Пленки поливинилхлоридные: ассортимент, методы получения

В настоящее время все чаще применяют блочную полимеризацию в массе. Данный метод позволяет получить полимер наиболее подходящий для производства высокопрозрачных и слабоокрашенных пленок.

Существует огромный ассортимент упаковочных материалов и одними из них являются тонкие (8-30мкм) поливинилхлоридные пленки — стретч и термоусадочные — практически универсальный упаковочный материал для упаковки широкого спектра пищевых и не пищевых товаров.

ПВХ может быть переработан в пленку методом экструзии с раздувом либо плоскощелевой экструзии. Оба эти процесса широко используются для изготовления тонких непластифицированных или слабо пластифицированных пленок. Одной из трудностей, связанных с переработкой ПВХ, является его термическая нестабильность и коррозионная активность в сочетании с высокой вязкостью расплава. Вязкость расплава полистирола или полиолефинов может быть понижена при повышении температуры переработки, но для ПВХ данный метод не подходит, так как он начинает очень быстро разлагаться. Экструзионная головка для переработки ПВХ должна быть сконструирована таким образом, чтобы по возможности избежать зон застоя расплава.

Каландрированные пленки

Пленки этого типа производятся раскатыванием полимерной массы в системе валков-каландров. Специфика процесса производства, в котором материал буквально растягивается до необходимой толщины, непосредственно сказывается на будущих свойствах пленочного материала.

• Сохраняемая «память» пленки об исходной форме провоцирует усадку с течением времени, под воздействием солнечных лучей, в агрессивных средах и при колебаниях температуры и влажности.
• Каландрированные пленки не растяжимы в холодном состоянии, поэтому могут быть нанесены только на ровные и гладкие поверхности. Чтобы достичь качественного сцепления пленки с криволинейной основой, потребуется тепловая обработка пленки феном.
• Минимальная толщина каландрированных пленок – 70 мкм. Из-за бочкообразности каландров, к сожалению, не всегда достигается равнотолщинность пленки по всей площади.
• Максимальный срок службы – 7 лет.
• Максимальная рабочая температура – 90 °С.

В настоящее время оборудование и технологии, используемые ведущими мировыми производителями пластифицированного винила, настолько усовершенствованы, что все выше перечисленные недостатки сведены до минимума.

Каландрированные пленки обычно более однородны по сравнению с экструзионными. Конечная толщина пленки очень сильно зависит от щели между последней парой валков, в то время как в процессе экструзии толщина зависит больше от коэффициента вытяжки в случае рукавной пленки или скорости приема в случае поливной пленки. Кроме того, в поперечном сечении экструзионной головки могут быть участки, где течение предпочтительно, что приводит к разнотолщинности. Дополнительным преимуществом каландрования является лучшее смешение. Количество энергии, доступное в каландровой линии, много больше, чем в экструзионной. Поэтому каландрированная пленка менее зависима от однородности сырья.

На основе чистого поливинилхлорида можно получать пленки с широким спектром свойств путем введения в полимер различных пластифицирующих добавок и одно или двухосной ориентацией уже готовой ПВХ пленки. Изменение в составе полимера пластификатора позволяют получать пленки от твердых, хрупких до мягких, клейких и растяжимых. Изменяя ориентацию, получают пленки от полностью одноосноориетированых до равнопрочных двухосно-ориентированных.

Непластифицированные пленки получают с введением стабилизатора. Эффективные стабилизаторы позволяют получить прозрачные и блестящие пленки. Пленка получается жесткой и имеет высокую прочность при растяжении. Паропроницаемость у ПВХ выше, чем у полиолефинов, а газопроницаемость ниже. Поэтому ПВХ пленки служат хорошей защитой от окисления масел и жиров. Пленки из непластифицированного ПВХ имеют превосходную стойкость к маслам, жирам, кислотам и щелочам. Однако она набухает в хлорированных углеводородах и кетонах. Также пленки имеют небольшую склонность к слипанию.

Свойства пластифицированных ПВХ пленок в некоторой степени зависят от типа используемого пластификатора и его качества. В целом увеличение содержания пластификатора увеличивает мягкость и прозрачность пленки, улучшает ее свойства при низких температурах. Пластифицированный ПВХ имеет характерный запах и в большей степени подвержен действию растворителей. Пластифицированные ПВХ пленки могут иметь превосходный блеск и прозрачность, будучи модифицированы соответствующими стабилизаторами и пластификаторами.

Как пластифицированные, так и непластифицированные пленки могут быть сварены высокочастотной сваркой. На оба вида пленок можно наносить печать. При этом нет необходимости в предварительной электрической обработке поверхности пленки, в отличие от пленок из полиэтилена и полипропилена. Но некоторые пластификаторы и смазки имеют тенденцию к миграции на поверхность. Это может вызвать отторжение типографской краски.

