Добавки к пластмассам для упаковки продуктов и полуфабрикатов

Чистые беспримесные пластмассы редко перерабатываются в готовую продукцию без добавления к ним специальных присадок или добавок, которые вводятся в пластмассу в процессе экструзии и формовки или наносятся на формованный материал. Добавки вводятся для улучшения условий обработки, повышения стойкости пластмасс к окислению, для повышения ударной прочности, повышения или снижения жесткости, упрощения экструзии и формования.

Введение добавок осуществляется, как правило, фирмой-изготовителем полимера или фирмой производителем упаковки.

Противовуалирующие добавки. При конденсации воды на внутренней стороне упаковки образуется тонкий слой жидкости, который на прозрачных пленках преломляет свет по нескольким направлениям. Это явление называется вуалированием (потемнением), что придает упаковке невзрачный вид и может стать причиной повреждения упакованного продукта. капли воды образуются когда поверхностное натяжение полимера ниже поверхностного натяжения воды. Действие добавок, препятствующих вуалированию, состоит в увеличении критического значения поверхностного натяжения полимера, при котором происходит смачивание его поверхности молекулами воды.

Такими добавками являются сложные эфиры жирных кислот (глицерин, стеарат сорбитола, жирные спирты и др.). Диапазон введения противовуалирующих добавок в пластмассы колеблется от 0,5 до 4%.

На выбор и применение добавок влияют тип полимера, толщина конструкции или пленки, срок службы, вид пищевого продукта. Для пищевых продуктов добавки согласовываются с FDA.

Антиадгезионные добавки. Адгезия характеризует способность двух пленок приклеиваться друг к другу при простом физическом соприкосновении. Адгезия зависит от степени гладкости поверхностей. Для снижения адгезии необходимо изменить гладкость за счет мелких сыпучих частиц, поглощаемых полимером, поэтому для снижения площади контакта в полимерные пленки добавляются твердые частицы, называемые антиадгезивами. В их качестве служат, например, диатомитовые частицы (из гидратированного кремния) размером от 2 до 4 мкм, тальк (от 0,1 до 0,5%). Введение антиадгезионных добавок ведет к получению матовой поверхности пленки и увеличению ее жесткости.

Бактерицидные и фунгицидные добавки. Бактерицидные добавки предохраняют полимерные материалы от воздействия микроорганизмов, а фунгицидные – от грибков и плесени.

Большинство синтетических полимеров в чистом виде устойчивы к воздействию микроорганизмов и биологически неразложимы, однако при компаундировании внутри полимера различных низкомолекулярных добавок создаются условия для действия микроорганизмов. Причиной деятельности микроорганизмов в полимере становится наличие пластификаторов, смазочных материалов и термостабилизаторов., которые обладают разной степенью устойчивости к биоразложению.

Одним из наиболее компаундированных полимеров, используемых при упаковке является ПФХ, который может содержать до 40-50% по массе пластификаторов и лубрикантов.

Среди наиболее распространенных предохраняющих добавок к полимерам относятся 2-n октил-4, изотиазолин-3, содержание которых составляет от 0,1 до 1%.

Бактерицидные добавки в полимеры считаются пестицидами.

Антиоксиданты. (АО) В процессе обработки и хранения полимерные материалы изменяют свои свойства из-за происходящих окислительных реакций с атмосферным кислородом. Такие факторы внешней среды, как ионизирующее излучение, повышенная температура обработки, механическое напряжение, химические воздействия активизируют реакции окисления. В процессе старения ковалентные связи в полимере разрываются и происходит образование свободных радикалов.

Для предотвращения старения полимеров в него в процессе получения вводятся химические добавки, называемые антиокислителями. Существует два основных типа антиокислителей – первичные и вторичные, первые из которых подавляют процесс окисления, а вторые действуют за счет разложения перекиси на более стабильные продукты. Примерами вторичных АО являются фосфиты и серные соединения. В полимерах используются оба типа антиокислителей.

Полимеры ПП более восприимчивы к окислению по сравнению с полимерами ПЭ. В упаковочной промышленности большую часть антиокислителей применяют для трех видов полимеров ПП, ПЭ и УППС. Для ПП используют сочетание фенола и фосфита с общей концентрацией от 0,08 до 1%. Для ПЭНП используют фенолы. Для ПВХ используются в качестве стабилизаторов металлоорганические соединения и соли свинца, кадмия, бария, цинка и олова, а также фосфиты.

Антистатики. Статическое электричество вырабатывается на поверхности полимера за счет трения о другую поверхность или воздух., чему благоприятствует низкая электропроводность полимеров. При упаковке быстро перемещающаяся пленка сама способствует накоплению на ней зарядов статического электричества.

Статическое электричество может негативно сказаться на ходе технологического процесса за счет возникающих неконтролируемых сил, что может вызвать загиб или прилипание поверхностей. Кроме того, статические заряды при определенной величине потенциала могут служить источником искр и возгораний.

Поскольку большинство полимеров обладают большим удельным сопротивлением заряды накапливаются на внешней поверхности, которая становится электропроводной.

Электростатика поверхности полимера зависит от наличия антистатических добавок, которые уменьшают ее электрическое сопротивление. Большинство полимеров применяемых в упаковке, не являются гидрофильными, поэтому для контроля статического электричества необходимо использовать антистатические добавки. Этими добавками являются катионоактивные, ионные и не ионные поверхностно-активные вещества (ПАВ). К катионоактивным добавкам относятся алкильные соли аммония, используемые в ПВХ и стирольных полимерах. Другие группы включают алкильные производные фосфора и серы. В состав эластичного ПВХ может входить до 7% таких добавок, использование которых не разрешено FDA.

