Полиэтилен высокого давления (ПВД): что это и в чём преимущества

Расшифровывается аббревиатура - «полиэтилен высокого давления». Второе название материала - «полиэтилен низкой плотности». Международное обозначение - LDPE. У этого полимера целый комплекс преимуществ, но широкое распространение он получил благодаря эластичности: ПВД растягивается, но при этом не рвётся.

Появился этот материал случайно - два британских инженера из химической компании экспериментировали с высоким давлением. И через шесть лет изготовление полиэтилена с низкой плотностью было запущено в серийное производство. Началась «карьера» ПВД с изоляции коаксиальных кабелей радиолокаторов. Технологии совершенствовались, эффективность производства увеличивалась, но по-прежнему возможности материала зависят от качества и чистоты исходного сырья - этилена.

Компоненты ПНД и ПВД одинаковы. Различия - в технологии производства. Алгоритм изготовления:

• ПВД требует температурный диапазон 200-260 градусов, давление в пределах 150-300 МПа. Для ускорения реакции на большинстве производств используют чистый кислород. После обработки под давлением расплавленный полиэтилен проходит этап удаления побочных продуктов. Затем происходит непосредственно формирование гранул небольшого размера. Основное оборудование - герметичные автоклавы, а сложность технологии означает, что производство ПВД энергозатратно.
• ПНД полимеризуется при температуре 120-150 градусов, давление порядка 0,1-2 МПа. Также используются вещества для ускорения производства и стабилизации процесса. Значительно меньше затрат энергии, чем при изготовлении ПВД, не требуется столь же сложное оборудование, результат - стоимость ниже. Гранулы, как правило, белые или матовые.

ПЭВД и ПЭНД используются в самых разнообразных сферах: 

• от дешёвых пакетов в магазинах до изоляции подводного кабеля;
• от компонентов тяжёлого машиностроения до медицинских перчаток;
• от строительной гидроизоляции до газопровода. 

Наибольшей плотностью 0.93–0.94 г/см³ характеризуется сверхмолекулярный полиэтилен СМПЭ. Во всей линейке он обладает значительно большей устойчивостью к воздействию кислот и щелочей, самой высокой температурой плавления (130–136°C) и резистентностью к морозу, максимальной устойчивостью к разрыву и иным механическим повреждениям. Его проблема (помимо высокой стоимости) - сложная технология переработки. Основная область применения:

• медицина - искусственные суставы;
• защитная амуниция, включая бронежилеты;
• лыжи.

В авиации, машиностроении и энергетике из СМПЭ изготавливают высоконагруженные детали. Сверхмолекулярный полиэтилен совершенно непрозрачный.

Существует ещё один жёсткий, но менее эластичный материал - полипропилен (ПП). Он также абсолютно непрозрачный, наиболее частые варианты использования - автомобильные детали. Применяется и при изготовлении жёстких упаковок. 

Полипропилен это БОПП и КАСТ (CPP), то есть биаксиально ориентированный полипропилен и неориентированный полипропилен. Это прозрачная пленка. Да полипропилен может быть и белый непрозрачный и других цветов, использоваться в качестве труб для воды и т.д , но также из полипропиленовых гранул делают прозрачную пленку.

Свойства и характеристики ПВД

Исходный материал - этилен, полученный из нефти или газа. При обработке его молекулы образуют полимер, приобретая новые свойства. Полимеризация происходит в реакторах, обеспечивающих одновременно нужные параметры и давления, и температуры. 

После формирования гранул можно приступать к заключительному этапу - плавление гранул для получения финишного изделия. Основные характеристики ПВД:

1. Высокая эластичность.
2. Гибкость без ломкости даже при минусовой температуре.
3. Минимальный вес изделий - плотность материала не превышает 0,91-0,93 г/см³.
4. Гладкая текстура поверхности;
5. Прозрачность полученных изделий.
6. Способность выдерживать высокие механические нагрузки.
7. Невосприимчивость к воздействию большинства щелочей и кислот.

Удобство при работе с ПВД - возможность быстрого и надёжного сваривания и склеивания изделий. Дополнительное преимущество - беспроблемность переработки для вторичного использования. Это не только огромный плюс для экологии, но и возможность получить вторичный материал из тех же компонентов, но по более низкой стоимости.

Сходство и различия полимерных материалов

Аналогичными качествами обладает и линейный ПВД. Но при этом характеризуется более высокой механической прочностью. Из него производят различные изделия, включая трубы - но они не предназначены для транспортировки подогретой среды. Как правило, применяются в системах ирригации и для других задач, не требующих термостойкость. 

Преимущества обоих видов ПВД - высокая стойкость не только к химикатам, но и биологическому воздействию. Полимерные материалы экологически безопасны, поэтому в пищепроме применяют различные изделия из ПВД:

• контейнеры;
• мешки, 
• полотно;
• рукава;
• полурукава;
• различные типа плёнки. 

