Основные виды пластмасс для упаковки пищевой продукции

Полиолефины. Олефин (маслообразующий) – это синоним более современного понятия алкены, которые представляют собой углеводороды гомологи этилена и пропилена. Термин полиолефин относится только к полимерам, изготовленным из алкенов, будь то гомо- или сополимер. В него включают группы полиэтиленов и полипропиленов.

Полиэтилен – это первый олефиновый полимер, примененный в 1940 г. для упаковки пищевых продуктов.

Семейство полиэтилена представлено на рис.2.1.

Рис.2.1 Семейство полиэтилена

ПВС - поливиниловый спирт, ЛПЭНП – линейный полиэтилен низкой плотности, ПЭСНП – полиэтилен сверхнизкой плотности

Полиэтилены (ПЭ) представляют собой группу присадочных полимеров, основанных на этилене. ПЭ может быть как линейным так и с разветвленной структурой, быть сополимером или гомополимером. При молярной концентрации менее 10% полимер квалифицируется либо как сополимер, либо как гомополимер.

Полиэтиленовые пластмассы используются в качестве пленок, запрессованных пластмассовых упаковок, крышек, а также многослойных пленок.

Линейный полиэтилен и полиэтилен с разветвленной структурой. Линейный ПЭ включает в себя длинные цепочки этиленового мономера, связанные без разветвления. Кристалличность разветвленного ПЭ составляет от 40 до 60%, а его плотность колеблется от 0,91 до 0,97 г/см³

Линейный ПЭ может изготавливаться в виде гомополимера ПЭВП, сополимерного линейного ПЭ низкой плотности (ПЭНП) и полиэтилена сверхнизкой плотности (ПЭСНП).

FDA разрешает использование полиолефиновых пластмасс и их непосредственный контакт с пищевыми продуктами.

Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) представляет собой гомополимер с разветвленной структурой с низким процентом кристалличности, обеспечивающей прозрачность, эластичность, способность к герметизации и простоту обработки. При его обработке могут быть использованы различные технологии – получение пленки методом экструзии с раздувом, отлив пленки из раствора, экструзия и выдувание в формы. По сравнению с другими видами пластиков ПЭНП обладает высокими барьерными свойствами относительно воды и одновременно он проницаем для кислорода, углекислого газа, паров органических веществ и запахов. Из ПЭНП чаще всего изготавливают пленку, толщина которой составляет менее 300 мкм. Кроме того, из него изготавливаются контейнеры и пакеты, предназначенные для хранения пищевых продуктов.

Температура плавления 105-115⁰С, морозостойкость – 70⁰С, плотность, кг/м³ – 0,918-0,935; предел прочности при растяжении, МПа, 10-16; модуль упругости, МПа, 90-130; сопротивление воздействию кислот – хорошее, щелочей – хорошее, масла и смазок – плохое, воды – хорошее.

Основным конкурентом ПЭНП является ЛПЭНП, который при схожей плотности обеспечивает лучшую устойчивость.

Севилен. Другие ПЭ с разветвленной структурой изготавливают за счет сополимеризации этилена либо с алкенами, либо с мономерами, в результате чего получают этиленовые сополимеры с более низкой кристалличностью, повышенной эластичностью, более широким диапазоном температур термосклеивания и более плотными свойствами.

Севиленовые пластмассы отличаются своей эластичностью, прочностью и способностью к термосклеиванию в покрытиях, наносимых методом экструзии. Севилен (СЭВА) – это статистический сополимер, свойства которого зависят от содержания винилацетата (ВА) и молекулярного веса. При увеличении содержания ВА кристалличность снижается, однако, в отличие от ПЭНП, одновременно повышается плотность. Увеличение содержания ВА ведет к увеличению прозрачности, эластичности при низких температурах, ударной вязкости и прочности материала. При содержании ВА 50% севилен становится полностью аморфным (прозрачным). При увеличении молекулярного веса увеличивается вязкость, плотность, прочность термосклеивания, эластичность.

ЭВА выпускается в виде пленки, используемой в качестве прокладки при термосклеивании. ЭВА также используется в качестве прокладки при термосклеивании в виде покрытия, нанесенного методом экструзии на ПЭТ, целлофан и пропиленовые пленки, которые применяют, например, для упаковки сыра и для медицинских целей. Выбор севилена оправдан, если необходима плотность при низких температурах (для оберточных пленок для мяса, птицы).

