Вступ
У останні десятиріччя минулого століття були зроблені найважливіші відкриття, які зазначили увесь подальший розвиток у науці і техніці. Але використання традиційних матеріалів не сприяло найшвидшому впровадженню розробок у масове виробництво. У цій ситуації значну роль зіграли полімери і полімерні композиції, виготовлення яких за той же період часу зросло на декілька порядків.
Науково–технічний прогрес призвів до того, що пластмаси та полімерні композиції зробили велику конкуренцію металевим виробам, а в деяких галузях зовсім витіснили важкі металеві конструкції, деталі та механізми. Також завдяки науково–технічному прогресу полімерні матеріали займають важливе місце у різноманітних сферах життя людини. Не виключенням став і побут і повсякденне життя. Особливе місце та найбільш широке використання знайшла різноманітна плівкова продукція [1].
Найбільш поширеним, ефективним та продуктивним методом виготовлення плівки є метод екструзії рукавної плівки.
Екструзія – один з найперспективніших методів переробки пластмас. Завдяки успіхам в області реологічного аналізу процесу екструзії та застосування обчислювальної техніки останнім часом здалося значно покращити якість виробів і підвищити продуктивність обладнання.
Екструзією з послідуючим роздувом отримують 90% усієї вироблюваної поліетиленової плівки. Цей метод дозволяє отримувати плівкову продукцію з різноманітними параметрами (товщино, ширина) та властивостями. Це є також дуже економічний спосіб в порівнянні з отриманням плівки каландровим чи плоско щілинним методами.
Цей метод дозволяє використання вторинної сировини. Найчастіше як сировину використовують поліетилен, як такий, що дозволяє, завдяки широкому діапазону своїх властивостей, виготовляти плівки для різноманітного вжитку. Це може бути плівка як для якогось технічного призначення, так і яка дозволяє контакт з харчовими продуктами.
Плівка також є незамінним пакувальним матеріалом, який є і герметичним, і не дуже об’ємним, і гарний на зовнішній вигляд. Це і пояснює широке застосування її у багатьох сферах життєдіяльності людини, де є можливість, а іноді і необхідність застосування полімерних матеріалів взагалі і поліетиленової плівки зокрема. Так останні дані показують, що за останній час у використанні поліетиленової плівки зросло на 3% [2].
1. Теоретичні відомості про полімери та їх переробку
Пакувальна індустрія будучи вторинною стосовно основних виробників продукції (будь це продукція харчової промисловості, металопродукція чи вироби легпрому), дуже залежить в першу чергу, від рівня попиту з боку виробників – основних замовників тари й упакування. І, у не меншому ступені, від цін на матеріали й устаткування [1].
Різноманіття видів застосовуваних плівок визначає розмаїттю методів їхнього виробництва. Основний обсяг виготовлених у світі полімерних плівок приходиться на плівки з розплавів пластичних мас, основу яких складають полімери, здатні при нагріванні переходити у в’язкотекучий чи високоеластичний стан, не піддаючи при цьому термічній деструкції.
Метод виробництва плівки визначається хімічною природою полімеру і призначенням готової плівки. В даний час можна виділити чотири групи методів виготовлення плівки: з полімеру, що знаходиться у в’язкотекучому чи високоеластичному стані: екструзія, каландрування, виробництво комбінованих плівок, фізико-хімічна модифікація плівок.
У даній роботі я розгляну технологію одержання плівки методом екструзії з роздувом. Він є найбільш поширеним, ефективним та продуктивним методом виготовлення плівки.
Екструзія – один з найперспективніших методів переробки пластмас. Завдяки успіхам в області реологічного аналізу процесу екструзії та застосування обчислювальної техніки останнім часом здалося значно покращити якість виробів і підвищити продуктивність обладнання.
Екструзією з послідуючим роздувом отримують 90% усієї вироблюваної поліетиленової плівки. Цей метод дозволяє отримувати плівкову продукцію з різноманітними параметрами (товщино, ширина) та властивостями. Це є також дуже економічний спосіб в порівнянні з отриманням плівки каландровим чи плоско щілинним методами [1].
Цей метод дозволяє використання вторинної сировини. Найчастіше як сировину використовують поліетилен, як такий, що дозволяє, завдяки широкому діапазону своїх властивостей, виготовляти плівки для різноманітного вжитку. Це може бути плівка як для якогось технічного призначення, так і яка дозволяє контакт з харчовими продуктами.
Плівка також є незамінним пакувальним матеріалом, який є і герметичним, і не дуже об’ємним, і гарний на зовнішній вигляд. Це і пояснює широке застосування її у багатьох сферах життєдіяльності людини, де є можливість, а іноді і необхідність застосування полімерних матеріалів взагалі і поліетиленової плівки зокрема. Так останні дані показують, що за останній час у свіеі використання поліетиленової плівки зросло на 3%.
Враховуючи світову структуру споживання поліетилену високого тиску можна припустити, що зросте виробництво лінійного поліетилену високого тиску.
Поліетилен високого тиску представляє собою з густиною 910 – 930 кг/м³ і температурою розм’якшення 110 – 180˚С. Він випускається в промисловості у вигляді гранул з густиною 500 – 550 кг/м³.
