Что такое ПВД: полиэтилен низкой плотности, его свойства и отличие от ПНД

ПВД — это полиэтилен высокого давления, он же полиэтилен низкой плотности (ПЭНП, по-английски LDPE). Это мягкий, тянущийся, почти прозрачный пластик, из которого делают большинство пакетов и упаковочных плёнок. На упаковке его обозначают цифрой 4 в треугольнике. Путать его с ПНД не стоит: тот жёстче, мутнее и маркируется цифрой 2.

Ниже — как расшифровывается ПВД и как его получают, какие у него свойства, чем он отличается от ПНД, где он встречается в упаковке, в том числе в бумажной, и что с ним делать после.

Как расшифровывается ПВД

Аббревиатура ПВД встречается и в других областях, но в упаковке это всегда полиэтилен высокого давления. У материала несколько имён: ПВД, ПЭНП (полиэтилен низкой плотности), LDPE (Low Density Polyethylene) и PE-LD. Одни названия говорят о том, как полиэтилен получают, другие — о том, какой он получается. Путаницы добавляет то, что «давление» в названиях полиэтилена во многом условно: полиэтилен, полученный разными способами, бывает одинаковой плотности. Поэтому виды полиэтилена принято различать именно по плотности.

Полиэтилен — термопластичный полимер этилена из класса полиолефинов. Это самый массовый пластик в мире: на 2017 год выпускали больше 100 млн т полиэтиленовых смол в год, около 34 % всего рынка пластиков, и большая часть шла на упаковку — пакеты, плёнки, контейнеры и бутылки. Тонкие листы полиэтилена прозрачны и бесцветны, поэтому его часто по ошибке называют целлофаном.

Как получают ПВД

Сырьё — газ этилен. Чтобы его молекулы соединились в длинные цепи, нужны жёсткие условия: ПВД получают при давлении 150–300 МПа и температуре 200–260 °C, а реакцию запускает кислород или органический пероксид. Процесс идёт в автоклавных или трубчатых реакторах, расплав затем гранулируют. В виде гранул размером 2–5 мм полиэтилен и приходит на заводы, где из него выдувают плёнку или отливают изделия.

При высоком давлении молекулы получаются ветвистыми: от главной цепи отходят боковые ответвления. Они мешают цепям плотно уложиться, поэтому кристаллической фазы в ПВД меньше, а плотность ниже — 0,910–0,940 г/см³. Отсюда и второе название — «низкой плотности».

Открыли такой полиэтилен случайно. В 1933 году химики британской компании ICI Эрик Фосетт и Реджинальд Гибсон сжали этилен до нескольких сотен атмосфер и получили белое воскообразное вещество. Повторить опыт удалось не сразу: в 1935 году их коллега Майкл Перрин сделал синтез воспроизводимым, а промышленный выпуск начался в 1939 году. Во время Второй мировой войны производство засекретили, и полиэтилен шёл на изоляцию кабелей радаров. Пищевой упаковкой он стал в 1950-е годы. В СССР требования к ПВД задал ГОСТ 16337-77, введённый с 1 января 1979 года, — в нём есть отдельные марки для изделий, которые контактируют с пищевыми продуктами.

Свойства ПВД

По свойствам ПВД сразу понятно, для чего он подходит, а для чего нет:

  • Мягкий и гибкий. Плёнка гибкая и хорошо тянется: пластичность у неё высокая, а прочность на разрыв ниже, чем у ПНД.
  • Самый прозрачный из полиэтиленов. Чем меньше в материале кристаллов, тем он прозрачнее, поэтому плёнка ПВД получается самой прозрачной.
  • Не любит жар. Обычный ПВД плавится при 105–115 °C, постоянно выдерживает около 65 °C и лишь недолго — до 90 °C.
  • Химически стойкий. Не реагирует с кислотами, щелочами и спиртами, хорошо переносит растительные масла, хуже — минеральные масла, углеводороды и сильные окислители.
  • Не боится воды. Полиэтилен не впитывает её и при комнатной температуре не растворяется ни в одном известном растворителе.

Вывод для упаковки простой: ПВД хорош для влажного, холодного и сыпучего, для защиты от пыли и грязи, но не для горячего. У стойкости есть и обратная сторона: выброшенный где попало полиэтилен очень долго остаётся в природе.

