Пластиковая пленка

<час />

Фон

Пластиковая пленка - это форма упаковки для пищевых продуктов, состоящая из тонкой пленки гибкого прозрачного полимера, которая прилипает к себе и к контейнерам для пищевых продуктов, образуя плотное уплотнение. Пластик сохраняет продукты свежими, защищая их от проникновения воздуха и предотвращая впитывание влаги сухими продуктами, а влажными продуктами - потерю влаги. Он также блокирует запахи, чтобы предотвратить их распространение на другие продукты, хранящиеся поблизости.

Пластмассы - это искусственные полимеры; то есть они состоят из гигантских молекул, образованных путем объединения тысяч маленьких молекул одного вида в длинную цепочку. Эти небольшие молекулы известны как мономеры, а процесс их объединения известен как полимеризация. К натуральным полимерам относятся такие привычные вещества, как шелк, резина и хлопок.

Первый пластик был изготовлен британским химиком Александром Парксом в 1862 году, который произвел вещество, которое он назвал Парксин, из хлопка, азотной кислоты, серной кислоты, касторового масла и камфары. Два года спустя в США Джон Уэсли Хаятт усовершенствовал этот продукт и назвал его целлулоидом. Целлулоид имел огромный успех и использовался для изготовления множества различных продуктов, но он был легковоспламеняющимся.

Первым полностью искусственным полимером (в отличие от целлулоида, который был производным натуральной полимерной целлюлозы) был бакелит, который был произведен из фенола и формальдегида бельгийским химиком Лео Бэкеландом в 1908 году. Многие другие полимеры были разработаны в течение 20 века, в том числе такие. такие важные продукты, как искусственный каучук и искусственные волокна, такие как нейлон.

Первым пластиком, который использовался для упаковки, был целлофан, еще одно производное целлюлозы, изобретенное швейцарским химиком Жаком Бранденбергером в 1911 году. Преимущество этого пластика в том, что он был прозрачным, и использовался для упаковки еще в 1924 году. Целлофан был наиболее распространенной формой пластиковой пленки. производился до 1963 года, когда его обогнал полиэтилен.

Полиэтилен был обнаружен случайно исследователями британской компании Imperial Chemicals Industries в 1933 году, когда они смешали бензол и этилен при высокой температуре и давлении. Полиэтилен сначала использовался в основном в качестве электроизоляционного материала. Впервые по нему был снят фильм в 1945 году корпорацией Visking в Соединенных Штатах, и с тех пор его популярность растет.

Поливинилхлорид (ПВХ) производился до Второй мировой войны и первоначально использовался в качестве низшего заменителя резины, но пленки из этого вещества не производились в каких-либо количествах до 1950-х годов. Сегодня ПВХ используется во многих различных продуктах, таких как трубы, полы, электрические кабели, обувь и одежда, а также в пластиковой пленке.

Пленка из поливинилиденхлорида (ПВДХ) была разработана компанией Dow Chemical Company во время Второй мировой войны для использования в военных целях. Он обладал высокой степенью защиты от влаги и устойчивостью к маслам, смазкам и агрессивным химическим веществам, поэтому использовался для упаковки чувствительного оборудования, такого как оптические устройства и компоненты авиационных двигателей. В 1952 г. он был представлен публике под знакомым торговым названием Saran Wrap.

Сырье

Большая часть бытовой полиэтиленовой пленки изготавливается из полиэтилена, ПВХ или ПВДХ. Все эти полимеры получают из простых углеводородов, таких как метан или этилен, которые производятся из природного газа или нефти. Полиэтилен производится непосредственно из этилена. ПВХ производится из винилхлорида, полученного из этилена, или из ацетилена, полученного из метана. ПВДХ производится из винилхлорида и винилиденхлорида, производного 1,1,2-трихлорэтана, который, в свою очередь, является производным этилена или ацетилена.

Некоторые пластиковые пленки, включая целлофан, получают из целлюлозы, которую получают из древесной массы или из хлопкового волокна, крошечных волокон, которые цепляются за семена хлопка после того, как более длинные волокна хлопка были удалены хлопкоочистительной машиной. По крайней мере, одна форма пластиковой пленки (Pliofilm, торговая марка Goodyear) производится из резины.

