Всё о барьерном слое EVOH
Барьерный слой EVOH используют для защиты лотков под запайку от воздействия окружающей среды. Наличие в лотке под запайку барьерного слоя EVOH – актуальный вопрос для производителей скоропортящихся продуктов.
С точки зрения химии, EVOH представляет собой сополимер полиэтилена и винилового спирта.
Разберемся, что подразумевается под защитой продукции от окружающей среды. Барьерный слой защищает содержимое лотка от проникновения кислорода. Даже самые лучшие полимерные упаковки имеют на порядок выше газопроницаемость в отличие от молекулы EVOH. По проницаемости слой EVOH можно сравнить с алюминием. В свою очередь, именно кислород влияет на длительность хранения продуктов. Чтобы не быть голословными, сравним с другими полимерами.
|
Материал |
Кислород при 20 C и влажности 65% |
|
|
0,4 |
|
Пластик (PET) |
80 |
|
Поливинилхлорид (PVC) |
150 |
|
Полипропилен (PP) |
3000 |
|
Полиэтилен низкого давления (LDРE) |
10000 |
|
Полиэтилен высокого давления (HDPE) |
18 000 |
В представленной таблице видно, что даже в сравнении с такими полимерами как ПЭТ и полиамид слой EVOH далеко ушел вперед, и способен защитить скоропортящийся продукт от взаимодействия с кислородом, а, следовательно, продлить срок годности. Потому что без кислорода рост бактерий замедляется.
Как и любой материал, полимер EVOH имеет недостаток. Он практически не пропускает воздух, но хорошо пропускает водяной пар. Взаимодействуя с паром, молекула EVOH теряет свою «барьерность». Поэтому слой EVOH не может быть верхним слоем покрытия как внутри лотка под запайку, так и снаружи. Как правило, он находится между слоями основного полимера, из которого изготовлен лоток.
Многослойный лотки под запайку PP/EVOH/PP – лотки, где слой EVOH находится между слоями полимера – полипропилена. Такие лотки идеально подходят для упаковки готовых вторых блюд, поскольку они выдерживают заморозку, при этом их можно разогревать в СВЧ-печах.
Лотки под запайку PS/EVOH/PE – лотки, где слой EVOH находится между полистиролом и полиэтиленом. Слой полиэтилена находится внутри лотка, именно он контактирует с продуктом. Полиэтилен устойчив к жирам и маслам. В такие лотки упаковывают мясные и рыбные продукты.
Несмотря на высокие барьерные свойства EVOH, использовать барьерный слой следует только при критическом значении «барьерности» тары или для увеличения срока хранения продукции. Каждый продукт имеет разную степень чувствительности к кислороду. Чтобы определить необходим ли барьерный слой EVOH, нужно знать степень газопроницаемости упаковочного материала (в таблице выше) и допустимый объемом кислорода для определенного продукта.
Также отметим, что сополимер EVOH утилизируется легко и при сгорании выделяет только углекислый газ и воду, что важно для защиты окружающей среды.
u2b.ru
Кислородный барьер EVOH в трубах отопления – необходимость или маркетинг ?
Чем вреден кислород для системы отопления ?
Для того чтобы обосновать необходимость кислородного барьера, давайте сперва разберемся, какой вред системе отопления может принести растворенный в теплоносителе кислород.
Все мы помним еще со школьной скамьи, что такое процесс окисления. Такой процесс невозможен без наличия кислорода. В системах отопления процесс окисления приводит к процессу образования ржавчины. При наличии кислорода в воде через определенное время любая масса железа в конечном итоге преобразуется полностью в ржавчину и разрушается. При этом первый образовавшийся слой ржавчины не создает защитную пленку для основного слоя железа, в отличие от образования патины на медной поверхности. В реально существующих системах отопления, где содержание кислорода в теплоносителе в 100 раз превышает норматив, стальные панельные радиаторы за несколько отопительных сезонов превращаются в решето и подлежат замене.
Кроме разрушения радиаторов, кислород, растворенный в отопительной жидкости, позволяет размножаться бактериям, которые способны организовывать колонии, расти и полностью перекрывать проток теплоносителя. Особенно заметен и губителен данный процесс в трубе теплого пола, где температура теплоносителя не поднимается выше 50 градусов и тем самым является идеальной средой для роста колонии бактерий. Многолетние исследования японской лаборатории показали, что в трубе теплого пола стандартного размера 16*2 мм, при наличии растворенного в теплоносителе кислорода, за 20 лет колония размножающихся бактерий полностью перекрывает проток теплоносителя.
