Тара и её производство
Букин, А. А.
Основные термины и определения в области тары и упаковки из полимерных материалов регламентированы рядом стандартов: ГОСТ 17521, ГОСТ 18338, ГОСТ 16299 и другими. Основными признаками, по которым классифицируют полимерную тару и упаковку, является их назначение, материал, состав, конструкция, технология производства.
По назначению тару и упаковку можно разделить на потребительскую, производственную, транспортную, специальную.
В зависимости от применяемого материала полимерная тара и упаковка может быть полиэтиленовой, полистирольной, поливинил-хлоридной и т. д. Если для изготовления применяют несколько видов упаковочных материалов, то такую тару или упаковку относят к комбинированной.
Использование упаковочного материала в качестве одного из основных признаков классификации позволяет выбрать его из физических, химических, гигиенических, биологических и других свойств для классификации полимерной тары.
По конструкции полимерную потребительскую тару делят на коробки, банки, флаконы, тубы, стаканчики, ампулы, пакеты, пеналы, пробирки. Дополнительными конструктивными признаками является стабильность размеров (жёсткая, полужёсткая, мягкая тара и упаковка), форма (прямоугольная, цилиндрическая, плоская, конусная и т. д.), плотность (открытая не герметичная, герметичная, изобарическая упаковка), компактность (не разборная, разборная, складская упаковка).
В зависимости от технологии изготовления различают выдувную, литьевую, прессованную, сварную тару и упаковку.
Полимерные материалы, используемые для изготовления полимерной тары, можно разделить на природные и синтетические.
К природным полимерным упаковочным материалам относятся производные целлюлозы: регенерированная целлюлоза, ацетаты целлюлозы. Для производства упаковочной плёнки чаще всего используется регенерированная целлюлоза — вискоза.
К общим свойствам целлюлозных плёнок относятся прозрачность, равная прозрачности стекла, высокая разрывная прочность, непроницаемость для масел, жиров и запахов. Сухие плёнки непроницаемы для газов, но в мокром состоянии проницаемость увеличивается. Высокая паропроницаемость этих плёнок может быть снижена дополнительным покрытием.
Вискозная плёнка (целлофан). Базовое сырьё — целлюлозу для вискозной плёнки получают из древесной пульпы или хлопкового линтера в результате обработки каустической соды. Раствор пульпы в каустической соде — вискоза — подвергается коагуляции и регенерации. Плёнку формуют поливом на охлаждаемый барабан или бесконечную металлическую ленту.
На основе гидратцеллюлозы производится много видов вискозной плёнки, в том числе влагостойкие и нестойкие, тер — мосвариваемые и не свариваемые, с одно — и двухсторонним покрытием и др.
Неводостойкая целлофановая плёнка применяется в упаковках, предназначенных для защиты от пыли, попадания жиров и плесени. Этот материал хорошо подходит для упаковки выпечки, требующей максимальной паропроницаемости для устранения конденсации влаги внутри упаковки. Пригодна для упаковки шоколадных конфет, свежих овощей и фруктов, сосисок.
Водостойкая вискозная плёнка с покрытием нитроцеллюлозой, термосвариваемая, широко применяется в виде обёртки хлебобулочных и кондитерских изделий, сигарет, свежего мяса. Целлофан, покрытый полиэтиленом, используется для вакуумной упаковки бекона, сыра и других продуктов. При этом целлофан обеспечивает необходимые газобарьерные свойства, а полиэтилен — прочность сварного шва и хорошую водостойкость.
Высоководостойкие целлюлозные плёнки, покрытые поливинлиденхлоридом, предназначены для упаковки сильно гигроскопических продуктов, таких как печенье, хрустящий картофель. Дополнительное покрытие придаёт целлофану наряду с высокой водостойкостью стойкость к истиранию и блеск, что делает эту плёнку весьма подходящей для упаковки кондитерских изделий с орехами.
Ацетаты целлюлозы. Ацетатные плёнки, сохраняя многие свойства вискозных, становятся термопластичными, хорошо формуются и складываются. Используются в виде наружного слоя многослойных ламинатов. Водостойкость этих плёнок в сочетании с их паро — и газопроницаемостью обеспечивает широкое применение в качестве «дышащих» упаковок для многих свежих продуктов. Складыванием и склеиванием или формовкой изготавливаются различные ёмкости и коробки для упаковки конфет, шоколада, цветов.
