Из чего делают целлофановые и полиэтиленовые пакеты
Большинство покупателей считают, что все прозрачные пакеты сделаны из одного материала. Но это заблуждение. За внешне похожей упаковкой скрываются совершенно разные полимеры с уникальными свойствами. И понимание этих различий помогает осознанно выбирать упаковку для эффективного решения определенных задач.
Целлофан и полиэтилен – в чем разница
Первое, что нужно понять, – целлофан и полиэтилен разные материалы. Целлофан производится из целлюлозы – натурального растительного сырья. Он получается путем химической обработки древесной массы с последующим формированием тонкой пленки.
Полиэтилен – продукт нефтепереработки. Это синтетический полимер, который изготавливается из этилена под высоким или низким давлением. Производители полиэтиленовых пакетов используют именно этот материал в 98% случаев.
Целлофановые пакеты встречаются редко из-за высокой цены. Они в 5-7 раз дороже полиэтиленовых. При этом целлофан боится влаги, теряет прочность при намокании, что важно при упаковке продуктов. Но он полностью разлагается за 60-90 дней. В быту термин «целлофановый пакет» используется ошибочно. В 99% случаев речь идет о полиэтиленовой упаковке.
Полиэтилен и его виды
Для производства пакетов из полиэтилена зачастую используется 2 типа сырья: ПВД и ПНД. Эти материалы изготавливаются из одного и того же мономера – этилена, но при разных условиях полимеризации.
ПВД – полиэтилен высокого давления
Производство пакетов ПВД требует давления 150-300 МПа и температуры 200-260°C. В таких условиях формируются молекулы с разветвленной структурой. Но боковые ответвления мешают цепям плотно упаковываться.
В результате получается мягкий эластичный материал с плотностью 0,91-0,93 г/см³. ПВД растягивается на 400-500% без разрыва, устойчив к ударным нагрузкам. Из него изготавливаются фасовочные пакеты для овощей, одежды, мусорные мешки для бытовых отходов.
При толщине 15 мкм пакет из ПВД выдерживает до 3 кг, но легко прокалывается острыми предметами. Поэтому для упаковки и переноса тяжелых покупок с жесткими углами этот материал не подходит.
ПНД – полиэтилен низкого давления
Производство пакетов ПНД осуществляется под давлением всего 0,1-2 МПа и при температуре 120-150°C. Из-за этого формируются линейные молекулярные цепи, почти без ответвлений. Они плотно прилегают друг к другу, создают жесткую структуру.
Плотность материала достигает 0,94-0,96 г/см³. ПНД менее эластичен, он растягивается всего на 100-150%. Но этот материал устойчив к проколам, выдерживает большой вес. При той же толщине 15 мкм пакет из ПНД держит до 5 кг.
Шелестящий звук при сжатии – характерный признак ПНД. Именно из этого материала делают пакеты-майки для супермаркетов, упаковку для строительных материалов, крепежа.
ЛПНП – компромиссный вариант
Линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПНП) объединяет преимущества ПВД и ПНД. У его молекул линейная основа с короткими контролируемыми ответвлениями. Производство пакетов из полиэтилена этого типа дает упаковку с балансом прочности и эластичности.
ЛПНП не рвется при падении тяжелых предметов, устойчив к проколам острыми углами, сохраняет гибкость при температуре до -50°C. Стоимость такого материала на 20-30% выше обычного ПВД, но в случае с промышленной упаковкой это оправданные затраты.
Технология производства полиэтиленовых пакетов
Пакеты изготавливаются из гранул полиэтилена. Это небольшие шарики размером 2-4 мм. Они загружаются в экструдер, где плавятся при температуре 180-220°C. Расплавленный полимер продавливается через кольцевую головку, формирует рукав.
В производстве пакетов ПВД использует метод раздува. Внутрь рукава подается сжатый воздух под давлением 0,5-1,5 атм. Пленка раздувается до нужного диаметра – от 200 до 1500 мм. Одновременно рукав охлаждается воздушным кольцом.
Скорость экструзии достигает 100 м/мин. От нее зависит ориентация молекул в пленке. Быстрое вытягивание выстраивает цепи вдоль направления движения. В результате материал становится прочнее по длине, но снижается устойчивость к поперечным нагрузкам.
После охлаждения рукав сматывается в рулон или сразу разрезается. Донные швы свариваются при температуре 180-200°C в течение 0,3-0,5 секунды. Их ширина должна быть минимум 5-8 мм. Это позволяет выдерживать нагрузку.
Добавки и модификаторы в составе
Чистый полиэтилен редко используется для изготовления упаковки. Производители полиэтиленовых пакетов добавляют компоненты, которые улучшают эксплуатационные свойства.