Требования законодательства.
Основными законами в области строительства являются СНиП. Так, СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», пункт 6.4.1 говорит следующее: «Полимерные трубы, применяемые в системах отопления совместно с металлическими трубами (в том числе в наружных системах теплоснабжения) или с приборами и оборудованием, имеющим ограничения по содержанию растворенного кислорода в теплоносителе, должны иметь кислородопроницаемость не более 0,1 г/(м3∙сут)». Соблюдение этого условия обеспечивает применение пластиковых труб с антидиффузионным слоем – металлическим или полимерным (EVOH).
Каким образом кислород попадает в закрытую систему отопления при наличии автоматических развоздушивателей? Такой процесс называется диффузией газов — процесс, при котором кислород из окружающей среды может проникнуть сквозь материал за счет разности парциальных давлений кислорода с обеих сторон материала. Парциальное давление кислорода в воздухе при нормальных условиях составляет 0,147 бара. Парциальное давление в абсолютно деаэрированной воде составляет 0 бар (независимо от давления теплоносителя) и растет по мере насыщения кислородом воды.
Для более простого примера можно представить такую ситуацию: представим трубу отопления как плетеную корзину. Наполним ее до краев ягодами (теплоносителем) и затем погрузим корзину в воду (кислород). Как бы ягоды (теплоноситель) не давили на стенки корзины (трубы), вода (кислород) все равно туда будет поступать, пока давление воды (кислорода) снаружи и внутри не выравняются.
В цифрах. Коэффициент кислородопроницаемости 100 метров трубы из Полиэтилена (PEх) – 650 г/(м3∙сут). За год эксплуатации через стенки трубы в теплоноситель попадет 3,416 кг молекулярного кислорода. При этом произойдет окисления 11,956 кг двухвалентного железа 2FeO c последующим доокислением 7,97 кг до трехвалентного железа 2Fe2O3. Таким образом, почти 12 кг железа перейдет в ржавый налет на внутренней поверхности стальных элементов системы и почти 4 кг ржавчины попадут в теплоноситель. Соответственно, вес радиаторов уменьшится на указанное количество железа, т.е. придут в негодность.
Защита от кислорода — слой EVOH.
Антидиффузионный слой EVOH представляет собой сополимер полиэтилена и винилового спирта, который наносится на пластиковую трубу на этапе производства. Слой EVOH идеально подходит по всем своим параметрам к полипропилену и имеет аналогичную температуру плавления, значение температурного расширения, нейтрален и не выделяет вредных веществ при нагревании. Физические и химические свойства слоя EVOH позволяют снизить кислородопроницаемость стенок трубы в тысячи раз, в сравнении с обычным полиэтиленом. Кислородопраницаемость EVOH аналогична по значениям с алюминием.
Трехслойная или пятислойная труба. Что выбрать ?
Мы с Вами уже разобрались, что применять труба с простым обозначением Pex или PERT, т.е. без кислородного барьера в системах отопления запрещено. Если в обозначении трубы указано PEx / EVOH или PERT / EVOH- это трехслойная труба, где первый слой — это полиэтилен, второй слой — это клей, который закрепляет кислородный барьер на полиэтилене и, наконец, третий слой — это и есть слой EVOH (кислородный барьер). В данном случае тонкая пленка кислородного барьера расположена на поверхности и не защищена от повреждений. При транспортировках, монтаже незащищенный слой всегда повреждается и защита трубы от попадания кислорода существенно ухудшается. Но самый большой вред незащищенному кислородному барьеру наносит стяжка теплого пола. При постоянных температурных удлиннениях, во время работы труба трется об цементно-песчаную стяжку, которая является абразивом. В течение короткого времени кислородный барьер полностью исчезает и труба остается без защиты.
Что же делать? Для полноценной защиты труб существует технология пятислойного производства труб, при которой кислородный барьер покрывается еще одним слоем полиэтилена и надежно защищен от любого механического воздействия, не истирается и не изнашивается. В этом случае на трубу наносится обозначение Pex/EVOH/Pex или PERT/EVOH/PERT и трубу называют пятислойной. Такая труба будет стоить немного дороже, чем трехслойная труба, но, как Вы уже поняли, только она позволит практически исключить вредные последствия попадания кислорода в систему отопления.
