Заявка на оборудование
© 2009 ООО "ГЕОПЛАСТ"
разработка веб сайта в Москве megagroup.ru
Главная » Информация » Ответы на вопросы

Ответы на вопросы

Какие типы полимеров предпочтительны для производства пленок?

Самые используемые полимерные материалы для производства пленок методом экструзии  -Полиолефины .

Полиолефины, которые могут быть экструдированы в виде однослойной и многослойной пленки, включают:

- Полиэтилен низкой плотности - ПЭНП (LDPE)

- Линейный полиэтилен низкой плотности - ЛПЭНП (LLDPE)

- Линейный полиэтилен низкой плотности синтезируемый с помощью металлоценового катализатора мЛПЭНП (mLLDPE, MPE)

- Полиэтилен высокой плотности ПЭВП (HDPE)

- Полиэтилен средней плотности ПЭСП (MDPE)
- Высокомолекулярный полиэтилен HMWPE, VHMWPE
- Сополимеры этилена, например этилена с винилацетатом СЭВА (EVА) и этилена с метилакрилатом - ЭМА(EMA)

- Полиолефиновые пластомеры POP, POE

- Тройные сополимеры этилена (ТЕРПОЛИОЛЕФИНЫ)

- Полипропилен, сополимеры пропилена - ПП (PP) и термопластичные олефины - ТПО (TPO)

Некоторая путаница в названиях наиболее распостраненных полилефинов - Полиэтилена Высокой и Полиэтилена Низкой плотности объясняется исторически сложившимися названиями для этих полилефинов, связанных с особенностями синтеза полимров.

Полиэтилен, получаемый при высоком давлении, называют полиэтиленом высокого давления (ПЭВД, ПВД) или низкой плотности (ПЭНП, LDPE). В промышленности полиэтилен высокого давления получают полимеризацией этилена в трубчатом реакторе или в автоклаве. При производстве полиэтилена в трубчатом реакторе этилен, смешанный с инициатором, сжатый компрессором до 25 МПа и нагретый до 700С, поступает сначала в первую зону реактора, где подогревается сначала до 180оС, а затем во вторую, где полимеризуется при 190-300 град. С и давлении 130-250 МПа. Среднее время пребывания этилена в реакторе 70-100 сек, степень превращения 18-20% в зависимости от количества и типа инициатора.

Полиэтилен, получаемый при низком давлении, называют полиэтиленом низкого давления (ПЭНД, ПНД) или высокой плотности (ПЭВП, HDPE). Используются три основные технологии получения полиэтилена низкого давления: реакция проводится в суспензии, реакция проводится в растворе, осуществление газофазной полимеризации. Процесс получения полиэтилена в растворе (чаще в гексане) проводят при 160-250оС, давлении 3,4-5,3 МПа, время контакта с катализатором 10-15 мин. Полиэтилен из раствора выделяют удалением растворителя последовательно в испарителе, сепараторе и вакуумной камере гранулятора.

Обычные преимущества характерные для полиолефинов, используемых для производства пленок - простота переработки, малый вес, хорошая ударная вязкость и сопротивление надрыву, гибкость (даже при низких температурах), выдающаяся стойкость к действию химикатов и относительно низкая цена по сравнению с другими пластическими массами. Основные свойства полиолефинов могут быть изменены с помощью широкого диапазона химических модификаторов.

Полиолефины можно перерабатывать методом соэкструзии с различными полимерами, например барьерными - омыленным сополимером этилена с виниловым спиртом (EVOH), полиамидом, полиэфирами, адгезивами, соединяющими слои разных полимеров, получая многослойные пленки со специальными, высокоэффективными свойствами.

Главные области применения для пленок из полиолефинов:

  • Упаковка пищевых продуктов, текстильных изделий, потребительских продуктов, промышленных товаров, медицинских изделий
  • Сельское хозяйство
  • Строительство
  • Бытовых товары, включая подкладки для подгузников, вкладыши в мешки и ящики, пленки для домашнего хозяйства и мешки для мусора
  • Упаковочные материалы, включая растягивающиеся и усадочные пленки

Большинство полиолефинов для экструзии пленки обычно используется в форме гранул. Гранулы полиолефинов - обычно овальной формы с размерами 3 - 5 мм обычно прозрачные и белого цвета.

Полиолефины иногда содержат добавки, например термостабилизаторы. Они также могут быть наполнены пигментами, антистатиками, скользящими и антиблокирующими добавками, УФ стабилизаторами, и т.д.

