Виды полимерного сырья

полиэтилен
пакеты из полиэтилена
полиэтиленовые пленки

Виды полимерного сырья

Полимеры, либо макромолекулы - это совсем огромные молекулы, образованные связями почти всех молекул малого размера, которые именуются составными звеньями, либо мономерами. Молекулы так значительны, что их характеристики не меняются значимым образом при добавлении либо удалении нескольких таковых составных звеньев.

Термин <полимерные материалы> является обобщающим. Он объединяет три широких группы синтетических пластиков, а конкретно: полимеры; пластмассы и их морфологическую разновидность - полимерные композиционные материалы (ПКМ) либо, как их еще называют, армированные пластики. Общее для перечисленных групп то, что их обязательной частью является полимерная составляющая, которая и описывает главные термодеформационные и технологические характеристики материала. Полимерная составляющая представляет собой органическое высокомолекулярное вещество, приобретенное в итоге химической реакции меж молекулами исходных низкомолекулярных веществ - мономеров.

Полимерами принято именовать высокомолекулярные вещества (гомополимеры) с введенными в них добавками, а конкретно стабилизаторами, ингибиторами, пластификаторами, смазками, антирадами и т. д. Физически полимеры являются гомофазными материалами, они сохраняют все присущие гомополимерам физико-химические особенности.

Пластмассами именуются композиционные материалы на базе полимеров, содержащие дисперсные либо коротковолокнистые наполнители, пигменты и другие сыпучие составляющие. Наполнители не образуют непрерывной фазы. Они (дисперсная среда) размещаются в полимерной матрице (дисперсионная среда). Физически пластмассы представляют собой гетерофазные материалы с изотропными (одинаковыми во всех направлениях) физическими макросвойствами.

Пластмассы могут быть разделены на две главные группы - термопластические и термореактивные. Термопластические - это те, которые после формирования могут быть расплавлены и опять сформованы; термореактивные, сформованные раз, уже не плавятся и не могут принять другую форму под действием температуры и давления. Практически все пластмассы, используемые в упаковках, относятся к термопластическим, к примеру, целофан и полипропилен (члены семейства полиолефинов), полистирол, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат, найлон(капрон), поликарбонат, поливинилацетат, поливиниловый спирт и остальные.

Пластмассы также можно располагать по категориям в зависимости от способа, который употребляется для их полимеризации, на полимеры, приобретенные присоединением к поликонденсацией. Полимеры, приобретенные присоединением, производятся с помощью механизма, который включает или свободные радикалы, или ионы, по которому малые молекулы скоро присоединяются к возрастающей цепи, без образования сопутствующих молекул. Поликонденсационные полимеры производятся с помощью реакции функциональных групп в молекулах друг с другом, так что постадийно появляется длинная цепь полимера, и традиционно происходит образование низкомолекулярного сопутствующего продукта, к примеру воды, во время каждой стадии реакции. Большая часть упаковочных полимеров, включая полиолефины, поливинилхлорид и полистирол - это полимеры присоединения.

Химические и физические характеристики пластиков обусловлены их химическим составом, средней молекулярной массой и распределением молекулярной массы, историей обработки (и использования), и наличием добавок.

Полимерные армированные материалы являются разновидностью пластмасс. Они различаются тем, что в них употребляются не дисперсные, а армирующие, то есть усиливающие наполнители (волокна, ткани, ленты, войлок, монокристаллы), образующие в ПКМ самостоятельную непрерывную фазу. Отдельные разновидности таковых ПКМ называют слоистыми пластиками. Таковая морфология дозволяет получить пластики с очень высочайшими деформационно-прочностными, усталостными, электрофизическими, акустическими и другими целевыми чертами, соответствующими самым высочайшим современным требованиям.

Реакция полимеризации - это последовательное присоединение молекул ненасыщенных соединений друг к другу с образованием высокомолекулярного продукта - полимера. Молекулы алкена, вступающие в реакцию полимеризации, именуются мономерами. Число элементарных звеньев, циклических в макромолекуле, именуется степенью полимеризации (обозначается п). В зависимости от степени полимеризации из одних и тех же мономеров можно получать вещества с различными качествами. Так, целофан с маленькими цепями (n = 20) является жидкостью, обладающей смазочными качествами. Целофан с длиной цепи в 1500-2000 звеньев представляет собой жесткий, но гибкий пластический материал, из которого можно получать пленки, изготовлять бутылки и другую посуду, эластичные трубы и т. д. Наконец, целофан с длиной цели в 5-6 тыс. звеньев является жестким веществом, из которого можно готовить литые изделия, твердые трубы, прочные нити.