Антиблокирующие агенты предотвращают слипание слоев пленки в рулоне. Без них пакеты превращаются в монолитный блок, который невозможно разделить без повреждений. Обычно используют тальк или диоксид кремния в концентрации 0,2-0,5%.
Скользящие добавки облегчают разматывание рулонов и раскрытие пакетов. Эрукамид или олеамид мигрируют на поверхность пленки, создают тонкий слой с низким коэффициентом трения. Их содержание – 0,1-0,3% от массы.
Стабилизаторы защищают полимер от разрушения под действием ультрафиолета и кислорода. Полиэтилен без стабилизаторов желтеет и становится хрупким через 2-3 месяца хранения под солнечными лучами. Добавки продлевают срок службы до 12-18 месяцев.
Красители придают пакетам нужный цвет. Для мусорных мешков используют сажу (черный цвет), пакеты для медицинских отходов окрашиваются желтыми, красными и пигментами других цветов. Концентрация красителя составляет 1-3%.
Первичное и вторичное сырье
Для производства пакетов ПНД используется первичное сырье и регранулят – переработанный пластик. Из первичного полиэтилена изготавливается прозрачная пленка с предсказуемыми свойствами. Вторичное сырье дешевле на 30-40%, но качество упаковки снижается.
При каждом цикле переработки молекулярные цепи укорачиваются. После 3-4 циклов материал теряет до 60% прочности. Визуально это проявляется сероватым оттенком, мутностью, посторонними включениями.
Допускается содержание до 30% вторичного сырья в фасовочных пакетах. В мусорных мешках его доля может достигать 80%, но, если они не контактируют с пищевыми продуктами. В производстве пакетов ПВД для упаковки продуктов питания должен использоваться первичный полиэтилен.
Качественный регранулят проходит многоступенчатую очистку, сортируется по типам полимеров, из него удаляются примеси. Но даже при соблюдении технологии переработки он уступает первичному материалу по прочности и долговечности.
Многослойные пленки – технология будущего
В производстве пакетов из полиэтилена все чаще используется технология коэкструзии. С ее помощью формируется пленка из нескольких слоев разных полимеров. Каждый слой выполняет определенную функцию.
Наружные слои формируются из ПНД. Они обеспечивают жесткость, повышают устойчивость к истиранию. Внутренние слои изготавливаются из ПВД. Они дают эластичность, обеспечивают способность растягиваться без разрыва. Средний слой может содержать барьерные материалы – этиленвинилацетат (EVA) или полиамид.
Такая структура позволяет изготавливать пакеты толщиной 20 мкм с прочностью, которую не обеспечит однослойная пленка 30 мкм. Экономия материала достигает 30%, а грузоподъемность возрастает на 40%.
Производители полиэтиленовых пакетов премиум-сегмента используют 5-7 слоев. Это позволяет упаковывать острые предметы, жидкости, замороженные продукты. Такие многослойные пленки обеспечивают герметичность.
Биоразлагаемые добавки
Ужесточение экологических требований заставляет производителей пересматривать состав упаковки. Оксо-биоразлагаемые добавки (d2w, EPI) ускоряют распад полиэтилена под действием света и кислорода. Пакет с такими добавками разлагается через 18-24 месяца вместо 200 лет.
Но есть нюанс. Материал распадается на микрочастицы, которые остаются в почве и воде. Это не полное исчезновение, а фрагментация. При этом производство пакетов ПВД с d2w-добавками стоит на 25-35% дороже обычного.
Альтернатива – пакеты из PLA-пластика на основе кукурузного крахмала. Они полностью разлагаются, но только в условиях промышленного компостирования при температуре 55-60°C. В обычных условиях такая упаковка сохраняется столько же, сколько и обычный полиэтилен.
Контроль качества в производстве полиэтиленовых пакетов
Производители полиэтиленовых пакетов проверяют каждую партию на соответствие стандартам. Толщина пленки измеряется микрометром в 10-15 точках. Допустимое отклонение не превышает 7% от заявленных параметров.
Прочность на разрыв тестируется на специальной машине. Пакет растягивают с постоянной скоростью 250 мм/мин до момента разрыва. При этом фиксируется усилие. Оно измеряется в ньютонах. Для пакета 30×40 см минимальное значение – 150 Н.
Также проверяется герметичность швов. Для этого пакет наполняют водой на 70% объема, подвешивают на 24 часа. Появление протечек недопустимо. Также проверяется устойчивость к проколам. Специальная игла давит на пленку под углом 45° с усилием 5 Н.
Выбор между ПВД и ПНД зависит от задачи, которую нужно решить. Для легких товаров без острых углов подходит эластичный ПВД. Для тяжелых покупок, строительных материалов нужен прочный ПНД. Понимание особенностей производства, специфики состава пакетов позволяет не переплачивать за избыточную прочность, предотвращает нецелесообразную экономию.