При выборе труб для систем отопления и сравнении цен убедитесь, что Вам предлагают пятислойные трубы с защищенным кислородным барьером.
Азбука Тепла
azbukatepla.by
ООО «Мегафлекс»: производство гибкой упаковки Email: [email protected] / [email protected] ТЕЛ: +7 (495) 502-56-43 . КаталогКонтактыСтатьиПроизводство гибкой упаковкиУпаковка для купюрУпаковка для жидкостейЛотки высокобарьерные под запайкуУпаковка для стерильных материаловУпаковка для овощейУпаковка с полноцветной печатьюУпаковка для мороженногоУпаковка для ароматических веществЧёрно-белые («молочные») плёнкиУпаковка для замороженных фруктовКосметическая продукцияУпаковка для чаяУпаковка для газовой средыВещества, чувствительные к влаге или светуЕврослот упаковка Упаковка для замороженных ягодУпаковка для грунтаПечать на спанбонде, резка нетканых материаловРотогровюрка или флексопечатьНазначение упаковки по видамУпаковка сыпучих веществ
Пленки со слоем EVOH
Полимер, в основе которого лежит этиленвиниловый спирт, сополимерэтилен и виниловый спирт был создан в семидесятые годы 20 века японскими химиками. Разработками нового материала занимались известные компании Nippon Gohsei и Kuraray. В 1983 году компания Kuraray открыло предприятие в Соединенных Штатах, и начало изготавливать продукцию под маркой EVAL. Вначале только на территории Северной Америки, а с 1999 года и в европейских странах.
Второй разработчик полимера, компания Nippon Gohsei массовое производство EVOH под торговой маркой SOARNOL начала в 1984 году в Японии. И только с 1999 года производство было запущено на территории США. В Европу продукт вообще попал в 2001году, и первой страной, где он начал производиться, стала Великобритания.
Для рынка нашей страны барьерные пластики EVOH новинкой не являются. Тем не менее, внедряются они не с той скоростью, какой хотелось бы. Чем же отличается этот инновационный материал от других пластиков и в чем его преимущество? Почему распространение его сталкивается с определенными трудностями?
Материал EVOH является специальной прозрачной смолой, которая в материале выполняет цементирование различных пор, через которые может проникать газ. Всем известна теория о том, что существуют низкий, средний и высокий барьер у упаковки. Эта теория придумана производителями. Не существует нескольких степеней «барьеров». Он или есть в принципе, или его вовсе нет.
Следует сказать, ради справедливости, что существует несколько видов небарьерных пищевых пластиков, которые в силу своей толщины могут дать эффект барьера, и на несколько суток увеличивают хранение продуктов. Но закономерность в поведении небарьерной тары отсутствует. Чтобы понять, на сколько дней позволит увеличить сроки хранения такое половинчатое решение, необходимо проведение баканализов.
Высокобарьерные пленки, созданные на основе PA/EVOН/PA/PE/РЕ, в которой высокобарьерный дополнительный слой EVOH имеет толщину не больше 5 мкм, прекрасно защитит ваш продукт при фасовке в модифицированной газовой среде. При этом проницаемость к кислороду будет составлять не более 2 куб. см на квадратный метр поверхности. Такой материал является идеальным для изготовления пакетов для вакуумной упаковки.
Почему следует использовать именно EVOH?
Да потому что использование этого полимера превращает упаковку в барьер для запаха и кислорода. Барьерный материал ограничивает проницаемость не только газов, но и водяных паров. Если сравнить EVOH с полимером РА, которые еще вчера считался эталоном высокобарьерного полимера, то показатели проницаемости EVOH будут лучше примерно в 100 раз. Поэтому использование в многослойной пленке всего одного слоя EVOH с минимальной толщиной 1 мкм существенно увеличит сроки хранения продуктов и существенно повысят их качество. Уровень барьерности зависит от того, какое количество в этилене будет винилового спирта.
Для чего в многослойные структуры следует добавлять EVOH?
