Полимерные упаковочные материалы и тара

Полимерная упаков­ка бывает жесткой (бутылки, банки) и мягкой (пленки, пакеты, мешки).

Преимущества полимерной тары: низкая удельная масса (плот­ность), химическая инертность, низкая хрупкость, легкость ок­рашивания, технологичность, взаимозаменяемость.

Недостатки полимерной тары: старение под действием кисло­рода агрессивных сред и солнечного света (фотостарение), появ­ление постороннего запаха (полиэтилен), трудность идентифика­ции при утилизации, возможность миграции органических ком­понентов в продукцию.

Специфические требования, которым должна соответствовать полимерная тара: жиростойкость, водостойкость, кислотостойкость, стойкость к горячей воде, светостойкость; обладать барьерными свойствами по отношению к газам, парам, влаге, аромату; пыленепроницаемость.

По гигиеническим свойствам (санитарно-химическим) полимерную тару и упаковочные пленки условно можно разделить на несколько групп:

1) для пищевых продуктов;

2) товаров бытового назначения;

3) товаров технического на­значения

4) ядохимикатов, дезинфицирующих средств, удобрений, земли, бытового мусора.

Целлофан (ЦЛ). Его получают при химической переработке целлюлозы, используют в виде пленок и волокон гидратцеллюлозы. Получают ЦЛ в виде пленок путем осаждения (или омыления) растворов вискозы. Целлофан — это материал, который содер­жит пластификатор глицерин (10 — 13 %), поскольку без добавле­ния пластификатора целлофан будет жестким и ломким. Целло­фан гигроскопичен. ЦЛ имеет высокие гигиенические свойства, сравнительно низ­кую газопроницаемость и высокую проницаемость паров воды, устойчив к жирам.

Недостатком ЦЛ считается низкая прочность во влажном состо­янии, высокая намокаемость, неспособность к терми­ческой сварке, его можно только склеивать. Целлофан склеивает­ся при помощи желатинового или декстринового клея.

Для уменьшения паропроницаемости и придания целлофану способности к термосвариванию, выпускают лакированный цел­лофан. Лакируют нанесением раствора нитроцеллюлозы или со­полимеров винилиденхлорида с винилхлоридом. После этого по­вышается его прочность, влагостойкость и снижается гигроско­пичность.

Пакеты и пачки из целлофана применяют для упаковывания многих кондитерских, в том числе жирсодержащих (кексы, пече­нье, халва), макаронных, бараночных изделий, сухарей. Для мно­гих пищевых концентратов предусмотрен внутренний пакет в пач­ке — из целлофана. Целлофаном выстилают потребительскую и транспортную тару для яичного порошка, кондитерских изделий.

Пакеты из лакированного ЦЛ используют для упаковывания кофе молотого и в зернах, сухофруктов. ЦЛ не применяют для упаковывания влажных продуктов (сы­рого мяса и рыбы) из-за его набухания во влажной среде; кроме того, развиваются микроорганизмы. Целлофановые пленки исполь­зуют в качестве оболочек вареных колбас и сосисок.

Полиэтилен (ПЭ). Отличительной особенностью полиэтилена является его химическая инертность, низкие полярность и растворимость в наиболее распространенных органических растворителях.

В промышленности товарные продукты различают по величине плотности: высокой, средней и низкой.

ПЭ высокой плотности (ПЭВП, HDPE) химически более ус­тойчив, чем ПЭ низкой плотности. Он имеет более высокую сте­пень кристалличности (70 — 90%), высокую плотность (0,95 — 0,96 г/см³), температуру плавления 125 "С и предел прочности при растяжении ст_р составляет 18 — 45 МПа.

ПЭ низкой плотности (ПЭНП, LDPE) имеет низкую плотность (0,92 — 0,93 г/см³), меньшую степень кристалличности (60 %), бо­лее низкие температуру плавления (110 °С) и прочностные харак­теристики (cjp = 10 — 17 МПа), чем ПЭВП. ПЭНП более мягкий и жирный на ощупь, пленки имеют характерную опалесценцию. ПЭ широко применяется для производства жесткой тары и однослойных или комбинированных упаковочных пленок. ПЭВП имеет более высокую прочность и чаще используется для производства транспортной тары (ящики, бочки). Пакеты из него более жесткие на ощупь («шуршащие»). ПЭНП чаще применяется для производ­ства потребительской тары. ПЭ обладает малой проницаемостью по отношению к парам воды, что имеет большое значение для упаковывания в него ги­гроскопичных продуктов.