Поливинилденхлорид (ПВДХ) является продуктом сополимеризации винилхлорида и винилденхлорида. ПВДХ пленка может быть получена методом экструзии с раздувом рукава или плоскощелевой экструзией с поливом на охлаждаемый барабан. При получении ориентированных пленок предпочтительнее использовать первый метод.

Минимальная кристалличность обеспечивает хорошую растяжимость ПВДХ пленок. Поэтому для предотвращения роста кристаллов в полимере при плоскощелевой экструзии, пленку необходимо резко охлаждать в водяной ванне или поливом на барабан. Скорость кристаллизации ПВДХ при комнатной температуре достаточно высока. Вследствие этого пленку, полученную плоскощелевой экструзией необходимо сразу же ориентировать.

Для получения двухосноориентированных пленок предпочтительнее использовать экструзию с раздувом рукава. Так как при этом можно получить пленку с равной ориентацией в продольном и поперечном направлении.

Ориентированная ПВДХ пленка прозрачна и имеет хорошие прочностные характеристики. Температура сварки составляет 120¸160 °C. Но неустойчива при длительном нагреве до температур выше 60 °C. Пленка имеет высокое сопротивление раздиру, но на упаковочном оборудовании перерабатывается достаточно тяжело из-за своей мягкости.

ПВДХ пленки обладают прекрасными барьерными свойствами даже при относительно малых толщинах. Поэтому ее целесообразно использовать в качестве одного из слоев в соэкструдированных пленках. Также ПВДХ широко используется для покрытия бумаги, целлофана, полипропилена и др., но это требует дополнительной технологической операции, исключенной при соэкструзии.

Сополимеры винилхлорида с винилацетатом. В этой группе сополимеров ацетатная группа крупнее, чем атом хлора. Поэтому она предотвращает близкий контакт между цепями полимера и служит, своего рода, внутренним пластификатором. Данный материал чаще используют для производства листов, нежели пленок. Особо важная область его применения – производство грампластинок.

Стретч-пленки ПВХ

Применение этих пленок очень широко, но в данном обзоре будут рассмотрены только основные области их использования. Сретч-пленки производятся из модифицированного полиэтилена высокого давления, линейного полиэтилена высокого давления, поливинилхлорида, сополимеров винилиденхлорида и иономеров, а также полиэтилентерефталата.

ПВХ стретч пленка — это разновидность поливинилхлоридных пленок, которую иногда называют «растягивающаяся», «самоклеющаяся» или «дышащая» и которая действительно обладает всеми этими свойствами.

Стретч — пленки это пленка обладает способностью обратимо растягиваться с удлинением до 400 % супер имеет повышенную прочность стойкость к раздиру, проколу, удару, продавливанию. Ее отличительная особенность способность слоев прилипать друг к другу.

ГОСТ на ПВХ используемый для изготовления стретч пленок в России отсутствует. Но каждый поставщик ПВХ пленок имеет техническую документацию и данные по сертификации продукции завода-изготовителя в соответствии со стандартами ЕС, подтвержденные Гигиеническим Сертификатом, где перечислены области и условия возможного их применения.

Методы идентификации стретч пленок в обычных условиях:

• поджечь кусок пленки: ПВХ горит черным пламенем, выделяя при этом резкий неприятный запах; ПЭ плавится и горит с образованием темно желтого остатка с менее резким запахом,
• обернуть торец втулки пленкой в растянутом состоянии и дополнительно растянуть пальцем руки: после снятия дополнительной нагрузки, в ПВХ пленках будет наблюдаться возврат в первоначальное состояние; с полиэтиленом никаких изменений происходить не будет.
• накрыть пленкой в растянутом состоянии чашку с кипятком: в первый момент пленки запотевают, но в дальнейшем ПВХ пленки становятся прозрачными с образованием водной капли, которая в последствии испариться полностью; на полиэтилене будет наблюдаться парниковый эффект.
• положите три свежих гриба на три тарелки, две из них заверните в разные пленки и оставьте на ночь при комнатной температуре: наилучший результат будет в ПВХ; то, что Вы обнаружите под полиэтиленом заставит Вас задуматься о том, нужно ли упаковывать вообще, если нет денег на использование правильной упаковки.

Все эти эксперименты нельзя использовать для сравнения свойств ПВХ пленок различных производителей друг с другом. Тонкости в свойствах ПВХ пленок могут быть выявлены только с помощью лабораторных методов.

Существует два вида стретч-пленок:

1. Пищевая;
2. Паллетная .

ПИЩЕВЫЕ ПЛЕНКИ

Пищевые стретч-пленки используются для первичной упаковки продуктов. Их используют как в торговле так и производстве для упаковки полуфабрикатов, птицы, кулинарных изделий, хлеба, овощей, фруктов, грибов, ягод кондитерских изделий, круп и т.д.