Благодаря тому, что сейчас, как правило, при изготовлении многослойной пленки используется cast-технология (техника соэкструзии слоев), стало возможным соединение материалов, имеющих совершенно противоположные свойства. Именно таким образом стало возможным изготавливать упаковку, у которой есть барьерность и для кислорода, и для воды и для запахов. Одновременно у такой упаковки высокая податливость на нанесение печати и ламинирование, положительные механические свойства.
xn—-7sbihd4afd6c0a.xn--p1ai
EVOH: зачем он нужен – valtec_expert
В пункте 6.4.1 СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» указывается: «Полимерные трубы, применяемые в системах отопления совместно с металлическими трубами (в том числе в наружных системах теплоснабжения) или с приборами и оборудованием, имеющим ограничения по содержанию растворенного кислорода в теплоносителе, должны иметь кислородопроницаемость не более 0,1 г/(м3∙сут)». Соблюдение этого условия обеспечивает применение пластиковых труб с антидиффузионным слоем – металлическим или полимерным (EVOH). А что будет, если использовать однослойные трубы?Инженеры VALTEC количественно оценили, какой вред способно принести использование в системе отопления пластиковой трубы без антидиффузионного слоя. Для расчета была взята система с трубами из сшитого полиэтилена без кислородного барьера размером 16 х 2 мм. Протяженность трубопровода – 100 м. Коэффициент кислородопроницаемости такой PEX-трубы – 650 г/(м3∙сут). За год эксплуатации такой системы через стенки трубы в воду попадёт 3,416 кг молекулярного кислорода. Этого его количества достаточно для окисления 11,956 кг двухвалентного железа (2FeO) c последующим доокислением до трехвалентного железа (2Fe2O3) 7,97 кг. (Цифры получены на основе стехиометрического расчёта уравнений реакций окисления).
Таким образом, почти 12 кг железа перейдет в ржавый налет на внутренней поверхности стальных элементов системы и почти 4 кг (11,956 – 7,970 = 3,986 кг) продуктов окисления попадут в теплоноситель!
Даже с учетом того, что не весь попавший в трубу кислород вступит в реакцию с железом (часть окислителя будет взаимодействовать с примесями в теплоносителе, часть может достигнуть станции деаэрации быть удалена из теплоносителя), опасность присутствия кислорода в системе весьма значительна и отнюдь не преувеличена.
Так что наличие антидиффузионного слоя у труб PEX-EVOH – совсем не маркетинговая уловка.
На фото: стенка трубы VALTEC PEX-EVOH под микроскопом.
valtec-expert.livejournal.com
Соэкструзионные пленки с содержанием EVOH
Пленки с содержанием EVOH
Пленки для пищевой промышленности производятся в основном двумя способами: соэкструзия и ламинация (или оба вместе), так как пленки должны иметь свойства, несвойственные монопленкам.
Методом соэкструзии производятся барьерные и высокобарьерные пленки (не считая композиций ПЭ/ПП, которые тоже нужны например для стерильной упаковки). К барьерным соэкструзионным пленкам относятся ПА/ПЭ композиции. для производства такой пленки требуется трехслойный экструдер. Чтобы получить высокобарьерные по кислороду пленки необходим слой EVOH – сополимера этилена и винилового спирта. Для ее производства необходим уже по крайней мере пятислойный экструдер, так как EVOH должен находиться между слоями, стойкими к атмосферной влаге. Минимаьно необходимая композиция полимеров – PE/EVOH/PE. Появились экструдеры, производящие соэкструзию полипропилена с EVOH. Если нужна достаточно твердая пленка для формования на линиях типа мультивак, можно предложить девятислойную симметричную композицию: PE/PA/EVOH/PA/PE. Но пленка необязательно должна быть симметричной, можно предусмотреть последующую ламинацию, как ,например в случае, когда нужна межслойная печать. Барьерные и высокобарьерные пленки применяются для групповой упаковки на линиях типа Мультивак, для упаковки рыбных и мясных деликатесов, шампуней и гелей, майонезов и кетчупов, кормов и туалетов для домашних животных, агрессивных сред и многого другого.
