Поливинилхлорид (ПВХ)
Молекулы ПВХ имеют структурную формулу
(—СН2—СН—)„
ПВХ получают радикальной полимеризацией винилхлорида в присутствии пероксидных или азоинициаторов. В промышленных условиях полимеризацию осуществляют в основном в суспензии (в водной среде), а также в массе и в эмульсии.
ПВХ является одним из наиболее полярных полимеров с высоким межмолекулярным взаимодействием. Стоек к действию кислот и щелочей, масло-, бензо-, водостоек. При нагревании растворяется в хлорированных углеводородах, кетонах, циклогексане, тетрогидрофуране.
ПВХ характеризуется очень широким молекулярно-массовым распределением. По степени полимеризации различные фракции полимера одной и той же марки могут различаться в несколько десятков раз. Разветвленность макромолекул составляет 2-5 на 1000 атомов углерода основной цепи и зависит от способа получения полимера. Средняя молекулярная масса характеризуется константой Фикентчера /Сф, которая соответствует вязкости раствора полимера. Для промышленных марок Кф изменяется от 50 до 80, при этом степень полимеризации п практически линейно возрастает от 450 до 1750:
П = 40(/Сф — 40).
ПВХ — аморфный полимер, степень кристалличности не превышает 10%. Плотность 1,38-1,40 г/см3. Температура стеклования Г = 165-170°С.
Мономер токсичен. Непластифицированный и нестабилизирован- ный полимер считают нетоксичным. Среди пластификаторов, которые легко мигрируют из ПВХ, нередко увлекая за собой остаточный мономер и стабилизаторы, наиболее перспективны для применения в медицинских марках ПВХ себациты и цитраты [100].
ПВХ выпускают в виде порошка с размером частиц 100-200 мкм.
В марочное обозначение входит способ полимеризации: ПВХ-С — в суспензии; ПВХ-Е — в эмульсии; ПВХ-М — в массе. Первые две цифры после буквенного обозначения указывают на минимальную величину /Сф. Буквы после цифр определяют возможное применение ПВХ данной марки: М — для мягких изделий; Ж — для жестких изделий; П — для паст. Например, марка ПВХ-С 7058М означает: суспензионный ПВХ с константой Фикентчера Кф > 70 (средняя степень полимеризации «=1200), рекомендуемый для изготовления мягких изделий.
В процессе нагревания до температур более 150-170°С при переходе в вязкотекучее состояние ПВХ начинает разлагаться с выделением большого количества тепла и хлороводорода с образованием сопряженных двойных связей. Это вызывает уже на начальных стадиях деструкции потемнение полимера. Выделяющийся хлороводород ускоряет процесс разложения, что делает невозможной переработку ПВХ обычными методами без термостабилизации.
Жесткие материалы на основе ПВХ, содержащие стабилизирующие добавки и смазывающие вещества, называют винипластами. При правильном подборе марки и технологических режимов винипласты можно перерабатывать вальцеванием, экструзией, литьем под давлением и прессованием.
Пленки и листы изготавливают методами вальцевания и экструзии из ПВХ с константой Фикентчера /Г = 65 + 72.
Свойства пленок в значительной степени зависят от содержания в полимере добавок, в частности пластификатора. Пленки большинства марок имеют высокую ударную прочность, стойкость к истиранию, хорошую размерную стабильность, высокую прозрачность, жиро — и газонепроницаемость. Пленки с большим содержанием пластификатора обладают высокими деформационными свойствами, поэтому широко используются для обертывания свежего мяса, овощей, фруктов, грибов и т. п. Пленки с меньшим содержанием пластификатора жестче, отличаются лучшими барьерными свойствами. Их применяют для обертывания кассет, игрушек, книг и другой продукции, а также для медицинской упаковки, которую стерилизуют гамма-лучами.
Методами термоформования из листового ПВХ производят лотки, поддоны для различных продуктов, а также блистерную упаковку. Ин — ^секционным и экструзионным выдуванием из ПВХ изготавливают бутылки с высокой прозрачностью, прочностью и стойкостью к маслам и спиртам.
Использование хлорированных полимеров критикуется экологами, и будущее ПВХ весьма неопределенно. Некоторые производители прозрачных бутылок и блистерной упаковки перешли на полиэтилентереф — талат, а потребление ПВХ за последние годы несколько снизилось [61].
7.1.4.4. Полистирол (ПС)
Молекулы ПС имеют структурную формулу
(—СН2—СН—)п
Атактический ПС получают радикальной полимеризацией стирола в присутствии пероксидных или диазосоединений в качестве инициаторов. В промышленности полимеризацию проводят в массе, в эмульсии (в водной среде), реже — в суспензии.
ПС относится к полярным полимерам. Устойчив к концентрированным растворам кислот, за исключением азотной. Стоек к воде, спиртам, щелочам, насыщенным углеводородам и растительным маслам. Хорошо растворим в ароматических и хлорированных углеводородах, сложных эфирах, кетонах.
ПС является типичным аморфным полимером. Молекулярная масса М= 500 — г — 2000 тыс. Плотность 1,05-1,15 г/см3. Температура стеклования Тс = 100°С. Температура деполимеризации около 260°С. ПТР — от 1,5 до 16 г/10 мин.
Токсичность полимера обусловлена присутствием в нем мономера. Опасность представляет не только остаточный мономер, но и стирол, который может образоваться в результате деструкции полимера. Для применяемых в пищевой и медицинской промышленностях марок ПС ПДК стирола в модельных средах составляет 0,05 мг/л. Сополимеры стирола менее токсичны, чем гомополимер.
В обозначении марок входит способ полимеризации: ПСЭ — эмульсионный; ПСМ — в массе; ПСС — суспензионный.
Из ПС можно изготавливать тару всеми методами переработки термопластов. В конструкциях тары используют достоинства ПС, такие как хорошая размерная стабильность, идеальная оптическая прозрачность, способность к окрашиванию прозрачными или матовыми красителями, устойчивость к пищевым кислотам и щелочам, легкость нанесения печати, хорошие свариваемость и склеиваемость.
В виде пленки ПС используют преимущественно для изготовления термоусадочных этикеток на стеклянные и пластмассовые бутылки. Тонкие экструзионные покрытия картона обеспечивают блестящую прочную поверхность складных коробок, упрощают сварку пленки при изготовлении прозрачных окон и полупроницаемых мембран для упаковки свежих овощей и фруктов.
Из листового неориентрированного и ориентированного ПС методами термоформования получают блистерную упаковку, лотки для разнообразной продукции, одноразовую посуду, подставки для продуктов, однопорционные стаканчики для приправ и кремов, упаковку для оформления витрин магазинов и т. п.
Из вспененного листового ПС методами термоформования производят лотки для пищевых продуктов (мяса и овощей), коробки для яиц, защитные футляры, чехлы, коробки и др. Из вспененного ПС выполняют внутренние вставки и прокладки для защиты продукции от ударов и вибрации.
Методом литья под давлением из гранулированного ПС формуют разнообразные твердые, блестящие, хрустально прозрачные коробки и контейнеры для аппаратуры, игрушек, косметики, медицины, ювелирных изделий, внутренние крепежные детали и подставки для ювелирных изделий, часов и т. п. С помощью этой технологии выпускают разнообразную упаковку пищевой продукции и одноразовую посуду.
КОНСТРУИРОВАНИЕ И ДИЗАЙН ТАРЫ И УПАКОВКИ09 июля, 2013