Полиэтиленовую пленку применяют для упаковывания пище­вых гигроскопичных продуктов (соль, сахар, сода, кондитерские изделия); молока и молочных продуктов (однослойную или в ком­бинации с бумагой и фольгой); замороженных продуктов (мясо, рыба, яичный меланж, овощи, плоды). В замороженных продуктах упаковка из полиэтилена препятствует испарению влаги и образованию сублимированного поверхностного слоя.

Низкая жиростойкость не позволяет использовать ПЭ для фасо­вания жиров и растительного масла, в качестве упаковки жирсодержащих продуктов используется ограниченно.

Вследствие высокой ароматопроницаемости ПЭ не рекоменду­ется для упаковывания чая, кофе, пряностей. В полиэтиленовых пакетах нельзя длительно хранить охлажденное мясо, рыбу, в том числе копченую, сыр, яйца и многие другие продукты, так как в них создается благоприятная среда для развития многих микроорга­низмов, этому способствует воздух и высокая влажность в пакете. В муке и крупе с повышенной влажностью, упакованных в ПЭ, усиливаются процессы дыхания, накапливается влага, что может вызвать развитие плесеней.

Полипропилен. Он относится к полиолефинам, его получают полимеризацией пропилена. ПП инертен, устойчив к углеводоро­дам, жирам, имеет высокую прозрачность, гладкую поверхность. ПП более устойчив, чем ПЭ, к действию поверхностно-активных веществ и более прозрачен.

ПП обладает более высокой теплостойкостью, чем ПЭ. ПП окисляется легче, чем ПЭ, в результа­те он становится хрупким и снижается его прочность. Для устра­нения этого в ПП вводят антиоксиданты и модифицирующие добавки.

Выпускают ориентированный полипропилен (ОПП; ОРР) и двуосноориентированный (биаксиально) полипропилен (БОПП, ВОРР). ОППпо прозрачности и модулю упругости близок к целло­фану, но обладает высокой влагостойкостью, прочностью во влаж­ном состоянии и способностью свариваться.

Такие качества как блеск, гладкость, теплостойкость, срав­нительно низкая влагопроницаемость и хорошие печатные свой­ства — определяют широкую область применения ППдля упа­ковки. Высокая жиростойкость и низкая газопроницаемость, оп­ределили применение при упаковывании жирсодержащих кон­дитерских изделий, мясной и рыбной кулинарии, майонеза, мар­гарина, йогуртов и других молочных продуктов.

ОПП в многослойных пленках применяют для упаковывания круп и макаронных изделий.

БОПП широко используют в производстве потребительской тары для макаронных изделий, пельменей, крупы, хлебобулоч­ных и сухарных изделий; металлизированный БОПП — для жаре­ных орехов, картофельных чипсов, сухих завтраков, сладостей, печенья.

Поливинилхлорид (ПВХ) получают суспензионной (или эмульсионной) полимеризацией винилхлорида. Мономер является токсичным канцерогенным веществом, поэтому при производстве пищевой пленки строго контролируют содержание остаточного мономера в полимере.

ПВХ имеет высокую плотность. Он явля­ется нетермостойким, при нагревании происходит дегидрохлорирование (отщепление хлористого водорода НС1), поэтому при пе­реработке в ПВХ вводят стабилизаторы.

Для снижения жесткости ПВХ смешивают с пластификатора­ми. ПВХ с содержанием пластификатора до 5 - 10 % по массе счи­тается жестким и носит название винипласт. При содержании пластификатора более 10% (чаще всего 20 — 25%) получается эластичный, мягкий полимер — пластикат. Недостатками мягкого ПВХ является низкая теплостойкость, а жесткого — низкая морозостойкость.

