Упаковки из полимеров, их производство и переработка


	Загрузить архив:
	Файл: ref-25176.zip (39kb [zip], Скачиваний: 189) скачать

Введение

Пластмассы - материалы на основе органических природных, синтетических или органических полимеров, из которых можно после нагрева и приложения давления формовать изделия сложной конфигурации.

Полимеры - это высоко молекулярные соединения, состоящие из длинных молекул с большим количеством одинаковых группировок атомов, соединенных химическими связями. Кроме полимера в пластмассе могут быть некоторые добавки.

Переработка пластмасс - это совокупность технологических процессов, обеспечивающих получение изделий - деталей с заданными конфигурацией, точностью и эксплуатационными свойствами.

Высокое качество изделия будет достигнуто, если выбранные материал и технологический процесс будут удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям изделия: электрической и механической прочности, диэлектрической проницаемости, тангенсу угла диэлектрических потерь, прочности, плотности и т.п. Эти требования должны быть учтены при создании элементной базы (микросхем, микросборок и т.п.) и элементов базовых несущих конструкций (БНК), печатных плат, панелей, рам, стоек, каркасов и др.

При переработки пластмасс в условиях массового производства для обеспечения высокого качества изделий решают материаловедческие, технологические, научно-организационные и другие задачи.

Материаловедческие задачи состоят в правильном выборе типа и марки полимера, таким образом, чтобы обеспечить возможность формования изделия с заданными конфигурацией и эксплуатационными свойствами.

Технологические задачи включают в себя всю совокупность вопросов технологии переработки полимеров, обеспечивающих качество изделия: подготовку полимеров к формованию, разработку-определение технологических параметров формования, разработку инструмента, выбор оборудования.

Основные этапы работы по применению пластмасс в изделиях следующие:

1. Анализ условий работы изделия, разработка требований к эксплуатационным свойствам.

2. Выбор вида пластмассы по заданным требованиям и эксплуатационным свойствам изделия.

3. Выбор способа переработки пластмассы в изделие и оборудования.

4. Выбор базовой марки пластмассы и на её основе марки с улучшенными технологическими свойствами.

5. Конструирование, изготовление, испытание и отладка технологической оснастки и др.

Наполненные и супернаполненные пластики

Наполнитель в пластмассе может быть в газовой или конденсированной фазах. В последнем случае его модуль упругости может быть ниже (низкомодульные наполнители) или выше (высокомодульные наполнители) модуля упругости связующего.

К числу газонаполненных пластиков относятся пенопласты - материалы наиболее лёгкие из всех пластмасс; их кажущаяся плотность составляет обычно от 0,02 до 0,8 г/см³.

Низкомодульные наполнители (их иногда называют эластификаторами), в качестве которых используют эластомеры, не понижая теплостойкости и твёрдости полимера, придают материалу повышенную устойчивость к знакопеременным и ударным нагрузкам, предотвращают прорастание микротрещин в связующем. Однако коэффициент термического расширения эластифицированных пластмасс выше, а деформационная устойчивость ниже, чем монолитных связующих. Эластификатор диспергируют в связующем в виде частиц размером 0,2-10 мкм. Это достигается полимеризацией мономера на поверхности частиц синтетических латексов, отверждением олигомера, в котором диспергирован эластомер, механическим перетиранием смеси жёсткого полимера с эластомером. Наполнение должно сопровождаться образованием сополимера на границе раздела частиц эластификатора со связующим. Это обеспечивает кооперативную реакцию связующего и эластификатора на внешнее воздействие в условиях эксплуатации материала. Чем выше модуль упругости наполнителя и степень наполнения им материала, тем выше деформационная устойчивость наполненного пластика. Однако введение высокомодульных наполнителей в большинстве случаев способствует возникновению остаточных напряжений в связующем, а следовательно, понижению прочности и монолитности полимерной фазы.

Свойства пластмасс с твёрдым наполнителем определяются степенью наполнения, типом наполнителя и связующего, прочностью сцепления на границе контакта, толщиной пограничного слоя, формой, размером и взаимным расположением частиц наполнителя. Пластмассы с частицами наполнителя малых размеров, равномерно распределёнными по материалу, характеризуются изотропией свойств, оптимум которых достигается при степени наполнения, обеспечивающей адсорбцию всего объёма связующего поверхностью частиц наполнителя. При повышении температуры и давления часть связующего десорбируется с поверхности наполнителя, благодаря чему материал можно формовать в изделия сложных форм с хрупкими армирующими элементами. Мелкие частицы наполнителя в зависимости от их природы до различных пределов повышают модуль упругости изделия, его твёрдость, прочность, придают ему фрикционные, антифрикционные, теплоизоляционные, теплопроводящие или электропроводящие свойства.

Для получения пластмасс низкой плотности применяют наполнители в виде полых частиц. Такие материалы (иногда называемые синтактическими пенами), кроме того, обладают хорошими звуко- и теплоизоляционными свойствами.

Применение в качестве наполнителей природных и синтетических органических волокон, а также неорганических волокон (стеклянных, кварцевых, углеродных, борных, асбестовых), хотя и ограничивает выбор методов формования и затрудняет изготовление изделий сложной конфигурации, но резко повышает прочность материала. Упрочняющая роль волокон в волокнитах, материалах, наполненных химическими волокнами (т. н. органоволокнитах), карбоволокнитах и стекловолокнитах проявляется уже при длине волокна 2-4 мм. С увеличением длины волокон прочность возрастает благодаря взаимному их переплетению и понижению напряжений в связующем (при высокомодульном наполнителе), локализованных по концам волокон. В тех случаях, когда это допускается формой изделия, волокна скрепляют между собой в нити и в ткани различного плетения. Пластмассы, наполненные тканью (текстолиты), относятся к слоистым пластикам, отличающимся анизотропией свойств, в частности высокой прочностью вдоль слоёв наполнителя и низкой в перпендикулярном направлении. Этот недостаток слоистых пластиков отчасти устраняется применением т. н. объемно-тканых тканей, в которых отдельные полотна (слои) переплетены между собой. Связующее заполняет неплотности переплетений и, отверждаясь, фиксирует форму, приданную заготовке из наполнителя.

