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.

ОППв многослойных пленках применяют для упаковывания круп и макаронных изделий.

БОППшироко 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.