Сухие плёнки практически не пропускают газов, но набухают в воде и проницаемость увеличивается. Хорошо воспринимают печать, не поддаются свариванию, но легко склеиваются. При использовании целлофановых плёнок не возникает проблемы со статическим электричеством.
Применение чистых неводостойких плёнок в качестве потребительской тары обеспечивает защиту продуктов от пыли и жиров. Успешно используются для упаковки выпечки, требующей максимально паропроницаемой плёнки, исключающей конденсацию влаги внутри упаковки и размягчение теста. Пригодны для упаковки шоколадных конфет и свежих сосисок.
Водостойкие плёнки, покрытые нитроцеллюлозой, применяются для упаковки кондитерских изделий, хлеба, лекарств, сигарет. Специальные марки гибкой водостойкой плёнки используются для завёртки конфет, обёртывания пакетируемых ящиков. Плёнку с односторонним покрытием применяют для упаковки свежего мяса. Целлофан, покрытый полиэтиленом, применяется для вакуумной упаковки сыра, бекона, кофе. В этой комбинации целлофан обеспечивает барьерные свойства упаковки, а полиэтилен — прочность сварного шва и водостойкость.
Для упаковки сильно гигроскопичных продуктов типа печенья, хрустящего картофеля рекомендуются целлофановые плёнки, покрытые поливинилхлоридом, придающим плёнке дополнительную водостойкость.
К синтетическим полимерным материалам относятся продукты полимеризации газов гомологического ряда олефинов — этилена, пропилена, бутена, виниловые полимеры — поливинилхлорид, иономеры, полимеры стирола, полиамиды, поликарбонат и др.
Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП). Получен путём полимеризации этилена. Плёнки ПЭНП обладают прочностью при растяжении, стойкостью к ударам и раздиру, сохраняют прочность при низких температурах до -70 °С. Водо — и паронепроницаемы, но газопроницаемы и поэтому непригодны для упаковки продуктов, чувствительных к окислению. Отличаются высокой химической стойкостью, особенно к кислотам, щелочам и неорганическим растворителям, но чувствительны к углеводородам, маслам и жирам. Недостатком является относительно низкая температура размягчения — значительно ниже точки кипения воды.
Легко свариваются тепловой сваркой, но не поддаются высокочастотной сварке. Затруднено склеивание, нанесение печати возможно различными способами при условии предварительной обработки поверхности, необходимой из-за инертной неполярной природы поверхности плёнки.
ПЭНП составляет около 75 % объёма потребления термопластичных плёнок в упаковке. Общая инертность плёнок ПЭНП способствовала их широкому распространению в упаковке пищевых продуктов в виде полиэтиленовых пакетов. Прочность при низких температурах позволяет использовать эти плёнки для упаковки различных замороженных продуктов. Широко применяются мешки из ПЭНП для удобрений, полимерных гранул и других сыпучих грузов.
Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП). Плёнки на его основе более жёсткие и прочные, температура размягчения их равна 121 °С. поэтому тара из ПЭВП выдерживает стерилизацию паром. Стойкость к низким температурам примерно такая же, как у ПЭНП, но прочность при растяжении выше, однако сопротивление раздиру и удару ниже. Химическая стойкость и особенно стойкость к маслам и жирам ПЭВП превосходит стойкость ПЭНП.
Наиболее перспективными направлениями применения ПЭВП в упаковке являются использование сверхтонких плёнок для улучшения барьерных свойств упаковочных материалов, изготовление сумок вместо бумажных и потребительской тары для упаковки продуктов, подлежащих тепловой обработке типа «кипяти в упаковке».
Радиационно-модифицированный полиэтилен. Получен при облучении обычной плёнки ПЭНП в электрическом поле токов высокой частоты. При введении соответствующих стабилизаторов модифицированный полиэтилен выдерживает повышенную температуру до 105 °С, а кратковременно и до 230 °С. при этом несколько уменьшается газо — и водопроницаемость, сохраняется хорошая прозрачность и стойкость к раздиру.
