Полимерные пленки. Технологии производства, деструкция и стабилизация, применение, рециклинг

                Handbook of Plastic Films





Editor: E. M. Abdel-Bary




rapra
/technology

Rapra Technology Limited
Shawbury; Shrewsbury, Shropshire, -SY4 4NR, United Kingdom
Telephone: +44 {Oi 1939 250383 Fax: +44 (011.939 2511 18 htt p:/7 www, га pra. n et

г
1
I !
5
I i

ПОЛИМЕРНЫЕ
ПЛЕНКИ

Редактор • ЕМ Абдель-Бари

Перевод с английского под редакцией проф Геннадия Е Заикова

р-чм rww JJ.'00M :: -и :и Санкт-Петербург 2010

Е
■:
t
<

И
■i

Е
f
-<
•!

i
.■

t
■f
!
■i
4

i
■

j *
i
D
3
3

УДК 678.01:53
ББК 35.71 я2
Поли50

Поли50 По^лимгрны, плгнки / ЕМ ^Абд,т-Е-^ж (ред), 1пер с англ под Г Е З^аикова — СПб. : Проф"'°сия, 2010 - 352с, ил

1
ж К а

j

i

ISBN 5-93913-096-8

   В ^оте расс^этрею,а>1 основные т^ехноло^м и вопрхы пол^^^и пленок, п^роблемы их ""'°т^^^и и стабиил!^^до! ООСу;^^л-ся темы ^^тво^аюсти ^^ичных ^^ж>к и ^=o^^^wiare аспееты ^^оторых с^^^мьных сю^тв
   Большее внимание в сООрниК8 уделяется практическому применению пленок в упаковке, медицине и сельском хоояйстйе Отдельно рассмотрен» проблемы вто^^ой перерра^'та пленок
   Иэ^те —овано!^—, т^^огам, иссла,вателям и ^™ с^^лиетам, шпе^ы ^орых лежат в сфере преиэюющотва и                  иелимерных плеенок

i

s

All i^hts,esarad Eyxspt,s penm..,dundei ,^urnantl,j^^^ra nop,rt ofth,s pub^xhonm.y ptato,_sd, ,eprOOuo,d °’ di^ritatsd m ,nyfurnor ire ос s^_d ma d,t, ^^ ос ,etevl ^syst,, ro, w,thout th, р^от psmossurn^^^th, c^^^^t h^ollii
Бое п^^=цнщанм И^^1‘"'ть""‘НОН^Ю<Ю"нне^можетбьпъ вооп(^в,,:ан, в^>=ОНбытонн бьио ^бе5пюОЫЙ^р,,решаЮИ1_^В^^»о<Пр, В

3

i

M

c 1

УДК 678.01:53
ББК35.71 я2

1

JSBN 5-98918-096-й
ЙБМ 1-85957 -ЗЗй-Х (ан-л )

© R.pr, TeohnoloAv ^^ted, 2008
© !Ьдво а,Профеосюи, 2010

    Содержание


Предисловие к русскому изданию...............................................13
1.      Технология производства полиолефиновых пленок........................14
1.1.    Введение.............................................................14
1.2.    Строение полиолефинов................................................17
1.2.1.  Полиэтилен нивкой плотности (ПЭНП)...................................17
1.2.2.  Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) .................................18
1.2.3.  Линейный полиэтилен нивкой плотности (ЛПЭНП) ........................18
1.2.4.  Полиэтилен очень и сверхнизкой плотности (ПЭОНП, ПЭСНП)..............18
1.2.5.  Полипропилен (ПП) ...................................................19
1.2.6.  Сополимеры полипропилена ............................................19
1.3.    Морфология полиолефиновых пленок.....................................19
1.4.    Реологические свойства полиолефинов..................................21
1.4.1.  Полиэтилен высокой плотности.........................................21
1.4.2.  Линейный полиэтилен нивкой плотности.................................21
1.4.3.  Полиэтилен очень и сверхнизкой плотности.............................21
1.4.4.  Полиэтилен нивкой плотности, длинные ветви...........................22
1.4.5.  Полипропилен.........................................................22
1.5.    Производство пленки экструзией с раздувом............................23
1.5.1.  Экструзионная линия .................................................24
1.5.2.  Конструкция шнека...................................................2 5
1.5.3.  Линия кристаллизации и коэффициент раздува...........................25
1.6.    Производство пленки щелевой экструзией (экструзия плоской пленки) ...26
1.6.1.  Условия экструзии....................................................26
1.6.2.  Отделка на каландре..................................................27
1.6.3.  Экструзионное покрытие...............................................27
1.7.    Ориентация пленки ...................................................28
1.7.1.  Ориентация при раздуве...............................................28
1.7.2.  Ориентация вытяжкой ..................................................2 8
1.7.3.  Двухосная ориентация (Двухосноориентированные ПП, ДОПП)..............29
1.8.    Свойства поверхности пленок..........................................29
1.8.1.  Глянец...............................................................29
1.8.2.  Мутность.............................................................30
1.8.3.  Поверхностная энергия................................................30
1.8.4.  Скольжен ие..........................................................31
1.8.5.  Слипание.............................................................31
1.9.    Модификация поверхности..............................................31
1.9.1.  Коронный разряд......................................................31
1.9.2.  Предотвращение слипания..............................................32
1.9.3.  Добавки, улучшающие скольжение.......................................32
1.9.4.  Смавки ..............................................................33
1.9.5.  Антистатики .........................................................33
1.10.   Внутренние добавки (пластификаторы)..................................34
1.10.1. Антиоксиданты .......................................................34
1.10.2. Поглотители ультрафиолета............................................34