Севилен разрешен FDA для непосредственного контакта с пищевыми продуктами.

Этиленоакриловая кислота. В результате сополимеризации этилена с акриловой кислотой (АК) создаются сополимеры ЭАК, представляющие собой эластичные термопластики, обладающие химической стойкостью и барьерными свойствами, схожими с ПЭНП.

Сополимеры ЭАК превосходят ПЭНП по прочности, ударной вязкости, прилипаемости при высокой температуре, адгезионной прочности.

Область их применения в качестве блистерных упаковок и в виде прокладки между алюминиевой пленкой и другими полимерами, изготовленными методом экструзии.

Пленки из ЭАК используются в эластичных упаковках для мяса, сыра, закусок, а также при изготовлении упаковок из вакуумированной пленки на подложке и при адгезионном ламинировании.

Покрытия, изготовленные методом экструзии, наносят на упаковки пищевых продуктов, мелованную бумагу, асептические коробки, банки, тюбики зубной пасты и пр.

FDA разрешает использование ЭАК для непосредственного контакта с пищевыми продуктами.

Иономеры – это вещества, получаемые нейтрализацией ЭАК с помощью катионов (Na⁺ и др.) и обладающее большей прозрачностью, ударной вязкостью и прочностью при плавлении. Торговым названием иономеров, принятым компанией DuPont, является сурлин (Surlin ^®).

Иономеры используются в сочетании с нейлоном, ПЭТ, ПЭНП, ПВДХ, картоном и алюминиевой фольгой для формирования термической прокладки в пленках и многослойных конструкциях. Они повышают сопротивление конструкции растрескиванию при многократном складывании и ее сопротивление излому. Наиболее распространенным методом обработки иономеров является совместное экструзивное ламинирование и нанесение покрытия методом экструзии.

Защитные свойства иономеров невелики, но в сочетании с ПВДХ они создают комбинированный материал с высокими барьерными свойствами.

Известно более 50 промышленных разрядов иономеров, обладающих широким диапазоном свойств (иономеры натриевого типа, иономеры цинка и др.)

Иономеры используются в пищевой промышленности преимущественно в многослойных пленках, применяемых при упаковке свежего и обработанного мяса, для упаковки замороженных продуктов (рыбы и птицы), сыра, закусок, соков, вина, воды, растительного масла, маргарина и спрэдов, орехов и др. Они обладают высокой маслостойкостью и стойкостью к агрессивным средам, а также обеспечивают надежную герметизацию при различных температурах.

FDA разрешает непосредственный контакт иономеров с пищевой продукцией.

Полиэтилен сверхнизкой плотности (ПЭСНП) представляет собой сополимер этилена и октена плотностью от 0,88 до 0,915 г/см³

ПЭСНП обладают хорошим сочетанием прочности, способности к герметизации, эластичности. Они превосходят ЛПЭНП по устойчивости к надрыву и проколу, ударной вязкости и светопроницаемости. Проницаемость для кислорода у них выше чем у других видов полиэтилена.

Линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП). Его свойства определяются молекулярной массой и плотностью (от 0,916 до 0,94). Имея линейное строение молекул ЛПЭНП имеет большую кристалличность, а значит и большую жесткость, чем ПЭНП, а также большие значения предела прочности на разрыв, сопротивление проколу, надрыву, прочности при растяжении и температуру плавления на 10-15⁰ С выше, чем ПЭНП, но меньшую прозрачность.

ЛЭПНП широко используется в качестве растягивающейся пленки, мешков для тяжелых грузов. Его температура плавления 122-124⁰С, прочность при разрыве 13-27,6 МПа, модуль упругости 262-518 кПа.

Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) представляет собой молочно-белый линейный термопласт.

Из этого материала методом выдувного формования изготавливается тара для хранения молока, соков, воды, а также различные банки и бочки, ведра и др.

Пленки, полученные методом экструзии с раздувом, и пленки, отлитые из раствора, используются для изготовления упаковок. ПЭВП заменяет пергамин при упаковке крупяных продуктов, крекеров, закусок и т.п.