В изделиях несложных форм, и особенно в полых телах вращения, волокна-наполнители расположены по направлению действия внешних сил. Прочность таких пластмасс в заданном направлении определяется в основном прочностью волокон; связующее лишь фиксирует форму изделия и равномерно распределяет нагрузку по волокнам. Модуль упругости и прочность при растяжении изделия вдоль расположения волокон достигают очень высоких значений. Эти показатели зависят от степени наполнения пластмассы.

Для панельных конструкций удобно использовать слоистые пластики с наполнителем из древесного шпона или бумаги, в том числе бумаги из синтетического волокна (древесные пластики,гетинакс). Значительное снижение массы панелей при сохранении жёсткости достигается применением материалов трёхслойной, или сэндвичевой, конструкции с промежуточным слоем из пенопласта или сотопласта.

Среди термопластов наиболее разнообразно применение полиэтилен, поливинилхлорид и полистирола, преимущественно в виде гомогенных или эластифицированных материалов, реже газонаполненных и наполненных минеральными порошками или синтетическими органическими волокнами.

Пластмассы на основе полиэтилена легко формуются и свариваются в изделия сложных форм, они устойчивы к ударным и вибрационным нагрузкам, химически стойки, отличаются высокими электроизоляционными свойствами (диэлектрическая проницаемость 2,1-2,3) и низкой плотностью. Изделия с повышенной прочностью и теплостойкостью получают из полиэтилена, наполненного коротким (до 3 мм) стекловолокном. При степени наполнения 20% прочность при растяжении возрастает в 2,5 раза, при изгибе - в 2 раза, ударная вязкость - в 4 раза и теплостойкость - в 2,2 раза.

Жёсткая пластмасса на основе поливинилхлорида -винипласт, в том числе эластифицированный (ударопрочный), формуется значительно труднее полиэтиленовых пластиков, но прочность её к статическим нагрузкам намного выше, ползучесть ниже и твёрдость выше. Более широкое применение находит пластифицированный поливинилхлорид -пластикат. Он легко формуется и надёжно сваривается, а требуемое сочетание в нём прочности, деформационной устойчивости и теплостойкости достигается подбором соотношения пластификатора и твёрдого наполнителя.

Пластмассы на основе полистирола формуются значительно легче, чем из винипласта, их диэлектрические свойства близки к свойствам полиэтиленовых пластмасс, они оптически прозрачны и по прочности к статическим нагрузкам мало уступают винипласту, но более хрупки, менее устойчивы к действию растворителей и горючи. Низкая ударная вязкость и разрушение вследствие быстрого прорастания микротрещин - свойства, особенно характерные для полистирольных пластиков, устраняются наполнением их эластомерами, т. е. полимерами или сополимерами с температурой стеклования ниже - 40 °С. Эластифицированный (ударопрочный) полистирол наиболее высокого качества получают полимеризацией стирола на частицах бутадиен-стирольного или бутадиен-нитрильного латекса. Материал, названный АБС, содержит около 15% гель-фракции (блок- и привитые сополимеры полистирола и указанных сополимеров бутадиена), составляющей граничный слой и соединяющей частицы эластомера с матрицей из полистирола. Морозостойкость материала ограничивает температура стеклования эластомера, теплостойкость - температура стеклования полистирола.

Теплостойкость перечисленных термопластов находится в пределах 60-80 °С, коэффициент термического расширения высок и составляет 1 * 10^-4, их свойства резко изменяются при незначительном изменении температуры, деформационная устойчивость под нагрузкой низкая. Этих недостатков отчасти лишены термопласты, относящиеся к группе иономеров, например сополимеры этилена, пропилена или стирола с мономерами, содержащими ионогенные группы (обычно ненасыщенные карбоновые кислоты или их соли). Ниже температуры текучести благодаря взаимодействию ионогенных групп между макромолекулами создаются прочные физические связи, которые разрушаются при размягчении полимера. В иономерах удачно сочетаются свойства термопластов, благоприятные для формования изделий, со свойствами, характерными для сетчатых полимеров, т. е. с повышенной деформационной устойчивостью и жёсткостью. Однако присутствие ионогенных групп в составе полимера понижает его диэлектрические свойства и влагостойкость.

Пластмассы с более высокой теплостойкостью (100-130 °С) и менее резким изменением свойств с повышением температуры производят на основе полипропилена, полиформальдегида, поликарбонатов, полиакрилатов, полиамидов, особенно ароматических полиамидов. Быстро расширяется номенклатура изделий, изготавливаемых из поликарбонатов, в том числе наполненных стекловолокном.

Для деталей, работающих в узлах трения, широко применяются пластики из алифатических полиамидов, наполненных теплопроводящими материалами, например графитом.

Особенно высоки химическая стойкость, прочность к ударным нагрузкам и диэлектрические свойства пластиков на основе политетрафторэтилена и сополимеров тетрафторэтилена. В материалах на основе полиуретонов удачно сочетается износостойкость с морозостойкостью и длительной прочностью в условиях знакопеременных нагрузок. Полиметилметакрилат используют для изготовления оптически прозрачных атмосферостойких материалов.

Объём производства термопластов с повышенной теплостойкостью и органических стекол составляет около 10% общего объёма всех полимеров, предназначенных для изготовления пластмасс отверждения.

Отсутствие реакций отверждения во время формования термопластов даёт возможность предельно интенсифицировать процесс переработки. Основные методы формования изделий из термопластов –литье под давлением, экструзия, вакуумформование ипневмоформование. Поскольку вязкость расплава высокомолекулярных полимеров велика, формование термопластов на литьевых машинах или экструдерах требует удельных давлений 30-130 Мн/м = (300-1300 кгс/см²).

Дальнейшее развитие производства термопластов направлено на создание материалов из тех же полимеров, но с новыми сочетаниями свойств, применением эластификаторов, порошковых и коротковолокнистых наполнителей.