ПВД и ПНД: в чём разница

Оба материала — полиэтилен, но получают их по-разному. ПНД (полиэтилен низкого давления, он же высокой плотности, HDPE) синтезируют при давлении ниже 0,1–2 МПа и температуре 120–150 °C с катализаторами Циглера — Натта. Его молекулы почти не ветвятся и плотно укладываются, поэтому материал выходит плотнее, жёстче и мутнее.

ПризнакПВДПНД
Другие названияПЭНП, LDPE, PE-LDПЭВП, HDPE, PE-HD
Давление при производстве150–300 МПаниже 0,1–2 МПа
Плотность0,910–0,940 г/см³от 0,941 г/см³
Доля кристаллов50–60 %75–85 %
Какой на ощупьмягкий, тянетсяжёстче, прочнее на разрыв
Прозрачностьсамый прозрачныйнаименее прозрачный
Температура плавления105–115 °C120–130 °C
Что из него делаютпакеты, плёнки, мягкие крышки, бутылки-дозаторыбутылки для молока, флаконы для моющих средств, тонкие пакеты для покупок, трубы
Код на упаковке4 LDPE2 HDPE

Разницу хорошо видно на пакетах для покупок. В британском исследовании пакетов из супермаркетов обычный тонкий пакет был из ПНД, а плотный многоразовый «пакет для жизни» — из ПВД.

Есть и промежуточный вариант — линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП, LLDPE). Его получают при низком давлении, но с добавками, которые дают короткие ответвления. Он прочнее ПВД на разрыв и прокол, из него можно выдувать более тонкую плёнку, хотя перерабатывать его сложнее.

Где ПВД встречается в упаковке

Самое частое применение ПВД — пакеты. Самые распространённые упаковочные плёнки — полиэтиленовые, а получают их выдувом: расплав выдавливают через кольцевую щель и раздувают воздухом. Но из ПВД делают не только плёнку: из него же лотки и контейнеры, мягкие крышки-защёлки, бутылки-дозаторы, кольца, которыми скрепляют упаковки из шести банок.

Полиэтиленовый фасовочный пакет — изобретение послевоенное. Впервые его выпустили в США в 1957 году для сэндвичей, хлеба, овощей и фруктов, и уже к 1966 году в такие пакеты там фасовали около 30 % всего хлеба.

Пищевую плёнку для кухни делают в основном из ПВХ, а более дешёвый вариант — из ПВД; чтобы она была прочнее, к ПВД добавляют ЛПЭНП. Из полиэтилена бывают и пузырчатая, и многослойная плёнка. В многослойной упаковке у каждого слоя своя задача: в популярном двухслойном варианте внутренний слой полиэтилена отвечает за прочность и запайку шва, а внешний из лавсана или полипропилена — за печать. Так устроен, например, стоячий пакет дой-пак.

ПВД в бумажной упаковке

Бумага не держит воду и жир, поэтому её часто соединяют с полиэтиленом. Пакеты для сока и молока делают из картона для жидкостей: это ламинат картона и ПВД, где полиэтилен образует водонепроницаемый внутренний и наружный слой, а для долгого хранения добавляют ещё и фольгу. Бумажные стаканы раньше покрывали воском, а теперь — очень тонким слоем полиэтилена: он не даёт картону размокнуть и заодно сваривает швы.

Для жирной и горячей еды бумагу ламинируют полимером. Так сделаны, например, бумажные термопакеты для курицы гриль — из бумаги плотностью 43 г/м² со слоем полимера 20 г/м². Такая упаковка держит жир и тепло, но для переработки это уже не чистая бумага, а комбинированный материал.

Безопасен ли ПВД для продуктов

Полиэтилен нетоксичен и химически стоек — во многом поэтому он так популярен. Для контакта с продуктами выпускают отдельные марки сырья: в ГОСТ 16337-77 они выделены в таблице назначений. Готовая упаковка для пищевых продуктов должна отвечать техническому регламенту Таможенного союза ТР ТС 005/2011 «О безопасности упаковки».

С обычными продуктами ПВД ладит хорошо: кислоты, щёлочи и спирты на него не действуют, растительные масла он тоже переносит. Хуже он относится к минеральным маслам, углеводородам и сильным окислителям, а от некоторых растворителей полиэтилен набухает.

Главное ограничение — температура. Постоянно ПВД выдерживает около 65 °C и лишь недолго — до 90 °C, поэтому горячую еду в обычный полиэтиленовый пакет не кладут и в духовку его не ставят.