Полипропилен. Представляет собой синтетический полимер пропилена с регулярной пространственной структурой. Пропилен имеет более низкую плотность, чем полиэтилен, он жёстче и имеет более высокую температуру размягчения.
Применяется в качестве усадочных обёрток, а также упаковки обжаренных картофелепродуктов, кондитерских изделий и других продовольственных продуктов. Одна из новинок — микроперфорированная полипропиленовая плёнка оказалась наиболее пригодной для упаковки даже горячих хлебобулочных изделий и других «дышащих» продуктов: овощей, фруктов, мясных и кулинарных изделий.
Полибутен-1 (ПБ). Плёнка ПБ по сравнению с ПЭНП более жёсткая, с высокой стойкостью к раздиру, удару, проколу, прочностью при растяжении. ПБ сохраняет прочностные свойства при повышенных температурах лучше, чем ПЭНП, поэтому пригоден для расфасовки горячей продукции. Имеет низкую паропроницаемость, но высокую газопроницаемость. Хорошо сваривается тепловой сваркой и воспринимает флексографическую печать после предварительной обработки.
Используется плёнка ПБ для изготовления молочных пакетов, а также находит применение для упаковки многих промышленных изделий и в качестве заменителя брезента.
Поливинилхлорид (ПВХ). Получен полимеризацией винилхлорида. Непластифицированные плёнки имеют тенденцию к деструкции, поэтому в состав полимера необходимо вводить стабилизаторы, позволяющие производить прозрачную, блестящую плёнку со стабильными свойствами. Плёнка получается жёсткой и имеет высокую прочность при растяжении и большую плотность. Непластифицированные плёнки из ПВХ имеют превосходную стойкость к маслам и жирам, а также к кислотам и щелочам. Склонны к накоплению статического электричества, поэтому следует вводить антистатическую добавку.
Плёнки из пластифицированного ПВХ широко используются для усадочного заворачивания подносов со свежими продуктами, изготовления мешков для удобрений, при пакетировании на поддонах.
Плёнки из непластифицированного ПВХ широко используются для термоформования из-за их жёсткости, прочности и способности воспроизводить требуемую форму. Применяются в качестве вкладышей в коробках с печеньем и кондитерскими изделиями.
Поливинилиденхлорид (/ПВДХ). Представляет собой сополимеры винилиденхлорида и винилхлорида. Ориентированная ПВДХ плёнка прозрачна и имеет высокую прочность, сваривается при достаточно низких температурах 120…158 °С, но неустойчива при длительном нагреве свыше 60 °С, обладает высоким сопротивлением раздиру, но плохо обрабатывается на упаковочном оборудовании из-за мягкости и липкости.
Выдающимся свойством плёнки из ПВДХ является очень низкая паро — и газопроницаемость. Лучшее применение эта плёнка находит как компонент в слоистых плёнках, так как она обеспечивает высокие барьерные свойства при малых толщинах, а также в качестве покрытия различных подложек — бумаги, целлофана, полипропилена.
Используется как усадочная плёнка для заворачивания ветчины, сыра, птицы. Вакуумированные мешки из этой плёнки применяют для созревания сыров.
Иономеры. Это семейство полимеров, содержащих как ковалентную, так и ионную связи. Иономеры были получены швейцарской фирмой «Дюпон» и известны под названием Сурлин А.
Сурлин А основан на этилене и по многим свойствам аналогичен полиэтилену, но ионные связи обеспечивают отличную прозрачность без снижения ударной прочности. Не менее важно то, что иономеры совершенно не изменяются под воздействием любых органических растворителей при комнатной температуре и не растворяются ни в одном обычном растворителе даже при высоких температурах.
Высокая прочность расплава иономеров, превышающая почти в 10 раз прочность расплава ПЭНП, обеспечивает хорошую технологичность вытяжки и прочность сварки даже в присутствии жиров. Иономерные плёнки пригодны для различных термоформованных упаковок глубокой вытяжки. Они применяются для экструзионного ламинирования, при этом толщина покрытия может составлять всего 12 мкм.