Потребление пластмасс

Потребление пластмасс в строительстве непрерывно возрастает. При увеличении мирового производства пластмасс примерно в 4 раза объём их потребления в строительстве возрос в 8 раз. Это обусловлено не только уникальными физико-механическими свойствами полимеров, но также и их ценными архитектурно-строительными характеристиками. Основные преимущества пластмасс перед другими строительными материалами - лёгкость и сравнительно большая удельная прочность. Благодаря этому может быть существенно уменьшена масса строительных конструкций, что является важнейшей проблемой современного индустриального строительства. Наиболее широко пластмассы (главным образом рулонные и плиточные материалы) используют для покрытия полов и других отделочных работ, герметизации, гидро- и теплоизоляции зданий, в производстве труб и санитарно-технического оборудования. Их применяют и в виде стеновых панелей, перегородок, элементов кровельных покрытий (в т. ч. светопрозрачных), оконных переплётов, дверей, пневматических строительных конструкций, домиков для туристов, летних павильонов и др.

Пластмассы занимают одно из ведущих мест среди конструкционных материалов машиностроения. Потребление их в этой отрасли становится соизмеримым (в единицах объёма) с потреблением стали. Целесообразность использования пластмасс в машиностроении определяется прежде всего возможностью удешевления продукции. При этом улучшаются также важнейшие технико-экономические параметры машин - уменьшается масса, повышаются долговечность, надёжность и др. Из пластмассы изготовляют зубчатые и червячные колёса, шкивы, подшипники, ролики, направляющие станков, трубы, болты, гайки, широкий ассортимент технологической оснастки и др.

Основные достоинства пластмасс, обусловливающие их широкое применение в авиастроении, - лёгкость, возможность изменять технические свойства в большом диапазоне. Число авиационных деталей из пластмассы увеличилось от 25 до 10 000. Наибольший прогресс в использовании полимеров достигнут при создании лёгких самолётов и вертолётов. Тенденция к всё более широкому их применению характерна также для производства ракет и космических аппаратов, в которых масса деталей из пластмассы может составлять 50% от общей массы аппарата. С использованием реактопластов изготовляют реактивные двигатели, силовые агрегаты самолётов (оперение, крылья, фюзеляж и др.), корпуса ракет, колёса, стойки шасси, несущие винты вертолётов, элементы тепловой защиты, подвесные топливные баки и др. Термопласты применяют в производстве элементов остекления, антенных обтекателей, при декоративной отделке интерьеров самолётов и др., пено- и сотопласты - как заполнители высоконагруженных трёхслойных конструкций.

Области применения пластмасс в судостроении очень разнообразны, а перспективы использования практически неограничены. Их применяют для изготовления корпусов судов и корпусных конструкций (главным образом стеклопластики), в производстве деталей судовых механизмов, приборов, для отделки помещений, их тепло-, звуко- и гидроизоляции.

В автомобилестроении особенно большую перспективу имеет применение пластмасс для изготовления кабин, кузовов и их крупногабаритных деталей, т.к. на долю кузова приходится около половины массы автомобиля и ~ 40% его стоимости. Кузова из пластмассы более надёжны и долговечны, чем металлические, а их ремонт дешевле и проще. Однако пластмассы не получили ещё большого распространения в производстве крупногабаритных деталей автомобиля, главным образом из-за недостаточной жёсткости и сравнительно невысокой атмосферостойкости. Наиболее широко пластмассы применяют для внутренней отделки салона автомобиля. Из них изготовляют также детали двигателя, трансмиссии, шасси. Огромное значение, которое пластмассы играют в электротехнике, определяется тем, что они являются основой или обязательным компонентом всех элементов изоляции электрических машин, аппаратов и кабельных изделий. Пластмассы часто применяют и для защиты изоляции от механических воздействий и агрессивных сред, для изготовления конструкционных материалов и др.

Тенденция ко всё более широкому применению пластмассы (особенно плёночных материалов) характерна для всех стран с развитым сельским хозяйством. Их используют при строительстве культивационных сооружений, для мульчирования почвы, дражирования семян, упаковки и хранения сельском хозяйстве продукции и т.д. В мелиорации и сельском хозяйстве водоснабжении полимерные плёнки служат экранами, предотвращающими потерю воды на фильтрацию из оросительных каналов и водоёмов; из пластмасс изготовляют трубы различного назначения, используют их в строительстве водохозяйственных сооружений и др.

В медицинской промышленности применение пластмассы позволяет осуществлять серийный выпуск инструментов, специальной посуды и различных видов упаковки для лекарств. В хирургии используют пластмассовые клапаны сердца, протезы конечностей, ортопедические вкладки, туторы, стоматологические протезы, хрусталики глаза и др.

Супернаполненные пластмассы (СНП) на основе минеральных наполнителей и термопластов относятся к новым композиционным материалам для строительства, способным заменить дорогую пластмассу, они экологически чисты, дешевы, сочетают лучшие свойства полимеров со специальными характеристиками. Введение минеральных наполнителей в полимеры позволяет улучшить прочностные показатели, огнестойкость, тепло- и электрофизические свойства, снизить токсичность при горении и т.д. СНП могут применяться в строительстве в качестве конструкционных, отделочных материалов, трубопроводов, обладающих повышенной огнестойкостью, стойкостью к воздействию агрессивных и атмосферных факторов, в том числе к солнечной радиации в условиях длительной эксплуатации, водостойкости и кислотостойкости.

Из супернаполненных пластмасс можно получать плиты широкого назначения, трубы канализационные, оболочки для силовых кабелей, обладающие повышенной огнестойкостью, а также пожаробезопасные отделочные материалы для полов, стен, сидений в транспорте, детских медицинских учреждениях, обладающие высокой износостойкостью и долговечностью.

Исходным материалом супернаполненных пластмасс является минеральный тонкомолотый наполнитель (кварцевый песок, мел, тальк, слюда), и в качестве связующего применяются термопласты (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид) и их отходы. Реализация процесса микрокапсулирования частиц наполнителя расплавом позволяет снизить абразивность композиции и перерабатывать ее в изделия методами экструзии, вальцевания, литья и прессования. Высокая степень наполнения (до 90% массы) минеральным наполнителем обеспечивает низкую себестоимость продукции и высокую рентабельность производства.