Пищевые пленки также подразделяются на два вида:

1. Поливинилхлоридные ПВХ;
2. Полиэтиленовые ПЭ.

ПВХ пленки иногда используются в сети розничной торговли, но наиболее распространено их применение в производстве — для оборачивания поддонов из пластика или вспененных полимеров с пищевой продукцией. ПВХ пленка дороже ПЭ, но обладает рядом преимуществ по сравнению с ней:

• высокая прозрачность и блеск;
• высокая прочность и оптимальная растяжимость;
• избирательная проницаемость и сопротивляемость запотеванию в сочетании с высоким уровнем санитарно-гигиенических свойств;
• возможность разогрева упакованных продуктов в СВЧ-печах.

Применение этих пленок не так четко разграничено, но есть свои особенности. ПВХ пленки более применимы в производстве для оборачивания лоточков с продукцией. Эти пленки дороже и имеют ряд преимуществ по сравнению с ПЭ. Они более прозрачны, сильнее блестят, превосходят по прочности и растяжимости, избирательно проницаемы и сопротивляются запотеванию в сочетании с высоким уровнем санитарно — гигиенических норм, возможно использовать упакованный продукт для разогрева в СВЧ печи. ПВХ пленки получили и другое название как дышащие — эти пленки позволяют пропускать избирательно влагу и углекислый газ наружу, а кислород внутрь. Такая способность пленок позволяет значительно увеличить сроки хранения продуктов питания, они не заветриваются, сохраняют значительно дольше свои вкусовые качества. ПЭ пленки, в основном, заменили оберточную бумагу на прилавке они дешевле и удобнее.

ПАЛЛЕТНЫЕ СТРЕТЧ-ПЛЕНКИ

Данные пленки в основном используются как транспортная упаковка. Например, при транспортировке груза палетные пленки предохраняют его от атмосферного воздействия и стороннего доступа. Палетная стретч — пленка изготавливается из линейного ПЭ низкой плотности.

В последние семь лет отмечается ежегодный прирост на 35-40 % мирового рынка пленок, используемых в качестве транспортной упаковки.

Практически каждый магазин использует стретч-пленку для упаковки развесных товаров (сыр, колбаса), а также хлебобулочных и кондитерских изделий, поступающих от производителя в неупакованном виде. На сегодняшний день это один из наиболее удобных в применении и эстетичных упаковочных материалов.

Средний размер рулона пищевой стретч-пленки из ПЭ — 300 мм шириной, 200-300 м длиной и 9-10 мкм толщиной. Вес рулона составляет примерно от 0,5 до 1 кг. Небольшие магазины потребляют среднем 3-5 рулонов за месяц, крупные торговые предприятия — до 10.

В пищевой промышленности используется, главным образом, стретч-пленка из ПВХ. Существуют несколько видов продуктов, для упаковки которых стретч-пленки используются особенно активно.

Термоусадочные пленки

Термоусадочные пленки могут быть изготовлены из кристаллизующихся полиолефинов (ПЭНД, ПЭВД, ПП), сополимеров этилена с винилацетатом, ПВХ, полистирола, гидрохлорида каучука, полиамида и др.

ПВХ термоусадочная пленка — это разновидность ПВХ упаковочных пленок, особым свойством которой является способность сокращаться под действием температуры и принимать форму упакованного изделия. При этом увеличение времени температурного воздействия на материал аналогично увеличению температуры и в зависимости от этих факторов реализуется возможная для данного материала степень усадки.

Существует два основных направления использование тонких термоусадочных пленок в качестве упаковочного материала:

• упаковка нескольких мелких изделий вместе с целью фиксации местоположения каждого из них относительно друг друга с целью облегчения их транспортировки — это упаковка яиц, групповая упаковка пакетиков сока, чистых видео- и аудиокассет, открыток и т.д.
• упаковка изделий обладающих красочной расцветкой или несущих на себе печатную информацию, изделий имеющих сложную форму или просто нуждающихся в упаковке — это упаковка обоев, книг, журналов, игрушек, коробок конфет и т.д. При этом изделие обретает как бы «вторую кожу», которая защищает его от различного рода воздействий при транспортировке, хранении и реализации, и не только не изменяет внешний вид, но и предает ему дополнительный блеск и привлекательность.

Преимуществом использования в данных случаях термоусадочных пленок из ПВХ являются их оптические свойства, которые благодаря высокой стойкости полимера к старению остаются неизменными в течение всего времени реализации упакованных изделий. Полиэтилен быстро «стареет» под воздействием внешних факторов (воды, солнечных лучей…) и, как следствие становится «мутным», теряя одно из основных свойств упаковочного материала. ПВХ технологичен и обладает достаточной прочностью, что позволяет производить и использовать более тонкие, чем из полиэтилена, пленки. Это компенсирует высокую, по сравнению с полиэтиленом, стоимость ПВХ при расчете расхода на единицу упакованной продукции. Однако это справедливо только для пленок, толщина которых не превышает 30мкм. Среди более толстых пленок и соответственного сегмента упаковки (групповая упаковка книг, бутылок, банок…) полиэтилен занимает, и безусловно справедливо, первое место.

