|
Барьеры
Summary:
Продовольственный сектор использует 40% всего производства упаковочной продукции и нуждается во всё более специализированном исполнении упаковки. Требования растут. Но и возможности полимеров не стоят на месте.
Продовольственный сектор использует 40% всего производства упаковочной продукции и нуждается во все более специализированном исполнении упаковки. Постоянно повышаются требования к ее гигиеническим, сенсорным и комфортным свойствам.
Так называемая первичная упаковка, находящаяся в непосредственном контакте с изделием, составляет приблизительно 57% общего количества упаковочной продукции, в то время как вторичная или «коммуникационная» упаковка — 7%. Наконец, третичная или транспортная упаковка (типа картонных коробок) составляет 36%.
Производственная цепочка указанных материалов связывает производителей материала с компаниями, которые создают технологию и машины для печати и упаковки, замыкаясь на производителях конечной упаковки.
Нами был выполнен обзор рынка «вечных» упаковок — систем, которые позволяют упаковать продовольственные продукты «естественно», устраняя большую часть консервантов, что предусматривает применение материалов со специальными физико-химическими и механическими свойствами.
Мониторинг проводился путем исследования максимально популярных упаковочных изделий и оценки газо- и пароудерживающих характеристик материала с учетом его обработки.
Следует отметить, что результаты оказались не только положительными. Очевидно, что предел совершенства будет достигнут еще очень не скоро.
Защитная атмосфера
Основные факторы, влияющие на качество продовольствия при хранении, таковы:
1) светопроницаемость — некоторые типы излучения катализируют нежелательные реакции в продуктах, особенно в светочувствительных веществах;
2) газопроницаемость, особенно кислорода, — позволяет аэробным микробам дышать, обуславливает окисление и, как следствие, потерю аромата, окисление витаминов и двуокиси углерода;
3) влагопроницаемость — создает условия, которые могут способствовать развитию микробов и ухудшают эксплуатационные характеристики упаковки. В результате упаковка становится более проницаемой для кислорода,
4) теплопроницаемость — ускоряет все реакции;
5) механические воздействия — динамические (толчки и вибрация) и статические (сжатия).
Для преодоления указанных проблем, увеличения максимальных сроков хранения изделия все чаще применяются усовершенствованные технологии упаковки.
Рассмотрим упаковку в защитной атмосфере. Она характеризуется наличием хотя бы одного из следующих признаков:
1) регулируемая газовая среда (СА);
2) измененная атмосфера (МА);
3) саморегулирующаяся газовая среда (SCA), использующая преимущества метаболизма изделий;
4)произведенная в процессе хранения (ISG) — использующая материалы, селективные по отношению к некоторым газам;
5) атмосфера двуокиси углерода (CDА) — имеет концентрацию СО2 более чем 60%;
6) компенсированный вакуум (CV);
7) стерильная упаковка, которая заключается в наполнении стерильного пакета стерилизованным продуктом;
8) вакуумная упаковка;
9) активная упаковка, употребляющая материалы, которые поглощают или выделяют (либо и то и другое вместе) определенные вещества, как в случае «вечных» упаковок;
10) комбинированная упаковка, использующая преимущества нескольких из вышеупомянутых методов, например, сочетание измененной атмосферы и активной упаковки.
Барьерные пленки
Основная характеристика барьерных пленок — возможность легкого формования и стойкость. Они могут легко принимать форму содержимого объекта, ограничивая количество остаточного воздуха, устойчивы к перфорациям, механической обработке, растягивающим усилиям и другим напряжениям.
Стоит добавить, что материал должен гарантировать воздушную и водную непроницаемость как в исходном состоянии, так и при герметизации упаковки независимо от ее формы и характера.
Обязательное условие, составляющее основу функциональности воздухо- и водонепроницаемой упаковки, — максимальная устойчивость к прониканию сред (прежде всего, кислорода) через полимерную пленку. В частности, при вакуумной упаковке ускоряется проникновение газа из-за перепада давления между внутренней и внешней стороной, поэтому газопроницаемость должна быть минимальна.
В настоящее время ни один из упаковочных материалов не объединяет все вышеописанные качества, поэтому должны применяться комбинации двух или нескольких возможных вариантов. Такие материалы — многослойные пленки — именуются по последовательности аббревиатур составляющих материалов: PET/PVDC/PE (полиэтилснтерефталат (PET), поливинилиденхлорид (PVDC) и полиэтилен (РЕ)).
Из различных сред, которые могут проникать через упаковку, мы хотели бы упомянуть кислород, двуокись углерода, азот, алкоголь и воду. Из них максимальные органолептические изменения продукта при хранении обуславливают кислород и пары воды, и именно «борьбой» с данными веществами упаковщики озабочены в первую очередь.
Следовательно, важно определить материал, который в конечной упаковке лучше всего обеспечит требование кислородного голодания. Свойства пленки должны оставаться константой на всех фазах производственного процесса упаковки изделия.