Изделия из СНП сочетают в себе лучшие качества всех известных материалов: экологическую чистоту, высокие прочностные характеристики, обладают повышенными значениями износо-, и химстойкости, заданными электрическими, магнитными, бактериостатическими и антиобрастающими (грибками, моллюсками) характеристиками, хорошо поддаются механической обработке. Материал практически не имеет усадки, сохраняет формоустойчивость при температуре до +120°C.

Упаковка

1.Упаковка в термоусадочные пленки

В качестве термоусадочных пленок используют одно- и двухосно-ориентированные пленки, которые могут сокращаться при нагревании и при этом плотно обтягивать упакованные в них изделия. В инженерной практике к усадочным принято относить пленки, обладающие способностью давать повышенную (до 50% и более) усадку и используемые для упаковки различных изделий.
     К преимуществам упаковки в термоусадочные пленки по сравнению с традиционными пленочными упаковками относятся уменьшение объема упаковки за счет плотного обтягивания товара, относительно меньшая масса пленок. Упаковка в усаживающуюся пленку часто бывает дешевле и привлекательнее на вид, чем обычный ящик из картона. Этот вид упаковки дает определенные преимущества для розничной торговли: уменьшение количества упаковочного материала и площади в торговом зале, занимаемой товаром по мере его реализации. Упаковывание в термоусадочную пленку защищает товар от воздействия окружающей среды.
      Термоусадочные пленки применяются для упаковки разнообразных продуктов питания, банок, бутылок, галантерейных и хозяйственных изделий, газет, журналов, канцелярских товаров и др.
Возможные варианты упаковывания в термоусадочную пленку могут быть условно разделены на три основные группы: единичная, групповая и штабельная упаковка.
      Единичная упаковка (ее называют штучной, или индивидуальной) - каждое отдельное изделие обертывается пленкой, которая после усадки плотно облегает изделие, повторяя его конфигурацию.
      Групповая упаковка - предварительно комплектуется набор из нескольких однотипных или разнотипных изделий, которые, как и при единичной упаковке, обертываются пленкой, после усадки которой получается плотный пакет. Упаковывание может производиться только в пленку или с использованием предварительной укладки изделий на специальные подложки. Этот вид упаковки может применяться в качестве транспортной тары
      Штабельная упаковка - на жесткий поддон укладываются несколькими рядами изделия (мешки, коробки, книги, кирпичи, лотки с банками, бутылками и т.д.), которые сверху покрываются чехлом из термоусадочной пленки и подаются в туннельную печь. После усадки получается компактный штабель, который можно легко перемещать подъемно-транспортными средствами. Штабельная упаковка представляет собой современный и перспективный вид транспортной упаковки товаров.
      Термоусадочные пленки могут быть изготовлены из кристаллизующихся ПО (ПЭВД, ПЭНД, ПП ), сополимеров этилена с винилацетатом, ПВХ, ЗХВД, ПС, гидрохлорида каучука, ПА. Физико-механические и экcплуатационные свойства пленок обусловлены химической природой применяемого полимера и степенью его ориентации.

Процесс упаковывания в термоусадочную пленку включает в себя следующие операции: укладка товара на подложку (лоток, поддон); обертывание пленкой; сварка пакета; усадка (прохождение через усадочную камеру); охлаждение изделий.

2.Биоразлагаемые полимерные материалы

В последние годы, как в нашей стране, так и за рубежом возрос интерес к биоразлагаемым полимерным материалам и упаковкам из них, которые разрушаются при воздействии различных микроорганизмов.
Создание материалов, которые часто называют материалами с регулируемым сроком службы, предполагает введение в них специальных добавок, ускоряющих распад макромолекулы полимера. Для этих целей используют различные полисахариды, содержание которых может достигать 60 %.
Макромолекула крахмала представляет собой сложное вещество и состоит из двух полисахаридов различных по структуре и свойствам - амилозы (20-30%) и амилопектина (70-80% от массы крахмала). Оба полисахарида построены из одинаковых глюкозных остатков, но амилоза имеет линейное строение, а амилопектин - разветвленное.

Разработана серия биоразлагаемых материалов различного состава и назначения с применением крахмала и других добавок. Установлено, что молекула полисахарида крахмала совмещается с макромолекулами синтетических полимеров. Недостатком таких крахмалсодержащих продуктов является их повышенная способность к впитыванию влаги, в результате чего они могут оказаться непригодными для упаковки продуктов с повышенной влажностью, а также для изготовления сельскохозяйственных пленок.
При изготовлении биоразлагаемых полимерных материалов учитывают, что процесс деструкции (разрушения) базового полимера практически не ускоряется. Для интенсификации этого процесса в состав полимерной матрицы вводят добавки, ускоряющие ее распад под действием УФ-облучения. К таким добавкам относятся сополимеры на основе этилена и моносахарида углерода, винилкетоны и другие материалы (Ecoplast, Ecolyte - Канада, Bioplast, Biopol и Ecostar - Великобритания, Novon и Tone - США, Biocell - Франция и др.).

В Российской Федерации разработкой биоразлагаемых крахмалосодержащих продуктов для упаковки занимается НПО по крахмалопродуктам совместно с Проблемной лабораторией полимеров МГУ11К. Создаются новые направления и проводятся исследования но разработке широкого ассортимента материалов на основе различных видов крахмалов, крахмалосодержащих продуктов, технических лигнинов и белков.
      Однако следует отметить, что производство и потребление биоразлагаемых упаковочных материалов и упаковок практически не решает проблемы охраны среды обитания от использованной и изношенной полимерной упаковки и тары. Причин здесь несколько:
       - трудность регулирования скорости распада на свалках под воздействием факторов окружающей среды;
       - довольно высокая стоимость вводимых добавок;
      - технологические трудности производства;
      - экологические трудности, которые связаны с тем, что, но данным некоторых исследований, не снижается опасность отрицательного воздействия материалов и продуктов их распада на природу и животных;
       - безвозвратная потеря ценных сырьевых и топливно-энергетических ресурсов, которые при правильном и грамотном решении могли бы приносить достаточно высокую прибыль народному хозяйству.
      По этим причинам уничтожение отходов путем создания и применения быстроразлагаемых упаковок должно иметь ограниченное и контролируемое применение.
      Наиболее рациональным способом устранения отходов в виде изношенной и/или использованной упаковки представляется их утилизация.