Молекулярное строение и состав полимерной композиции воздействуют на ее способность к переработке и на свойства получаемого изделия

Три основных свойства макромолекул воздействуют на большинство свойств, важных для экструзии пленки высокого качества:

  • Средняя молекулярная масса
  • Распределение молекулярной массы
  • Кристалличность или плотность.

Эти молекулярные свойства определяются характеристиками веществ, обычно используемых для производства полиолефинов и условий, в которых они получаются. Основные структурные блоки, из которых получаются полиолефины - водородные и углеродные атомы. Для получения полиэтилена используется мономер этилен, C2H4, в котором объединены два углеродных атома и четыре водородных атома.

Для получения полипропилена используется мономер - пропилен, в котором водородные и углеродные атомы объединяются, образуя соединение со структурой CH3CH=CH2, включающей три углеродных атома и шесть водородных атомов.

Сополимеры этилена, например ЭВА и ЭМА, получают полимеризацией мономера этилена с беспорядочно распределенными группами сомономера, типа уксусного эфира винилового спирта и метилакрилата.

В процессе полимеризации этих мономеров создается смесь молекулярных цепей изменяющихся длин. Некоторые цепи короткие, в то время как другие чрезвычайно длинные, и содержат несколько сотен тысяч мономерных звеньев. В цепи полиэтилена имеются многочисленные боковые ответвления. На каждые 100 единиц этилена в молекулярной цепи существует приблизительно от одного до 10 коротких или длинных ответвлений.

Разветвления цепей воздействуют на многие свойства полимера, включая плотность, твердость, гибкость и прозрачность. Разветвления цепей также становятся узлами в молекулярной сетке, где может происходить окисление. В некоторых технологических процессах, где достигаются высокие температуры, окисление может неблагоприятно воздействовать на свойства полимера.

Около половины мирового производства полиэтилена используется для производства гибких пленок.

В то время как в этих расчетах приблизительно половина из всех марок полиэтилена, используемого на производство пленок составляет ПЭНП, тем не менее потребление ЛПЭНП и ПЭСП/ПЭВП растет с более высокой скоростью.

Плотность

В полиолефинах имеется смесь кристаллических и аморфных областей. Молекулярные цепи в кристаллических областях располагаются почти параллельно друг другу. В аморфных областях они располагаются беспорядочно. Эта смесь кристаллических и аморфных областей важна для формирования хороших пленочных изделий.

Полностью аморфный полиолефин был бы подобен резине и обладал бы недостаточными физическими свойствами; полностью кристаллический полимер был бы очень жестким и хрупким.

Для гомополимерных полиэтиленов чем выше плотность полимера, тем выше степень его кристалличности.

ПЭ высокой плотности имеет молекулярные цепи со сравнительно немногочисленными ответвлениями от основных цепей.

Это позволяет цепям уплотняться наиболее близко друг к другу. Результат - кристалличность до 85 %. ПЭ низкой плотности обычно имеет кристалличность от 35 до 55 %. Линейный ПЭ низкой плотности имеет кристалличность от 35 до 60 %. Полипропилен высоко кристаллический полимер, но он - не очень плотный.

  • Удельный вес ЛПЭНП составляет от 0.900 до 0.939 граммов на кубический сантиметр (г/см3)
  • Удельный вес ПЭНП составляет от 0.916 до 0.925 г/см3
  • Удельный вес ПЭСП (средней плотности) составляет от 0.926-0.940 г/см3
  • Удельный вес ПЭВП составляет от 0.941 до 0.965 г/см3
  • Удельный вес ПП составляет от 0.890 до 0.905 г/см3
  • Удельный вес сополимеров ЭВА и ЭМА - зависит от соотношения сомономера, включенного в сополимер; при увеличении содержания сомономера плотность увеличивается, но уменьшается кристалличность.

Увеличение плотности, в свою очередь, влияет на многие свойства полимера. При увеличении плотности значения некоторых свойств увеличиваются.

Общее принципы влияния физических свойств LDPE на его переработку и механические свойства пленок.

