Материаловедение в полиграфическом и упаковочном производстве

* «Материаловедение в полиграфическом и упаковочном производстве » Курс лекций для бакалавров направления 261700 2015 г

Основные виды упаковочных материалов в России в начале 2000 - ных гг Многослойные пленки, 10% Другие виды, 6% Однослойный полиэтилен, 10% Композитные материалы, 24% Мягкая пленка, 42%

Полимер Методы переработки Термопласты Полиэтилен низкой Экструзия, литье под давлением, экструзия с плотности ПЭНП последующим раздувом Полиэтилен высокой Экструзия, литье под давлением, плотности ПЭВП пневмоформование, прессование, Полипропилен ПП Вид тары и упаковки Различного вида пленки и покрытия Потребительская и транспортная тара бутылки, контейнеры ящики, бочки газопламенное напыление Экструзия, литье под Пленки, многослойные материалы, давлением, контейнеры, баночки пневмоформование Вальцевание, прессование, Пленки, лотки, поддоны, бутылки экструзия Поливинилхлорид ПВХ и его сополимеры Потребительская жесткая тара. Полистирол , и его Литье под давлением, ПС прессование, экструзия, сосуды, бутылки, поддоны, упаковка сополимеры с вспенивание блистеров и косметики бутадиеном Экструзия с последующей Пленки различных типов, бутылки, Полиэтилентерефтала двухосной вытяжкой лотки т ПЭТ Полив на бесконечную ленту Упаковочный материал для Гидратцеллюлоза пищевых продуктов, многослойные (целлофан ) пленочные материалы

Химически стойкие эластичные емкости, Полив, экструзия, облицовочный и экструзия с последующей Полиамиды ПА упаковочный материал, вытяжкой масло- и бензостойкие прокладки Литье под давлением, Формованные детали, Поликарбонат ПК выдувание, прессование пленки, волокна Реактопласты Прессование, литьевое Коробки, ящики, Фенолоформальдег прессование, литье под герметичные емкости для идные смолы ФФС давлением химреактивов Меламиноформаль Прессование, литьевое Лотки, посуда для горячей дегидные смолы прессование, литье под пищи давлением Мел. ФС Ненасыщенные Заливка, прессование, полиэфирные пропитка смолы НПЭ Эпоксидные смолы. Прессование, литьевое прессование ЭС Фторопласты ФТ Заливка, облицовка, лакирование емкостей из стали. Жести, алюминия Покрытия, заливочные лаки, герметики Листы, пленки, Таблетирование, спекание, ламинированные вальцевание, прокатка материалы

Семейство полиэтиленов Линейный Разветвленный низкой плотно сти ПЭНП средне й плотно сти Гомополимер Сополимер Гомополимер Этилен + другой тип мономера Этилен + олефин СЭП высокой плотнос ти ПЭВП (с ПП) + кислоты + акрилаты + ацетат + виниловы й спирт Сополимер Линейны й низкой плотност и ЛПЭНП Металлоц еновые марки (монодисп ерсные, с умеренной разветвлен ностью)

Основные физико-механические свойства полиэтиленов Полиэтилен высокой плотности Свойстводля разных полиэтиленов Молекулярная масса, ММ*10 -3, г/моль 3 Плотность кг/м , ПЭНП 19 48 918 935 Степень 55 -60 кристалличности% , Разветвленность , lв, число ответвлений на 15 25 (до 40) 1000 атомов углерода Показатель текучести расплава ПТР, г/10 мин 0, 2 20 ПЭВП Низкого Среднего давления (ПЭНД) (ПЭСД) 70 350 40 70 СЭП ЛПЭНП 19 48 10 30 945 955 960 970 930 945 916 940 70 -80 60 -80 3 6 0, 1 15 0, 1 10 - - - Регулирует ся 0, 05 0, 6 -

Свойстводля разных полиэтиленов Полиэтилен высокой плотности ПЭВП ПЭНП Низкого давления (ПЭНД) Прочностьпри растяжении, МПа Относительное удлинение % , Ударная вязкость, Среднего давления (ПЭСД) СЭП ЛПЭНП 10 16 22 32 25 38 22 32 13 22 выше ПЭНП 150 1000 400 800 200 800 600 900 400 1200 Образцы не ломаются 2 к. Дж/м Температура плавления 0 С , Коэффициент линейного термического расширения , 5, К-1 *10 Прозрачность 105 115 125 130 135 120 125 115 130 22 25 25 40 24 38 - - Прозрач ный Прозрачный , матовый Морозостойкост ь, 0 С Матово-молочный - 70 матовый