3.Упаковки в растягивающиеся пленки

В последнее время большое значение в качестве упаковки приобретает упаковывание в растягивающиеся пленки (стрейч-пленки), использование которых расширяет возможности применения полимерных материалов.
      Растягивающиеся пленки производят из модифицированного полиэтилена низкой плотности, линейного полиэтилена, поливинилхлорида, сополимеров винилиденхлорида и иономеров. Главное преимущество этого типа пленок состоит в том, что они не требуют тепловой обработки.
      Растягивающиеся пленки в основном применяются в следующих случаях:
       - скрепление пакетов грузов правильной формы;
       - упаковывание продукции, чувствительной к нагреву;
       - упаковывание продукции, которая в процессе хранения и транспортирования может уплотняться.
      Преимущества упаковки в растягивающуюся пленку по сравнению с упаковкой в термоусаживающуюся пленку состоит в следующем:
       - экономия энергии (отсутствие операции в усадочной камере);
       - экономия материала (применение более тонких пленок);
       - экономия производственной площади;
      - использование пленки стандартной ширины;
       - использование двойной пленки (возможность заворачивания поддонов с грузом, предварительно упакованными в термоусадочную пленку, избегая при этом возможного сваривания или ламинирования пленок отдельных упаковок).
      На практике эти два способа не только конкурируют, но и дополняют друг друга. В том случае, когда упаковки поддонов с примерно одинаковыми грузами поступают с достаточно большими интервалами, предпочтительна растягивающаяся пленка. Когда важна скорость, а размеры грузов очень разные, предпочтительна упаковка в термоусаживающуюся пленку.

4.Асептическая упаковка

В области упаковочной технологии наибольшее развитие в настоящее время получила асептическая упаковка пищевых продуктов. Эта технология широко используется для жидких продуктов (молоко и молочные продукты - более 65%, различные соки - более 25%, пасты, супы и др. -10%).
      Наиболее распространенная схема асептического упаковывания пищевых продуктов включает три стадии:
       - стерилизация упаковочного материала;
       - термическая обработка пищевого продукта;
       - расфасовка и запечатывание упаковки.
      При асептическом упаковывании продукт и упаковка стерилизуются раздельно, затем упаковка заполняется и укупоривается в стерильных условиях. Наиболее широкое распространение получил химический метод стерилизации растворами пероксида водорода, а также SO₂, озоном, смесью Н₂О₂ и уксусной кислоты, используют и физические методы: термический, УФ- или ИК-облучение. Стерилизация проводится в специальной камере обработкой Н₂О₂ упаковки в течение определенного времени. После сушки упаковка поступает в зону заполнения стерилизованным продуктом. Заливка продукта происходит со дна упаковки, что позволяет избежать вспенивания. После заполнения верх упаковки промывается струей инертного газа, производится тепловая сварка низа (донной части). Упаковка переворачивается и направляется на окончательное упаковывание в пленку или в транспортную коробочную тару.

Основным требованием к упаковочному материалу, продукту, оборудованию, газу или воде для промывки при этом виде упаковки является "коммерческая стерильность" (соответствие длительности хранения при нормальной температуре указанному сроку). Данный способ имеет несомненные преимущества перед стерилизацией в автоклаве, характеризуется меньшими механическими и термическими нагрузками, что позволяет при асептическом упаковывании использовать более дешевые упаковочные материалы.
В настоящее время имеется большой выбор материалов и разнообразной формы упаковок для асептической расфасовки, отвечающих высокому уровню барьерных свойств. Используют банки из белой жести и алюминия, стеклянные и пластмассовые бутылки, различные пакеты, упаковки из комбинированных материалов "Bag-in-Box" (пакет в коробке).

В зависимости от типа материала (стекло, бумага, картон, пластмасса, комбинированные многослойные материалы), а также формы (стаканчик, бутылка, коробка и т.д.) используют различные методы обработки перекисью: распыление, погружение и др.

Асептическое упаковывание позволяет сохранить органолептические и вкусовые характеристики пищевого продукта значительно дольше, чем при упаковывании в обычных условиях. Проводимая перед расфасовкой продукта его термическая обработка помогает избавиться от вредных микроорганизмов, влияющих на сохранность содержимого упаковки.
Асептическая технология упаковывания в условиях рыночной экономики представляется прогрессивной и подходящей для многих продуктов (главным образом жидких), так как позволяет решать комплексно логистическую задачу производства, хранения, транспортировки и реализации молочной продукции, безалкогольных напитков, легких вин и других жидких продуктов.