Свойство

Увеличение индекса расплава

Увеличение плотности

Стойкость к действию химикатов

Остается той же самой

Увеличивается

Прозрачность

Увеличивается

Увеличивается

Относительное удлинения при разрыве

Уменьшается

Уменьшается

Скорость экструзии(ускоренное отверждение)

Остается той же самой

Увеличивается

Вытяжка пленки

Увеличивается

Увеличивается

Ударная вязкость пленки

Уменьшается

Уменьшается

Гибкость

Уменьшается

Остается той же самой

Блеск

Увеличивается

Остается той же самой

Теплостойкость

(Температура размягчения)

Уменьшается

Увеличивается

Непроницаемость к Газам/Жидкостям

Остается той же самой

Увеличивается

Эластичность при низкой температуре

Уменьшается

Уменьшается

Вязкость расплава

Уменьшается

Увеличивается

Выносливость при многократных механических деформациях

Уменьшается

Уменьшается

Устойчивость к блокированию пленки

Уменьшается

Увеличивается

Сопротивление к растрескиванию под напряжением

Уменьшается

Уменьшается

Прочность при растяжении до разрыва

Уменьшается

Увеличивается

Однако увеличение плотности также приводит к ухудшению некоторых свойств, например, сопротивлению к растрескиванию под напряжением и снижению ударной вязкости при низкой температуре.

Молекулярная масса

Каждый полиолефин состоит из смеси больших и малых цепей, то есть цепей с высокой и низкой молекулярной массой. Молекулярная масса полимерной цепи обычно оценивается тысячами. Среднее число их называется, весьма приблизительно, средней молекулярной массой полимера.

При увеличения средней молекулярной массы возрастает жесткость полимера.

Тот же самое справедливо для прочности при растяжении и сопротивления к растрескиванию под влиянием напряжений окружающей среды (трещин, возникающих в случае, когда пленка подвергнута напряжениям в присутствии жидкостей типа растворителей, масел, моющих средств, и т.д.).

Вязкость расплава

Вязкость расплава полиэтилена обычно выражается индексом расплава (измеряемого при стандартизованных условиях температуры и давлении). Индекс текучести расплава (ПТР) обратно пропорционально связан со средней молекулярной массой полимера: при увеличении средней молекулярной массы, ПТР уменьшается. Обычно полиолефин с высокой молекулярной массой обладает низким ПТР, и наоборот.

Вязкость расплава - чрезвычайно важное свойство, так как она воздействует на течение расплавленного полимера. Течение расплавленного полимера возрастает при увеличении ПТР. Поэтому полиолефины с меньшим ПТР требуют более высоких температур экструзии. Нужно помнить, что давление может повлиять на реологические свойства расплава полимера.

Два полимера могут иметь один и тот же ПТР, но различные реологические свойства расплава при более высоком давлении.

 Индекс текучести полиолефинов применяемых для производства пленок методом экструзии

Тип полимера

Диапазон индекса текучести расплава (г/10 мин)*

ЛПЭНП

1 - 2

ПЭНП

1 - 5

ПЭВП

1 - 10

СЭВА

1 - 10

ПП

** 1 - 10

* Индекс текучести расплава описывает текучесть полимера при заданной температуре испытания (190°C) и при заданной нагрузке (2,160кг). Полимер с более высоким индексом расплава течет легче в расплавленном состоянии, чем полимер с более низким индексом расплава.

** Текучесть полипропилена определяют при более высокой температуре (230°C), но при той же самой нагрузке (2,160кг), как и для полиэтилена.

Поэтому ПТР должен использоваться совместно с другими критериями, например распределением молекулярной массы, измерением скорости потока и другими свойствами полимеров.

Обычно полиолефины для производства пленки методом экструзии характеризуются как обладающие средней, высокой и очень высокой вязкостью.

Распределение молекулярной массы

Относительное распределение больших, средних и малых молекулярных цепей в полиолефине важно для его свойств. Когда большинство молекулярных цепей в полимере обладают длиной близкой к средней длине, полимер, как считают обладает "узким распределением молекулярной массы " .

Полиолефины с "широким распределением молекулярной массы" - представлены более широкой разновидностью длин цепей. Обычно полимеры с узким распределением молекулярной массы обладают большим сопротивлением растрескиванию под напряжением и лучшими оптическими свойствами. Полимер с широким распределением молекулярной массы обычно обладает большей ударной вязкостью и большей легкостью переработки.

Сомономеры

Полиолефины, полученные из одного основного типа мономера, называются гомополимерами. Однако существует много полиолефинов, которые состоят из двух или более мономеров - так называемых сомономеров - и их комбинация дает в результате сополимер. Многие марки ЛПЭНП, ПЭНП, ПЭВП и ПП для производства пленки методом экструзии получены из сомономеров. Эти группы в боковой цепи обеспечивают определенные усовершенствования свойства полимера. Сомономеры, используемые наиболее часто для производства ЛПЭНП и ПЭВП все вместе называются альфа-олефинами.