Полиолефиновые пленки заслуживают особого внимания как более качественная альтернатива используемым сегодня термоусадочным пленкам. Полиолефиновые пленки обладают особой, так называемой перекрестно-пересеченной молекулярной структурой, благодаря которой пленка с минимальной толщиной способна выдержать самые высокие нагрузки.

Полиолефиновая термоусадочная пленка популярна на европейском рынке упаковки, в России же наиболее востребованными являются термоусадочные пленки из ПВХ.

Термоусадочные полиолефиновые пленки, широко применяющиеся в ЕС и США, только начинают выходить на российский рынок. Вместе с тем, некоторые российские предприятия, использующие для упаковки своей продукции термоусадочные пленки, уже сегодня нуждаются в материале, альтернативном ПВХ — более технологичном, экологичном и экономичном.

Пленки на основе полиолефинов (полиэтилена, полипропилена и их сополимеров) фактически являются новым поколением термоусадочных пленок, приходящим на смену ПВХ-пленкам. Их разработка была начата потому, что традиционные ПВХ-пленки, имеющие в своем составе активный элемент хлор, вызвали массу претензий со стороны «зеленых». Первоначально в качестве заменителя ПВХ-пленок предлагались полипропиленовые пленки, изготовленные таким образом, что у них возникал эффект термоусаживания. Однако в силу ряда причин — ограниченной величины и более высокой, чем у ПВХ, температуры термоусадки, худшей свариваемости, потере свойств при низких температурах и т. д. — полипропиленовые пленки не смогли заменить ПВХ.

Следующим шагом стало создание соэкструдированных пленок, имеющих в составе сополимеры полипропилена и линейного полиэтилена. Они приблизились по потребительским свойствам к ПВХ-пленкам и в некоторых случаях даже превзошли их. В частности, ПВХ может выделять хлор не только при утилизации, но и при хранении продукта при температуре выше +25° С, придавая специфический запах продукту. Полиолефиновые пленки, хлора не содержащие, более лояльны к продукту.

Для работы с полиолефиновыми пленками подходит практически все оборудование, предназначенное для ПВХ, требуются лишь некоторые технологические настройки. Переход на полиолефиновые пленки дает предприятию существенный экономический эффект. Конечно, если мерить пленку килограммами, ПВХ кажется дешевле полиолефиновой. Однако нужно учитывать то, что плотность полиолефиновой пленки ниже почти на 30 %, к тому же, она тоньше, чем ПВХ. В результате, при пересчете на метры, в которых определяется расход пленки, получаем 5–15 % экономии. Помимо всего прочего, полиолефиновые пленки прочнее, чем ПВХ. Процент возврата товара из-за брака упаковки снижается, следовательно, уменьшаются и расходы на транспорт и переупаковку.

Пока на российском рынке представлены в основном термоусадочные полипропиленовые пленки, которые дешевле, чем пленки на основе чистого полиэтилена.

Интерес российских производителей (в основном, кондитеров, производителей хлебобулочных изделий) к полиолефиновым пленкам растет. По некоторым данным, в России за последний год спрос на них увеличился на 100 %, хотя доля полиолефиновых материалов в общем объеме термоусадочных пленок остается небольшой. Однако рост этого рынка неизбежен: если мы планируем интегрироваться в европейскую экономику, с ПВХ придется попрощаться.

Двухосноориентированные пленки

Подобные пленки получают методом плоскощелевой экструзии с последующей вытяжкой одновременно в продольном и поперечном направлении. Возможность ориентирования пленки одновременно в двух направлениях позволяет создавать материалы с широким спектром свойств. Пленки с одинаковой ориентацией в двух направлениях имеют примерно равную поперечную и продольную прочность, которая превышает прочность пленок в четыре раза. Сопротивление начальному раздиру у подобных пленок велико, а самому раздиру очень низкое. При разрыве относительное удлинение двухосноориентированных очень незначительно, поскольку при ориентировании достигается практически полная вытяжка материала пленки.

Двухосная ориентация существенно снижает мутность пленки и незначительно увеличивает ее блеск. Также при двухосной ориентации полипропиленовых пленок улучшаются их барьерные свойства и сопротивление удару при низких температурах. Газо- и паропроницаемость ухудшаются, однако нанесение покрытий из ПВДХ или композиций на основе полиакрилонитрила значительно улучшает эти свойства.