5.Упаковка под вакуумом

В процессе хранения многих пищевых продуктов происходят химические и микробиологические изменения, важную роль в которых играют кислород, свет и температура в совокупности.
      Особенно чувствительные к окислению белки мяса, рыбы и птицы, которые в мясе из миоглобина пурпурно-красного цвета переходят в оксиформу ярко-красного цвета, а затем и метмиоглобин - коричневого цвета. При переходе более 50% оксимиоглобина в метмиоглобин мясо становится непригодным к применению. Сыпучие пищевые продукты подвержены сильному окислению вследствие большой площади соприкосновения с кислородом. Для устранения вредного влияния кислорода на продукты используют различные приемы: удаление кислорода, применение защитных газов, замораживание продуктов.
      Наиболее доступным является упаковывание, при котором кислород удаляется с помощью вакуума. Для этих целей используют, главным образом, полимерные пленки: ПВХ, ПВХД, ПП, ЭВАЛ, ПА и др., а также комбинированные материалы с высокими барьерными свойствами.
      При вакуум-упаковке мяса чаще всего используют саран, соэкструдат ЭВА/саран, облученный ЭВА, найлон и др. Мясо помещают в полимерный пакет, горловину которого вводят в зазор между зажимами сварочного аппарата, продувают воздух в зазор так, чтобы воздушный поток охватывал с двух сторон внешнюю сторону горловин и осуществляют процесс эжекции, в результате которого воздух из пакета удаляется, после чего упаковку герметизируют термосваркой. Для вакуумного упаковывания используют чаще термоусадочные пленки, термоформованные материалы и skin-упаковки.
      При использовании термоусадочной, пленки, продукт, например кусок мяса, упаковывается в вакууме в термоусадочную пленку с высокими барьерными свойствами: в комбинированный материал, состоящий из слоев полиолефина и ПВХ. При этом первоначальный цвет свежего мяса сохраняется благодаря низкой кислородопроницаемости материала, равной 30 см³/м². После обертывния куска мяса производится отсос воздуха из упаковки в специальной камере с последующим обжатием ее при помощи металлического зажима или термосваркой. Такое упаковывание производится на оборудовании, снабженном поворотным столом и одной вакуумной камерой объемом до 0,16 м , позволяющей упаковывать куски мяса длиной до 60 см.
      Распространены также термоформованные упаковки для свежего мяса в виде лотка из термопласта (ПО, ПВХ,ПС) или вспененного материала, например, пенополистирол, на котором размещают упаковываемый продукт, а сверху приваривается пленка, из-под которой предварительно выкачивается воздух и создается соответствующий вакуум.
      Некоторой разновидностью такой упаковки является упаковка типа "skin" фирмы Cryovac, повторяющая после термообработки контуры продукта за счет плотного облегания содержимого упаковки ("вторая кожа").
      Для упаковки скоропортящихся продуктов (мяса, мясных продуктов, рыбы, птицы, изделий из них, хлебобулочных и др.) целесообразно применение вакуумной упаковки "multivac". Процесс упаковки происходит за счет высокой степени усадки полимерных пленок (сокращающиеся материалы), подготовленных специальным образом. Применяют также и многослойные пленки, обладающие хорошими облегающими свойствами, которым дополнительно придаются эффективные барьерные свойства, мешающие проникновению кислорода. Не рекомендуется применять при вакуумном упаковывании тонкие мягкие пленки, этот способ не используется для упаковки хрупких и легко деформируемых продуктов и продуктов с острыми поверхностями, чтобы не повредить пленку.

6.Упаковка в газовой среде

Для упаковывания свежих овощей, фруктов, пищевых продуктов, кулинарных, хлебобулочных, кондитерских изделий и др. в странах Западной Европы и США более 20 лет используют герметичные упаковки с регулируемым и модифицированным составом газовой среды.
      Газообразная смесь любого состава внутри упаковки приводит к резкому снижению скорости процесса "дыхания" продукта (газообмен с окружающей средой), замедлению роста микроорганизмов и подавлению процесса гниения, вызванного энзиматическими спорами, следствием чего является увеличение срока хранения продукта в несколько раз. Различают следующие способы упаковывания в газовой среде:
      - в среде инертного газа (N₂, СО₂, Аr);
       - в регулируемой газовой среде (РГС), когда состав газовой смеси должен изменяться только в заданных пределах, что требует значительных капиталовложений в оборудование и больших расходов на обеспечение оптимальных условий хранения продукции;
       - в модифицированной газовой среде (МТС), когда в начальный период в качестве окружающей среды используется обычный воздух, а затем в зависимости от природы хранящихся продуктов и физических условий окружающей среды, устанавливаются модифицированные условия хранения, но в довольно широких пределах по составу газа.
     В технологии упаковывания из соображений технологичности, экономичности и сохранности продукта большее распространение получило упаковывание в МТС.
      Основными газами, применяемыми для упаковки в МТС, являются кислород, углекислый газ и азот, соотношение которых, особенно О₂, зависит от типа упаковываемого продукта. Кислород является основным газом и его содержание для упаковывания различных продуктов может колебаться от 0 до 80%.

Инертный газ азот используется как наполнитель газовой смеси внутри упаковки, так как он не изменяет цвета мяса и не подавляет рост микроорганизмов. Очевидно, его можно использовать взамен вакуумирования.
Углекислый газ подавляет рост бактерий, и при использовании его на ранних стадиях развития микроорганизмов срок хранения упаковываемого продукта может значительно увеличиться.

7.Защитные полимерные покрытия на продуктах питания

Значительный вклад в решение проблемы сохранения пищевой продукции наряду с известными и широко используемыми приемами может внести и вносит такой нетрадиционный способ упаковки как создание защитных покрытий на продуктах питания.
    Защитные покрытия, формируемые непосредственно на поверхности пищевых продуктов, зачастую обеспечивают более надежную защиту продукта питания (по сравнению с упаковкой в полимерную пленку) от окислительной и микробиальной порчи за счет отсутствия прослойки воздуха между продуктом и пленкой, делают технологию упаковки и хранения более современной и рациональной. Преимуществами такого способа защиты пищевой продукции, разработанного в Проблемной лаборатории полимеров Московского государственного университета прикладной биотехнологии (МГУПБ), являются использование экологически безопасных водных систем (на основе поливинилового спирта, латексов синтетических каучуков или сополимеров винилиденхлорида, природных полисахаридов), сравнительная простота технических решений, связанных с нанесением на поверхность продукта полифункциональных покрытий без применения высоких температур, негативно влияющих на свойства продукта, обеспечение плотного и повсеместного облегания поверхности продукта, за счет чего гарантируется отсутствие микрополостей - областей потенциального развития нежелательной микрофлоры. При этом имеется возможность варьирования функций образуемого покрытия путем введения добавок различной природы, обеспечивающих формирование антимикробных, водостойких, съедобных и других покрытий.
    Использование водных растворов поливинилового спирта (ПВС) для получения покрытий наиболее эффективно при хранении мороженых продуктов питания, так как процесс формирования покрытия при низкой температуре исключает стадию сушки и образующееся покрытие наряду с низкотемпературной консервацией пищевых продуктов способствует сокращению потерь массы и сохранению их пищевой ценности.
    Представляет интерес применение композиций, содержащих ПВС или природные полисахариды, для покрытия плодов и овощей, позволяющих сократить в 1,5 -2 раза потери массы продукции в процессе хранения, при этом значительно снижая количество поверхностной микрофлоры. Микробная порча носит в этом случае очаговый характер и локализуется только в местах механического повреждения.
   Большой интерес представляют съедобные покрытия, формируемые из природного воспроизводимого биосырья, в частности, из полисахаридов (целлюлозы, крахмала и т.п.) на некоторых продуктах питания (фрукты, хлебобулочные и кондитерские изделия, мясопродукты и др.). Полисахариды выполняют как защитную, так и другие функции, например, физиологическую, играя роль балластных веществ и имея способность к ресорбции, а также участвуют в формировании органолептических свойств (вкуса и запаха) пищевого продукта. Полисахариды обладают ярко выраженной способностью выводить из организма ионы тяжелых металлов (цинка, свинца, стронция и др.), а также продукты радиоактивного распада.
     В настоящее время получили развитие и практическое использование покрытия из экологически безопасных синтетических полимеров (каучуков, сополимеров винилиденхлорида, винилацетата в форме водных дисперсий), формируемые на мясных продуктах и твердых сычужных сырах. Указанные покрытия позволяют за счет проведения интенсивного созревания сыра в замкнутом объеме обеспечить направленное регулирование массообменных и биохимических процессов и, в конечном итоге, получить сыр высокого качества при одновременном снижении потерь ценного белкового продукта и экономии трудовых затрат по уходу за сыром (исключается необходимость мойки головок сыра).