Для полиолефинов используются не ионные добавки из жирных аминов, сложных эфиров жирных кислот, например, для ПЭНП дозировки составляют до 0,05%.

Антистатические добавки могут быть введены внутрь или нанесены на наружную поверхность полимера распылением или погружением полимера в раствор антистатической добавки.

Красители. Использование в полимерах красителей вызывается единственной причиной придания продукту в упаковке привлекательного для потребителя внешнего вида. Красители не повышают механической прочности изделия и не улучшают его защитных характеристик. При производстве пластмассы используются сотни различных красителей.

Красители, содержащие тяжелые металлы, вредны для здоровья, поэтому в настоящее время наблюдается тенденция к увеличению доли органических красителей вместо минеральных.

Поскольку вводимые в пластиковую тару красители находятся в непосредственном контакте с продуктами, их использование должно быть согласовано с соответствующими службами

Существует несколько типов красителей, применяемых а пластмассах:

- Окрашивающие вещества. Это красители растворимые в пластмассе и представляющие органические соединения с низкой молекулярной массой. Они придают пластикам хорошую светопроницаемость, но легко из нее мигрируют., что ограничивает их широкое применение.. Некоторые из таких красителей токсичны. К данному типу относятся такие красители как азо-, диазо- и пиразолоны, антраквиноны и др.

- Органические пигменты нерастворимы в матрице пластмассы. Они изготавливаются в виде мелких частиц и придают пластмассе непрозрачный вид. Склонность к миграции у органических пигментов ниже, чем у органических веществ. Некоторые из пигментов также являются токсичными. Примерами органических пигментов служат бензимидалоны (желтый, красный, оранжевый), фталоцианины (синий, зеленый), хинакридины (фиолетовый, красный, оранжевый), диоксазины (фиолетовый) и др.

- Неорганические пигменты. Эти пигменты широко используются при изготовлении пластмасс, поскольку по сравнению с органическими более стабильны при высоких температурах, дешевле и прозрачнее, но уступают органическим по яркости и интенсивности цвета. Многие из неорганических пигментов чрезвычайно токсичны, поскольку представляют оксиды тяжелых металлов (хрома, свинца и никеля). Примерами неорганических пигментов служат: оксид титана (белый), хромат свинца (желтый), хромат цинка (желтый), титанат никеля (желтый) оксид хрома (зеленый), оксиды железа (коричневый, красный. черный), алюмат кобальта (синий), сульфид кадмия (оранжевый), хромит железа (черный).

- Красочные лаки. Состоят из красителя, связанного с неорганическим основанием. В упаковке используются для усиления визуальных эффектов.

- Красители с перламутровым оттенком. Наиболее часто используемыми красителями являются сланцы, покрытые оксидом титана, и сланцы, покрытые оксидом железа. Они образуют тонкие пленки с высоким коэффициентом преломления света.

Использование красителей при производстве пластмасс требует учета факторов, оказывающих влияние на здоровье и безопасность. К разрешенным красителям пластмасс, применяемых в упаковке пищевых продуктов, относятся алюминий, гидрат алюминия, силикат алюминия и калия, сульфат бария, бетонит, карбонат кальция, силикат кальция, сульфат кальция, газовая сажа, окись хрома зеленая, оксиды железа, оксид магния, силикат магния (тальк), сиена, диоксид кремния, двуокись титана-сульфат бария, ультрамарин, карбонат цинка (имеет ограничения в использовании) и некоторые другие.

Термостабилизаторы. Основным недостатком ПВХ является его недостаточная термостабильность (жаростойкость).

Соединения, относящиеся к термостабилизаторам, способны снизить скорость процесса дегидратации, который делает цвет материала желтым, янтарным и в конце концов черным. Термостабилизаторы представляют собой неорганические, металлоорганические и органические соединения (бариево-кадмиевые, кальциево-цинковые, свинецорганические, оловоорганические и др.).

Добавки, используемые в бутылках из ПВХ должны быть сертифицированы.

Для упаковок из эластичных материалов наиболее распространенными стабилизаторами являются смешанные металлы (барий-цинк, кальций-цинк).

Пластификаторы. Это вещества, вводимые в полимеры для придания эластичности и пластичности в условиях переработки и эксплуатации. За счет снижения температуры стеклования пластификаторы улучшают рабочие и экструзионные характеристики, снижают температуру обработки, уменьшают жесткость упаковки и повышают эластичность материала.

Использование пластификаторов необходимо только для некоторых пластмасс, например, ПВХ, который без пластификаторов представляет собой полукристаллический хрупкий полимер с трудом поддающийся обработке.

К широко применяемым пластификаторам относятся фталаты, из которых наиболее распространенный фталат диэтилгексила.

Стабилизаторы ультрафиолетового излучения. Внешнее ультрафиолетовое излучение может вызвать фотоокисление в ПС и полиолефинах, особенно в ПП, ПВХ и других полимерах., что влечет изменение цвета пластика, потерю эластичности и глянцевитости.

Одной из защитных добавок, поглощающей вредное излучение и применяемой в ПВХ, ПЭ, ПП, целлюлозе и ПЭТ, является гидробензофенон. В последнее время эффективными стабилизаторами ультрафиолетового излучения является группа аминовых стабилизаторов (HALS). К дешевым, но достаточно эффективным поглотителям ультрафиолетового излучения, относится газовая сажа, которая может быть использована в ПВХ, ПЭ и ПП

Другие добавки. В полимеры могут вводится и другие добавки, например, ингибиторы горения, разные наполнители, связующие вещества, вещества, упрощающие обработку пластиков. Эти добавки не имеют большого значения для упаковки.

Дата добавления: 2014-11-29