Жиростойкие виды бумажных материалов: история их возникновения, свойства, ассортимент в России, предприятия-производители и перспективы развития отрасли.

Жиростойкие виды бумажных материалов используются для упаковки масло-молочных про­дуктов, жиров животного и растительного происхождения, мясных и колбасных изделий, выпечных и кондитерских изделий, а в последние годы — продуктов быстрого приготовления и «быстрой еды» (пицца, пирожки, жареный картофель, воздушная кукуруза и т. д.)

Во второй половине 80-х годов наблю­дался пик потребления жиростойких видов бумаги и пергамента. В этот пе­риод в СССР потреблялось чуть боль­ше 50 тыс. тонн пергамента и подпер-гамента суммарно. Из них около 60% составлял подпергамент, остальное — пергамент. Примерно половина ука­занного количества производилась отечественными предприятиями. Ос­тальное закупалось по импорту.

Классическая технология производ­ства пергамента и подпергамента на­правлена на то, чтобы сформировать из целлюлозных волокон сомкнутую структуру, в которой практически от­сутствуют поры. Это достигается за счет высокой степени помола целлю­лозного волокна и дополнительных стадий обработки бумажного полотна. И хотя сами целлюлозные волокна прекрасно смачиваются жирами, вы­сокая сомкнутость волокон в структу­ре бумаги превращает материал в не­проницаемый для жиров и масел. Та­кая технология требует весьма высо­ких затрат энергии. Так, для производ­ства подпергамента по классической технологии требуется примерно в два раза больше электричества и пара, чем для производства обычной упако­вочной бумаги.

Общее стремление человечества к экономному расходу энергоресурсов и развитие химической технологии по­зволили использовать иной физичес­кий принцип в технологии жиростой­ких видов бумаги. А именно — при­дать волокнам целлюлозы жироотталкивающие свойства за счет введения в бумагу специальных защитных препаратов. При этом поры, характерные для обычной бумаги, становятся непроницаемыми для жиров и масел, и отпадает необходимость в высоких энергозатратах на размол и сушку бумаги. Такие химикаты для бумаги были разработаны на основе фториро­ванных соединений более 20 лет назад и сразу получили широкое распрост­ранение за рубежом. В последние 10 лет наблюдается быстрый рост объе­мов производства бумаги и картона с барьерными свойствами. В Россию данная технология пришла примерно 5 лет назад. За последние 2-3 года она нашла применение в широком ассор­тименте упаковочных видов бумаги.

Несколько фирм в мире выпускают химикаты для бумаги на основе фторированных соединений. Крупнейшим производителем является компания «ЗМ». В России хорошо известны хи­микаты под торговым названием «Скотчбан ФС-807» и «Скотчбан ФС-845», которые поставляет компания «ЗМ Россия».

Многим известны сковородки с фто­ропластовым покрытием (известная торговая марка «Тефлон»). Масло на такой сковороде не растекается по по­верхности, а собирается в капли, т.к. пленка фторированного полимера от­талкивает жир.

Аналогичный физический принцип заложен и в технологии производства жиростойкой бумаги — придание во­локнам (и соответственно бумаге) жироотталкивающих свойств. Явление смачивания жирами обычной бумаги, тканей и других материалов связано с тем, что эти материалы обладают вы­сокой свободной энергией поверхнос­ти, а жиры и масла — низкой. При их контакте вступают в силу законы тер­модинамики, по которым угол смачи­вания составит менее 90°, и жидкость с низким поверхностным натяжением будет растекаться по поверхности с высокой свободной энергией. Обра­ботка бумаги фторированным защитным соединением снижает свободную энергию поверхности бумаги до уров­ня ниже энергии поверхностного натяжения жира. В этих условиях угол смачивания превышает 90°, и капля масла не растекается по поверхности и не проникает внутрь бумаги. При этом размер пор бумаги практически не имеет значения. Этот принцип хо­рошо работает, хотя в условиях реальной технологии обеспечить высокую жиростойкость бумаги не так просто.

На практике различные продукты питания имеют различное содержание жира. Природа и проникающая спо­собность жиров также может быть различной.

