Министерство образования и науки РФ
ФГБОУ ВО Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)
Кафедра «Технологическое проектирование пищевых производств»
Курсовая работа
Производство полимерных плёнок
Выполнил: студент Аржакова Ю. Г.
Руководитель: Сахабутдинова Г.Ф.
Кемерово, 2016 г.
Содержание
Введение
1. Классификация плёнок
2. Полимерное сырьё и добавки
3. Способы производства полимерных плёнок. оборудование
3.1 Экструзия через плоскощелевую головку
3.2 Метод каландрирования
3.3 Отливание пленок из растворов
3.4 Соэкструзия
3.5 Ламинирование и каширование
3.6 Металлизация
3.7 Прочие виды плёнок
4. Обработка плёнок
4.1 Обработка пленок коронным разрядом
4.2 Обработка пленок пламенем
5. Область применения
Заключение
Литература
Введение
Пленки присутствуют в нашей жизни повсеместно: в них упакованы многие продукты питания, канцелярские товары, одежда, из пленок сделаны пакеты и мешки. Доказано, что рынок полимерных пленок и листов - наиболее важный сектор потребления пластиковой упаковки (около 25% всего пластика), который все еще продолжает расти.
Рисунок 1 - Полимерная пленка
Причины для использования пленок различны:
• Технические: пленки обладают исключительным соотношением внешний вид/вес, располагая к тому же возможностями по герметизации, защите от проникновения газов, влаги и химических смесей. Пленки позволяют наносить на товары печать и информирующие потребителя надписи. Они выглядят эстетично и легки по весу.
• Экономические: пленки могут производиться в массовом порядке по низким ценам, и особенно хороши для производства упаковки небольшими партиями.
• Эстетические: пленки могут придать товару внешнюю привлекательность и предложить широкие возможности по дизайну - для нанесения рисунков и надписей.
• Экологические: снижение веса упаковки, высокие защитные способности полимеров (по сравнению с бумажной упаковкой и картоном) делают пленки более благоприятными для окружающей среды.
· Уменьшение неудач при транспортировке товаров и повреждений товаров на складах.
· Уменьшение случаев повреждений упаковки (например, разбитое стекло).
· Возможность объединить некоторые полимеры друг с другом для интеграции их свойств и функций (например, совместить PVAL - барьер к маслам и полиэтилен - барьер к воде).
· Химическое сопротивление: сопротивляемость кислотам, ржавчине, органическим соединениям, инертность к содержимому, например, к продуктам питания.
· Возможность стерилизации продукта.Все эти качества объясняют такое широкое производство и использование полимерных плёнок (Рисунок 1).
1. Классификация плёнок
Все разнообразие производимых пленок можно классифицировать по двум признакам:
по количеству слоев - однослойные, многослойные;
по типу материалов - однородные (только полимеры), комбинированные (фольга, бумага и т.д.).
Для производства однослойной плёнки используется лишь один полимерный материал, в то время как в многослойной комбинируются несколько слоёв разных полимеров (PP, PE, PA, PET, Polyester и пр.)(Рисунок 2).
Рисунок 2 - Комбинация слоев
Основным преимуществом однослойных пленок является цена - каждый производитель заинтересован в снижении издержек при производстве продукции. Однако на этом положительные стороны этого упаковочного материала заканчиваются. В отношении недостатков можно отметить следующее. В первую очередь невысокое сопротивление раздиру, невысокая прочность сварного шва, которая может возникнуть в результате термической усадки пленки в момент сварки.
Сейчас особый интерес представляют многослойная упаковка. Производство многослойной упаковки использует полезные свойства самых разных материалов. Фактически, располагая набором полимеров с разными свойствами, можно как в конструкторе создать любую структуру, в зависимости от потребностей рынка и задачи производителя продукции. Порядок чередования слоев, т.е. структура композиционного упаковочного материала, определяется его функциональным назначением. Внешний слой (субстрат) осуществляет защиту от внешнего воздействия, а также служит основой для нанесения красочной печати. Такие материалы имеют важные преимущества перед широко распространенными в качестве упаковки обычными пленочными материалами, благодаря длительному сроку хранения упаковочной продукции, высоким механическим свойствам, межслойной печати, защищенной от повреждений, улучшению внешнего вида упаковки (Рисунок 3).