Все виды полимеров не только при высокой температуре, но и в процессе горения не выделяют вредных веществ. А устойчивость к высоким и низким температурам позволяет использовать плёнки для упаковки как горячих, так и замороженных продуктов.

Сравнительная таблица: отличия ПВД от ПНД. 

ЛПЭВД обычно классифицируется как разновидность именно полиэтилена высокого давления, но по большинству характеристик он занимает промежуточное положение между ПВД и ПНД. Способность к растяжению плёнки ЛПВД - пятикратное увеличение первоначального размера. Это относится к упаковке не только продуктов, но и фиксации товаров при транспортировке - такая обмотка обладает незначительным весом, при этом позволяет дополнительно защитить паллетированные грузы.

Недостатки и ограничения

Большинство проблем ПВД нельзя назвать недостатками материала - они не снижают его качество, но ограничивают сферу применения. Основные минусы:

1. Невысокая термостойкость.
2. Небольшая резистентность к маслам и жирам.
3. Под напряжением возможно растрескивание.
4. При действии ультрафиолета происходит «старение» - чтобы его уменьшить, необходимы стабилизаторы.
5. Слабо препятствует проникновению кислорода и запахов..

Барьерность в ламинированных пленках с ПВД - преимущество для многих технологий, в первую очередь: при заморозке. ПВД (за редкими исключениями) идеально подходит для ламинированного 2-х , 3-х слойного материалов, он является внутренним слоем, по нему идет запайка. Упаковывают именно пищевые продукты.

Маркировка и классификация ПВД

Виды ПВД отличаются по ряду характеристик - не только плотности и молекулярной массе самого материала, но и наименованиям присадок: стабилизаторы, красители и компоненты для придания конкретных свойств. Общая классификация - высший сорт, первый и второй. Маркировка, характеристики и правила намотки в рулоны плёнки ПВД регламентированы ГОСТом 10354-82.

Основные параметры, указанные в маркировке, обозначают сферу применения:

• M - плёнка высокой прочности, пригодна для транспортных мешков и аналогичных изделий;
• T - упаковочная и комбинированная плёнка, в том числе для строительства защитных временных укрытий, различных технических целей;
• CT- для парников и теплиц, других аграрных сооружений;
• СИК - аналогичен предыдущему, дополнен адсорбентом ИК-излучения, обеспечивает максимальный парниковый эффект;
• CK - для консервации кормов сельхозживотных;
• CM - для мульчирования;
• В, Bi - для противофильтрационных экранов;
• Н - для упаковки и бытового назначения. 

ГОСТом допускается внесение присадок антистатических, антискользящих и прочих - при производстве плёнок марок M, T, H, CT, CK в количестве до 5%.Также разработаны типы армированной плёнки для транспортировки сложных грузов и надёжной защиты конструкций.

Выбор подходящей толщины полиэтиленовой плёнки ПВД

Учитывается целый комплекс параметров: необходимая прозрачность, возможность растяжения, прочность. Краткий обзор оптимальных вариантов толщины:

• Для хлебобулочных изделий, овощей, фруктов - 15-40 микрон.
• Для жирных и острых продуктов - 15-25 микрон.:
• Для мелкогабаритных непищевых товаров с небольшим весом - 15-30 микрон.
• Для тяжёлых и острых предметов - 30-100 микрон.
• Для теплиц и парников - 80-200 микрон.
• Для посадок в качестве укрывного материала - 200-400 микрон.
• Для строительных материалов, тяжёлых товаров, химических веществ толщина зависит от всего комплекса требований, поэтому диапазон велик - 20-200 микрон.
• Для транспортировки и упаковки товаров на складе - 40-150 микрон. 

Учитываются и условия транспортировки, и характер самих товаров, их вес. Для упаковочной плёнки могут потребоваться и эстетичные качества.

Итоги: почему ПВД так популярен?

Уникальность материала в том,что он сочетает безопасность для тесного контакта с пищевыми продуктами и химическую стойкость к кислотам и щелочам, невосприимчивость к влаге. Высокая эластичность позволяет использовать для упаковки товаров самой различной конфигурации. Повторная переработка - это возможность с минимальными финансовыми затратами получить ПВД практически с теми же характеристиками, что и новый материал.

Тонкие плёнки обеспечивают прозрачность. Независимо от толщины, ПВД легко поддаётся склеиванию и свариванию. Дополнительное преимущество - ударная вязкость. Обеспечена защита содержимого от влаги, пыли, грязи. А для использования в сфере электроники и лабораториях важно отсутствие швов - например, выполняется термосварка с обеих сторон ПВД-рукава, создавая всестороннюю защиту. А для упаковки продуктов рукав плёнки ПВД - материал не только универсальный, но и экономичный.