Утилизация вторичного полимерного сырья

В настоящее время существуют следующие пути полезного использования вторичного полимерного сырья:
      - сжигание с целью получения энергии;
       - термическое разложение (пиролиз, деструкция, разложение до исходных мономеров и др.);
      - повторное использование;
      - вторичная переработка.
     Сжигание отходов в мусоросжигательных печах не является рентабельным способом утилизации, поскольку предполагает предварительную сортировку мусора. При сжигании происходит безвозвратная потеря ценного химического сырья и загрязнение окружающей среды вредными веществами дымовых газов.
     Значительное место в утилизации вторичного полимерного сырья уделяется термическому разложению как способу преобразования ВПС в низкомолекулярные соединения. Важное место среди них принадлежит пиролизу.
      Пиролиз - это термическое разложение органических веществ с целью получения полезных продуктов. При более низких температурах (до 600°С) образуются в основном жидкие продукты, а выше 600°С - газообразные, вплоть до технического углерода.

Несмотря на ряд недостатков, пиролиз, в отличие от процессов сжигания ГБО, дает возможность получения промышленных продуктов, используемых для дальнейшей переработки.
      Еще одним способом трансформации вторичного полимерного сырья является каталитический термолиз, который предусматривает применение более низких температур. В некоторых случаях щадящие режимы позволяют получать мономеры, например, при термолизе ПЭТФ, ПС и др. Получаемые мономеры могут быть использованы в качестве сырья при проведение процессов полимеризации и поликонденсации. В США из использованных ПЭТФ-бутылок получают дефицитные мономеры - диметилтерефталат и этиленгликоль, которые вновь используются для синтеза ПЭТФ заданной молекулярной массы и структуры, необходимой для производства бутылок.
      Наиболее предпочтительными способами утилизации вторичного полимерного сырья с экономической и экологической точек зрения представляется повторное использование и вторичная переработка в новые виды материалов и изделий.
      Повторное применение предполагает возвращение в производственный цикл использованной упаковки после ее сбора и соответствующей обработки (мойки, сушки и др. операций), а также получения разрешения санитарных органов на ее повторное применение при непосредственном контакте с пищевыми продуктами. Этот путь пригоден, главным образом, для бутылочной тары из ПЭТФ.
     Вторичная переработка отходов получила широкое распространение во многих странах мира. Этим путем смешанные отходы из полимерных материалов могут перерабатываться в изделия различного назначения (строительные панели, декоративные материалы и т.п.).
      В США, где особенно велико использование полиэтилентерефталатной тары, принята и реализуется национальная программа, в соответствии с которой к началу XXI столетия уровень вторичной переработки бутылок из ПЭТФ будет доведен до 25-30% (по сравнению с 9-10% в начале девяностых годов). Программа предусматривает выполнение четырех этапов:
      -организация сбора использованной тары у населения;
      - сортировка собранного сырья;
      - переработка (предварительная и окончательная) в изделия народнохозяйственного назначения;
      - сбыт получаемых изделий.
     Программа предусматривает также создание пунктов сбора по всей стране с привлечением до 50% всего населения, координационных центров, налаживание различных связей, рекламу, публикацию сведений по сбору отходов, создание банка данных, обучение населения, создание "горячих" линий (до 800) для передачи своевременной информации и др. мероприятия.
     Одним из перспективных направлений в этой области является производство гранулята из отсортированного сырья с использованием различных добавок, повышающих его качество (стабилизаторов, красителей, модификаторов и др.), идущего на переработку в изделия различными способами переработки.
     В основе вторичной переработки отходов, например, в Германии лежит "Дуальная система", включающая сортировку и переработку отдельных видов вторичного сырья на предприятиях-производителях материалов и упаковки из них. Для облегчения сбора отходов и направления их на переработку создана система, предусматривающая прием использованной упаковки и ее направление на вторичную переработку при наличии экологической маркировки "Зеленая точка" (Der Grune Punkt). Этот знак обозначает, что данная упаковка подлежит вторичной переработке или повторному использованию, и присваивается упаковкам, прошедшим специальный конкурс, что является основным принципом "Дуальной системы".
     Обычно для эффективной переработки ВПС его подвергают модификации. Существуют следующие методы модификации ВПС:
       - химические (сшивание пероксидами, например, пероксидом дикумила, малеиновым ангидридом, кремнийорганическими жидкостями и др.);
     - физико-химические (введение различных добавок органической природы, например, технических лигнинов, сажи, термоэластопластов, восков и др.), создание композиционных материалов;
      - физические (введение неорганических наполнителей: мела, оксидов, графита и др.) и технологические (варьирование режимов переработки).
     Введение полиорганосилоксанов совместно с инициирующими добавками и последующей гомогенизацией перерабатываемого сырья позволяет регенерировать сильно изношенные материалы и восстанавливать требуемый уровень их технологических свойств. В зависимости от используемой среды и режима обработки происходит образование привитых сополимеров или пространственно-структурированных систем с образованием поперечных силоксановых связей. Их высокая прочность и низкая плотность молекулярной упаковки в полисилоксанах обеспечивает эластичность материала при одновременном улучшении механических свойств, термостабильности, атмосферо- и химстойкости.
     Механические характеристики вторичного ПА из изношенных изделий можно существенно улучшить путем термической обработки сырья различными средами-теплоносителями (вода, минеральное масло и др.) с одновременным ИК-облучением. Термообработка в среде теплоносителя осуществляется по принципу отжига и включает операции нагрева, выдержки и охлаждения. При этом уровень физико-механических показателей определяется видом теплоносителя, режимом термообработки и временем сушки, которое может составлять от 1,5 до 2,5 часов.
     В основе большинства предлагаемых способов лежит радикальноцепной механизм взаимодействия между активными группами вводимой добавки или наполнителя и окисленными фрагментами базового полимера. Среди всех имеющихся методов наибольший практический интерес представляет композиционные материалы из вторичного полимерного сырья. Одной из функциональных модифицирующих добавок может служить природный полимер - лигнин, являющийся отходом целлюлозно-бумажной и гидролизной переработки древесины. Он представляет собой продукт метаболизма древесины и других растений, накапливаемых в процессе лигнификации в срединной пластинке и клеточной стенке, составляя 30% всей ее массы ( остальные 70% приходятся на целлюлозу и гемицеллюлозу).
     По своей химической природе лигнин относится к полифункциональным фенолам, основному классу стабилизаторов полимеров, и оказывает достаточно эффективное свето- и термостабилизирующее воздействие на окисляемые и окисленные полимеры. Технология получения из него микронизированного продукта с применением электромагнитного измельчения разработана в МГУПБ.
     Помимо эффективного модификатора вторичного полимерного сырья гидролизный лигнин после соответствующей обработки и подготовки в виде гидролизной муки (микролигнина) может быть использован для получения таких ценных в технологии переработки пластмасс продуктов, как ароматические стабилизаторы, антиоксиданты, структурообразователи и модифицирующие добавки для термопластов, наполнители - для реактопластов, сорбенты медицинского назначения типа "ЭКОЛИС" для выведения из организма токсинов, тяжелых металлов и др. вредных для живого организма веществ, в качестве лекарственного препарата при лечении цирроза печени (исследовалось на кроликах), для получения ванилина и др. целей.
     В ряде европейских стран проблема утилизации использованных пластмассовых упаковок неразрывно связана с налаживанием четкой службы их сбора, сортировки и разделения смешанных отходов, поскольку эти операции являются самыми трудоемкими.
     В странах ЕС вопросы утилизации отходов упаковки решаются в рамках единого для этих стран закона, направленного на предупреждение нарастания объемов полимерной упаковки и тары, рациональных способов их утилизации, главным образом вторичной переработкой, организацией рациональной системы сбора и т.д.
     Работы в области утилизации вторичного полимерного сырья были начаты в России в конце 70-х - начале 80-х годов.

