Эта тенденция обусловлена некоторыми преимуществами ПП. Так, например, по сравнению с ПЭТ, ПП дешевле, легче, устойчивее к воздействию высоких температур при горячей расфасовке и меньше пропускает влагу. Новые осветленные марки ПП обладают прозрачностью и блеском, сопоставимыми с характеристиками ПЭТ.
С другой стороны, для изготовления бутылок из ПП, как правило, необходим более длинный производственный цикл, чем для изготовления бутылок из ПЭТ. Для ПП также характерен менее широкий диапазон температур переработки, чем для ПЭТ. Параметры газонепроницаемости у ПП не так высоки, как у ПЭТ, и ПП также уступает ПЭТ в жесткости. Но производители полипропиленовых смол и вводимых в них добавок делают большие успехи в деле преодоления этих недостатков.
Применение
Хотя сам по себе ПП стоит меньше, чем ПЭТ, это ценовое преимущество может быть значительно снижено необходимостью введения: добавок, дополнительных этапов обработки или дополнительных барьерных слоев для того, чтобы сделать ПП конкурентоспособным по отношению к ПЭТ. Но для целого ряда применений ПП по-прежнему является более экономичным выбором упаковки, чем ПЭТ.
ПП не вытеснил ПЭТ в качестве материала для изготовления бутылок при производстве газированных напитков из-за своей относительной проницаемости для углекислого газа. Но в области упаковки воды, фруктовых соков горячего наполнения, холодного чая и спортивных напитков изготовленные выдувным формованием бутылки из ПП получают все большее распространение. ПП бутылки также становятся все более привычной упаковкой для соусов, заправок, заливок и прочих готовых пищевых продуктов, а также для моющих и чистящих веществ. Наиболее многообещающей сферой расширения использования ПП считаются емкости для пищевых продуктов с широким горлом.
Рис. 1. Бутылки для воды из осветленного ПП (слева) является рентабельной альтернативой бутылкам из ПЭТ (справа).
Сравнение свойств
По оценкам производителей, бутылки из ПП стоят на 10-30% меньше сопоставимых бутылок из ПЭТ. Полипропилен обладает меньшей плотностью, чем полиэтилентерефталат (0,9 г/см3 против 1,35 г/см3), поэтому бутылки из ПП легче, чем бутылки из ПЭТ. В бутылки из ПП можно производить горячую расфасовку при температурах до 100°C, а именно при таких температурах производят фасовку фруктовых соков и сиропов. Обычные бутылки из ПЭТ, напротив, не могут выдерживать температуры фасовки, которые превышают температуру перехода ПЭТ в стеклообразное, которая составляет 76°C. (Тем не менее, некоторое осуществленное в последнее время усовершенствование технологии позволило повысить температуры заполнения емкостей из ПЭТ).
Рис. 2. Бутылки, изготовленные из статистического ПП сополимера, можно использовать для горячей фасовки при температурах до 100° C без какой-либо остаточной деформации. ПП обладает в пять раз большей влагостойкостью, чем ПЭТ, но ПП примерно в 30 раз более проницаем для газов, таких как кислород и углекислый газ. По этой причине, для бутылки из ПП, которая должна не допускать проникновения газов в емкость или их утечки из нее, может потребоваться барьерный слой, который не понадобится бутылке из ПЭТ.
В чистом состоянии ПП менее прозрачен, чем ПЭТ. В результате, в ПП необходимо добавлять осветлители для того, чтобы он мог достигнуть прозрачности ПЭТ. ПП обладает более низкой теплопроводностью, чем ПЭТ, поэтому при обработке для разогрева и охлаждения ПП требуется больше времени. В результате продолжительность производственного цикла для бутылок из ПП может быть на 25% больше, чем для бутылок из ПЭТ. Добавки, называемые инициаторами образования активных центров, могут ускорить кристаллообразование в ПП во время охлаждения, сокращая, таким образом, производственный цикл и иногда также повышая прозрачность.
Бутылки из ПП должны обрабатываться при температурном диапазоне, составляющем всего 3-5°C; при использовании ПЭТ диапазон составляет 10-15C°. При производстве бутылок, формованных с раздувом и вытяжкой, оборудование, необходимое для производственных линий предварительного формования ПП, зачастую дешевле, чем сопоставимое оборудование для производства ПЭТ.
Технология изготовления
Для производства полипропиленовых бутылок для упаковки таких продуктов, как: кетчуп, соусы, моющие вещества, минеральная вода, пищевые продукты и напитки - может быть использован экструзионно-выдувной метод формования.
Рис. 3. Бутылка из ПП, изготовленная экструзионно-выдувным методом формования, снабжена ручкой, которую нельзя изготовить при использовании стандартной технологии производства бутылок – метод ориентированного формования раздувом из ПЭТ.
Производство бутылок, формованных методом ориентированного формования раздувом, обычно используется для изготовления из ПП бутылок для воды, фармацевтической продукции, обезвоженных продуктов питания и специй, бытовых моющих веществ, изотонических и спортивных напитков, детского питания, хозяйственных принадлежностей, жидкого мыла и стиральных порошков.
Осветляющие вещества и зародыши кристаллизации
Осветляющие вещества представляют собой добавки к ПП, которые являются зародышами кристаллизации особого вида. Зародыши кристаллизации это добавки, которые увеличивают скорость кристаллизации полимера по мере остывания. Это ускоряет остывание полимера, сокращая, тем самым, продолжительность производственного цикла; улучшается также модуль упругости полимера. Осветляющие вещества являются зародышами кристаллизации, они заставляют полимер образовывать сферолиты (микроскопические участки кристаллических структур, образуются при остывании), которые меньше длины волны видимой части спектра. Из-за этого полимер рассеивает свет меньше, чем обычно, что обеспечивает в результате высокую степень прозрачности. Некоторые – но не все – промышленные зародыши кристаллизации оказывают также осветляющее воздействие.