Полимер Коэффициент газопроницаемости, *109 (см 2/(с*Па) Коэффициент влагопроницаемости, *1010 (г/см*ч*Па) по азоту ПЭНП ПЭВП по кислороду по оксиду углерода 1, 05 2, 60 12, 20 0, 2 -0, 4 0, 06 0, 19 0, 73 0, 06 -0, 20 ПЭНП: получен при высоком давлении, обозначается цифрой 1. ПЭВП: получен при низком давлении – обозначается цифрой 2. ПЭНП плохо склеивается ПЭВП хорошо сваривается

Плотность 3 кг/м Группа плотности 900 909 910 916 917 921 922 926 927 930 931 939 1 2 Марка ПЭНП 153 -03 -003 1 Расшифров ка марки Высокое давление при синтезе 3 53 4 0 Смешение Трубчатый партий на реактор холоду Марка ПЭВП 273 -81 2 73 Расшифровка марки Низкое давление при синтезе Газофазный метод, 5 6 3 003 3 группа ПТР, плотности: увеличенный в 917 921 10 раз: 3 кг/м 0, 3 г/10 мин 81 Добавлен термостабилизатор черного цвета

Марка ПЭВП 273 -81 2 Расшифровка марки Низкое давление при синтезе 73 81 Газофазный Добавлен метод, термостабилизатор черного трубчатый цвета реактор Сополимеры этилена Линейный полиэтилен низкой плотности ЛПЭНП легко воспринимает полиграфические краски Статистические сополимеры этилена с винилацетатом: СЭВА (СЭВИЛЕНы) улучшает термосвариваемость и прилипаемость

Тароупаковочная продукция на основе. ПЭ ПЭНП + СЭП ПЭВП + ПЭСП ЛПЭНП Пленки Бутылкидля чистящих Сверхтонкие растягивающиесясредств, шампуней, стрейчи термоусадочные моторных масел, воды. пленки , для Фляги, бутыли, бочки липкиеклингиндивидуальной и для химических пленкидля групповой реагентов Ящики, . пищевых упаковки. Пакеты контейнеры и мешки продуктов, бытового, для химических термоусадочн медицинского, с/х удобрений, ведра для ые пленки для упаковки назначения, для строительных материалов, цементных мясных замороженных растворов и красок, продуктов. корзины, укупорочные. Транспортная Мешки для средства. Пленки для мешочная мусора. Мягкие вкладышейв мягкую тара и пакеты бутылки , тару и др. повышенной укупорочные прочности. средства. СЭВИЛЕН Соэкструдиров анные термосваривае мыеслои и пленки с ПЭТ, целлофаном, ПП, пленкидля упаковки сыра. Пленки с/х и медицинского назначения, упаковка для льда. Стрейчпленка для оборачивания мяса иптицы.

Недостатки полиэтиленов: Низкая масло- и жиростойкость. Причина – диффузия низкомолекулярных фракций ПЭ в упакованные продукты. Высокая газопроницаемость. Снижается ориентацией и получением сополимеров с алкенами. Плохая склеиваемость связи с неполярностью. Устраняется в в сополимерах с винилацетатом. Появление запаха в средах , которые контактируют с полимером. Причина запаха – низкомолекулярные продукты окисления, которые образуются в процессе переработки полиэтилена в изделия. Устраняется введением антиоксидантов 75% всех упаковочных пленок из термопластов - это пленки из ПЭНП

Полипропилен Фрагмент макромолекулы полипропилена Марка ПП 21180 -16, Т 20 2 1 180 16 Т 20 16% Получен ПТР, Расшифровк Гомопол антикоррози 20% при низком увеличенны а марки имер онной талька давлении й в 10 раз добавки

Свойства полипропилена Свойство марок полипропиленов 21060 -3, Молекулярная масса, ММ*10 г/моль 3 Плотность, кг/м 60 200 910 10 30 900 1050 - 2 6 6 Показатель текучести расплава ПТР, г/10 мин Прочность при растяжении, МПа 2 Ударная вязкость, к. Дж/м 0 С Температура плавления, 0 С Морозостойкость, 2106029, А 20 73 75 ( мах до 85) Степень кристалличности, % Относительное удлинение, % 01020 30 32 21 100 300 До 50 25 40 165 170 - 15 - 20 - 25 До 20 -60