Содержание

1.11.   Механические свойства.................................................35
1.11.1. Механические свойства при растяжении..................................35
1.11.2. Ударные свойства......................................................37
1.11.3. Прочность в динамических условиях.....................................38
1.11.4. Электрические свойства................................................38
1.12.   Исследования под микроскопом..........................................40
1.12.1. Оптическое - эффект поляризации света при деформации..................40
1.12.2. Травление - сканирующий электронный микроскоп (СЭМ)...................40
1.12.3. Атомный силовой микроскоп (АСМ).......................................40
1.13.   Термический анализ....................................................40
1.13.1. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК).......................40
1.13.2. Тем перату рно-модулированная ДСК (ТМДСК).............................42
1.14.   Инфракрасная спектроскопия............................................42
1.14.1. Идентификация.........................................................42
1.14.2. Анализ состава смесей и ламинатов.....................................42
1.14.3. Анализ поверхности....................................................42
1.14.4. Прочие свойства.......................................................43
1.15.   Применение пленок.....................................................44
1.15.1. Упаковка..............................................................44
1.15.2. Ламинированные пленки.................................................44
1.15.3. Соэкструдированные пленки.............................................46
1.15.4. Сваривание............................................................46
1.15.5. Применение в сельском хозяйстве.......................................47
1.16.   Заключение............................................................47
       Литература.............................................................47
2.     П роиз водст во пол иэт иле нов ых пле нок.............................49
2.1.    Введение.............................................................4 9
2.2.    Параметры, влияющие на основные свойства полимеров....................50
2.2.1.  Молекулярная масса и индекс дисперсности..............................50
2.2.2.  Индекс расплава (ИР)..................................................50
2.2.3.  Плотность.............................................................51
2.2.4.  Разветвленность цепей.................................................53
2.2.5.  Характеристическая вязкость...........................................54
2.2.6.  Температура плавления и теплота плавления.............................54
2.2.7.  Свойства расплава (реология)..........................................55
2.2.8.  Продольная вязкость...................................................57
2.2.9.  Упругость.............................................................57
2.3.    Экструзия пленок с раздувом рукава...................................5 8
2.3.1.  Введение.............................................................5 8
2.3.2.  Технологии получения пленок с раздувом...............................5 8
2.3.3.  Различные способы охлаждения пленки...................................59
2.3.4.  Экструдер ............................................................61
2.3.6.  Выбор экструзионного оборудования.....................................62
2.4.    Щелевая экструзия пленок..............................................64
2.4.1.  Технологии щелевого формования пленок.................................64
2.4.2.  Влияние условий переработки на свойства пленки........................65
2.4.3.  Влияние коэффициента раздува на свойства пленки.......................67