Многослойные композиции с EVOH чаще всего используются для упаковки скоропортящихся продуктов в модифицированной газовой среде (МГС), состоящей из смеси углекислого газа и азота не только на станках Мульвак, но и на специально оборудованных линиях Флоу-пак. В данном случае нам важна как можно более высокая барьерность упаковочного оборудования по кислороду. В среде, где нет кислорода бактерии не могут жить, а следовательно, не могут испортить наш продукт. Слой EVOH на сегодня самый газонепроницаемый, но все же, не обеспечивает абсолютной защищенности от натекания кислорода. Все же более высокой барьерностью по кислороду обладают пленки с содержанием аллюминиевой фольги.
xn—-7sbihd4afd6c0a.xn--p1ai
Барьерные вакуумные пакеты для еды с EVOH
На рынке все большую популярность завоевывают вакуумные пакеты для еды, изготовленные из многослойной пленки типа ЕVOH. В них можно длительно хранить (сроком до 2 месяцев) и транспортировать на большие расстояния без опасности ухудшения качества от 2 до 5 кг пищевых продуктов. Благоприятные условия в такой таре создаются за счет возможности наполнения «полых стенок» специальным модифицированным газом, что является надежным барьером для проникновения внутрь высоких температур.
Стоимость
Внимание! Указать точные цены на сайте, невозможно. Т.к. итоговая стоимость зависит от различных факторов (количества используемых цветов, тиража и т.д.). Поэтому срок изготовления и цены на заказную продукцию уточняйте у менеджера по телефону: +7 (929) 627-31-07, +7 (929) 631-80-05
. Или оставьте заявку на эл. почту [email protected], и получите индивидуальное коммерческое предложение в течение 2-8 часов с момента заказа.
Доставка
Благодаря более чем 10-летнему взаимовыгодному и надежному сотрудничеству с компанией по транспортировке грузов «Деловые линии» мы гарантируем нашим покупателям оперативную, качественную и недорогую доставку в любой регион России. Еще одним приятным сюрпризом для наших клиентов станет бонус от «Евро-Упак» – бесплатная доставка вашего товара с наших складов до терминалов перевозчика. Таким образом, доставка для вас стала еще выгоднее!
Различают следующие способы упаковывания в газовой среде:
Инертные газы с составом N2, СО2, Аr используются в следующих случаях:
- с целью создания среды, в которой состав регулируется специальным оборудованием;
- для наполнения такой инновационной тары, как вакуумные пакеты для еды модифицированной газовой средой. В соответствии с существующей технологией сначала идет закачка воздуха, который затем заменяется на другой газ. Это позволяет значительно повысить эффективность хранения продуктов и уменьшить затраты на организацию складского хозяйства.
Рекомендуемые условия хранения пищевых продуктов и состав МГС:
| Продукты питания | Температура, С | Состав газовой смеси, % | Сохранность продукта | ||
| О2 | CO2 | N2 | |||
| “Дышащие”: | |||||
| яблоки | 0-5 | 2-3 | 1-2 | равновесное | а-в |
| клубника | 0-5 | 10 | 15-20 | -..- | а |
| лук зеленый | 0-5 | 2-5 | 0-2 | -..- | в |
| грибы | 0-5 | 10-15 | -..- | в | |
| помидоры | 8-12 | 3-5 | 0 | -..- | в |
| “Не дышащие”: | |||||
| мясо в ломтиках | 0-2 | 0 | 80 | 20 | а |
| мясо красное | 0-2 | 30 | 30 | 40 | а |
| цыплята | 0-2 | 0 | 30 | 70 | в |
| белая рыба | 0-2 | 30 | 40 | 30 | o-d |
| жирная рыба | 0-2 | 0 | 60 | 40 | в |
| охлажденные блюда | 0-2 | 0 | 20 | 80 | в |
| сыр | 0-2 | 0 | 0 | 100 | а |
| выпечка | 20-22 | 0 | 100 | 0 | а |
| пасты | 0-5 | 0 | 60 | 40 | а |
Обозначения: а – имеется опыт использования, в – отлично; с – хорошо. d – удовлетворительно.
Адрес производства: Московская область,
г. Дмитров, ул. Бирлово поле, стр. 17
Адрес офиса в Москве: г. Москва, ул. Усиевича, д. 24, оф. 201
www.euro-upak.ru
БАРЬЕРНЫЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ. Краткий обзор научно-технической информации
Повышенные требования к полимерным материалам по показателям газо- и водопроницаемости сформировались с развитием промышленности полимерной упаковки.