Если в реакции полимеризации воспринимает роль маленькое число молекул, то образуются низкомолекулярные вещества, к примеру димеры, тримеры и т. д. Условия протекания реакций полимеризации очень разные. В неких вариантах необходимы катализаторы и высочайшее давление. Но основным фактором является строение молекулы мономера. В реакцию полимеризации вступают непредельные (ненасыщенные) соединения за счет разрыва кратных связей.

Структурные формулы полимеров коротко записывают так: формулу элементарного звена заключают в скобки и справа внизу ставят букву п. К примеру, структурная формула целофана (-СН 2 -СН 2 -)n. Просто заключить, что заглавие полимера слагается из наименования мономера и приставки поли-, к примеру целофан, поливинилхлорид, полистирол и т. д.

Полимеризация - это цепная реакция, и, для того чтоб она началась, нужно активировать молекулы мономера с помощью так называемых инициаторов. Таковыми инициаторами реакции могут быть свободные радикалы либо ионы (катионы, анионы). В зависимости от природы инициатора различают конкретный, катионный либо анионный механизмы полимеризации.

Более распространенными полимерами углеводородной природы являются целофан и полипропилен.

Целофан получают полимеризацией этилена:

Полипропилен получают стереоспецифической полимеризацией пропилена (пропена). Стереоспецифическая полимеризация - это процесс получения полимера со строго упорядоченным пространственным строением.

К полимеризации способны почти все остальные соединения - производные этилена, имеющие общую формулу СН 2 ==СН-X, где Х - разные атомы либо группы атомов.

Виды полимеров:

Полиолефины - это класс полимеров одинаковой химической природы (химическая формула -(СН2)-n ) с различным пространственным строением молекулярных цепей, включающий в себя целофан и полипропилен. Кстати сказать, все углеводы, к примеру, природный газ, сахар, парафин и дерево имеют похожее химическое строение. Всего в мире раз в год производиться 150 млн. т. полимеров, а полеолефины составляют приблизительно 60% от этого количества. В будущим полиолефины будут окружать нас в еще большей степени, чем сейчас, потому полезно приглядеться к ним повнимательнее.

Комплекс параметров полиолефинов, в том числе такие, как стойкость к ультрафиолету, окислителям, к разрыву, протыканию, усадке при нагреве и к раздиру, изменяется в совсем широких пределах в зависимости от степени ориентационной вытяжки молекул в процессе получения полимерных материалов и изделий.

В особенности следует выделить, что полеолефины экологически чище большинства применяемых человеком материалов. При производстве, транспортировке и обработке стекла, дерева и бумаги, бетона и сплава употребляется много энергии, при выработке которой безизбежно загрязняется окружающая среда. При утилизации обычных материалов также выделяются вредные вещества и затрачивается энергия. Полиолефины производятся и утилизуются без выделения вредных веществ и при малых затаратах энергии, причем при сжигании полиолефинов выделяется огромное количество незапятнанного тепла с побочными продуктами в виде водяного пара и углекислого газа.

Целофан

Около 60% всех пластиков, используемых для упаковки- это целофан, основным образом благодаря его низкой стоимости, но также благодаря его хорошим свойствам для почти всех областей внедрения.

Целофан высочайшей плотности (ПЭНД - низкого давления) имеет самую простую структуру из всех пластиков, он состоит из циклических звеньев этилена.

-(CH 2 CH 2 ) n -

целофан высочайшей плотности.

Целофан низкой плотности (ПЭВД - высочайшего давления) имеют ту же химическую формулу, но различается тем, что его структура разветвленная.

-(CH 2 CHR) n -

целофан низкой плотности

Где R может быть -H, -(CH 2 ) n CH 3, либо более сложной структурой с вторичным разветвлением.

Целофан, благодаря своему обычному химическому строению, просто складывается в кристаллическую решетку, и, следовательно, имеет тенденцию к высочайшей степени кристалличности. Разветвление цепи препятствует данной возможности к кристаллизации, что приводит к наименьшему числу молекул на единицу размера, и, следовательно, наименьшей плотности.

