1. EVOH materjalide ülevaade: põhilistest keemilistest materjalidest suure jõudlusega barjäärimaterjalideni
Vinüületüleen Vinüülalkoholi polümeer on funktsionaalne polümeermaterjal, millel on suurepärased tõkkeomadused. Seda kasutatakse laialdaselt toidupakendites, ravimipakendites, autode kütusepaakides ja põrandaküttetorudes. Selle suurim omadus on äärmiselt madal hapnikuläbilaskvus, mistõttu on seda plastpakendite valdkonnas nimetatud "kõrge jõudlusega-tõkkematerjaliks".
Erinevalt tavalistest plastidest, nagu polüetüleen (PE) ja polüpropüleen (PP), ei polümeriseerita EVOH otseselt ühest materjalist, vaid toodetakse mitmeetapilise keemilise reaktsiooni kaudu. Selle peamised toorained pärinevad naftakeemiatööstuse ahelast, mille põhimaterjalideks on etüleen ja vinüülatsetaat (VA).
Tööstusahela poolest kuulub EVOH peenkemikaalide ja suure jõudlusega polümeeride valdkonda. Ülesvool sõltub naftakeemia tooraine tarnimisest ja keskvool toodab polümerisatsiooni, alkoholiseerimise ja muude protsesside kaudu EVOH-vaiku. Edasine töötlemine kileks, lehtedeks, torudeks ja komposiitpakenditeks.
2.EVOH põhilised toorained: etüleen ja vinüülatsetaat
EVOH põhitooraine on etüleenvinüülatsetaadi kopolümeer (EVA). Tootmisviis on järgmine:
Etüleen → Etüleenatsetaadi kopolümeer (EVA) → Etüleenvinüülalkoholi kopolümeer (EVOH)
(1) Etüleen
Etüleen on üks suurimaid keemilisi põhitooraineid maailmas ja kõige olulisem monomeermaterjal plastitööstuses.
Etüleen pärineb peamiselt:
Tööstusbensiini lõhenemine
etaani pragunemine;
Kivisöe olefiini tehnoloogia.
Pärast keemilisi reaktsioone saab etüleeni kasutada mitmesuguste polümeermaterjalide tootmiseks, näiteks:
polüetüleen (PE);
PVC-ga seotud materjalid;
EVA;
EVOH et al.
EVOH tootmisel annab etüleen polümeeri ahelas etüleeni struktuuri, andes materjalile elastsuse, töödeldavuse ja niiskuskindluse.
Etüleenisisaldus on samuti oluline EVOH jõudluse näitaja. Üldiselt:
Madal etüleenisisaldus → kõrge hapnikubarjääri jõudlus, kuid halb niiskuskindlus;
Kõrge etüleenisisaldus → parandab paindlikkust, parandab töötlemise jõudlust, kuid vähendab barjääri jõudlust.
Seetõttu valivad erinevad kasutusvaldkonnad erineva etüleeni suhtega EVOH klassid.
(2) Vinüülatsetaat
Etüleenatsetaat on vinüülalkoholi tootmisel veel üks oluline tooraine.
Vinüülatsetaat koosneb peamiselt:
etüleen;
äädikhape;
Hapnik
valmistatud katalüütilise reaktsiooni teel.
Etüleenatsetaat kopolümeriseerub kõigepealt etüleeniga, moodustades:
Etüleenvinüülatsetaat
Seejärel alkoholiseeritakse EVA, et muuta äädikhapperühmad hüdroksüülstruktuurideks, mille tulemuseks on:
Etüleenvinüülalkoholi kopolümeer
Nende hulgas on etüleenalkoholi struktuur EVOH kõrgete barjääriomaduste võti.
3. EVOH tootmisprotsess: EVA-st kuni suure jõudlusega barjäärvaikudeni
Vinüülalkoholi ja vinüülalkoholi ei saa otse polümeriseerida, kuna vinüülalkohol ise on otseseks tööstuslikuks polümerisatsiooniks liiga ebastabiilne. Tööstuslik tootmine toimub seega kaudsel teel.
Kogu tootmisprotsess koosneb kolmest põhietapist:
1. faas: etüleeni kopolümerisatsioon vinüülatsetaadi kopolümerisatsiooniga
Esiteks kopolümeriseeruvad etüleen ja vinüülatsetaat, moodustades EVA vaigu.
See etapp määrab:
Molekulaarstruktuur;
Etüleeni suhe;
Toote hilisem jõudlus.
Teine etapp: alkoholüüsi reaktsioon
EVA-s olevad vinüülatsetaadi ühikud muudetakse alkohololüüsi teel vinüülalkoholi ühikuteks.
Lihtne arusaam:
Vinüülatsetaat → → Vinüülalkoholi struktuur
Mida suurem on alkoholi lahustuvus, seda suurem on hüdroksüülrühmade osakaal EVOH-s ja seda parem on materjali hapnikubarjäär.
III faas: granuleerimistöötlemine
Pärast alkoholi lagunemist läbib EVOH:
Puhastamine;
Kuiv;
Sulatuse ekstrusioon
Osakeste lõikamine;
Lõpuks moodustuvad EVOH vaiguosakesed.
Neid vaiguosakesi müüakse edasi kileettevõtetele ja töödeldakse puhumise, valamise ja mitmekihilise koekstrudeerimise teel lõpptoodeteks.
Kuidas mõjutab tooraine struktuur EVOH jõudlust?
EVOH jõudlus on tihedalt seotud tooraine osakaaluga ning kõige olulisem näitaja on etüleenisisaldus.
Etüleenisisaldus on tavaliselt umbes 20% kuni 50%, kusjuures erinevad suhted toovad kaasa erinevaid omadusi.
Madala etüleenisisaldusega EVOH
Omadused:
Ultra{0}}tugev hapnikubarjäär;
Kõrge läbipaistvus;
Sobib suure nõudlusega pakkimiseks.
Rakendus:
Kõrge toidutõkkekile;
Ravimite pakendamine;
Täpsed pakkematerjalid.
Nõrkused:
Tugev hügroskoopsus;
Töötlemine on suhteliselt keeruline.
EVOH kõrge etüleenisisaldusega
Omadused:
Parem paindlikkus;
Laiem töötlemisaken;
Parandage niiskuskindlust.
Rakendus:
Autode kütusesüsteemid;
Tööstuslikud pakendid;
Torujuhtme hapnikutõkkekiht.
Nõrkused:
hapnikubarjääri jõudlus vähenes.
Seetõttu peavad EVOH-i tootmisettevõtted kohandama etüleeni suhet vastavalt turunõudlusele ja välja töötama erinevat tüüpi tooteid.