Этот вид ПЭ используется для упаковки деликатесных продуктов и для изготовления пакетов

Температура плавления ПЭВП 125-130⁰С, температура стеклования -100⁰С, удельная масса 0,94-0,965, предел прочности при растяжении 22-32 кПа, модуль упругости 90-124 МПа, хорошее сопротивление воздействию кислот, щелочей, масел и воды.

ПЭВП разрешен FDA для непосредственного контакта с пищевыми продуктами.

Полипропилен (ПП) представляет собой группу термопластичных линейных полимеров, основанных на полимеризации мономера пропилена. ПП применяется в качестве гомополимера и статистического сополимера, последний изготавливается за счет добавления небольшого количества этилена (от 2 до 5%).

Термопластичные ПП отличаются низкой плотностью (0,89-0,92) и хорошим сопротивлением механической и химической усталости.

В упаковочной промышленности ПП используется для изготовления крышек, пленок и другой тары.

Гомополимер ПП, металлоценовые пропилены (мПП) являются новым поколением ПП. Тара, изготовленная с применением ПП, имеет более тонкие стенки при сохранении той же жесткости.

Изостатический ПП (изоПП) является наиболее распространенным в промышленности типом гомополимера ПП. В сравнении с ПЭНП и ПЭВП ПП обладает меньшей плотностью, более высокой температурой плавления и большей жесткостью. Однако по сравнению с ПЭ изостатический ПП более чувствителен к окислительному разрушению, вызываемому светом и теплом. Для управления этим процессом применяют антиокислители. Другими добавками являются антистатические вещества для рассеивания электростатических зарядов.

Температура плавления 160-175⁰С, температура стеклования – 20⁰С, удельная масса 0,895-0,91; предел прочности при растяжении 31-42МПа, модуль упругости 1140-1550 МПа, сопротивление на разрыв 386-579 кН/м, сопротивление воздействию кислот, щелочей и масел хорошее, воды – отличное.

Ориентация полипропиленовых пленок улучшает их прочность, прозрачность и глянец по сравнению с неориентированными пленками. Пленка из ориентированного ПП (ОПП) служит основой для самых разных материалов – она может быть металлизирована, соэкструдирована и ламинирована, на нее можно нанести покрытие, она может быть покрыта силикагелем и окисью алюминия.

ОПП с органическим покрытием используется для упаковки конфет, печенья и закусок, т.е. в тех случаях, когда требуется хорошая обрабатываемость материала, низкий коэффициент трения (от 0,2 до 0,3), привлекательный внешний вид и рентабельность.

Для защиты вкусовых качеств продуктов может быть выбрана ОПП с покрытием из ПВДХ. Металлизированные пленки из ОПП увеличивают срок хранения продуктов, чувствительных к воздействию кислорода (нежирные чипсы, орехи, сушеные фрукты).

В тех случаях, когда пакеты размещаются в ящиках, мешках ОПП – пленка является наиболее подходящим материалом для устойчивых пакетов.

Температура плавления ПП составляет 163⁰С, поэтому использование его в микроволновых печах ограничено разогревом.

ПП является отличным материалом для опрессованных под давлением крышек, предназначенных для бутылок, изготовленных из ПЭВП, ПЭТ и стекла.

Сополимеры ПП по сравнению с гомополимерами имеют другие термические свойства. Они имеют меньшую температуру термосклеивания, более низкую температуру теплоотвода при термоформировании и способны лучше выдерживать хранение при низких температурах.

Добавки этилена снижает высокую кристалличность изостатического ПП, что улучшает прозрачность и эластичность. Плотность также уменьшается от 0,89 до 0,9. Случайный сополимер ПП обладает хорошей ударной вязкостью по сравнению с гомополимером ПП и в меньшей степени подвержен воздействию температуры.

Случайные сополимеры используются в качестве пленок и опрессованных компонентов., например, сополимер с 7% содержанием этилена используется в качестве теплоизолирующей прокладки при упаковки пищевых продуктов.

Неориентированные пленки, как правило, мягкие и легко поддаются термосклеиванию.

