Попытка разобрать искусственную елку как инженерно-научную систему.
Искусственная ёлка — это вообще не «игрушка из магазина», а продуманный инженерный объект: металл внутри, полимеры снаружи, оптика и химия, чтобы она жила с вами годами.
Преимущества полимерной ёлки перед натуральной
С инженерной точки зрения у полимерной елки есть несколько важных плюсов по сравнению с живой:
- Долговечность. Конструкция из металла и полимеров рассчитана на десятки сборок и разборок: дерево не сохнет, не осыпается, не деформируется после пары дней в тепле.
- Стабильные свойства. Влажность и температура в комнате не влияют на форму кроны: ветви не «опадают» и не лысеют, иголки не крошатся.
- Чистота и комфорт. Нет смолы, насекомых, хвойной пыли — меньше риска аллергических реакций и уборки после праздников.
- Пожарная безопасность. Полимеры делают с добавками, снижающими горючесть. Сухая натуральная ель рядом с гирляндами — это совсем другая пожарная нагрузка.
- Экологический эффект при долгом использовании. Одна качественная искусственная ёлка уменьшает потребность в ежегодной вырубке деревьев.
Полимерная хвоя под микроскопом
Главное инженерное чудо искусственной ели — это хвоя.
При выборе качественной искусственной ёлки вы, скорее всего, столкнётесь с деревьями, изготовленными из разных материалов. Два самых популярных — это давно ставший стандартом ПВХ (поливинилхлорид) и более новая альтернатива — полиэтилен (ПЭ). Хотя издалека они могут казаться похожими, материал искусственной ёлки напрямую влияет на её реалистичность и долговечность.
К полимерной хвое предъявляются два основных требования: тактильность («похожесть» на натуральную) и трудногорючесть. Искусственные ели в РФ не подлежат обязательной сертификации, кроме пожарной безопасности. ПВХ сам по себе трудногорюч, так как содержит в молекуле хлор; в случае полиэтилена нужно добавлять антипирены. Может возникнуть вопрос: а почему не используют полипропилен? Мы думаем, по той простой причине, что этот полимер сложнее сделать негорючим; даже если добавить антипирены, то при поджиге ПП, в отличие от ПВХ и ПЭ, будет «скапывать», и риск пожара останется.
Вот что важно знать, сравнивая ПВХ и ПЭ
1. Плёночная хвоя из поливинилхлорида (ПВХ). Плёнку экструдируют, нарезают на полоски и наматывают на проволоку.
Иглы из ПВХ часто плоские. Когда искусственные ёлки только появились, почти все они делались с иголками из ПВХ. Этот материал — разновидность винила: его каландруют в ленты, затем ленты нарезают на небольшие прямоугольные «иголки», которые наматывают между двумя проволоками, формируя ветку.
Иглы из ПВХ обычно плоские и выглядят менее реалистично, но такие ёлки стоят дешевле, поэтому хорошо подходят, если цена — главный критерий. Кроме того, поскольку ПВХ давно используется в классических искусственных ёлках, многие предпочитают именно этот вариант из-за ощущения ностальгии и ассоциаций с детством.
2. Литая хвоя из полиэтилена (ПЭ). Здесь производитель уже играет в биомиметику: формы ближе к натуральным иголкам, поверхность делают микрошероховатой. За счёт этого свет не блестит, а рассеивается, и дерево выглядит более «живым».
Настолько реалистично, насколько возможно! Искусственные ёлки из ПЭ делаются из специального полиэтилена, который заливают в форму — в результате получается почти точная копия настоящей ветки. Обычно используют ПЭ низкой плотности, с высокой текучестью. Процесс производства таких веток сложный, поэтому ёлки из ПЭ стоят дороже. Преимущество в том, что используют множество разных форм, и каждая ветка выглядит уникально. Искусственная ёлка из ПЭ выглядит по-настоящему живой, особенно если ветки окрашиваются в несколько оттенков. Кроме того, ПЭ служит дольше, чем ПВХ. Это чрезвычайно гибкий прочный материал, устойчивый к истиранию и ультрафиолету. Полиэтилен не разлагается бактериями, почти не подвержен коррозии и окислению. Он также легко перерабатывается, потому что как термопласт может быть переплавлен и использован повторно. Поэтому ёлка из полиэтилена — не только разумный, но и экологически устойчивый выбор.