ПЭВД - целофан высочайшего давления. Пластичен, слегка матовый, воскообразный на ощупь, перерабатывается способом экструзии в рукавную пленку с раздувом либо в плоскую пленку через плоскощелевую головку и охлаждаемый валик. Пленка из ПЭВД прочна при растяжении и сжатии, стойка к удару и раздиру, прочна при низких температурах. Имеет изюминка - достаточно низкая температура размягчения (около 100 градусов Цельсия).

ПЭНД - целофан низкого давления. Пленка из ПЭНД - твердая, прочная, менее воскообразная на ощупь по сравнению с пленками ПЭВД. Выходит экструзией рукава с раздувом либо экструзией плоского рукава. Температура размягчения 121 о С дозволяет создавать стерилизацию паром. Морозостойкость этих пленок таковая же, как и у пленок из ПЭВД. Устойчивость к растяжению и сжатию - высочайшая, а сопротивление к удару и раздиру меньше, чем у пленок из ПЭВД. Пленки из ПЭНД - это красивая преграда влаге. Стойки к жирам, маслам.
"Шуршащий" пакет-майка ("шуршавчик"), в который вы упаковываете покупки, сделан конкретно из ПЭНД.

Существует два главных типа ПЭНД. Более <старый> тип, произведенный первым в 1930-х годах, полимеризуется при больших температурах и давлениях, условиях, которые довольно энергетичны, чтоб обеспечить заметную встречаемость реакций по цепному механизму, которые приводят к образованию разветвления как с длинными, так и с маленькими цепями. Этот тип ПЭНД время от времени именуется полиэтиленом высочайшего давления (ПВД, ВД-ПЭНД, из-за высочайшего давления), если есть необходимость различать его от линейного целофана низкого давления, более <молодого> типа ПЭВД.

При комнатной температуры целофан - достаточно мягкий и гибкий материал. Он отлично сохраняет эту упругость в условиях холода, так что применим в упаковке замороженных пищевых товаров. Но при завышенных температурах, таковых как 100°С, он становится очень мягким для ряда применений. ПЭНД различается более высочайшей хрупкостью и температурой размягчения, чем ПЭВД, но все же не является подходящим контейнеров горячего наполнения.

Около 30% всех пластиков, используемых для упаковки- это ПЭНД. Это более обширно используемый пластик для бутылок, из-за его низкой стоимости, простоты формования, и хороших эксплуатационных свойств, для почти всех областей внедрения. В его естественной форме ПЭНД имеет молочно-белый, полупрозрачный вид, и таким образом, не подходит для областей внедрения, где требуется исключительная прозрачность.

Один недочет использования ПЭНД в неких из областей внедрения- его тенденция к растрескиванию под напряжением при содействии наружной среды, определяемая как разрушение пластмассового контейнера при условиях одновременного напряжения и соприкосновения с продуктом, что в отдельности не приводит к разрушению. Растрескивание под напряжением при содействии наружной срды в целофане соотносится с кристалличностью полимера.

ПЭВД- это более обширно применяемый упаковочный полимер, соответственный приблизительно одной трети всех упаковочных пластиков. Из-за его низкой кристалличности, это более мягкий, более гибкий материал, чем ПЭНД. Это предпочитаемый материал для пленок и сумок, из-за его низкой стоимости. ПЭВД различается наилучшей прозрачностью, чем ПЭНД, но все же не владеет кристальной чистотой, которая желательна для неких областей внедрения упаковок.

ПП - полипропилен. Красивая прозрачность (при стремительном охлаждении в процессе формообразования), высочайшая температура плавления, химическая и водостойкость. ПП пропускает водяные пары, что делает его неподменным для "противозапотевающей" упаковки товаров питания (хлеба, зелени, бакалеи), а также в строительстве для гидро-ветроизоляции. ПП чувствителен к кислороду и окислителям. Перерабатывается способом экструзии с раздувом либо через плоскощелевую головку с поливом на барабан либо остыванием в водяной бане. Имеет хорошую прозрачность и блеск, высшую химическую стойкость, в особенности к маслам и жирам, не растрескивается под действием окружающей среды.