Металлоцены – это местно-катализированные полимеры (SSC). Металлоценовые пластомеры появились в 1992г в разработках компании Exxon под названием EXACT^® c молекулярной массой от 40000 до 120000 и плотностью от 0,86 до 0,915. Полиолефиновые пластомеры с использованием полимеров SSC изготавливаются также компанией Dow Chemical под названием AFFINITY ^® .

Основными характеристиками металлоценов являются:

- малая доля компонентов с низкой молекулярной массой, что ведет к получению беспримесных пластмасс, способствующих устранению посторонних привкусов,

- температуры герметизации ниже, а их диапазон шире, чем при использовании ПЭВП,

- эти пластмассы имеют высокую адгезию при высоких температурах, устойчивость к проколу,

- ожидается, что новые металлоцены заменят некоторые ПВХ и из них будут изготавливаться новые растягивающие пленки и пакеты.

Пластмассы SSC могут быть смешаны с ПЭНП и ПЭВП.

Поливинилхлорид (ПВХ) представляет собой гомополимер хлористого винила. В упаковочной промышленности 80% этого материала изготавливается реакцией полимеризации в жидкой суспензии, остальная часть в виде эмульсии и раствора. В Европе использование ПВХ было разрешено до 2000 г. Дальнейшее разрешение не получено, поскольку ПВХ наносит вред здоровью человека (большие дозы этого продукта считаются канцерогенными).

Жесткий ПВХ используется для изготовления труб имеет температуру стеклования 82⁰С и очень труден в обработке.

Эластичный ПВХ, используемый для упаковки, получают за счет добавления пластификаторов

Бутылки из ПВХ, изготавливаемые методом выдувного формования, получают из пластифицированного ПВХ.

Составы, предназначенные для изготовления конкретных продуктов из ПВХ, как правило запатентованы.

На непосредственный контакт материала из ПВХ с пищевыми продуктами должно быть получено разрешение FDA.

ПВХ обладает хорошей прозрачностью, защитными свойствами, сопротивляемостью проколу и способностью к герметизации.

Температура плавления 165-170⁰С, температура стеклования 75-105⁰С, удельная масса 1,22-1,4; предел прочности на разрыв 9,7-2,4 кПа, температура термосклеивания 143-160⁰С, сопротивление воздействию кислот, щелочей хорошее, масел – удовлетворительное, воды – отличное.

Большая часть изготовленных из ПВХ пленок используется для упаковки замороженного мяса и некоторых других пищевых продуктов. Примерами использования ПВХ при упаковке могут также служить бутылки для молока и молочных продуктов, растительных масел, масла и маргарина, а также крышки для коробок с мясом, птицей и рыбой.

В настоящее время промышленно изготавливаемый ПВХ содержит низкую долю вредных веществ, которые могут перейти в продукт.

Сополимеры винилхлорида. Сополимеры винилхлорида с винилиденхлоридом, известные как Saran^® или ПВДХ были разработаны в 1930 г. фирмой Dow Chemical. Температура плавления гомополимера ПВДХ составляет от 198 до 205⁰С. Полимер Saran^® содержит от 2 до 10% пластификатора и термостабилизаторы, его замечательным свойством является чрезвычайно низкая проницаемость для газов и жидкостей, а также высокая сопротивляемость химическому воздействию.

Существуют следующие разновидности сополимеров Saran^®: полимеры F с акрилонитрилом в качестве сополимера, водянистые эмульсионные латексы для защитных покрытий и экструзионные полимеры для пленок и листов. Полимеры F включают типы F-239 и F–278, используемые для покрытия пластиковых пленок (целлофана и полиэстера). F-310 используется для покрытия бумаги

Латексы применяют для мелованной бумаги или картона, им могут быть покрыты жесткие упаковки из ПЭТ, ПВХ, ПС и ПЭ.

При упаковывании пищевых продуктов Saran^® используется в качестве защитного материала, предотвращающего проникновение влаги, газов, привкусов и запахов. Однослойные пленки применяются в качестве упаковок, используемых в домашнем хозяйстве.

Многослойные пленки, получаемые соэкструзией с полиолефинами, используются для упаковки мяса, сыра и других продуктов, чувствительных к воздействию влаги и газов. Материалы, как правило, содержат от 10 до 20% сополимера ВДХ. Обычно они используются в качестве термоусадочных пленок, обеспечивающих защитный слой внутри термоформованной тары.