У понятия «жиростойкость» есть несколько аспектов: 1) способность бумаги не пропускать жир насквозь; 2) способность бумаги не впитывать жировые компоненты и противостоять образованию пятен при контакте с тем или иным видом жира. Первое гаран­тирует чистоту хозяйственных сумок и портфелей, поэтому очень важно для потребителей. А второе — актуально для компаний, реализующих продук­ты питания, поскольку неприглядный эстетический вид засаленной упаков­ки не способствует успеху рыночной реализации.

В России и за рубежом используют­ся различные методы определения жи-ростойкости. В ГОСТе 1760 «Подпер-гамент. Технические условия» используется два метопа. Первый — жиропроницаемость как время  сквозного проникновения скипидара через бума­гу. (Измеряется в секундах). Второй, названный также жиропроницаемостью, определяется как масса транс­форматорного масла, впитавшегося в бумагу при определенных условиях; измеряется в мг/м². В основном ис­пользуется метод по скипидару.

В Западной Европе также иногда используется метод определения жиростойкости по скипидару, однако чаще используется метод, называе­мый «ЗМ Кит». Данный метод уже вве­ден в технические условия отече­ственных жиростойких видов бумаги, но потребители упаковки еще не полу­чили о нем достаточной информации. Поэтому целесообразно описать но­вый метод подробнее.

Для проведения испытаний готовят набор тестовых растворов с различной проникающей способностью. При этом поверхностное натяжение ра­створов снижается, а проникающая способность — возрастает с увеличе­нием номера. Метод соответствует ме­тоду «Tappi 559».

Тестируемые образцы бумаги поме­щают на чистую плоскую поверхность тестируемой стороной вверх, затем на них наносят две капли тестового ра­створа с каким-нибудь средним номе­ром и засекают время секундомером. Через 15 секунд излишки раствора удаляют мягкой бумажной салфеткой. Затем осматривают поверхность. Если на поверхности бумаги появилось потемнение, вызванное впитыванием раствора, то считается, что бумага не одержала испытания с раствором данного номера. Повторяют процеду­ру с растворами других номеров. По­ложительным результатом теста явля­ется максимальный номер раствора, при котором образования пятна на бу­маге не отмечалось.

Метод может быть использован как для бумаги, так и для картона. Он бо­лее прост, чем метод жиропроницаемости по скипидару. Другие достоин­ства — возможность определения раз­носторонности бумаги по показателю жиростойкости, больший диапазон чувствительности.

На практике различные номера ра­створов приблизительно соответству­ют тем или иным жиросодержащим продуктам, что позволяет правильно выбрать уровень жиростойкости упа­ковочной бумаги. Так, например, тес­товые растворы «Кит» № 3—7 соответ­ствуют проникающей способности ра­стительных жиров, содержащихся в некоторых крупах (белый, коричне­вый рис), №6 — подсолнечному мас­лу, кофе, № 8 — сливочному маслу, шоколаду, №9-10 — некоторым ви­дам животных жиров (куриный жир, субпродукты, корм для животных) и прочее.

Скипидар по проникающей способ­ности приблизительно соответствует тестовому раствору № 8.

Важными потребительскими свой­ствами жиростойкой упаковочной бу­маги являются также белизна и не­прозрачность упаковки. Белизна ассо­циируется с чистотой упакованного продукта, обеспечивает контраст­ность печати и яркость красок. А непрозрачность дает дополнительную защиту от разрушительного ультрафи­олета, когда продукты питания подо­лгу лежат на стеллажах, ярко осве­щенных лампами дневного света. В этом отношении, например, подпергамент марки «ПЖ», выпускаемый ОАО «Троицкая бумажная фабрика» с ис­пользованием жироотталкивающего препарата «Скотчбан», имеет некото­рые преимущества перед подпергаментом, выпускаемым по традиционной технологии: 1) белизна — более 80% против 60-75%; 2) непрозрач­ность — более 80% против 55—65%; 3) желтизна 1-3% против 10-20%.

Полезной особенностью бумаги с жироотталкивающими свойствами яв­ляется то, что продукты питания к ней практически не прилипают.