Осветляющие вещества это обычно органические соединения, такие как производные сорбита, которые растворимы в термопластических расплавах. Зародыши кристаллизации, которые обычно нерастворимы в расплавленных полимерах, составлены из таких материалов, как тальк, соли карбоновых кислот или эфиров ортофосфорной кислоты.
Существовало несколько поколений осветляющих веществ. Дибензилиден сорбит, предложенный в середине семидесятых, все еще широко используется. Его использование, тем не менее, имеет некоторые ограничения, такие как отсутствие прозрачности при определенных условиях и загрязнение при высоких температурах. Были запущены в производство другие производные сорбита, которые решали эти проблемы, но у них проявились нежелательные органолептические свойства (вкус и запах).
Рис. 4. Осветляющие вещества последнего поколения (Millad 3988) обеспечивают значительно большее снижение мутности, чем предшествующее вещество, дибензилиден сорбит, DBS.
По утверждению разработчиков совсем недавно внедренных в производство осветлителей на основе сорбита, их вещества свободны от органолептических проблем. Одной из таких добавок является Millad 3988 от компании Milliken & Company. Наибольшее снижение мутности в полипропилене для данного осветляющего вещества достигается при диапазоне концентрации 0,24-0,35%. Термогравиметрический анализ показывает, что добавка устойчива к воздействию температурного режима переработки до 370°C, по сравнению с 325°C для добавки из дибензилиден сорбита. По имеющимся данным, продукт, который также является и зародышем кристаллизации, снижает продолжительность формовочного цикла на 5-20%, что может способствовать повышению конкурентоспособности ПП по сравнению с ПЭТ в области экономики процесса.
Рис. 5. Зависимость степени мутности от концентрации осветляющего вещества. Увеличение концентрации осветляющего вещества снижает мутность и вариативность прозрачности ПП до тех пор, пока не будет достигнут оптимальный уровень содержания добавки.
В целом, статистические сополимеры ПП демонстрирует меньшую мутность, чем гомополимеры при тех же концентрациях осветляющего вещества. Но гомополимеры ПП, изготовленные с металлоценовыми катализаторами, обладают той же прозрачностью, что и статистические сополимеры ПП, изготовленные с катализатором Циглера-Натта.
Улучшение барьерных свойств
Другим способом повышения конкурентоспособности ПП по сравнению с ПЭТ при производстве бутылок методом выдувного формования является уменьшение газопроницаемости ПП. Это осуществляется за счет использования формования с раздувом и вытяжкой при производстве бутылок из трехслойной структуры, состоящей из двух слоев ПП снаружи и барьерного слоя из сополимера этилена и винилового спирта (EVOH) внутри. По степени затратности такие бутылки могут конкурировать со стеклом и емкостями из ПЭТ при использовании для упаковки многих пищевых продуктов и напитков.
Рис. 6. Многослойные бутылки для кетчупа, формованные с раздувом, обладают улучшенными барьерными свойствами благодаря внешним слоям из ПП и внутренним слоям из EVOH.
Другим подходом к проблеме совершенствования барьерных свойств ПП является использование специальных покрытий. Одним из таких материалов является аминоэпоксидное покрытие, которое напыляется на внешнюю сторону бутылки, затем осуществляется вулканизация горячим способом. По имеющимся данным, материал, который предлагается на рынке компанией PPG Industries под названием Bairocade, существенно повышает кислородонепроницаемость используемых при изготовлении бутылок пластмасс, ПЭТ, ПП, или других полиолефинов.
Увеличение прочности ПП
Бутылки из полипропилена, как правило, обладают меньшей ударопрочностью при падении по сравнению с бутылками из ПЭТ при температурах холодильных установок и морозильных камер, и даже при комнатной температуре, если бутылка большого размера. Исследования показали, что смешивание осветленного статистического сополимера ПП с содержанием примерно 15% пластомера (этилен/альфа-олефиновый сополимер, изготовленный с металлоценовым катализатором) может существенно улучшить параметры ударопрочности бутылок из ПП при падении. В ходе одного из стандартных испытаний, о котором сообщалось исследователями компании ExxonMobil, бутылка, изготовленная из осветленного статистического сополимера ПП-пластомер, имела значительно лучшие показатели ударопрочности при падении (высота 2,4 м), чем бутылка из чистого статистического полимер ПП (1,4 м).
Хотя представляется маловероятным, что полипропилен полностью заменит ПЭТ при изготовлении бутылок для газированных напитков, имеется множество других областей, где можно применять бутылки, изготавливаемые методом выдувного формования. При этом более низкие затраты и меньшая масса ПП позволяет ему эффективно конкурировать с ПЭТ. К числу таких применений относятся: емкости для пищевых продуктов, напитков, моющих веществ и другие продукты. Многие из изначальных недостатков ПП по сравнению с ПЭТ – меньшая прозрачность, более продолжительные циклы обработки, большая газопроницаемость и меньшая ударопрочность - были преодолены с помощью осветляющих веществ и зародышей кристаллизации, использования барьерных слоев, полученных с использованием металлоценовых катализаторов. Дальнейшее совершенствование свойств ПП позволит ему проникать на новые рынки.
Гордон Грэфф, http://www.omnexus.com
|