FDA разрешает использование ПВДХ для непосредственного контакта с пищевыми продуктами.

Полистирол (ПС) – это полимер, получаемый при полимеризации стирола. Современные технологии получения ПС, добавки и смешивание делают полистирол очень распространенным упаковочным материалом. Полистирол гидрофобен, негигроскопичен, легко поддается экструзии и термоформованию. Существует три типа ПС: универсальный, ударопрочный и пенный.

Универсальный ПС представляет собой аморфный материал, не имеющий температуры плавления, обладающий высокой светопроницаемостью и отличными оптическими характеристиками. Температура стеклования находится в диапазоне от 74 до 105⁰С, что делает его ломким и жестким при комнатной температуре. Известны три класса УПС: высокой степени нагрева, средней выпрессовки и прямой выпрессовки.

Первые УПС содержат небольшое количество добавок и являются хрупкими. Они используются в качестве пены и термоформованных материалов, применяемых для упаковки электронных изделий, футляров компакт-дисков и др.

Полимеры высокой выпрессовки содержат в качестве добавки от 3 до 5% минерального масла, что делает их кристаллическими и более эластичными, а также снижает температуру деформации. Характерными вариантами применения являются одноразовая посуда и одноразовые медицинские изделия.

Полимеры средней выпрессовки содержат 1-2% минерального масла и используются для изготовления бутылок методом выдувного формования, а также изготовления соэкструзированных материалов, используемых для производства упаковки пищевых продуктов.

Ударопрочный полистирол (УППС) содержит частицы резины для повышения ударопрочности. Материал поддается термоформованию и применяется для производства контейнеров для замороженных молочных и других продуктов, изготовления крышек, чаш, тарелок. Ограничивающим фактором применения УППС является его низкая термостойкость, проницаемость для кислорода, нестабильность к ультрафиолету, а также недостаточная стойкость к воздействию масел

Растягивающие пленки из полистирола применяют для упаковки яиц и мяса, поскольку пена из ПС обладает хорошими амортизирующими и теплоизолирующими свойствами.

Поливиниловый спирт (ПВС) получают за счет управляемого гидролиза сополимеров ЭВА. По сравнению с ПЭ ПВС обладает исключительно высокими барьерными свойствами, препятствующими проникновению посторонних запахов и газов, но он очень сложен в обработке и растворим в воде. При содержании винилового спирта в ПВС около 70% сополимеры ВС уже сочетают технологичность, водостойкость ПЭ и барьерные свойства ПВС.

Упаковки из ПВС обеспечивают хорошее сохранение вкусовых качеств продуктов и могут применяться при производстве бутылок и эластичной тары для упаковки кетчупов, желе, овощных соков, майонеза и мяса.

ПВС может применяться в различных комбинациях с ПЭ, ПЭТ, нейлоном и др., а также выпрессовываться в пленки, обрабатываться методами выдувного формования, литья под давлением и соэкструзирования.

Плотность ЭВС 1,14-1,19 г/см³, предел прочности при растяжении 59-80МПа, температура термосклеивания 179-238⁰С, прочность на разрыв 154-193 Н/м.

FDA разрешает использование ПВС при непосредственном контакте с пищевыми продуктами с содержанием ВС до 80%.

Нейлон представляет собой линейный термопластичный полиамид. Нейлон прозрачен, поддается термоформованию в широком диапазоне температур. Он является хорошим барьером на пути газов, масел и запахов. Нейлоны обладают высокой прочностью на прокол, ударной вязкостью и температурной стабильностью.

Температура плавления 210-220⁰С, удельная масса 1,12; предел прочности при растяжении, 41,4-166 МПа, сопротивление воздействию кислот плохое, щелочей удовлетворительное, масел – хорошее. Нейлоны гидрофильны, т.е. легко могут поглощать воду (от 6 до 8% своей массы).