 

СОСТАВ ТЕСТОВЫХ РАСТВОРОВ
Номер теста	Касторовое масло, см3	Толуол, см3	Гептан, см3	Поверхностное натяжение, дин /см (27°С)
1	200	0	0	34,5
2	180	10	10	32,7
3	160	20	20	29,3
4	140	30	30	25,4
5	120	40	40	25,0
6	100	50	50	24,1
7	80	60	60	23,1
8	60	70	70	22,8
9	40	80	80	22,5
10	20	90	90	22,5
11	0	100	100	22,4
12	0	90	110	22,0                      Таблица 1

 

ТРЕБОВАНИЯХ ЕВРОПЕЙСКИХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫХ К КАРТОНУ ДЛЯ УПАКОВКИ РАЗЛИЧНЫХ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
Вид продукта подлежащего, упаковке	Требования                          по жиростойкости, «Кит»	Требования                                    по влагостойкости
Сухой корм для животных	не менее 10
Замороженные продукты	не менее 8	Кобб (180 с) — не более 40 г/м2
Выпечка и бакалея	не менее 7	—
Масло и маргарин (вторичная упаковка)	не менее 8	Кобб (60 с) — не более 25 г/м2
Еда быстрого приготовления	не менее 6	Кобб (60 с) — не более 25 г/м2
Мясо, птица	не менее 8	Кобб (60 с) — не более 25 г/м2
Шоколад	не менее 8	—
Рис белый	не менее 3	—                                     Таблица 1

 

Несколько строк о безопасности упаковочных видов бумаги. В практи­ке упаковки пищевых продуктов (не обязательно жиросодержащих), дос­таточно широко используются неспе­циализированные виды бумаги, напри­мер писчая (вероятно, в погоне за де­шевизной). Этот вид бумаги, в отли­чие от специализированных упаковоч­ных видов содержит оптические отбе­ливающие вещества. Известно, что этот класс химикатов запрещен для применения в бумаге, имеющей пря­мой контакт с пищевыми продуктами, поскольку может попадать в еду путем диффузии из упаковки. Соответствую­щие  запрещающие законы имеются в странах «дальнего зарубежья» и на Украине. В России — пока нет.

Специализированные виды бумаги проходят весьма строгую проверку и являются достаточно безопасными упаковочными материалами. Однако в некоторых видах целлюлозы содер­жится канцероген диоксин, который образуется при отбеливании целлюло­зы активным хлором. По своей приро­де он является жирорастворимым ве­ществом. К достоинству жиростойких видов бумаги надо отнести то, что за­щитные препараты создают барьер для проникновения жиров в упаковку и для диффузии жирорастворимых компонентов бумаги в упакованные продукты питания.

В части безопасности самих защит­ных препаратов марки «Скотчбан» проведены подробные исследования всех аспектов применения. Исследо­вания показали не только безопас­ность для здоровья, но и экологичес­кую безопасность. Имеются гигиени­ческие сертификаты США, Германии и России.

В Европе интенсивно развивается ресурсосберегающая технология про­изводства жиростойких видов бумаги, которая вытесняет классическую тех­нологию. Жиростойкая бумага во мно­гих случаях заменяет бумагу, ламини­рованную полиэтиленом, но в отличие от последней является мономатериа­лом и легко поддается вторичной пере­работке.

Наиболее широкий ассортимент жи­ростойких видов бумаги в России представлен на ОАО «Троицкая бу­мажная фабрика». Здесь изготавлива­ется не только подпергамент марки «ПЖ» по новой технологии, но и широкий ассортимент жиростойкой бу­маги «Пищепак». Выпускается бумага массой от 35 до 90 г/м². Два уровня жиростойкости — «Кит» № 6-7 (для кэширования полиэтиленом, упаков­ки мороженого и других продуктов со средним содержанием жира) и «Кит» №8~10 (для упаковки выпечных и кондитерских изделий и продуктов с повышенным содержанием жира). Два уровня влагопрочности: 10-12% (для продуктов с невысокой влажнос­тью) и 17—20% (для продуктов с высо­ким влагосодержанием).

Тонкая жиростойкая бумага массой 36-40 г/м² в России освоена впервые. Совмещение низкой массы, высокой жиростойкости и влагопрочности сра­зу вызвало интерес у производителей кашированной фольги. Кашированный материал используется для упаковки жиро- и влагосодержащих продуктов (масло, маргарин, творожные изде­лия, мороженое и т.д.), в том числе в мелкую разовую фасовку. Обладая жироотталкивающими свойствами, бумага не пропитывается жирами и препятствует экстракции жирорастворимых компонентов бумаги в продукт, что сохраняет его натуральный вкус, запах и повышает безопасность ис­пользования.