Поливинилиденхлорид (ПВДХ). Он представляет собой сополи­мер винилхлорида и винилиденхлорида с небольшим количеством пластификаторов и стабилизаторов. Он известен под торговыми названиями саран, а в России его выпускают под торговой маркой «повиден». ПВДХ прочный, эла­стичный, более прозрачен, чем ПВХ, имеет более низкие газо-, паропроницаемость, стойкость к действию жиров, масел, ароматопроницаемость и проницаемость по кислороду. ПВДХ исполь­зуют в многослойных пленках, в частности с бумагой, целлофа­ном.

Чаще всего жесткий ПВХ применяют для производства потребительской тары — бутылок, банок, лотков, контейнеров, ста­канчиков.

Пленку производят в двух вариантах — термоусадочную и растягивающуюся для групповой упаковки и для пакетирования гру­зов.

В пленки из ПВХ с невысоким содержанием пластификатора в отечественной пищевой промышленности упаковывают мясные полуфабрикаты на лотке-подложке, хлеб.

Жесткие лотки и контейнеры из ПВХ используют для упако­вывания джемов, мармелада, халвы, полуфабриктов.

ПВДХ — является термоусадочным, в него упаковывают тушки птиц с последующей термоусадкой в горячей воде (вторая кожа).

Хорошие защитные и высокие гигиенические свойства обеспе­чили широкое использование повидена для упаковывания под вакуумом, длительного хранения пищевых продуктов, созрева­ния сыра.

Полистирол (ПС) и его сополимеры. Для производства упаковки применя­ют ПС высокой молекулярной массы. Его достоинствами являют­ся высокие оптические свойства, прозрачность, стойкость к дей­ствию воды, растворов кислот и щелочей. ПС неустойчив к мно­гим органическим растворителям, в частности к толуолу, хлороформу, ацетону, этилацетату.

Пленки ПС прозрачные, но жесткие. При двухосной ориента­ции пленки становятся более прочными, хорошо воспринимают печатный рисунок, металлизируются, но как упаковочная плен­ка применяются реже, чем жесткая тара из ПС. Отличительной особенностью тары из ПС является стабильность размеров. Из толстой пленки и листов методом термоформования получают жесткую тонкостенную тару, лотки для упаковывания мелких товаров (например, конфет в обертке), различных порошкооб­разных веществ, химических препаратов. ПС легко формуется, хорошо декорируется и сваривается. Из него получают тару для молочных продуктов — творога, сметаны, майонеза с крышкой или под укупорку фольгой. Применяют его также как одноразовую тару в общественном питании.

Пленки из удароп­рочного ПС используют для производства коррексов — фигур­ных вкладышей в коробки, непористых лотков для выкладки полуфабрикатов.

Пенополистирол (пористый материал) применяют для выпус­ка пористых лотков под пищевые продукты.

В композиции с бу­мажными слоями (а также без них) из вспененного ПС изготавливают стаканчики для горячих супов типа «горячая кружка».

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ). Он относится к классу поли­эфиров. ПЭТФ химически инертен, растворяется только при нагрева­нии в дихлоруксусной кислоте.

ПЭТФ перерабатывают методами литья под давлением, экст­рузией, экструзионным или инжекционным выдуванием.

Пленки ПЭТФ обладают высокой прочностью, прозрачностью, блеском, высокой тепло- и морозостойкостью, поэтому могут подвергаться стерилизации и глубокому замораживанию. Особен­ностью ПЭТФ являются хорошие барьерные свойства, низкая проницаемость по отношению к СО₂.

В России пленки ПЭТФ и волокна выпускают под названием лавсан. Для снижения температуры сваривания используют комбиниро­ванные пленки лавсан-ПЭ или лавсан — сополимеры ПЭ, ПП или ПВДХ.

Благодаря низкой проницаемости по отношению к углекисло­му газу бутылки из ПЭТФ широко используют для упаковывания газированных напитков. Бутылка вместимостью 1,5 л при концен­трации СО₂ 8 г/л теряет за 3 мес не более 15 % газа. Устойчивость к растрескиванию позволяет изготавливать большие емкости вме­стимостью 2, 3 и 5 л. Высокая ударная вязкость (90 кДж/м²) помо­гает заполненной таре выдерживать падения без разрушений. Бутылки из ПЭТФ могут быть многократного применения, но, как правило, их повторное использование в России не является налаженным.