Содержание

7

2.5.   Рекомендации по выявлению и решению проблем..........................68
2.6.   Термоусадочные пленки................................................72
2.6.1. Типы термоусадочных пленок...........................................72
2.6.2. Свойства термоусадочных пленок.......................................72
2.6.3. Производство термоусадочной пленки...................................73
2.6.4. Усадочные термотуннели и термошкафы..................................76
       Литература ..........................................................76
3.     Условия переработки и прочность пол и пропиле новых пленок...........78
3.1.   Введение.............................................................78
3.2.   Строение и синтез....................................................82
3.3.   Производство пленки .................................................86
3.4.   Химикаты-добавки.....................................................89
3.5.   Ультрафиолетовая деструкция полипропилена ...........................89
3.5.1. Механизмы Уф-деструкции..............................................89
3.5.2. Влияние Уф-деструкции на молекулярное строение и свойства ПП.........91
3.5.3. Стабилизация ПП путем введения добавок...............................92
3.6.   Пример...............................................................94
3.6.1. Материалы и экспериментальные процедуры..............................94
3.6.2. Связь деформируемости с микроструктурой..............................95
3.6.3. Соотношение деформируемости и условий переработки....................97
3.6.4. Связь деформируемости со свойствами добавок..........................99
3.7.   Заключение..........................................................104
       Литература .........................................................104
4.     Раст вор и мост ь хи ми катов - доба вок в пол и ме рах.............108
4.1.   Введение...........................................................10 8
4.2.   Неодно родное строение поли меров..................................10 8
4.3.   Сорбция добавок.....................................................109
4.4.   Количественные денные о растворимости добавок в полимерах...........113
4.5.   факторы, влияющие на растворимость добавок..........................118
4.5.1. Кристалличность и надмолекулярная структура.........................118
4.5.2. Влияние ориентации полимера.........................................119
4.5.3. Роль полярных групп полимера.......................................12 0
4.5.4. Влияние второго компонента..........................................120
4.5.5. Особенности растворения высокомолекулярных добавок..................123
4.5.6. Эффект окисления полимера...........................................123
4.6.   Растворимость добавок и их потеря...................................124
       Литература ..........................................................12 6
5.     Поливинилхлорид. Старение истабилизация.............................129
5.1.   Введение...........................................................12 9
5.2.   Кто ответственен за низкую стабильность ПВХ?.......................13 0
5.3.   Стабилизация ПВХ. Принципы и перспективы............................137
5.4.   Термическая деструкция и эффективная стабилизация пластифицированного ПВХ....................................................140

Содержание

5.5.   Заключение.............................................................149
       Литература.............................................................14 9
6.     За ме дл ите л и горе н и я дл я пол и ме ров и п роб ле мы э кологи и.152
6.1.   Введение...............................................................152
6.2.   Механизм действия......................................................153
6.3.   Галогенсодержащие дифенилэфиры - диоксины..............................155
6.4.   Перспективные системы, снижающие горючесть полимеров...................160
6.5.   Интумесцентные системы и легкоплавкие стекла...........................16 0
6.6.   Полимерные на но ком по виты на основе слоистых силикатов.........166
       Литература........................................................183
7.     Вза и моде йст в ие пол и ме ров с оксида ми азота
       в загрязненной атмосфере..........................................186
7. 1.  Введение..........................................................186
7. 2.  Взаимодействие диоксиде авота с полимерами........................187
7. 2. 1. Винильные полимеры..............................................188
7. 2.2. Полимеры с ненасыщенными >С=С< связями...........................190
7.2  . 3. Полиамиды, полиуретаны, полиамидимиды..........................194
7. 3.  Реакции оксиде авота с полимерами.................................199
7.4.   Заключение........................................................206
       Литература........................................................207
8. Модификация полимерных пленок.........................................209
8.1.   Введение.........................................................20 9
8.2.   Модификация механических свойств..................................210
8.2.1. Ориентация........................................................210
8.2.2. Кристаллизация....................................................210
8.2.3. кСшиваниел........................................................210
8.3.   Химическая модификация............................................211
8.3.1. фторирование......................................................211
8.3.2. Хлорирование......................................................212
8.3.3. Бромирование......................................................213
8.3.4. Сульфирование.....................................................213
8.3.5. Химическое травление..............................................214
8.3.6. Прививка..........................................................215
8.4.   физические методы модификации поверхности.........................217
8.4.1. Плазменная обработка..............................................217
8.4.2. Обработка коронным разрядом.......................................218
8.5.   Определение свойств пленок........................................219
8.5.1. Весовой метод.....................................................219
8.5.2. Термический анализ................................................220
8.5.3. Сканирующая электронная спектроскопия.............................220
8.5.4. Измерения набухания...............................................220
8.5.5. Молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение...........221
8.5.6. Диэлектрическая релаксация........................................221
8.5.7. Поверхностные свойства ...........................................221