Код 4 и переработка

Узнать ПВД проще всего по коду: цифра 4 в треугольнике и буквы LDPE или PE-LD. Такие коды для пластиков закреплены в регламенте ТР ТС 005/2011: 1 — PET, 2 — HDPE, 3 — PVC, 4 — LDPE, 5 — PP, 6 — PS. Сама система цифровых кодов для пластиков появилась в США в 1988 году; позже вместо «бегущих стрелок» стали рекомендовать сплошной треугольник, но старые значки встречаются до сих пор. Важно помнить, что код говорит о материале, а не обещает переработку, — подробнее о значках в статье о маркировке упаковки.

Технически полиэтилен перерабатывается хорошо: его плавят и снова формуют экструзией, раздувом, литьём под давлением. На практике плёнку и пакеты собирают реже, чем бутылки: в США, по оценке агентства EPA, перерабатывается около 5,7 % ПВД — меньше, чем пластиков с кодами 1 и 2. Бумага с полиэтиленовым слоем — уже комбинированный материал: по регламенту её обозначают как C/PAP или кодом 81, а по ГОСТ 10700-97 бумага, покрытая полиэтиленом, в обычную макулатуру не идёт.

ПВД или бумажный пакет

Однозначного ответа здесь нет, и исследования это подтверждают. Датское агентство по охране окружающей среды в 2018 году сравнило пакеты из разных материалов: по большинству из 15 показателей лучшим оказался пакет из ПВД, а по влиянию на климат в тройку лучших вошли небелёный бумажный пакет, биопластик и тот же ПВД. Британское исследование пришло к выводу, что важнее всего не материал, а то, сколько раз пакет используют. Подробный разбор — в статье о бумажных и пластиковых пакетах. Практическое правило: полиэтилен — для влажного и холодного, бумага — для хлеба, выпечки и того, что должно дышать.

Итог

ПВД — это полиэтилен высокого давления и одновременно низкой плотности: мягкий, прозрачный, стойкий к воде и большинству химических веществ. Из него делают пакеты, плёнки, крышки и защитные слои в бумажной упаковке — от стаканов до пакетов для сока. От ПНД его отличают мягкость, прозрачность и код 4 вместо 2. Горячее в ПВД не кладут, а сам пакет выгоднее всего использовать как можно дольше.

Частые вопросы о ПВД

ПВД и ПНД — в чём разница?

Это два вида полиэтилена, которые получают при разном давлении. ПВД синтезируют при 150–300 МПа, его молекулы ветвистые, поэтому он мягче, прозрачнее и легче. ПНД получают при низком давлении с катализаторами: он плотнее, жёстче, мутнее и плавится при более высокой температуре. На упаковке ПВД обозначают цифрой 4, ПНД — цифрой 2.

Что означает цифра 4 в треугольнике на пакете?

Это код материала: 4 и буквы LDPE означают полиэтилен низкой плотности, то есть ПВД. Такие коды для пластиков приняты в техническом регламенте Таможенного союза об упаковке и в международной системе маркировки. Код говорит, из чего сделан пакет, но не гарантирует, что его примут в переработку.

Почему ПВД называют полиэтиленом низкой плотности?

Потому что одно название описывает способ получения, а другое — результат. Этилен соединяют в цепи при очень высоком давлении, и молекулы выходят с множеством боковых ответвлений. Они мешают цепям плотно уложиться, поэтому плотность материала получается низкой — 0,910–0,940 г/см³ против 0,941 г/см³ и выше у ПНД.

Можно ли хранить продукты в пакете из ПВД?

Да, если пакет сделан как пищевая упаковка. Полиэтилен нетоксичен, а для контакта с едой выпускают отдельные марки сырья. ПВД хорош для холодного, влажного и сыпучего, но плохо переносит жар: постоянно он выдерживает около 65 °C, недолго — до 90 °C, поэтому горячие продукты в такой пакет не кладут.

Перерабатывается ли ПВД?

Технически да: полиэтилен перерабатывают обычными для пластмасс способами — экструзией, раздувом, литьём под давлением. На практике плёнку и пакеты собирают и перерабатывают реже, чем бутылки: в США, по оценке агентства EPA, перерабатывается около 5,7 % ПВД. Поэтому лучший способ — использовать пакет как можно дольше.