Полиамиды (ПА). ПА — полярные полимеры, обладающие высокой механической проч­ностью, эластичностью, высокой химической стойкостью и термостойкостью (Т_пл выше 250 °С). ПА имеют высокую маслостойкость и низкую газопрони­цаемость, но отличаются повышенной гигроскопичностью и паропроницаемость. Цифры означают число атомов углерода в исходных мономерах. ПА-4 не реко­мендуется для упаковывания пищевых продуктов. ПА-6 и ПА-10 применяют для упаковывания и хранения растительного, сливоч­ного и топленого масла, ПА-11 и ПА-12 — в производстве оболо­чек для колбас и сосисок. Из-за высокой температуры сваривания в мясной промышленности используют комбинированный мате­риал ПА/ПЭ. ПА обладает высокими барьерными свойствами, по­этому его применяют в качестве промежуточного слоя в много­слойных пленках.

Поликарбонат (ПК). Поликарбонатные пленки обладают высокими прочностными показателями, устойчивостью к многократным изгибам, низкой паро- и газопроницаемостью и очень высоким интервалом температур использования от -100 "С до +200 "С и выше.

В упаковке поликарбонатные пленки следует использовать в том случае, когда она сочетает в себе механическую прочность, высо­кую теплостойкость, стабильность размеров.

Их используют для производства упаковки, которая длитель­ное время контактирует с горячей водой (например, подвергаю­щейся различным видам стерилизации и нагреву в микроволно­вом режиме). В Европе поликарбонатная тара является тарой много­кратного применения.

Полиуретаны (ПУ). Они относятся к полимерам, которые в зависимости от соотношения использованных при синтезе компо­нентов могут находиться либо в высокоэластическом состоя­нии (эластомеры), либо в твердом стеклообразном состоянии. В упаковке вспененные полиуретаны используют в виде пенопластов (мягкого или жесткого) как амортизаторы, для получения прокладочных вспомогательных материалов в транспортную тару.

МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ТАРА

Металлическая тара является удобной жесткой тарой, герме­тичной, способной выдерживать высокое давление, прочной и светонепроницаемой.

Потребительская металлическая тара по-прежнему остается незаменимой для консервированной продукции длительного хранения.

Преимущества металлической тары заключаются в ее высокой механической прочности, меньшей по сравнению со стеклянными банками массе, она выдерживает высокие перепады температур (пригодна для стерилизации), имеет высокую степень утилизации.

Недостатки — подверженность коррозии, возможность перехода соединений тяжелых металлов в продукт, необходимость нанесения защитного слоя олова и дополнительно лакового слоя, большой объем при транспортировании пустой тары.

Основными материалами для производства металлической потребительской и транспортной тары являются стальные и алюми­ниевые сплавы.

1) Сталь - получают из железосодержащих руд путем выплавки в конверторных печах, а специальные марки — в электроплавильных печах.

Сталь представляет собой сплав железа преимущественно с углеродом, содержание которого составляет от 0,1 до 1,3%, но не превышает 2,14%. Сплав с большим количеством углерода назы­вается чугуном.

Кроме углерода, в стали содержатся примеси марганца, крем­ния, фосфора, серы, кислорода, азота, водорода. Сталь выпус­кают различных марок и назначения.

Углеродистой сталь названа по основному элементу — углеро­ду, сильно влияющему как на структуру, так и на свойства. Его количество в них не более 1,35%. С увеличением его содержания возрастают твердость, прочность, упругость стали и снижаются пластичность, относительное удлинение.

Жесть — тонколистовая углеродистая сталь с покрытием или без него. Жесть для производства тары подразделяют на белую и черную. Белую жесть чаще используют в производстве тары для пищевых продуктов. Черную жесть лакируют, хромируют, цинкуют, нике­лируют, покрывают алюминием и используют для производства различных видов тары, но применение ее ограничено.