Молекулярна маса коливається від 80000 до 500000 в.о., ступінь кристалічності 50 – 60%. На 1000 атомів вуглецю припадає десь 15 – 25 розгалуженого масла, жири, керосин і інші нафтові вуглеводні практично не діють на поліетилен.
Поліетилен тривкий до дії водних розчинів, кислот та солей, Але при температурі вище 60˚С сірчана та азотна кислоти швидко його розчиняють.
Поліетилен має дуже високу стійкість до дії води та її парів. Проникність поліетилену, який є неполярним полімеромдля парів полярних речовин дуже мала, Але паринеполярних речовин проходять крізь нього набагато швидше.
Окислення поліетилену киснемповітря, пі впливом нагріву і сонячного світла призводить до погіршення фізико-механічних та діелектричних властивостей. Цьому можна запобігти введенням стабілізаторів, яким приділяється дуже багато уваги. Додавання того чи іншого стабілізатора дозволяє отримувати продукцію з заданими властивостями. Так додавання фотохроматичних добавок дозволяє отримати плівку, яка поглинає УФ-компоненти сонячного світла і перетворює їх енергію у видимее світло, або отримувати світлокорегуючі плівки для сільського господарства, Таким чином додаючи ту чи іншу добавку можна задати потрібні властивості готовому продукту.
Поліетилен має невелику теплопровідність і великий коефіцієнт термічного розширення [2].
За електричними властивостями, як неполярний полімер, відноситься до високоякісних високочастотних діелектриків.
Механічні властивості поліетилену підвищуються зі збільшенням ступеня кристалічності та молекулярної ваги, і залежить від температури.
Важливою характеристикою є повзучість. Так вже при кімнатній температурі під дією постійного навантаження поліетилен починає текти. Поліетилен здатний до розтріскування під дією середовища (повітря, розчинника, масла).
Як і усі кристалічні полімери, поліетилен плавиться у вузькому інтервалі температур (3–5˚С). При температурі вище температури плавлення, поліетилен переходить в пластичний стан, у якому він може перероблятись.
ПЕВГ (950 – 960 кг/м³) при низькому тиску отримують полімеризацією етилена в розчині неперервним методом при тиску 0,05 – 0,5 МПа і температурі 70 – 80˚С в присутності каталізаторів Циглера – Натта.
Швидкість полімеризації етилена і властивості отримує мого ПЕ залежить від концентрації і активності каталізатора, температури та тиску процеса. Оптимальна температура полімеризації 70 – 80˚С, при подальшому її підвищенні різко знижується швидкість процесу із-за розкладу каталізатора. Підвищення тиску вище 0,5 МПа призводить до суттєвого прискорення процеса, що затрудняє теплозйом і підтримання заданого режиму.
Для регулювання показника текучості розплаву і молекулярної маси полімера в реакційну суміш вводять водень, прості ефіри та ін [2].
Поліетилен випускають без добавок – базові марки й у вигляді композицій на їхній основі з стабілізаторами й іншими добавками в пофарбованому й незабарвленому вигляді [2].
Базову марку вибирають відповідно до «Переліку базових марок і рецептур добавок, допущених до контакту з харчовими продуктами, виготовлення пляшок, для постачання і для використання в медицині».
Поліетилен повинен випускатися у вигляді гранул з однаковою геометричною формою в межах однієї партії, розмір їх повинен бути 2 – 5 мм. Для базових марок композицій поліетилену допускаються гранули поліетилену більшого розміру, масова частка яких не повинна перевищувати 0,5, а для поліетилену, призначеного для виготовлення плівок спеціального призначення – 0,25%. Для поліетилену 2-го сорту допускаються сірі й окислені гранули, масова частка яких не більше 0,1%. У пофарбованому і незабарвленому поліетилені не допускаються гранули іншого кольору, крім поліетилену 2-го сорту, у якому масова частка гранул іншогокольору не повинна перевищувати 0,04%.
За електричними показниками композиції поліетилену повинні відповідати вимогам ГОСТу.
По технологічній пробі на зовнішній вигляд поліетилен повинен відповідати вимогам, при цьому сорт плівкових марок визначають показниками якості і виду технологічної проби.
У випадку невідповідності поліетилену виду технологічної проби на зовнішній вигляд плівки він може бути використаний для інших призначень, при цьому сорт визначають показниками якості.
Позначення базових марок поліетилену складається з назви «Поліетилен», восьми цифр, сорту і позначення ГОСТу. Перша цифра – 1, вказує на те, що процесс полімеризації поліетилену протікає при високому тиску в трубчастих реакторах з пристроями, що перемішують, із застосуванням ініціаторів радикального типу. Дві наступні цифри позначають порядковий номер базової марки. Четверта цифра вказує на ступінь гомогенізації поліетилену: 0 – без гомогенізації в розплаві; 1 – гомогенізований у розплаві. П'ята цифра умовно позначає группу щільності поліетилену. Останні три цифри вказують десятикратне значення показника текучості розплаву [3].