Ресурсосберегающий эффект новой бумаги следует из простого расчета. При использовании в кашированном материале нежиростойкой бумаги ее рабочую сторону, как правило, допол­нительно ламинируют полиэтиленом. Это приводит к увеличению общей массы материала и его толщины (при­мерно на 15%). Дополнительный рас­ход ПЭ составляет около 250 кг/т бу­маги-основы. При использовании но­вой жиростойкой бумаги дополнитель­ные затраты ресурсов составляют лишь 2,5 кг жироотталкивающего пре­парата на 1 т бумаги-основы.

Жиростойкая бумага «Пищепак» очень экономична и гигиенична при самостоятельном использовании — для упаковки быстрой еды, выпечных и кондитерских изделий.

В 1999 г. на IV Международном конкурсе «Упаковка — «Звезда Рос­сии» бумага «Пищепак» производства ОАО «Троицкая бумажная фабрика» награждена золотой медалью.

В России известны зарубежные жиростойкие виды бумаги типа «пергабан», выпускаемые в основном страна­ми бывшего социалистического лаге­ря. Это бумага массой 50 г/м², имею­щая влагопрочность 10-20%, жиростойкость по «Кит» № 8—10 и дополни­тельно обладающая водоотталкиваю­щими свойствами.

Бумага с идентичными свойствами освоена в прошлом году и в России на Краснокамской бумажной фабрике Гознака. Технология производства этой бумаги аналогична зарубежной. Разбавленный водный раствор фторированного защитного препарата («Скотчбан ФС-845») наносится на бумагу в клеильном прессе бумагоделательной машины.

На фабрике выпускается бумага массой от 50 до 80 г/м² с жиростойкостью «Кит» №4-6 и № 8-10. Влагоп­рочность более 20%. Впитываемость воды по Кобб — 20—24 г/м². Выпуска­ется бумага как машинной гладкости, так и суперкаландрированная. По на­шим данным, это едва ли не един­ственная в Европе жиростойкая бума­га подобного класса, обладающая вы­сокой гладкостью — 150-200 с по Бекку. Высокая гладкость бумаги не требуется для обычной флексопечати, но важна для металлизации и некото­рых технологий кэширования алюми­ниевой фольгой. Она дает существен­ную экономию клея при металлизации и кэшировании, если для кэширова­ния используется не полиэтилен, а не­которые виды термоплавкого клея с низкой вязкостью или водные эмуль­сии.

Данная бумага обладает стойкос­тью не только к жирам и воде, но так­же к спиртовым растворам и большин­ству органических растворителей. Это делает ее свойства уникальными и привлекательными не только для пи­щевой упаковки, но и для технической переработки. На такую бумагу можно наносить функциональные покрытия не только из водных смесей, но также из спиртовых и органических раство­ров. Высокая барьерность бумаги дос­тигается не за счет пленочного покры­тия, а только за счет придания волок­нам бумаги отталкивающих свойств по отношению к полярным и неполяр­ным жидкостям с помощью фториро­ванного полимерного препарата.

Потребители бумаги знают, на­сколько важно такое свойство бумаги, как стойкость к перепадам влажности и атмосферным воздействиям. Один из московских потребителей привел случай из своей практики. Несколько рулонов краснокамской жиростойкой бумаги случайно попали под дождь и простояли во влажном состоянии до­вольно продолжительное время. В цехе переработки их вскрывали, осоз­навая свою вину, и, предчувствуя не­избежный печальный результат. Тем более что перед этим партия зарубеж­ной бумаги была возвращена произво­дителю именно из-за повышенной де­формации. Однако отечественная бу­мага прошла переработку без замеча­ний. Этот случай, конечно, не может служить примером для подражания, но свидетельствует о том, что отече­ственные производители бумаги уме­ют заботиться о своих потребителях.