Полимеры и сополимеры стирола. Стирол представляет собой химическую жидкость, кипящую при температуре 145 °С. К продуктам полимеризации относятся полистирол и его модификации, сополимеры акрилонитрила, бутадиена и стирола.
Полистирол (ПС). Плёнка полистирола очень хрупкая и без модифицирования не может применяться в упаковке. Двухосная ориентация такой плёнки устраняет хрупкость и придаёт плёнке прозрачность и блеск. Двухосноориентированный ПС обладает жёсткостью и высокой прочностью при растяжении. Ориентация улучшает ударную вязкость и стойкость к низким температурам.
Полистирол обладает средней газопроницаемостью, высокой паропроницаемостью. Химически стоек к сильным щелочам и кислотам.
Из ориентированной ПС плёнки термоформованием производятся различные сложные упаковочные формы — стаканчики, подносы, жёсткие тубы и др. Используется плёнка для выполнения прозрачных окошек в картонных коробках, применима и для усадочных упаковок.
Ударопрочный полистирол (УПС). Другим способом модификации ПС, помимо ориентации, является введение синтетического каучука для повышения пластичности, однако, при этом существенно снижается прозрачность плёнки.
Получаемый таким способом ударопрочный полистирол более гибкий, имеет большую ударную прочность, но меньшие прочность при растяжении и термическую стойкость. Ударопрочный ПС — отличный материал для термоформования с коэффициентами вытяжки до 3:1. Поэтому он используется для изготовления стаканчиков, подносов, туб и других упаковок. Применяется в качестве упаковки для молочных продуктов, фасованного свежего мяса, сыров, масла, мороженого, фруктовых напитков. Перспективно использование ударопрочного полистирола для порционных и стерилизуемых упаковок. Представляет интерес и изготовление из него заменителя натуральной бумаги.
Вспененный полистирол (ППС). Производят добавлением к обычным гранулам полистирола вспененных веществ и технологических добавок. Производимые этим способом плёнки по внешнему виду, жёсткости, состоянию поверхности подобны бумаге, хорошо воспринимают печать.
Из листов вспененного полистирола термоформованием производятся различные упаковочные изделия, в том числе прокладки в ящики для яблок, подносы для фасовки свежих мяса и рыбы, чипсов и других продуктов.
Полиамиды (ПА). Все полиамиды — жёсткие материалы с высокой прочностью на разрыв и износостойкостью. У них высокая точка размягчения, поэтому выдерживают стерилизацию паром до 140 °С и сухим горячим воздухом при более высокой температуре. Сохраняют эластичность при низких температурах, стойкость к ударам и продавливанию, легко свариваются.
Как упаковочный материал полиамиды обладают замечательными свойствами: стойкостью к маслам, жирам и щелочам. Очень высока газо — и кислородостойкость, ароматонепроницаемость. Однако, они обладают высокими водопоглощением и паропроницаемостью.
Применяются полиамидные плёнки для вакуумной упаковки пищевых продуктов из-за низкой газопроницаемости. Высокая температура размягчения обеспечивает использование в упаковках типа «кипяти в упаковке», а также для упаковки стерилизуемых паром хирургических инструментов. Маслостойкость плёнок позволяет применять их для упаковки промасленных технических изделий, шпаклёвок.
Поликарбонат (ПК). Представляет собой линейный полиэфир угольной кислоты. Поликарбонатные плёнки отличаются сочетанием высокой термостойкости, высокой ударной вязкости и прозрачности. Их свойства мало изменяются с ростом температуры. Весьма стоек при очень низких температурах. Прочность при растяжении и предел текучести не уменьшаются даже после недельного кипячения в воде. Выдающимся свойством плёнки является её размерная стабильность. Непригодна в качестве усадочной плёнки. Легко сваривается импульсной, ультразвуковой и обычной тепловой сваркой, хорошо формуется.
Применяется в производстве разогреваемых упаковок с готовыми блюдами и для упаковки пищи при повышенных температурах. Перспективно использование в виде пакетов, стерилизуемых в автоклавах, и упаковки для микроволновых печей.
