полимеров этилена может быть значительно расширен получением сополимеров его с другими мономерами, а также путем получения композиций при компаундировании полиэтилена одного типа с полиэтиленом другого типа, полипропиленом, полиизобутиленом, каучуками и т.п.

На основе полиэтилена  могут быть получены многочисленные модификации – привитые сополимеры с активными группами, улучшающими  адгезию к металлам, окрашиваемость, снижающими его горючесть и т.д.

1.3 Преимущества  и недостатки выбранного материала  тары

Пакеты типа «майка» изготавливаются  из двух видов полиэтилена: высокого давления и низкого давления.

Полиэтилен  высокого давления (ПВД)

Получают полиэтилен методом  радикальной полимеризации этилена  в реакторах трубчатого и автоклавного типов при давлении от 1600 до 2100 атм. Выпускается в виде базовых марок  и композиций.

Особняком стоят модификации  так называемого «сшитого» полиэтилена  ПЭ-С (PE-X). Суть сшивки состоит в том, что молекулы в цепочке соединяются  не только последовательно, но и образуются боковые связи которые соединяют  цепочки между собой, за счет этого  достаточно сильно изменяются физические и в меньшей степени химические свойства изделий.

Различают 4 вида сшитого  полиэтилена (по способу производства): пероксидный, силановый, радиационный и азотный. Наибольшее распространение  получил РЕх-b, как наиболее быстрый  и дешёвый в производстве.

Достоинства ПВД:

• Стоек к парам и воде
• Устойчив к разрывам и ударам
• Высокая пластичность
• Выдерживают достаточно большой вес

Недостатки ПВД:

• Низкая прочность
• Пониженная морозостойкость

Небольшой недостаток полиэтилена  высокого давления заключается в  том, что пакеты из этого материала  приходится делать толще, так как  у них меньше изначальная прочность, что в свою очередь приводит к  повышению цены изготовления, в отличии  от пакетов, изготовленных из полиэтилена  низкого давления. Также, есть и достоинства, такие пакеты меньше подвержены деформации и логотип, или реклама смотрятся на таком типе пакета гораздо эффектнее и живут намного дольше.

Полиэтилен  низкого давления (ПНД) применяется при строительстве полигонов переработки отходов, накопителей жидких и твердых веществ, способных загрязнять почву и грунтовые воды.

Переработка ПНД.

Полиэтилен (кроме сверхмолекулярного) перерабатывается всеми известными для пластмасс методами, такими как  экструзия, экструзия с раздувом, литьё под давлением, пневматическое формование. Экструзия полиэтилена  возможна на оборудовании с установленным  «универсальным» червяком.

Область применения ПНД:

• изготовление пленок и пленочных изделий для упаковки промышленных товаров, пищевых, фармацевтических, сельскохозяйственных продуктов и реактивов;
• выдувных изделий, напорных труб;
• литьевых мало- и крупногабаритных, профильно-погонажных изделий;
• антикоррозионное покрытие аппаратов и труб, работающих в агрессивных сред.

Достоинства ПНД:

• Низкая степень ветвления молекул (большие межмолекулярные силы и прочность на разрыв)
• Более жесткий
• Устойчив к высоким температурам
• Устойчив к различным маслам и химикатам
• Малый вес
• Пыле- и водонепроницаемость
• Высокие теплоизолирующие свойства
• Низкая стоимость

Недостатки ПНД:

• Непрозрачный
• Высокая хрупкость

Однако существует еще  один материал для пакетов типа «Майка», он называется вторичный полиэтилен. Минус таких пакетов – менее  презентабельный вид. Пакеты из вторичного полиэтилена, далеко не всегда обладают ровной структурой. Основной довод  в пользу материала – большая  денежная экономия, а в финансовом деле это далеко немаловажно.

Также на рынке существует множество пакетов, изготовленных  из других материалов:

• мелованная бумага (применяется для более высококачественного и полноцветного изображения на пакете, однако такой пакет нее выдержит больших нагрузок, что является основным недостатком)
• картона (основные плюсы – высокое качество и прочность, однако при намокании такой пакет не будет годен к эксплуатации)
• фактурной бумаги Imitlin (целлюлозная влагостойкая бумага с тиснением «под лен»)
• крафт-бумаги (бумага из слабопроваренной длинноволокнистой сульфатной целлюлозы )

В настоящее время существует два основных способа производства пленки методом экструзии: получение  рукава с раздувом и плоскощелевая  экструзия методом полива на охлаждаемый  барабан или через каландровые  валы.

Метод экструзионной обработки  позволяет получить ряд преимуществ:

• интенсифицировать производственный процесс;
• повысить степень использования сырья;
• получить готовые к применению пищевые продукты или создать для них компоненты, обладающие высокой сгущающей водо- и жироудержи-вающей способностью;
• снизить производственные затраты (расходы тепла, электроэнергии);
• снизить трудовые затраты;
• расширить ассортимент пищевых продуктов;
• повысить усвояемость;
• снизить микробиологическую об-семененность продуктов;
• уменьшить загрязнение окружающей среды.