Барьерными свойствами обладают в той или иной мере все полимерные материалы, однако для достижения одной и той же «барьерности» по отношению к воде, газам и другим веществам необходимо иметь разные толщины пленок. При выборе того или иного материала потребители руководствуются соображениями цены и качества.
Сегодня в качестве барьера против кислорода используются пленки SOARNOL-EVOH – сополимер винилового спирта и этилена, производимый компаниями Nippon Gohsei, Япония, EVAL-EVOH Kuraray Europe и EVASIN-EVOH Chang Chun Petrochemical, Тайвань.
Барьерные свойства EVOH обусловлены содержанием мономеров винилового спирта, а легкость переработки придают мономеры этилена. При горении материала выделяются только CO2 и вода, что немаловажно для защиты окружающей среды при утилизации пластиковой упаковки.
Производство многослойной пластиковой упаковки использует полезные свойства самых разных материалов. Фактически, располагая набором полимеров с разными свойствами, можно как в конструкторе создать любую многослойную структуру в зависимости от потребностей рынка и задачи производителя продукции.
Например, простая полиэтиленовая пленка препятствует высыханию продукции (барьер по воде) и защищает от физического контакта (бактерии), но стоит добавить слой полиамида, и получается высокопрочная пленка со средними барьерными свойствами. Далее вводят в сходную структуру слой барьерного материала SOARNOL-EVOH (барьер по кислороду) и получают прозрачную пленку с барьерными свойствами на уровне алюминия. Требуется защитить продукт от воздействия света – вводят в любой из слоев ультрафиолетовый фильтр и т.д.
Следующий пример – конструкция современной бутылки для кетчупа, которую изготавливают методом экструзии с раздувом. Основным материалом, формирующим наружную и внутреннюю поверхность изделия, выбран полипропилен, для внутреннего слоя выбран барьерный слой SOARNOL-EVOH, скрепленный со слоями полипропилена специальным клеевым полимером (адгезивом). Бутылка содержит пять слоев различных полимеров и гарантирует сохранность продукта без консервантов сроком до 18 месяцев. По срокам хранения такая упаковка не уступает стеклянной бутылке, близка к ней по прозрачности, при этом весит в 10 раз меньше.
В литературе приводятся различные данные по барьерным свойствам разных полимеров, разных типов изделий. Авторы используют различные методики, оборудование и условия эксперимента. Свести все данные в единую таблицу для сравнения не удается. Поэтому в табл. 1 приведем сравнительные данные по влиянию температуры и влажности среды на уровень барьерных свойств (по О2 и воде) для 25 мкм пленок из различных полимерных материалов, приведенные на сайте www.specialchem.com [1].
Таблица 1. Барьерные свойства пленок толщиной 25 мкм
Отмечается, что несомненным лидером по барьерным свойствам против кислорода является сополимер этилена с виниловым спиртом (полимеры, известные под торговыми марками Soarnol, Eval, Evasin). Однако EVOH имеет достаточно высокую паропроницаемость. Соотношением этиленовых фрагментов и винилового спирта можно регулировать килородо- и водопроницаемость сополимера. При увеличении содержания ПЭ снижается его водопроницаемость, при увеличении содержания винилового спирта – кислодопроницаемость. По данным фирм-производителей, увеличение влажности (от 0 до 100 %) приводит к снижению «барьерности» по кислороду всех известных сополимеров этилена с виниловым спиртом (рис. 1).
Рис. 1. Зависимость кислородопроницаемости от влажности для сополимеров с разным содержанием EVOH
Повышение температуры не так существенно влияет на потерю барьерных свойств по О2 , как эффект сочетания температуры и влажности (рис. 2).
Рис. 2. Влияние температуры и влажности на кислородопроницаемость EVOH
Во влажной атмосфере пленки EVOH практически полностью теряют свои барьерные свойства.
При решении задачи снижения кислородопроницаемости полимерных труб следует ориентироваться на опыт промышленности полимерной упаковки. Очевидно, что решением по защите полимерных труб от кислорода может быть только многослойная конструкция, состоящая из чередующихся полимерных слоев, схематично представленная на рис. 3: внутренний слой из РЕХ, далее адгезив – EVOH – адгезив – наружный ПЭВП или ПП слой.
Рис. 3. Многослойная полимерная труба
Зачем нужен кислородный барьер для труб?