Содержание

9

8.5.8. Спектроскопический анализ............................................222
8.5.9. Электронная спектроскопия для химического анализа (ЭСКА)
       или рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.....................222
8.6.   Применение...........................................................22 3
       Литература .........................................................224
9.  Применение полимерных пленок в       упаковке..........................226
9.1.   Введение...........................................................22 6
9.2.   Назначение упаковки.................................................227
9.3.   формы гибкой упаковки...............................................228
9.3.1. Обертки.............................................................228
9.3.2. Мешки, кули и пакеты...............................................22 9
9.3.3. Производство пакетов................................................230
9.3.4. Дозирование и повторное закрывание..................................230
9.4.   Горячая герметизация................................................230
9.5.   Другие применения упаковочной пленки................................231
9.6.   Основные упаковочные пленки.........................................232
9.6.1. Полиэтилен низкой плотности и линейный полиэтилен низкой плотности..232
9.6.2. Полиэтилен высокой плотности........................................233
9.6.3. Полипропилен........................................................234
9.6.4. Поливинилхлорид.....................................................235
9.6.5. Полиэтилен терефталат...............................................235
9.6.6. Поливинилиденхлорид.................................................236
9.6.7. Полихлортрифторэтилен ..............................................237
9.6.8. Поливиниловый спирт.................................................237
9.6.9. Эти лен вин иловый спирт............................................238
9.6.10. Полиамид (найлон)..................................................238
9.6.11. Пленки из эти лен винилацетата и кислотных сополимеров............23 9
9.6.12. Иономеры...........................................................240
9.6.13. Другие полимерные материалы........................................241
9.7.   Многослойные полимерные пленки .....................................241
9.7.1. Покрытия ...........................................................242
9.7.2. Ламинирование.......................................................242
9.7.3. Соэкструзия.........................................................242
9.7.4. Металлизация .......................................................243
9.7.5. Покрытия из диоксиде кремния .......................................243
9.7.6. Другие неорганические барьерные покрытия............................244
9.8.   Обработка поверхности ..............................................244
9.9.   Снятие статического заряде ..........................................24 5
9.10.  Печать..............................................................245
9.11.  Барьерные свойства и проницаемость..................................246
9.12.  Проблемы окружающей среды..........................................24 9
       Литература ..........................................................25 0
10.    Применение полимерной пленки в сельском хозяйстве...................251
10.1.  Введение............................................................251
10.2.  Производство полимерной пленки .....................................251

Содержание

10.3.   Характеристики полимерных пленок, применяемых в сельском хозяйстве..252
10.4.   Стабильность парниковых пленок по отношению к солнечной радиации....253
10.4.1. Ул ьтр афио лето вые с та б илизато р ы.............................253
10.4.2. Требования к эффекти вности стабилизатора...........................256
10.4.3. Оценка фотоокисления...............................................25 9
10.5.   Прочие факторы, влияющие на стабильность тепличных пленок...........260
10.5.1. Тем пература.......................................................26 0
10.5.2. Влажность...........................................................261
10.5.3. Ветер ..............................................................261
10.5.4. Запотевание.........................................................261
10.5.5. Загрязнение окружающей среды........................................262
10.5.6. Влияние пестицидов..................................................262
10.6.   Устойчивость тепличных пленок против старения.......................263
10.6.1. Определение факторов старения.......................................263
10.6.2. Изменения в химическом строении.....................................264
10.7.   Рециклинг полимерных пленок в сельском хозяйстве....................264
10.7.1. Введение............................................................264
10.7.2. Загрязнение окружающей среды.......................................26 5
       Литература...........................................................267
11.     физико-химические критерии оценки эффективности современных противоожоговых повязок.........................................269
       Введен ие...........................................................26 9
11.1 .  Современные хирургические противоожоговые повязки..................27 0
11.1.1. Повязки на основе материалов животного происхождения...............27 0
11.1.2. Повязки на основе синтетических материалов..........................270
11.1.3. Повязки на основе материалов растительного происхождения............271
11.1.4. Краткая характеристика повязок......................................272
11.2.   Выбор свойств противоожоговых повязок, подлежащих тестированию......274
11.2.1. Сорбционно-диффузиоиные свойства....................................274
11.2.2  Адгезионные свойства................................................275
11.2.3. Механические свойства...............................................275
11.3.   Методы исследования физико-химических свойств противоожоговых повязок ..276
11.3.1. Определение пористости материалов...................................276
11.3.2. Определение размеров и количества пор..............................27 6
11.3.3. Оценка поверхностной энергии на границе раздела материал-среда......276
11.3.4. Определение сорбционной способности материалов......................276
11.3.5. Определение воздухопроницаемости противоожоговых повязок...........27 8
11.3.6. Определение адгезии противоожоговых повязок........................27 8
11.3.7. Определение паропроницаемости противоожоговых повязок..............27 9
11.4.   Экспериментальные результаты и их обсуждение.......................27 9
11.4.1. Определение сорбционной способности противоожоговых повязок.........279
11.4.2. Изучение кинетики сорбции жидких сред противоожоговыми повязками....286
11.4.3. Определение паропроницаемости противоожоговых повязок...............290
11.4.4. Определение воздухопроницаемости противоожоговых повязок...........29 3
11.4.5. Определение адгезии противоожоговых повязок.........................299
11.5.   Модель функционирования противоожоговой повязки.....................301
11.5.1. Испарение воды с поверхности повязки................................301