Рисунок 3 - Многослойная пленка
Всего несколько лет назад российский рынок упаковочных материалов был ориентирован главным образом на выпуск традиционных однослойных пленок. В настоящее время, бурный рост пищевой промышленности привели к резкому повышению интереса к барьерным материалам с различными свойствами защиты продуктов. Многослойные полимерные пленки доминируют среди барьерных материалов, используемых в упаковочной промышленности благодаря своим уникальным качествам и низкой цене.
В отличии от многослойных, в состав комбинированных плёнок входят слои материалов различного типа (бумага, фольга, ткань). Монолитность композиционного упаковочного материала достигается за счет адгезии. Адгезией называется сложный комплекс явлений, приводящих к соединению разнородных тел, приведенных в контакт, в единое целое.
К группе материалов на основе бумаги или картона относятся бумага и картон (плотностью от 40 до 500 г/м2) с полимерными покрытиями. Из полимеров чаще других используют ПЭ, сополимеры этилена с винилацетатом, сополимер ВХВД, полипропилен.
Материалы на основе алюминиевой фольги представляют собой пленки с высокими барьерными свойствами, успешно конкурирующие с традиционными видами стеклянной и металлической тары. В большинстве случаев на базе этих материалов изготавливают различные виды эластичной упаковки (пакеты), используя тонкую алюминиевую фольгу - 7-14 мкм.
Рисунок 4 - Комбинированная металлизированная пленка
В последнее время при конструировании многослойных упаковочных материалов применяют металлизацию полимерных пленок (Рисунок 4). Металлизация - процесс нанесения тончайших слоев металла (до 3 х 10-7 м) на поверхность пленочного материала в глубоком вакууме. При металлизации резко снижается газопроницаемость пленочных материалов, при незначительном расходе металла достигается непрозрачность упаковки, в том числе и для УФ-части спектра. Металлизированные пленки экономичнее алюминиевой фольги и имеют целый ряд технологических преимуществ: уменьшение массы пленочного материала, исключение повреждений металлического слоя при изгибах материала. Кроме того, металлизацию используют и в качестве приема декорирования полимерных материалов.
2. Полимерное сырьё и добавки
Полимеры могут быть получены в виде вязких жидкостей, растворов, в эластичном виде, в твердом виде (порошки, гранулы, блоки), а также в виде эмульсий, суспензий и т. п. (Рисунки 5, 6). При изготовлении полимерных материалов добавляют различные вспомогательные вещества для придания специфических свойств изделиям. Добавка того или иного компонента в полимерную композицию диктуется как технологическими, так и экономическими соображениями.
Рисунок 5 - Полимерные гранулы
Рисунок 6 - Полимерный порошок
В состав полимерной композиции наряду с полимером могут входить наполнители, отвердители, пластификаторы, мягчители, стабилизаторы, красители и др. Выбор состава композиции зависит от свойств основного полимера и его способности совмещаться с добавками, от заданных физико-механических свойств композиции (твердость, негорючесть, морозостойкость и т. д.). Полимер, составляя основу композиции, определяет характерные ее свойства.
Наполнители обычно вводят для улучшения внешнего вида полимерного изделия, повышения необходимых физикомеханических и химических свойств, а также для снижения себестоимости изделий. Они могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Наибольшее распространение получили твердые наполнители. По происхождению они могут быть минеральными (каолин, слюда, тальк, известь, кварц, графит.) и органическими (древесная мука, шпон, целлюлоза, бумага, картон, химические волокна). По характеру распределения в полимере наполнители могут быть слоистыми (ориентированными) и неслоистыми (порошкообразными). Введение наполнителя, особенно ориентированного, повышает механическую прочность полимера: твердость, сопротивление истиранию, предел прочности при растяжении и т. д.