Видео о том, как делают такие ёлки, смотрите тут: elkitorg.ru/wa-data/public/site/video/about_company_video.mp4
Ёлки из ПЭ дороги, поэтому материал часто комбинируют с ПВХ. В смешанных конструкциях внешние, наиболее заметные ветки делают из реалистичного ПЭ, а внутренние, заполняющие объём, — из ПВХ. Так достигают оптимального сочетания реалистичности и доступности, однако создают сложности при вторичной переработке.
Цвет — это тоже линия работы с полимерами
Пигменты вводят прямо в расплав ПВХ или ПЭ, поэтому оттенок получается объёмным: даже при царапинах или изгибах цвет не слезает, как краска, а остаётся на месте. Дополнительные стабилизаторы защищают полимер от ультрафиолета и окисления, чтобы ёлка не желтела и не становилась хрупкой спустя несколько зим.
По сути, искусственная ель — это учебный пример полимерного материаловедения у вас в гостиной: одни и те же базовые пластики (ПВХ, ПЭ) можно настроить так, чтобы они давали разную оптику, тактильность и срок службы — от «глянцевой витринной» ели до максимально «натуральной» лесной.
Почему ёлочные игрушки — тоже полимерные
Если продолжать смотреть на Новый год глазами инженера, то выбор материала для игрушек — это не случайность, а расчёт. Всё больше шаров и фигурок делают именно из полимеров, и у этого тоже есть причины:
- Меньше разбитого стекла. Полимерные игрушки легче и ударопрочнее: они не рассыпаются на острые осколки при падении. Это безопаснее для детей и домашних животных.
- Свобода формы и дизайна. Литьё и термоформование позволяют делать сложные, тонкостенные, ажурные формы, которые стеклом повторить сложно или дорого.
- Как и у полимерной хвои, пигменты можно вводить в материал. Цвет и блёстки оказываются внутри, а не только в слое краски, значит игрушка дольше остаётся «как новая».
- Лёгкость. Полимерные шары практически не нагружают ветви — это важно для распределения нагрузки на каркас и сохранения формы кроны.
- Дополнительная безопасность. Полимеры можно подбирать и модифицировать так, чтобы они меньше поддерживали горение и были устойчивы к нагреву от гирлянд.
Интересный факт
Давайте посчитаем, сколько углеводородного сырья уходит на производство хвои одной искусственной ёлки. В среднем на одну такую ель «средней пушистости» высотой 1,5 м может уйти ~ 5 кг полимера (ПЭ или ПВХ). Как вы знаете, СИБУР использует попутный нефтяной газ. Давайте считать. В год СИБУР перерабатывает 25,8 млрд м³ попутного нефтяного газа (ПНГ), из которого получают 11,1 млн т широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), и далее после нескольких сложных технологических стадий на выходе имеем примерно 3,5 млн т этилена (31,5% от массы ШФЛУ). Напомним, что ПВХ в СИБУРе делают тоже из этилена по процессу ф. Solvay (через дихлорэтан). Тогда на одну ель (5 кг полиэтилена) нужно 15,9 кг ШФЛУ или 130 м3 ПНГ. Для 5 кг ПВХ это будет ≈ 2,3 кг этилена из 7,5 кг ШФЛУ или 60 м3 ПНГ. Кроме этилена будет использовано 2,9 кг хлора.
Если рассмотреть другой источник – нефть, то из сырой нефти при первичной перегонке получают примерно 18% нафты (прямогонного бензина или лигроина). Расход нафты для выпуска одной тонны этилена – 2,1 тонны. Данную технологию СИБУР реализовал на новой установке ЭП-600 в Нижнекамске. Тогда на одну ель (5 кг полиэтилена или ПВХ) потребуется 58 кг нефти в случае ПЭ, и 27 кг в случае ПВХ.
Переходите на нашу платформу polylab.sibur.ru, где собрана информация о деятельности центров, специализациях площадок в разных городах, типах исследований, доступном оборудовании, а также о вебинарах и обучающих курсах.