Предположим, что упаковочная пленка обладает всеми необходимыми характеристиками и что данные характеристики поддерживаются в течение всего производственного процесса. Среди основных барьерных материалов относительно кислорода следует назвать три типа исходных материалов: металлическая фольга (алюминий), покрытия как металлические (алюминий), так и минералы (окись кремния, окись алюминия, керамика), и, наконец, полимеры (EVOH, PVDC, PET). Данные материалы инкапсулированы в других полимерах, так называемых структурных полимерах. Структурные полимеры обладают полным комплексом требуемых качеств, и различные слои соединены вместе посредством клеящих веществ.
|
Барьерные свойства материалов
|
|
Сокращение
|
Состав Проницаемость по О2
|
|
С очень высоким барьерным эффектом
|
|
AI
|
Алюминиевая фольга 0
|
|
AI
|
Алюминий для покрытий или металлизации 0,2-6
|
|
SiOx
|
Окись кремния
|
|
АlOх
|
Окись алюминия
|
|
Сухой EVOH
|
Винил этиленгликоля 0,11-0,80
|
|
|
С высоким барьерным эффектом
|
|
PVDC
|
Поливинилхлорид 0,16-2,46
|
|
EVOH, влажность 100%
|
Винил этиленгликоля 8-16
|
|
Со слабым барьерным эффектом
|
|
Биориентированный PET Полиэтилентерефталат 25
|
|
PET
|
Полиэтилентерефталат 50
|
|
NYL
|
Нейлон 6 70
|
|
Aclar®
|
Полихлортрифторэтилен (PCFE) 141
Таблица 1
|
|
|
|
|
Характеристики материалов, применяемых для создания мягких и термосвариваемых пленок
|
|
Барьерный материал
|
Состав
|
Толщина, мк
|
Проницаемость
по О2 (см/м2/атм./24 ч)
|
|
AI (фольга)
|
NLY/PE/AI/PE
|
135
|
0,01
|
|
AI (фольга)
|
PO/AI
|
123
|
0,1-0,5
|
|
AI (металлиз.)
|
AI/PET
|
|
12,5
|
|
AI (металлиз.)
|
AI/AI Valeron
|
140
|
0,1-0,2
|
|
AI (металлиз.)
|
PET/AI/PE
|
115
|
2-3
|
|
AI
|
PO/AI/PE
|
120
|
|
|
AI
|
PO/AI/PE
|
160
|
|
|
AI (металлиз.)
|
PE/AI/PO
|
110
|
|
|
AI
|
PET/AI/PO
|
82
|
2
|
|
AI (металлиз.)
|
PET/AI/PE
|
|
1
|
|
Керамика (покрытие)
|
|
0,05
|
|
|
Керамика (покрытие)
|
|
0,5
|
|
|
PVDC
|
PEP/PVDC/PE
|
125
|
0,1
|
|
PVDC
|
LDPE/EVA/PVDC/EVA/PVDC
|
50
|
0,2
|
|
PVDC
|
LDPE/EVA/PVDC/EVA/LDPE
|
75
|
77
|
|
PVDC
|
PVDC/PET
|
0,5
|
8
|
|
PVDC
|
PVDC/Нейлон 6,6
|
|
7,7
|
|
PVDC
|
PO/PVDC 3,2 г/м
|
|
8
|
|
PCTFE
|
PCTFE/LDPE/PO/LDPE
|
127
|
2,8
|
|
ACLAR e
|
PET/PE/Aclar/PE
|
110
|
50
|
|
PA
|
PA/PE/EVA
|
75
|
1
|
|
Eval=EVOH
|
EVA/PE/Eval/PE/EVA
|
25
|
4
|
|
EVOH
|
PET/EVOH-PE
|
50
|
-1
|
|
EVOH
|
PET/EVOH/PE
|
93
|
3
|
|
EVOH
|
Нейлон 6/ЕЮН/Нейлон 6
|
20
|
0,3-1,5
|
|
PET
|
Полиэтилентерефталат/
РЕ
|
200
|
5
Таблица 2
|
Ниже приведены некоторые из наиболее общих сокращений:
А1 (алюминий)
АlO2, (окись алюминия)
РЕ (полиэтилен)
PEbd-LDPE (полиэтилен низкой плотности) EVA (винилэтиленацетатный сополимер)
PEad-HDPE (полиэтилен высокой плотности)
PET (полиэтилентерефталат)
EVOH (этиленвиниловый спирт)
РО (полиэфир)
NYL (нейлон)
РР (полипропилен)
ON (ориентированный нейлон)
РТ (целлофан)
ОРА (ориентированный полиамид)
PVC (поливинилхлорид)
ОРР (ориентированный полипропилен)
PVDC (поливинилиденхлорид)
РА (полиамид)
SiOx (окись кремния)
Несмотря на превосходные характеристики, алюминий (непроницаемый для кислорода и света) все реже применяется в упаковке по причине своей непрозрачности. Данная тенденция усиливается тем, что прозрачные полимеры, имея аналогичные алюминию характеристики, легче и более дружественны к окружающей среде.