Кислород обладает коррозионным действием на системы отопления. Опыт показывает, что кислород проникает через стенки полимерных труб, вызывая коррозию отопительного оборудования.
По данным компании Solvey, слой EVOH существенно снижает проницаемость данного типа изделия. Однако в литературе отсутствуют кинетические данные о кислородопроницаемости конструкции (многослойной трубы) в зависимости от температуры и влажности, хотя эти данные, по нашему мнению, являются ключевыми для понимания, насколько долговечна такая конструкция именно в отношении «опасности проникновения кислорода».
Анализ патентной документации показал, что подходы к созданию барьерных композиций развиваются в направлении снижения проницаемости одного или нескольких слоев сэндвич-конструкции.
Рассматриваются различные подходы к созданию такого рода материалов:
– достаточно модное в настоящее время направление нанокомпозитов и
– пожалуй, несколько «потускневшее» на фоне вышеобозначенного – смеси полимеров.
Общий подход к созданию высокофункциональных барьеров состоит в использовании материалов с низкой способностью к диффузионному переносу и/или низкой растворимостью в проникающем веществе. Однако по экономическим и технологическим соображениям эти материалы часто сочетают с другими полимерами, которые имеют более низкую стоимость и другие привлекательные свойства. Соединение этих полимеров может быть достигнуто различными путями. Как было показано выше, можно использовать тонкие покрытия из барьерного полимера путем многослойной соэкструзии. Обсуждаются варианты поверхностных покрытий с непроницаемыми неорганическими материалами, такими как алюминий или стекло (SiO2).
Считают, что нанокомпозиты в этом направлении используются как в составе смесей с полимерами (ПА, ПЭ, ПП), так и в виде нанесения покрытий на пленки. Использование, например, всего 1–2 мкм покрытия из нанокомпозита NanolokTM, разработанного компанией Nanocor, позволяет полностью заменить 12 мкм слой EVOH в многослойной структуре при сохранении аналогичных параметров газопроницаемости, но с лучшей водостойкостью. Использование нанокомпозитов в барьерных упаковках – это одно из перспективных коммерческих направлений развития традиционных материалов с гигантским потенциалом, которое обеспечивает повышение сроков хранения продуктов за счет снижения газопроницаемости (кислорода, углекислого газа, азота и т.д.), повышения или понижения паропроницаемости.
При использовании полиолефинов с нанокомпозитами их свойства приближаются к барьерным полимерам. В перспективе возможна замена высокоплотных и дорогих традиционных барьерных материалов на легкие и сравнительно дешевые нанокомпозиты полиолефинов.
В табл. 2 приводятся некоторые данные по производителям нанодобавок для получения нанокомпозитов, собранные Тамперским университетом.
Таблица 2.
На рис. 4 приведены сводные данные по барьерным свойствам по кислороду и воде для полимеров, применяемых в упаковке.
Рис. 4. Барьерные свойства по кислороду и воде для полимеров, применяемых в упаковке
Данные, представленные на рис. 4, показывают, что самыми высокими барьерными свойствами по кислороду и воде характеризуются жидкокристаллические полимеры (ЖКП) и нанокомпозиты [2].
В статье [3] приведены результаты исследования влияния концентрации модифицированной наноглины (органомодифицированный монтмориллонит – ОММТ) на свойства ПП. В качестве совместителя использовали малеинизированный ПП. Показано, что при увеличении концентрации ОММТ до 7 мас. % в ПП модуль упругости увеличивается от 650 МПа до 1100 МПа, предел прочности – от 28 до 36 МПа, но при этом материал теряет эластичность (относительное удлинение при разрыве уменьшается с 220 до 35%). Снижение газопроницаемости заметно, но не так существенно, как в смесях с ЖКП: по О2 – от 3600 до 2000 (см3/м2•сут.), CO2 – oт 14000 до 7000 (см3/м2•сут.), по воде – от 0,3 до 0,18 (г•см/м2•сут.), соответственно, для чистого и модифицированного ОММТ ПП,
Регулирование проницаемости с помощью смешения полимера с полимером предлагает альтернативный и достаточно простой и экономичный подход. Рассмотрим подход, описанный в [4]. В табл. 3 приведены характеристики полимеров по проницаемости.