Полиуретан (/ПУ). Полиуретановые плёнки стали производиться сравнительно недавно, полиуретан больше известен в других формах — в виде пены, эластомеров, поверхностных покрытий.
Плёнки очень прочны, обладают предельно высокой стойкостью к маслам и жирам. Весьма перспективны в области упаковки некоторых специальных продуктов и изделий, например, требующих хранения в масле.
Обычно синтетические и многие природные материалы не обладают всеми необходимыми для конкретных целей свойствами. Материал может быть химически стойким, но недостаточно прочным, непроницаемым для газов, но проницаемым для воды. Обладая многими положительными качествами, может оказаться слишком дорогим и т. д. Поэтому выбор подходящего материала зачастую сводился к поиску компромисса, ограничиваясь при этом одними свойствами и пренебрегая другими.
В современных условиях уровень развития техники позволяет производить многослойные полимерные и комбинированные материалы с заданными свойствами. В тароупаковочном производстве стало возможным конструировать требуемый материал одновременно с конструированием тары.
Многослойные полимерные материалы. Соединение различных полимерных плёнок позволяет получать многослойные упаковочные материалы, значительно превосходящие по характеристикам исходные. Оптимальным количеством слоёв, улучшающих прочностные свойства полимерного материала, является соединение двух-трёх видов полимеров в два-три слоя. Для улучшения барьерных свойств упаковочного материала, обеспечивающего газовлагонепроницаемость, жироне- проницаемость, ароматонепроницаемость необходимо сочетать так называемые барьерные полимерные плёнки, отличающиеся большой водопроницаемостью, с водонепроницаемыми плёнками — несущими слоями. При этом барьерный слой защищается с обеих сторон несущими слоями и поэтому барьерный упаковочный материал конструируется состоящим из трёх, пяти, семи, т. е. нечётного числа слоёв.
Многослойные материалы на бумажной основе. Являются весьма распространёнными, особенно в сочетании с полимерными плёнками. Комбинация бумага-полиэтилен обладает хорошей способностью к термической сварке и малой проницаемостью, что обеспечивается полиэтиленом. Бумага придаёт прочность и лучшую восприимчивость печати. Широкое распространение получили комбинации бумаги или картона с полиэтиленом и полипропиленом и другими ламинатами. В качестве примера такого материала можно привести водостойкий картон, устойчивый к атмосферным явлениям и допускающий мойку в моечных машинах. Жиронепроницаемый картон получается его обработкой фторсодержащими соединениями. Несомненный интерес представляет теплостойкий гофрокартон, пригодный для выпечки в изготовленных из него формах — упаковках с последующей реализацией в них хлебобулочных и кондитерских изделий.
Комбинированные материалы на основе вискозной плёнки. Наиболее распространено нанесение лакового покрытия для повышения влагостойкости вискозной плёнки, её непроницаемости и обеспечения термосвариваемости. В качестве покрытия используются нитроцеллюлоза и поливинилхлорид. Среди комбинаций полимеров наиболее широкое распространение получило сочетание вискозная плёнка — полиэтилен.
Комбинированные материалы с алюминиевой фольгой. Фольга слабо противостоит механическим воздействиям, реагирует с некоторыми пищевыми продуктами, не поддаётся термосварке, поэтому она обычно комбинируется с другими материалами. Для защиты от механических воздействий фольга комбинируется с бумагой или полимерной плёнкой. Комбинация фольги с полиэтиленом обеспечивает среднюю механическую прочность, хорошую свариваемость и химическую стойкость. Фольга, кашированная полипропиленом, приобретает высокую термостойкость. Потребительская тара из этого комбинированного материала пригодна для стерилизации и может применяться для упаковки глубоко замороженных продуктов. В настоящее время широко применяются трёх — и четырёхслойные комбинации полимерных материалов с фольгой. Такая упаковка очень широко применяется для упаковки натуральных соков. Для упаковки молочных, колбасных и многих других пищевых продуктов выпускается многослойный плёночный материал цефлен, состоящий из неламинированной или односторонне лакированной целлюлозной плёнки, слоя фольги и с обеих сторон слоёв полиэтилена.
ТАРА И ЕЁ ПРОИЗВОДСТВО30 ноября, 2012