В настоящее время пользуются успехом три прозрачных пластика с прекрасными барьерными свойствами: EVOH, PVDC и PET. Данные полимерные материалы, однако, имеют различные барьерные свойства по отношению к различным средам. По отношению к кислороду более эффективен EVOH и PET, в то время как в отношении паров воды —PVDC.
Следует напомнить, что значение проницаемости выражается в объеме кислорода (кубические сантиметры, 1 сс=1 ml=l cm3), который проникает через поверхность (в м2) в течение 24 часов при определенном давлении: проницаемость=см3/м2/24 ч/атм.
Естественно, барьерные свойства PVDC, EVOH и PET изменяются в зависимости от характеристик структурного полимера. Можно установить, что для одинакового количества PVDC (5 г на м2) проницаемость будет равна 5, если подложка PET. При подложке ОРА (общая толщина 25 мкм) - 7 единицам и удвоится при использовании PVC (общая толщина 35 мкм). При использовании же полиэтилена низкой плотности проницаемость увеличится еще больше.
В силу склонности к растрескиванию из-за гидролиза и PVDC, и EVOH всегда ламинируются полиолефиновыми покрытиями.
Структурные пленки
В силу большого разнообразия возможных комбинаций различных материалов, исследовать их подробно невозможно. Кроме того, в дополнение к основным свойствам, отмеченным первоначально, иногда требуются специальные характеристики, например, хладостойкость (рекомендуются PET, PA или PS). Однако для высоких температур (90-100° С) рекомендуются РР, РЕ, СРЕТ.
Для придания устойчивости многослойным материалам наиболее часто применяют АРЕТ, NYL, PVC, PO и Valeron, в то время как для улучшения термосвариваемости применяются РРО, РР и РЕ. Следует уделять внимание данным о физических свойствах, приведенным в литературе, так же как и данным, предоставленным непосредственно изготовителем. Особенно важно знать дату публикации таких сведений, чтобы иметь уверенность, что они действительно современны. Скорость, с которой пищевая промышленность требует материалов со все более специальными характеристиками, стимулирует процесс старения пленок и, независимо от их сегодняшнего успеха, препятствует их конкурентоспособности.
|
|
Рекомендуемые характеристики пленок
|
|
|
|
Время хранения Тип пленки
|
Проницаемость по Ор (мл/м2/атм./24ч, 20-25° С 85% RH
|
|
|
1-2 года Очень высокий барьер Толщина, мк
|
|
|
|
PET/AI/PE
|
12/7/40
|
0
|
|
|
NYLON/EVOH/PE
|
15/17/40
|
0,3-4
|
|
|
PVDC-EVOH/PE
|
15/50
|
0,5-2
|
|
|
АРЕТ/РЕ
|
300/60
|
1-2
|
|
|
От 1 до 6 мес. Высокий барьер
|
|
|
PVDC-OPP/PE
|
20/40
|
5-15
|
|
|
PVDC-PET/PE
|
10/50
|
5-15
|
|
|
PVDC-ON/PE
|
15/50
|
6-10
|
|
|
РЕТ/РЕ
|
20/60
|
7-10
|
|
|
От 3 нед. до 1 мес. Средний барьер
|
|
|
OPP/PVDC/PE
|
20
|
8-14
|
|
|
PVDC/PVDC
|
35
|
14
|
|
|
LDPE/PVDC
|
60
|
15-30
|
|
|
РА/РЕ
|
60/100
|
30
|
|
|
ON/PE
|
15/50
|
30-120
|
|
|
Дни Низкий барьер
|
|
|
ОРР/РЕ
|
20/40
|
1500-2000
|
|
|
НОРЕ
|
25
|
1000-3000
|
|
|
РР
|
40
|
3000
|
|
|
LDPE
|
25
|
>4000
Таблица 3
|
Кроме того, должны быть приняты меры предосторожности при сравнении данных, потому что, несмотря на широкое распространение стандартных методов измерения и исследований, все еще возможно столкнуться с данными, полученными при несходных условиях замера.
Полимерные барьерные слои изменяют проницаемость по кислороду в зависимости от влажности, в которой окажутся. Пленки с алюминием ведут себя аналогичным способом при охлаждении. Даже состав газа в упаковке становится определяющим фактором для проницаемости — он может уменьшить ее величину в четыре раза.
В таблице 3 приведены некоторые типы пленок вместе с относительными значениями, рекомендуемыми к использованию.
Оценка российского рынка упаковочных материалов показывает, что наиболее приемлемыми по соотношению цена/качество являются материалы на основе PET и РЕТ/А1.
Михаил Зенкевич,
Владимир Снежков,
Юрий Громыко
2002 #3
| 