Производственный
процесс

Обработка сырья

• 1 Химические вещества, необходимые для синтеза полимеров, обычно получают из нефти. Сырая нефть нагревается в печи примерно до 752 ° F (400 ° C). Пары масла поступают в ректификационную колонну, высокую башню, содержащую ряд камер. Камеры теплее внизу башни и холоднее вверху. Различные вещества, из которых состоит нефть, поднимаются через камеры в виде газов, пока не достигнут температуры, при которой они становятся жидкими. Поскольку каждое вещество имеет разную температуру кипения, они переходят в жидкое состояние в разных камерах и могут быть разделены и собраны.
• 2 Большинство полимеров начинаются с очень простых углеводородов с низкой температурой кипения. Эти вещества не переходят в жидкое состояние в ректификационной колонне, а вместо этого остаются в виде газов, которые можно удалить из верхней части колонны. Их также можно получить из природного газа, который в основном представляет собой метан. Другим источником этих химикатов является нафта, смесь жидких углеводородов, полученная из ректификационной колонны, которая тяжелее, чем бензин . но легче тяжелой нефти. Нафта нагревается под давлением, чтобы разбить жидкие углеводороды на более мелкие молекулы. Этот процесс известен как крекинг. Катализатор добавляется, чтобы крекинг происходил при более низких температуре и давлении, чем без него. Катализатором может быть натуральная или искусственная глина (смесь оксида алюминия и кремнезема или цеолит (любой из различных минералов, содержащих алюминий, кремний, кислород и другие элементы в сочетании с водой). Каталитический крекинг обычно происходит при температуре около 932 ° F (500 ° C) под давлением около 100 кПа. Затем крекированная нафта перегоняется аналогично тому, как это делается в ректификационной колонне, для разделения ее компонентов.

Полимеризация

• 3 Полиэтилен полимеризуется из этилена, который получают при крекинге. Этилен нагревают в камере высокого давления примерно до 338 ° F (170 ° C) при давлении примерно 200000 кПа в присутствии небольшого количества кислорода. Кислород расщепляет этилен на свободные радикалы, которые соединяются друг с другом, образуя цепочки полиэтилена. Добавляется около одного процента нереагирующего газа, такого как пропан, чтобы цепи не становились слишком длинными.
• 4 ПВХ полимеризуется из винилхлорида, который может быть получен путем смешивания ацетилена с соляной кислотой или этилена с хлором. Этилен используется чаще, поскольку его эффективно получают при крекинге нафты. Если используется ацетилен, он должен быть сначала синтезирован путем нагревания метана до примерно 2732 ° F (1500 ° C) или посредством различных других химических реакций. Винилхлорид смешивают с водой и перемешивают до образования суспензии, как при смешивании масла и уксуса для получения заправки для салата. Для предотвращения разделения смеси добавляют различные суспендирующие агенты, такие как крахмал и желатин. Температуру суспензии повышают примерно до 104 ° F (40 ° C) или 122 ° F (50 ° C), и для начала реакции добавляют инициатор, обычно органический пероксид. Молекулы винилхлорида реагируют друг с другом с образованием цепочек ПВХ. Смесь охлаждают, частицы ПВХ отделяют от воды на центрифуге и сушат в печи.
• 5 ПВДХ полимеризуется из смеси примерно 15% винилхлорида и примерно 85% винилиденхлорида. Для производства винилиденхлорида сначала получают 1,1,2-трихлорэтан путем смешивания ацетилена, соляной кислоты и хлора или путем смешивания этилена и хлора. 1,1,2-трихлорэтан затем реагирует с гидроксидом кальция или гидроксидом натрия с образованием винилиденхлорида. Полимеризация ПВДХ происходит почти так же, как и ПВХ.
• 6 Полиэтилен по своей природе гибок, но в ПВХ и ПВДХ необходимо добавлять пластификаторы, иначе они будут твердыми и жесткими. В качестве пластификаторов можно использовать различные органические и неорганические сложные эфиры. Обычно жидкий пластификатор медленно распыляют на сухой полимерный порошок и нагревают примерно до 302 ° F (150 ° C) с образованием гомогенной смеси.

Изготовление полиэтиленовой пленки

• 7 Пластиковая пленка изготавливается методом экструзии. В этом процессе гранулы пластика нагреваются до тех пор, пока они не расплавятся при температуре около 212 ° F (100 ° C) для полиэтилена и около 392 ° F (200 ° C) для ПВХ и ПВДХ. Затем жидкость пропускается через фильеру, образуя трубку из теплого растяжимого пластика. Через равные промежутки времени сбоку движущейся трубы вдувается сжатый воздух, в результате чего образуются большие пузыри. При этом пластик растягивается до желаемой толщины. Тонкий пластик быстро охлаждается, и пузырек схлопывается между металлическими роликами, образуя пленку. Пленка наматывается на большой металлический валик, образуя рулон, в который может поместиться несколько километров полиэтиленовой пленки. Затем пластиковая пленка на этих рулонах разворачивается, отрезается до нужной длины (обычно около 49 футов [15 м]) и ширины (около 1 фута [0,33 м]) и перематывается на небольшие картонные тубы. (Такое сворачивание, разворачивание и перемотка приводит к тому, что пластиковая упаковка приобретает небольшой отрицательный заряд статического электричества, что помогает ей прилипать.) Картонные трубки пластиковой пленки помещаются в картонные коробки с зазубренным краем у отверстия, так что потребитель может оторвать желаемую длину. У некоторых также есть липкое пятно на коробке, чтобы захватить край полиэтиленовой пленки, чтобы она не прилипала к тюбику. Затем коробки с полиэтиленовой пленкой складываются в картонные коробки и отправляются розничным торговцам.