Несколько выше был затронут воп­рос о металлизированной жиростой­кой бумаге. Этот вид бумаги является сравнительно новым. Внешне такая бумага выглядит как кашированная алюминиевой фольгой, но производит­ся по так называемой трансфертной технологии вакуумной металлизации. Тонкий слой алюминия толщиной при­мерно 200 ангстрем (0,02 мкм), напы­ляется в вакууме на пленку и затем пе­реносится на бумагу с помощью спе­циального клея. Главное достоинство такой бумаги — она может подвер­гаться вторичной переработке. Это — важный экологический аспект. Жировлагостойкая металлизированная бумага выпускается в Беларуси пред­приятием СП «Мета Пак». Жиростойкие виды бумаги, производимые в Рос­сии, зарекомендовали себя в этой технологии с самой хорошей стороны.

Еще два года назад для жиросодержащих и замороженных продуктов у нас в стране выпускался только картон, ламинированный полиэтиленом. Дан­ный вид картона обладает повышен­ной склонностью к скручиванию и электризации. К тому же качество мелования отечественного картона и ка­чество печати не всегда отвечали тре­бованиям рынка. В условиях повы­шенного спроса на качественную упа­ковку российские потребители отдава­ли предпочтение импортному барьер­ному картону.

За последние два года качество кар­тона существенно улучшилось, по­явился жиростойкий картон, произво­димый по современной технологии. Известно три основных типа барьер­ного картона. Это картон, ламиниро­ванный полиэтиленом; картон, обработанный защитной полимерной эмульсией, формирующей на нем сплошную полимерную пленку; и, на­конец, картон, обработанный фтори­рованными защитными препаратами непосредственно на картоноделательной машине. Лишь последний из них является мономатериалом, не содер­жит полимерных пленок и поэтому легко подвергается вторичной перера­ботке. Производители картона из ма­кулатуры, в частности, хорошо знают, сколько проблем может вызвать маку­латура в виде коробок с полимерным покрытием от импортных окорочков.

Повышение внимания государ­ственных органов стран Европы к за­щите окружающей среды выразилось в том, что в течение последних десяти лет значительно выросло производ­ство картона как готового мономате­риала с барьерными свойствами. Такой картон не нуждается в дополни­тельной обработке полиэтиленом или барьерными полимерными эмульсия­ми. Барьерные же свойства в нем дос­тигаются за счет обработки в массе или в клеильном прессе уже упоми­навшимися ранее жировлагоотталкивающими химикатами типа «Скотчбан ФС-845» или «Скотчбан ФС-807».

Сравнительный анализ показывает, что для создания одностороннего ба­рьерного жиростойкого покрытия для картона массой 300 г/м² требуется примерно 100 кг/т полиэтилена или около 40 кг/т барьерной полимерной эмульсии (в расчете на сухие веще­ства), плюс стоимость дополнитель­ной стадии переработки картона. Для получения же барьерного картона с использованием «Скотчбана ФС-845» в большинстве случаев достаточно 1 -2 кг/т продукта (в расчете на сухие вещества), и вводится он непосред­ственно на картоноделательной маши­не. Дополнительно картон со «Скотчбаном» обладает двумя важными по­требительскими преимуществами: он не накапливает статического электри­чества и не скручивается, в отличие от ламинированного.

В материалах фирмы «ЗМ» приво­дятся важные для нас данные о требо­ваниях европейских потребителей, предъявляемых к картону для упаков­ки различных продуктов питания. Эти требования приведены в табл. 2.

В России опытная партия жировлагостойкого мелованного картона типа «хром-эрзац» массой 320 г/м² впер­вые была изготовлена на Санкт-Петер­бургском КПК в 1998 г. Для придания жиростойкости и повышенной влагос­тойкости нижний слой картона обра­батывали в клеильном прессе соста­вом на основе жировлагоотталкивающего препарата «Скотчбан ФС — 845»

Жировлагостойкий картон изготов­лен с учетом требований СанПин 42-123-4240-86 с использованием матери­алов, разрешенных Госсанэпиднадзо­ром и Минздравом РФ для использо­вания в упаковке, имеющей прямой контакт с пищей.

 

A.M. ИДИАТУЛЛИН,

кандидат технических наук,

зав. лаб. упаковочных материалов

 ОАО «ЦНИИБ», технический

 директор ОАО «Технобум»