Таблица 3. Проницаемость полимеров
Свойства проницаемости и чувствительности полимеров к действию растворителей зависят от их кристалличности и полярности, характеризуемых параметром растворимости. Барьерные свойства и стойкость к растворителям полимеров, представленных в табл. 3, могут быть улучшены посредством их смешения с полимером, имеющим улучшенные барьерные свойства и обеспечивающие существенно сниженную растворимость и коэффициенты диффузии против ряда жидкостей. Решение состоит в добавлении небольших количеств полимера с высокими барьерными свойствами (как правило, более дорогого) в выбранный полимер матрицы (как правило, дешевый). Первым шагом в изучении барьерных свойств полимерной смеси является определение того, как оптимизировать количество барьерного полимера, чтобы свести к минимуму проницаемость без существенного влияния на привлекательные свойства матричного полимера. Понимание и контроль фазовой морфологии таких смесей необходимы для достижения оптимальных функциональных свойств. Например, пропускание водяного пара сплава ПА66/Surlyn 9520 (адгезив-совместитель)/ПЭВП (55/20/25) составило 2,7 г/100 дюйм2 за 24 ч при 38 °С при относительной влажности 90 % против 28,3 г/100 дюйм2 для ПА66 в тех же условиях. Другой известный европейский материал, рекомендованный в качестве барьерного материала как альтернатива Soarnol, представляет собой сплав ПА6 с ПЭНП.
Жидкокристаллические полимеры (ЖКП) известны как отличные барьерные материалы (превосходят даже EVOH) по кислороду, водяному пару и большинству растворителей и паров, что определяется их уникальной морфологией, предопределяющей низкий коэффициент диффузии и исключительно низкую растворимость для молекул газов. Они дороги, прежде всего, из-за высокой стоимости мономеров, из которых они состоят. Поэтому использовать барьерные свойства ЖКП в чистом виде экономически невыгодно, но использование в виде добавок небольших количеств ЖКП в обычный недорогой термопласт, например, ПЭТ, является перспективным и экономически обоснованным. При введении 10 % ЖКП в ПЭТ газопроницаемость по СО2 , О2 и N2 снижается в два раза. Смеси имеют технологические и механические свойства, близкие или превосходящие свойства матричного термопласта. Для упаковочных пленок Neste Oy и Optatech Oy [5] предложили использовать смеси полиолефина (компатибилизатор Lotader AX8660)-ЖКП Vectra и Rodrun LC3000(до 70 % об.), где ЖКП ориентирован в виде непрерывной фазы – уменьшение проницаемости кислорода было снижено до 0,6 см3/м2 24 ч атм, против 3000 см3/м2 24 ч атм для полиолефиновой пленки такой же толщины. Результат показывает, что учитывая «эффект барьерности» ЖКП, вероятно, что минимизируя толщину пленки можно попасть в «допустимый ценовой диапазон» изделия, в нашем случае – тепловой трубы.
Резюмируя вышеизложенное, можно сделать следующие выводы:
– слой полимера EVOH в качестве барьера по кислороду эффективен только при относительно невысоких (до 80 °С) температурах и только в отсутствие влаги.
– очевидно, что барьерный слой для труб не может состоять из какого-либо одного полимера, он должен представлять собой (по аналогии с упаковкой) сэндвич-конструкцию, например: барьер по воде/адгезив/барьер по кислороду/адгезив/барьер по воде. Только такая сложная многослойная полимерная конструкция может гарантировать надежную эксплуатацию полимерных труб в системах отопления.
Литература
1. Отраслевой портал www.specialchem.com.
2. Massey L.K. Permeability properties of plastics and elastomers. – NY, Plastics Design Library, 2003.
3. Sirousazar M., Yari M., Achachlouei B.F., Arsalani J., Mansoori Y. Polypropylene/montmorillonite nanocomposites for food packing. – e-Polymers. Vol. 7, Issue 1, Pp. 305–313, ISSN (Print) 1618-7229, August 2013.
4. Пол Д., Бакнелл К. Полимерные смеси: рецептуры и свойства. Т. 2: Функциональные свойства. – СПб: НОТ, 2009.
5. Neste Oy and Optatech Oy, PCT Appl. WO 95/23063 и 23180 (1995).
Авторы: Елена Калугина, Владимир Рыжов, Алексей Иванов
polypipe.info