1.4. Физико – механические, запечатываемые свойства материала

Полиэтилен – термопластичный  полимер этилена. Является органическим соединением и имеет длинные молекулы – СН₂ - СН₂ - СН₂ - , где «-» обозначает ковалентные связи между атомами углерода. Представляет собой воскообразную массу белого цвета, которая является морозостойкой, не чувствительной к ударам, при охлаждении - застывает, при нагревании – размягчается.

Полиэтилен высокого давления образуется при следующих условиях:

• температура 200 – 260 ^оC
• давление 150 - 300 МПа
• присутствие инициатора (кислород или органический пероксид)

Макромолекулы полиэтилена  высокого давления содержат боковые  углеводородные цепи С₁ – С₄

Полиэтилен низкого давления образуется при следующих условиях:

• температура 120 – 150 ^оC
• давление ниже 0,1 - 2 МПа
• присутствие катализатора (катализатор Циглера-Натта, смесь TiCl₄ и AlR₃)

Проведя сравнительный анализ и изучив состав материала, из которого изготавливают пакеты можно сказать, что полиэтилен низкого давления более устойчив к действию воды, не реагирует с щелочами любой концентрации, с растворами нейтральных, кислых и основных солей, органическими и неорганическими кислотами, даже концентрированной серной кислоты, но разлагается при действии 50%-ой азотной кислоты при комнатной температуре и под воздействием жидкого и газообразного хлора и фтора.

При комнатной температуре данный полиэтилен не растворим, и не набухает ни в одном из известных растворителей. При повышенной температуре (80 °C) растворим в циклогексане и четырёххлористом углероде. Под высоким давлением может быть растворен в перегретой до 180 °C воде.

Со временем, деструктурирует  с образованием поперечных межцепных  связей, что приводит к повышению  хрупкости на фоне небольшого увеличения прочности. Нестабилизированный полиэтилен на воздухе подвергается термоокислительной деструкции (термостарению). Термостарение  полиэтилена проходит по радикальному механизму, сопровождается выделением альдегидов, кетонов, перекиси водорода и др.

Образование в ПЭ пленке при ее эксплуатации значительного  числа карбонильных групп приводит к повышенной способности ПНД поглощать кислород, следствием чего является образование во вторичном сырье винильных и винилиденовых групп, которые значительно снижают термоокислительную стабильность полимера при последующих переработках, инициируют процесс фотостарения таких материалов и изделий из них, снижают срок их службы.

Наличие карбонильных групп  не определяет ни механические свойства (введением их до 9 % в исходную макромолекулу  не оказывает существенного влияния  на механические свойства материала), ни пропускание пленкой солнечного света (поглощение света карбонильными  группами лежит в области длин волн менее 280 нм, а свет такого состава  практически не содержится в солнечном спектре). Однако именно наличие карбонильных групп в ПЭ обусловливает весьма важное его свойство – стойкость к воздействию света.

Инициатором фотостарения ПЭ являются гидропероксиды, образующиеся еще при переработке первичного материала в процессе механохимической деструкции. Их инициирующее действие особенно эффективно на ранних стадиях старения, в то время как карбонильные группы оказывают существенное влияние на более поздних стадиях. Как известно, при старении протекают конкурирующие реакции деструкции и структурирования. Следствием первой является образование низкомолекулярных продуктов, второй – нерастворимой гель-фракции. Скорость образования низкомолекулярных продуктов максимальна в начале старения. Этот период характеризуется низким содержанием геля и снижением физико-механических показателей.

В дальнейшем скорость образования  низкомолекулярных продуктов снижается, наблюдается резкое возрастание  содержания геля и уменьшение относительного удлинения, что свидетельствует  о протекании процесса структурирования. Затем (после достижения максимума) содержание геля в ПНД при его фотостарении снижается, что совпадает с полным израсходованием винилиденовых групп в полимере и достижением предельно допустимых значений относительного удлинения. Такой эффект объясняется вовлечением образовавшихся пространственных структур в процессе деструкции, а также растрескиванием по границе морфологических образований, что приводит к снижению физико-механических характеристик и ухудшению оптических свойств. Скорость изменения физико-механических характеристик ПНД практически не зависит от содержания в нем гель-фракции. Однако содержание геля необходимо всегда учитывать как структурный фактор при выборе способа повторной переработки, модификации и при определении областей использования полимера.

2 Технология изготовления  тары и упаковки

2.1 Описание и принцип действия основного и вспомогательного оборудования производства тары

Для производства пакетов типа «майка» используется одношнековый пленочный экструдер. Сам по себе принцип действия одношнекового пленочного экструдера относительно прост.