Они включают бутен, гексен и другие альфа-олефины. Другие сомономеры, используемые вместе с этиленом для того, чтобы получить марки для экструзии пленки - метилакрилат, для получения сополимеров ЭМА, и винилацетат, для получения сополимеров ЭВА.

Дополнение малых количеств винилацетатных звеньев к полиэтилену приводит к получению полимера, который экструдируется аналогично гомополимерному полиэтилену, но дополнительно обладает свойствами увеличенной ударной вязкости, меньшей жесткости и потенциально более высокой прозрачности. Возможен широкий диапазон свойств, в зависимости от соотношения включенного винилацетатных звеньев и условий синтеза получения модифицированного полимера.

Сополимеры ЭМА обеспечивают лучшую термостабильность в процессе экструзии пленки, чем полимеры ЭВА. Это свойство представляет специфический интерес, когда полиолефины соэкструдируются с полимерами с более высокой температурой плавления. EMA предлагает лучшие свойства плавления при более низкой температуре и хорошую адгезию к широкой разновидности субстратов. Этилен - важнейший сомономер, используемый при синтезе ПП.

Статистические сополимеры ПП в основном построены из элементарных звеньев пропилена и содержат случайные группы этилена. Ударопрочные сополимеры имеют основную цепь из пропилена содержащую группы молекул этилена.

Модификаторы, добавки и адгезивы

В полиолефины, изготовленные специально для экструзионных пленочных марок включаются многочисленные химические модификаторы и добавки. В некоторых марках химические модификаторы добавляют в процессе производства полимера. Они включают термостабилизаторы, антистатики и скользящие/антиблокирующие агенты.

 Типичные добавки в полиолефинах, используемых для нанесения экструзионного покрытия.

Тип добавки

Важнейшие преимущества

Антистатик

Устойчивость к накоплению статических зарядов

Ароматизаторы

Добавляют привлекательный оттенок запаха, например цветочный

Структурообразователи

Ускоряют формирования структуры пленки

Органические пероксиды

Улучшение переработки в пленку

Вспомогательные технологические добавки

Облегчают процесс переработки

Скользящие и антиблокирующие добавки

Улучшают свойства скольжения слоев пленки

Термостабилизаторы

Снижают окисление в процессе переработки и увеличивают срок службы пленки

УФ-стабилизаторы

Снижают вредное воздействие солнечного света

Можно ли сделать тонкую и прочную пленку из вторичного сырья?

Такую пленку можно сделать только из сырья со стабильными реологическими свойствами, не содержащего посторонних загрязнений и в достаточной степени термостабилизированного.

Если такие требования вторичное сырье выполняет, никаких проблем не возникает.

На практике это возможно, если в качестве вторичного сырья используются только чистые промышленные отходы, например обрезаемые кромки или переходные партии при изменении геометрических размеров производимой пленки.

Отходы, полученные в ходе производства пленок (обрезки кромок и остатки пленки) могут быть повторно переработаны. Пленочные кромки уплотняются или измельчаются и подаются например в дополнительный экструдер, в котором они расплавляются и возвращаются в главный экструдер. Обрезки пленки должны быть измельчены до размера, который может подаваться в зону загрузки основного экструдера вместе с исходным сырьем. Практически можно принять, что вторичное сырье обладает той же самой плотностью и индексом расплава как и гранулы исходного сырья. При этих условиях никакого серьезного ухудшения в свойствах пленки не происходит, если точно придерживаются рекомендуемых температур переработки, а вторичное сырье не было загрязнено или не подверглось излишней термической деструкции.

Однако, если измельчаются отходы в тот момент, когда выполняется замена на другую марку полимерного материала, то разумеется реологические характеристики вторичного гранулята окажутся нестабильными.

Опасен перегрев полимерных материалов в процессе переработки и слишком длительное нахождение полимерного сырья в разогретом оборудовании - возможна термическая деструция полимерных цепей.

Посторонние органические загрязнения даже при нормальных температурах переработки полимерного сырья обугливаются и формируют отложения на стенках каналов, а также быстро засоряют фильтрующие сетки.

Но конечно самую большую опасность представляют механические загрязнения. Мелкие песчинки не только становятся источником обрывов раздуваемого пленочного рукава, но и приводят к абразивному износу шнека, цилиндра и каналов экструзионной головки.

 

Rambler's Top100