Тароупаковочные изделия на основе полипропилена Экструзионные пленки Традиционные прозрачные упаковка фармацевтических товаров, : продуктов питания, сигарет, текстильных изделий, самоклеящихся этикеток. Матовые: самоклеящиеся этикетки, упаковка кондитерских издели конфет, шоколада. Двухосноориентированные - для гибкой упаковки закусок и кондитерских изделий: печенья, бисквитов, баранок, сухарей, хлеба булочек, баранок. Двухслойные с бумагой : пакеты для кондитерских изделий, сухого корма животных. Ламинированные на картон : упаковка продуктов для разогрева в микроволновых печах. Ленты и волокн для дальнейшего изготовления тканых мешков и а гибких промежуточных насыпных контейнеров для транспортировк продуктов (мука, сахар, орехи, какао, сухие смеси), химических веществ, удобрений. Экстузионн Бутылки и тонкостенные контейнеры розлива горячих для ые и жидкостей и стерилизации паром. Бутылочки для парфюмерии, выдувные косметики, средств гигиены. , контейнеры, укупорочные средства для масл Литьевые Тонкостенные баночки изделия майонеза, маргарина, йогуртов, кремов, косметики, мазей. Ящикис ячейками, корзинки и др.

Поливинилхлорид (ПВХ) Без пластификаторов стабилизаторов токсиченвплоть до 800 С, поэтому и не применяется в медицине и пищевой промышленности. Молекулярную массу оценивают константе Фикентчера. Ф по К Степень полимеризации n равна: n = 40 (КФ -40) Марка ПВХ-С 7058 М ПВХ-С 70 (n= 1200) 58 М Предназначен Получе Минимальная Группа насыпной Расшифр для мягких нв величина плотности 5 (0, 45= овка изделий (Ж 3 суспен константы 0, 60 г/см). Остаток марки для жестких, П зии Фикентчера на сите -8% -для паст)

Винипласт Свойства 3 Плотность, кг/м Прочность при растяжении, МПа Прочность при изгибе, МПа Относительное удлинение при разрыве, % Твердость по Бринеллю, МПа 0 С Морозостойкость, Температура 0 эксплуатации, С Т - ра термосваривания , 0 С Пластикат Жесткийнеплас. ПВХ + пластификаторы тифицированный ПВХ+ (до 50%, себацинаты , стабилизаторы смазки. + фталаты, Тдестр повышена до 180 трикрезилфосфат). 2200 С. Светостойкий Морозостойкий. 1380 -1400 1100 -1300 35 -65 10 -18 100 -120 - 10 -50 100 -250 130 -160 1 -6 До - 10 До - 50 - - 29 + 66 143 -160

Поливинилиденхлорид ПВДХ Барьерные свойства ПВДХ по кислороду одни из лучших 2 О Молекулярная масса сополимеров ПВДХ составляет от 65 000 до 150 000 г/моль. Недостатки ПВХ «Диоксины" образуются при сжигании побочных продуктов ЦБП, ПВХ, линолеума, упаковочного картона и др. «Диоксины разрушаютгормональную " систeму чeловeка, что приводит к иммунодeфициту, особeнно к росту жeнских болeзнeй, дeтской смeртности инвалидности, и снижeниюрождаeмости. 25 мая 2002 г. в Стокгольмe была принята Глобальная мeждународная конвeнция о запрeщeнии использования 12 особо опасных стойких органичeских загрязнитeлeй.

Вид упаковки или тары Упаковываемый товар Пищевые продукты Бутылки Молоко, молочные продукты , пищевоемасло, алкогольные и безалкогольные напитки Пленки для заворачивания (стрейч-, клинг Масло, свежее мясо (сохраняется красный цвет и свежи вид), замороженное мясо, сыр, рыба, птица, свежие -пленки), овощи, фрукты, зелень. Сохраняют естественные запах термоусадочные пленки продуктов Изделия медицинского назначения Блистерная упаковка Мешки и пакеты Медицинские устройства, фарм продукты, лекарства Кровь, внутривенные растворы (выдерживают стерилизацию гамма-лучами) Непищевые продукты Блистерная упаковка Бутылки Оборудование, игрушки Туалетные принадлежности , кометика шампуни, , бытовые товары Оберточный материал Картонные коробки и бутылки для различных продукто или вкладыши Все виды упаковываемого товара Покрытия на бумагу, целлофан, на внутреннюю ПВДХ покрытия поверхность емкостей контейнеров. Защита от проникновения жира, кислорода, запахов и влаги