ПВХ - поливинилхлорид. В чистом виде применяется редко из-за хрупкости и неэлостичности. Недорог. Может перерабатываться в пленку способом экструзии с раздувом, или плоскощелевой экструзии. Расплав высоковязкий. ПВХ термически нестабилен и коррозионно активен. При перегреве и горении выделяет высокотоксичное соединение хлора - диоксин. Обширно распространился в 60-70е годы. Вытесняется более экологичным полипропиленом.

Идентификация полимеров

У потребителей полимерных пленок совсем частенько возникает практическая задачка по распознаванию природы полимерных материалов, из которых они сделаны. Главные характеристики полимерных материалов, как отлично понятно, определяются составом и структурой их макромолекулярных цепей. Отсюда ясно, что для идентификации полимерных пленок в первом приближении может быть достаточной оценка функциональных групп, входящих в состав макромолекул. Некие полимеры благодаря наличию гидроксильных групп (-ОН) тяготеют к молекулам воды. Это объясняет высшую гигроскопичность, к примеру, целлюлозных пленок и заметное изменение их эксплуатационных черт при увлажнении. В остальных полимерах (полиэтилентерефталат, целофаны, полипропилен и т.п.) такие группы отсутствуют вообще, что объясняет их довольно хорошую водостойкость.

Наличие тех либо других функциональных групп в полимере может быть определено на базе имеющихся и научно обоснованных инструментальных способов исследования. Но, практическая реализация этих способов постоянно связана с относительно большими временными затратами и обусловлена наличием соответственных видов довольно дорогостоящей испытательной аппаратуры, требующей соответственной квалификации для её использования. Совместно с тем, есть довольно обыкновенные и "быстрые" практические методы определения природы полимерных пленок. Эти методы основаны на том, что полимерные пленки из разных полимерных материалов различаются друг от друга по своим внешним признакам, физико-механическим свойствам, а также по отношению к нагреванию, характеру их горения и растворимости в органических и неорганических растворителях.

Во почти всех вариантах природу полимерных материалов, из которых сделаны полимерные пленки, можно установить по внешним признакам, при исследовании которых особенное внимание следует направить на следующие особенности: состояние поверхности, цвет, блеск, прозрачность, твердость и упругость, стойкость к раздиру и др. К примеру, неориентированные пленки из полиэтиленов, полипропилена и поливинилхлорида просто растягиваются. Пленки из полиамида, ацетата целлюлозы, полистирола, нацеленных полиэтиленов, полипропилена, поливинилхлорида растягиваются плохо. Пленки из ацетата целлюлозы нестойки к раздиру, просто расщепляются в направлении, перпендикулярном их ориентации, а также шуршат при их сминании. Более стойкие к раздиру полиамидные и лавсановые (полиэтилентерефталатные) пленки, которые также шуршат при сминании. В то же время пленки из целофана низкой плотности, пластифицированного поливинилхлорида не шуршат при сминании и владеют высочайшей стойкостью к раздиру. Результаты исследования внешних признаков исследуемой полимерной пленки следует сопоставить с характерными признаками, приведенными в табл. 15, после чего уже можно сделать некие предварительные выводы.

Но, как несложно уяснить из анализа данных, приведенных в табл. 16, не постоянно по внешним признакам можно однозначно установит природу полимера, из которого сделана пленка. В этом случае, нужно попытаться количественно оценить какие-нибудь физико-механические свойства имеющегося эталона полимерной пленки. Как видно, к примеру, из данных, приведенных в табл. 16, плотность неких полимерных материалов (ПЭНП, ПЭВП, ПП) меньше единицы, а, следовательно, эталоны этих пленок обязаны "плавать" в воде. С тем, чтоб уточнить вид полимерного материала, из которого сделана пленка, следует найти плотность имеющегося эталона методом измерения его веса и вычисления либо измерения его размера. Уточнению природы полимерных материалов содействуют и экспериментальные данные по таковым их физико-механическим чертам как предел прочности и относительное удлинение при одноосном растяжении, а также температура плавления (табл. 16). Не считая того, как видно из анализа данных, приведенных в табл. 16, проницаемость полимерных пленок по отношению к разным средам также значительно зависит от вида материала, из которого они сделаны.