Белая жесть — тонколистовая углеродистая сталь, покрытая с обеих сторон слоем олова. Олово — серебристо-белый металл, ко­торый обладает низкой температурой плавления (232 °С), высо­кой пластичностью и мягкостью. Олово устойчиво к действию холод­ной и горячей воды, органических кислот, очень медленно ра­створяется в разбавленных минеральных кислотах и растворах щелочей и не образует токсичных соединений с пищевыми про­дуктами. Около 90 % всей производимой белой жести идет на из­готовление тары для консервов.

Белая жесть имеет ровную, блестящую поверхность и химичес­ки устойчива из-за высокой устойчивости олова. Белая жесть име­ет еще одно название — луженая жесть, поскольку основной техно­логией ее получения был метод горячего лужения — нанесение олова на лист стали из расплава.

Повышение коррозионной стойкости белой жести заключает­ся в следующих технологических операциях:

1) пассивирование, т.е. получение тонкой оксидной пленки на поверхности олова. Пассивирование способствует повышению устой­чивости олова к сероводороду, выделяющемуся из продукта при стерилизации мяса, рыбы, некоторых овощей;

2) нанесение масляной пленки снижает трение и, следовательно, вероятность повреждения олова при обработке металла.

3) лакирование поверхности осуществляют полимерными смола­ми (эпоксиды, акрилаты). Это защищает олово от повреж­дения. Наибольшее применение находит эпоксифенольный лак, который разрешен для контакта с пищевыми продуктами. Консервную ленту покрывают также фенольно-масляными лаками, белково-устойчивыми эмалями.

Хромированная жесть. Ее использование позволяет расширить ассортимент металлической тары. В последние десятилетия олово стало дорогостоящим металлом вследствие уменьшения запасов в месторождениях, поэтому для покрытия начали применять дру­гие металлы, например хром, алюминий, никель (лакирован­ные).

Хромированная жесть имеет характерный голубовато-белый цвет металлического хрома. Хром имеет плотность, близкую к плотно­сти железа, устойчив к окислению кислородом воздуха и стоек к действию воды, но растворяется в разбавленных кислотах. Метал­лический хром малотоксичен и обладает высокой коррозионной стойкостью, поэтому применяется для хромирования металличес­ких поверхностей.

Хромированную жесть выпускают лакированной с обеих сто­рон. Недостатком хромированной жести является сложность закатывания банок с высокой скоростью. В связи с этим хромированную жесть используют для производ­ства кронен-пробок, крышек для закатки стеклянных банок, ба­нок под сыпучие пищевые продукты, а также для консервирова­ния некоторых малоагрессивных продуктов

Черная и оцинкованная жесть. Черная лакированная жесть ра­нее широко применялась для производства кронен-пробок для укупоривания бутылок, однако ее не используют для упаковыва­ния пищевых продуктов.

Черную жесть используют при производстве потребительской тары для непродовольственных товаров. Лаковые покрытия слу­жат защитой от коррозии во влажной атмосфере.

Для производства потребительской и транспортной тары для непродовольственных товаров используют оцинкованную жесть (оцинкованную сталь). Цинк — светло-серый легкоплавкий (419 °С) металл, устойчив к атмосферным воздействиям благодаря образо­ванию защитной оксидной пленки. Цинк применяют для получе­ния защитных покрытий на стальных изделиях. Качественное цин­ковое покрытие имеет характерный морозный узор из кристаллов цинка.

Оцинко­ванную жесть применяют для производства тары под лакокрасоч­ные и иные строительные и хозяйственные материалы. В России выпускают потребительскую тару из оцинкованной жести в виде ведер с крышками.

2) Алюминий — основной компонент алюминиевых сплавов. Алюминий имеет низкую плотность (2200 кг/м³), очень пластичный и мягкий. Известно, что на поверхности алю­миния образуется тонкая, прочная оксидная пленка, что обеспе­чивает ему стойкость к атмосферным воздействиям, влиянию орга­нических кислот, щелочей, аммиака. Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий подразделяют на деформируемые — Д (получаемые методами пла­стической деформации, например банки, тубы, баллоны) и ли­тейные — Л (изготовляемые литьем, например обручи для фляг).

Алюминий хорошо прокатывается в тонкую фольгу, которая применяется для производства полужесткой металлической упа­ковки и комбинированных материалов.