Многочисленную группу специальных веществ, существенно влияющих на свойства полимеров, называют добавками к полимерным материалам. Различают светостабилизирующие добавки, антиоксиданты, огнезащитные добавки или антиперены, антистатики, антислипы, скользящие добавки, антиблоки, нуклеаты, модификаторы и некоторые другие.
Светостабилизаторы позволяют длительное время сохранять первоначальный цвет изделия и его механическую прочность, обеспечивая защиту от ультрафиолетовых лучей. В качестве действующего вещества применяют производные бензонитризола, бензофенола, никелевые и кобальтовые соли замещенных фенолов и др. Они эффективны даже при очень низких концентрациях (менее 0,1 %).
Антиоксиданты вводят в полимер во время экструзии или литья под давлением для предотвращения термоокисления в процессе переработки и для замедления деструкции во время хранения и эксплуатации изделия. Также данные добавки применяются и для защиты полимера при работе в агрессивных средах. Действующее вещество - смесь соединений фенолов и фосфидов.
Комбинированные добавки, светостабилизатор + антиоксидант, получили широкое распространение в производстве сельскохозяйственных пленок. Подобная пленка служит от трех до пяти лет, не меняя ни прозрачности, ни барьерных свойств. Комбинированные добавки позволяют использовать полимер после вторичной переработки по прямому назначению.
Антипирены делают полимеры негорючими. Специальные антиперены используют для производства негорючих пленок, листов и литьевых изделий.
Антистатики позволяют избавиться от статического эффекта, присущего всем полимерам. Избавиться от него иногда не просто желательно, но иногда и просто необходимо. Например, при изготовлении корпусов под аудио и видеотехнику. Действующим веществом, чаще всего, служат алкиламины.
Скользящие добавки служат, своего рода, внутренней смазкой в полимере. Они уменьшают вязкость расплава, ощутимо повышают производительность экструзии. И в тоже время делают поверхности пленок и других полимерных изделий более гладкой, блестящей и глянцевой. Уменьшают коэффициент трения готовых изделий. Действующие вещества - производные высших жирных кислот.
Применение антиблокирующих добавок, препятствующих слипанию, особенно важно при производстве пленок из полипропилена. Пакеты, изготовленные из пленки с такими добавками, легко раскрываются, стенки пакета не слипаются. Действующие вещества могут быть различными, например, кремневая кислота или амидные воски.
Антислип-добавки придают поверхностям пленок шероховатость. Используются при производстве тары, мешков для упаковки сыпучих продуктов и прочих изделий, где шероховатость необходима. Действующим веществом может служить сверхвысокомолекулярный полиэтилен.
Нуклеаты оказывают влияние на надмолекулярную структуру полимера, делая ее более мелкозернистой. При этом существенно сокращается время кристаллизации. При введении добавок структура полимера разрыхляется, исчезают утяжки. Применяются для получения декоративных пленок, применяющихся при упаковке подарочных наборов, в качестве декоративных лент, прокладок в пробки и других.
Модификатор осуществляется процесс охлаждения изделия. Кроме этого создается эффект большей прозрачности пленок. Нуклеаты применяются исключительно для полипропилена.
Вспенивающие добавки используются для производства пористых изделий из полипропилена и полиэтилена применяют при производстве растягивающихся пленок. Придает им эффект дополнительной упругости, а некоторым полимерам, в том числе и полипропилену - ударопрочность.
Количество вводимых добавок зависит от их вида и качества, и обычно указывается производителем или продавцом. Если полимерное изделие находится в непосредственном контакте с пищевыми продуктами, то используемые добавки к полимерным материалам также должны иметь соответствующее разрешение. Важное значение при введении добавок имеет тщательное смешение. Ручное перемешивание в бункере пластикатора или ведре чаще всего неэффективно. Поэтому целесообразно применять специальные перемешивающие устройства - блендеры. Либо использовать различного рода дозаторы, которые будут вводить добавки непосредственно в зону дозирования червячного пластикатора.
3. Способы производства полимерных плёнок. оборудование