Кроме отличительных особенностей в физико-механических свойствах следует отметить и имеющиеся различия в характерных признаках разных полимеров при их горении. Этот факт дозволяет применять на практике так называемый термический способ идентификации полимерных пленок. Он заключается в том, что эталон пленки поджигают и выдерживают в открытом пламени в течение 5-10 секунд, фиксируя при этом следующие характеристики: способность к горению и его характер, цвет и характер пламени, запах товаров горения и др. Характерные признаки горения более отчетливо наблюдаются в момент поджигания образцов. Для установления вида полимерного материала, из которого сделана пленка, нужно сопоставить результаты проведенного тесты с данными о характерных особенностях поведения полимеров при горении, приведенными в табл. 17.

Как видно из данных, приведенных в табл. 17 , по характеру горения и запаху товаров горения полиолефины (целофаны и полипропилен) напоминают парафин. Это полностью понятно, так как элементарный химический состав этих веществ один и тот же. Отсюда возникает сложность в различении полиэтиленов и полипропилена. Но при определенном навыке можно отличить полипропилен по более резким запахам товаров горения с цветами жженой резины либо горящего сургуча.

Таким образом, результаты комплексной оценки отдельных параметров полимерных пленок в согласовании с изложенными выше способами разрешают в большинстве случаев довольно надежно установить вид полимерного материала, из которого сделаны исследованные эталоны. При возникающих затруднениях в определении природы полимерных материалов, из которых сделаны пленки, нужно провести доп исследования их параметров химическими способами. Для этого эталоны могут быть подвергнуты термическому разложению (пиролизу), при этом в продуктах деструкции определяется наличие характерных атомов (азота, хлора, кремния и т.п.) Либо групп атомов (фенола, нитрогрупп и т.п.), склонных к специфичным реакциям, в итоге которых находится полностью определенный индикаторный эффект.

Изложенные выше практические способы определения вида полимерных материалов, из которых сделаны полимерные пленки, носят в известной степени субъективный характер, а, следовательно, не могут гарантировать их сто процентной идентификации. Если таковая необходимость все же возникает, то следует пользоваться услугами особых испытательных лабораторий, компетентность которых доказана соответствующими аттестационными документами.

Показатель текучести расплава

Показатель текучести расплава полимерного материала это масса полимера в граммах, выдавливаемая через капилляр при определенной температуре и определенном перепаде давления за 10 минут. Определение величины показателя текучести расплава создают на особых устройствах, называемых капиллярными вискозиметрами. При этом размеры капилляра стандартизованы: длина 8,000+0,025 мм; диаметр 2,095+0,005 мм; внутренний диаметр цилиндра вискозиметра составляет 9,54+0,016 мм. Не целочисленные значения размеров капилляров связанны с тем, что в первый раз методика определения показателя текучести расплава возникла в странах с британской системой мер.

Условия, рекомендуемые для определения показателя текучести расплава, регламентируются соответствующими эталонами. ГОСТ 11645-65 советует перегрузки 2,16 кг, 5 кг и 10 кг и температуры, кратные 10°C. ASTM 1238-62T (США) советует температуры от 125°C до 275°C и перегрузки от 0,325 кг до 21,6 кг. Более частенько показатель текучести расплава определяют при температуре 190°C и перегрузке 2,16 кг.

Величина показателя текучести для разных полимерных материалов определяется при разных отягощениях и температурах. Потому нужно иметь в виду, что абсолютные величины показателя текучести сравнимы только для одного и того же материала. Так, к примеру, можно сравнивать величину показателя текучести расплава целофана низкой плотности разных марок. Сравнение же величин характеристик текучести целофана высочайшей и низкой плотности не отдаёт способности конкретно сравнить текучесть обоих материалов. Так как первый определяется при перегрузке в 5 кг, а второй при перегрузке в 2,16 кг.

Следует отметить, что вязкость расплавов полимеров значительно зависит от приложенной перегрузки. Так как показатель текучести того либо другого полимерного материала измеряют только при одном значении перегрузки, то этот показатель характеризует лишь одну точку на всей кривой течения в области относительно низких напряжений сдвига. Потому полимеры, несколько различающиеся по разветвленности макромолекул либо по молекулярной массе, но с одинаковым показателем текучести расплава, могут вести себя по-различному в зависимости от условий переработки. Но, несмотря на это, по показателю текучести расплава для почти всех полимеров устанавливают границы рекомендуемых технологических характеристик процесса переработки. Существенное распространение этого способа разъясняется его быстротой и доступностью.

Экструзионные процессы производства пленок требуют больших вязкостей расплава, в связи с этим используются марки сырья с низким показателем текучести расплава.