Полистирол ПС и его сополимеры ПДК стирола в полимере = 0, 05 мг/л Достоинства. ПС: стабильность размеров (маленькая усадка 0, 40, 6%), идеальная оптическая прозрачность (до 90% светопропускания), блеск поверхности, хорошая окрашиваемость матовыми и прозрачными красителями, легкость нанесения печати, хорошая склеиваемость, устойчивость к пищевым кислотам и щелочам, отсутствие запаха и вкуса у пленок ПС. Недостатки ПС: хрупкость, токсичность, невысокие барьерные свойства, сорбция пыли на поверхности, невозможность упаковки крупных и тяжелых товаров. Марка УПМ-0703 Э УП М 07 Получен Ударная вязкость Расшифр Удароп полимеризацие (ударная овка рочный й в массе (без прочность) равна марки ПС 2 растворителя) 7 к. Дж/м 03 Э Остаточное содержание мономера равно 0, 3% Рекомендуем ый метод переработки экструзия

Свойства ПС УПС АБС 3 Плотность, кг/м 1050 1060 1040 Прочность при 35 -40 27 -56 36 -60 растяжении, МПа Прочность при 55 -70 55 -60 50 -87 изгибе, МПа Прочность при 80 -100 46 -80 сжатии, МПа Относительное 1, 0 -1, 5 1, 0 -2, 0 1, 0 -3, 0 удлинение при (до 12 -45) (до 12 -70) разрыве, % Твердость по 150 110 100 Бринеллю, МПа Прозрачность прозрачный непрозрачный МСН (сополимер МА, стирола и АН 1040 90 -100 170 - Полистиролы перерабатываются в изделия всеми известными способами.

Полимер Прозрачный ПС УПС Вспененный ПС Тип упаковки и упаковываемый товар Пленки для упаковки свежих фруктов, бутылочки, баночки для пилюль, блистерная упаковка для таблеток, капсул. Одноразовая посуда, однопорционные стаканчики для приправ и кремов. Хрустальнопрозрачныеи блестящие контейнеры и коробочки для ювелирных изделий, игрушек, аппаратуры, косметики, часов и т. д. Емкости для молочных продуктов Лотки, коробки для пищевых продуктов(яиц, мяса, овощей), защитные чехлыи упаковкадля бытовой техники и оборудования. Цена ПС и его сополимеры выше цен ПЭНП и ПП на несколько тыс. руб за тонну.

Полиэтилентерефталат ПЭТ Имеет узкое молекулярно-массовое распределение Хорошо совмещается с другими материалами и используется для изготовления многослойных пленок: ПЭТ+ПА, ПЭТ+фольга, ПЭТ+ПВДХ+ПЭ. Хорошиебарьерные свойства по отношению к кислороду и парам вод Однако сильно газированные напитки (пиво) следует хранить в ПЭТ таре не более 2 -4 месяцев Не оказывает токсичного действия на организм, поэтому разрешен д изготовления пищевой упаковки Бутыли производят двухстадийным способом: сначала отливают преформылитьем под давлением, затем раздувают эти преформы до нужных размеров

Свойство полимеров -3, Молекулярная масса, ММ*10 г/моль 3 Плотность, кг/м Степень кристалличности, % Прочность при растяжении, МПа Прочность при изгибе, МПа Относительное удлинение, % 2 Ударная вязкость, к. Дж/м 0 С Температура плавления, 0 С Морозостойкость, ПЭТ 15 40 1400 мах до 50 50 70 80 120 2 4 30 265 - 50 ПК 28 200 1200 аморфный 56 78 80 110 90 120 140 230 - 100 Изделия из ПЭТбутылки, лотки, прочная возвратная тара, : стерильная медицинская упаковка. Из кристаллизующегося ПЭТ выпускают тару для СВЧ-печей. Области применения ПЭТупаковка, сыра, вареного мяса, : холодных закусок, душистых веществ и специй (арахисовое масло горчица и др. ); слабо- и безалкогольные напитки с возможностью горячего розлива, сиропы, коктейли.