Нейлоны с другими пластмассами обеспечивают структуре прочность и ударную вязкость. При соэкструзии с полиолефинами гарантируется способность полученного материала к термосвариванию и повышается влагостойкость. Нейлон используется для нанесения покрытия на картон (высокопрочный картон). Тара из нейлона получается методом выдувного формования (упаковка мяса и сыра)

При упаковке пищевых продуктов широкое распространение получил Нейлон 6 и Нейлон 6,6

FDA разрешает непосредственный контакт пищевых продуктов с нейлоном.

Многослойные пленки с нейлоновым слоем используются главным образом при вакуумном упаковывании бекона, сыра, копченой колбасы, сосисок и других предварительно обработанных мясных продуктов.

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) представляет собой линейный термопластичный полимер, получаемый поликонденсацией этиленгликоля и терефталевой кислоты.

ПЭТФ широко применяется в пищевой промышленности в качестве упаковочного материала при изготовлении бутылок для газированных напитков. Он прозрачен, обладает высокой ударной вязкостью, прозрачностью, способностью к ориентированию, приемлемой ценой, а также способностью к высокоскоростной технологии обработки бутылок. Посуда из ПЭТФ имеет небольшую массу, стойка к раздроблению и может использоваться повторно.

Температура плавления полимеров и пленок из ПЭТФ 212-265⁰, стеклования 70-80⁰С, удельная масса 1,35-1,41; предел прочности при растяжении 48,3-72,5 МПа, прочность на разрыв 55-80, сопротивление воздействию кислот, масел, воды – хорошее, щелочей – плохое.

Типичными упаковываемыми в ПЭТФ пищевыми продуктами являются горчица, маринады, растительные масла, специи, сиропы, безалкогольные напитки, вода.

ПЭТФ интенсивно используется для нанесения покрытий методом экструзии, а также для экструзии в пленку и листы.. Его кристаллическая форма (КПЭТФ) служит для производства упаковки, используемой в духовках.

Термопластичные сополимеры (ПЭТ) относятся к полиэфирам и служат для образования и листования пленки, предназначенной для упаковки пищевых продуктов, в основном для изготовления блистерной упаковки.

Нафталат полиэтилена - это одна из последних разработок в перечне полиэфиров, его использование связано главным образом с производством напитков. ПЭН является прозрачным материалом, несколько уступающим ПЭТ, и обладает хорошими защитными свойствами от проникновения газов. По сравнению с ПЭТ он более прочный и жесткий, что делает его пригодным для горячего наполнения, а также прекрасным материалом для газированных напитков. Он поглощает ультрафиолетовое излучение, чем обеспечивает дополнительную защиту продукту. Пластмассы ПЭН пока дороже пластмасс ПЭТ. ПЭН могут обрабатываться методом выдувного формования, опрессовки под давлением и экструзии. Тара из этого материала является возвратной.

Поликарбонат (ПК) – это стекловидный аморфный термопластичный материал. Он обладает хорошим сочетанием ударной вязкости и прозрачности.

Поликарбонаты обладают достаточной стойкостью к фруктовым сокам, водным растворам этанола и не разъедаются некоторыми растворителями. Тара из поликарбоната выдерживает нагрев в микроволновой печи и духовке..

Использование поликарбоната сводится в основном для изготовления тары для хранения хлеба, мучных кондитерских изделий, мяса и плавленого сыра. Из данного материала изготовляют упаковки для горячих напитков, вакуумные упаковки, жесткую тару (в качестве заменителя ПВХ). Кроме того ПК применяется для придания глянца бумаге и изготовления защитного слоя. ПК может подвергаться стерилизации при автоклавировании и гамма-стерилизации.

Способы обработки ПК включают в себя опрессовку под давлением, экструзию, соэкструзию и выдувное формование. ПК может быть ламинирован.

Пленки с силиконовым и алюминиевым покрытием. Осаждение оксида кремния на полимерные основания упаковок используется для предотвращения проникновения паров и газов. ПЭТФ с покрытием оксида кремния обеспечивает высокие барьерные свойства, препятствующие проникновению воды и кислорода. Для покрытия ПЭТФ, ПЭНП используются три способа напыления в вакууме: выпаривание, распыление, плазменное напыление.

Пленки с алюминиевым покрытием обеспечивают отличные защитные покрытия и составляют конкуренцию силиконовым пленкам. Они прозрачны и могут подвергаться нагреву в микроволновых печах.

Дата добавления: 2014-11-29