Заключение

К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза, крахмал, каучук и другие органические вещества. Большое число полимеров получают синтетическим путем на основе простейших соединений элементов природного происхождения путем реакций полимеризации, поликонденсации, и химических превращений.

В начале 60-х г. полимеры считали лишь дешевыми заменителями дефицитного природного сырья - хлопка, шелка, шерсти. Но вскоре пришло понимание того, что полимеры, волокнаи другие материалы на их основе подчас лучше традиционно используемых природных материалов - они легче, прочнее, более жаростойки, способны работать в агрессивных средах. Поэтому все свои усилия химики и технологи направили на создание новых полимеров, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, и методов их переработки. И достигли в этом деле результатов, порой превосходящих результаты аналогичной деятельности известных зарубежных фирм.

Полимеры широко применяются во многих областях человеческой деятельности, удовлетворяя потребности различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта. При этом уместно отметить, что в последние годы несколько изменилась и функция полимерных материалов в любой отрасли, и способы их получения. Полимерам стали доверять все более и более ответственные задачи. Из полимеров стали изготавливать все больше относительно мелких, но конструктивно сложных и ответственных деталей машин и механизмов, и в то же время все чаще полимеры стали применяться в изготовлении крупногабаритных корпусных деталей машин и механизмов, несущих значительные нагрузки.

Рубеж прочностных свойств полимерных материалов удалось преодолеть переходом к композиционным материалам, главным образом стекло и углепластикам. Так что теперь выражение “пластмасса прочнее стали” звучит вполне обоснованно. В то же время полимеры сохранили свои позиции при массовом изготовлении огромного числа тех деталей, от которых не требуется особенно высокая прочность: заглушек, штуцеров, колпачков, рукояток, шкал и корпусов измерительных приборов. Еще одна область, специфическаяименно дляполимеров,где четчевсегопроявляются их преимущества перед любыми иными материалами, - это область внутренней и внешней отделки.

Кстати, те же преимущества стимулируют и широкое применение полимерных материалов в авиационной промышленности. Например, замена алюминиевого сплава графитопластиком при изготовлении предкрылка крыла самолета позволяет сократить количество деталей с 47 до 14, крепежа - с 1464 до 8 болтов, снизить вес на 22%, стоимость - на 25%. При этом запас прочности изделия составляет 178%. Лопасти вертолета, лопатки вентиляторов реактивных двигателей рекомендуют изготовлять из поликонденсационных смол, наполненных алюмосиликатными волокнами, что позволяет снизить вес самолета при сохранении прочности и надежности.

Все эти примеры показывают огромную роль полимеров в нашей жизни. Трудно себе представить какие материалы на их основе будут еще получены. Но можно с уверенностью сказать, что полимеры займут если не первое, то хотя бы одно из первых мест в производстве. Совершенно очевидно, что качество, характеристики и свойства конечных продуктов напрямую зависят от технологии переработки полимеров. Важность этого аспекта заставляет искать все новые и новые способы переработки для получения материалов с улучшенными показателями. В данном реферате были рассмотрены лишь основные методы. Общее же их число на этом не ограничивается.