Контроль качества

Существует множество стандартных тестов, чтобы убедиться, что полиэтиленовая пленка эффективна. Наиболее важными из них являются испытания на проницаемость, ударопрочность и прочность на разрыв.

Проницаемость водяного пара измеряется путем заполнения посуды хлоридом кальция, веществом с высокой водопоглощением. Его накрывают образцом полиэтиленовой пленки и взвешивают. Затем блюдо помещают в камеру с контролируемой температурой и влажностью. Через определенное время блюдо снова взвешивают. Увеличение веса показывает, сколько водяного пара прошло через пластик. Этот тест также можно провести, наполнив чашу водой вместо хлорида кальция и измерив уменьшение веса, чтобы увидеть, сколько водяного пара вышло. Эти испытания проводятся при 73 ° F (23 ° C) с относительной влажностью 50%, при 90 ° F (32 ° C) с относительной влажностью 50% и при 100 ° F (38 ° C) с относительная влажность 90%.

Газопроницаемость измеряется путем помещения образца полиэтиленовой пленки между двумя камерами. Верхняя камера имеет давление 100 кПа, а нижняя камера содержит вакуум, соединенный с трубкой, содержащей жидкую ртуть. Когда воздух в верхней камере проходит через пластиковую обертку, он увеличивает давление в нижней камере и заставляет уровень ртути падать. Изменение уровня показывает, сколько воздуха проникло в пластик.

Ударопрочность измеряется путем падения грузов увеличивающегося размера на испытательные образцы до тех пор, пока половина из них не сломается, после чего регистрируется вес. Его также можно измерить, наполняя мешки из пластиковой пленки, которая проходит испытания, песком, и бросая их на твердую поверхность с большой высоты, пока они не лопнут. Затем записывается высота, на которой это происходит. Ударопрочность также измеряется путем выстрела небольшого стального шарика, который приводится в движение сжатым воздухом, через лист полиэтиленовой пленки и измерения того, насколько пластик замедляет его.

Прочность на разрыв складывается из силы начала разрыва (силы, необходимой для начала разрыва) и силы распространения разрыва (силы, необходимой для продолжения разрыва). Для измерения силы инициирования разрыва образец в форме неглубокой буквы V протягивают между двумя губками до тех пор, пока он не начнет разрываться. Эта необычная форма выбрана так, чтобы обеспечить угол в 90 градусов, который обеспечивает контролируемую начальную точку для разрыва. Сила распространения отрыва измеряется путем разрыва образца, содержащего предварительно надрезанный разрез.

В целом ПВДХ прочнее и менее проницаемо, чем полиэтилен, который менее проницаем, чем ПВХ.

Забота об окружающей среде

Поскольку пластиковую пленку сложно, если вообще возможно, переработать и она редко используется повторно, она действительно способствует образованию отходов. Одна группа потребителей, учитывая такие факторы, как энергия и сырье, необходимые для производства, отходы, выделяемые во время производства и утилизации, возможность вторичной переработки и типичное количество используемого материала, оценила пластиковую пленку как «хорошо». Для сравнения, многоразовые пластиковые контейнеры получили оценку «Отлично», пластиковые пакеты - «Очень хорошо», пакеты из алюминиевой фольги и морозильные камеры - «Хорошо», а бумага для морозильной камеры - «Плохо». Еще одна проблема - это возможность того, что воздействие определенных пластификаторов в пластиковой упаковке может быть вредным. Эти химические вещества впитываются из полиэтиленовой пленки в горячую и жирную пищу. Хотя никогда не было доказано, что они причиняют вред человеку, пластификаторы вызывают рак при скармливании им в больших количествах лабораторных животных. Обертка из ПВХ может состоять на треть пластификаторов, пленка из ПВДХ состоит примерно на 10% из пластификаторов, а полиэтиленовая пленка обычно не содержит пластификаторов.