Упаковочные материалы и сырье

Алюминиевая фольга

В чем же заключаются преимущества алюминия перед другими упаковочными материалами? Каковы основные особенности данного вида сырья? Какие тенденции в сфере применения алюминия и алюминиевой фольги на рынке упаковки прослеживаются на современном рынке? По данным EAFA, доля упаковки на основе алюминия в мире постоянно увеличивается.

Из истории алюминия
Материал известный как алюминий используется в коммерческих целях в течение 100 лет. Ежегодно в мире производиться 26 миллионов тонн первичного алюминия. Без алюминия невозможно представить такие глобальные области как освоение космоса, передачу электричества, автомобилестроение, а также менее масштабные, но от этого не менее важные вещи - алюминиевые кастрюли и производство высококачественной упаковки. Фактически, чистый алюминий в производстве упаковки используется мало, в основном, используются различные сплавы (например, алюминиевая фольга), которые позволяют увеличить прочность при одновременном утончении упаковочного материала.
Основные рынки алюминиевой фольги
Производство алюминиевой фольги в Европе в 2004 году составило 831500 тонн (EAFA). Среднегодовой рост отрасли за последние семь лет составил 3, 6%. Приблизительно 75% алюминия используется для производства упаковки и фольги, и 25% - в производстве (тепловая изоляция для зданий, трубы и кабели, аэрокосмическая и электронная промышленность).
Производство алюминиевой фольги
Алюминиевая фольга – это очень тонкий лист алюминия. Его толщина составляет до 0, 2 мм (200нм). Ширина фольги будет зависеть от ее назначения: гибкая упаковка, коробки из фольги, фольга для крышек, хозяйственная фольга, фольга для теплообменника, ламинаты для теплоизолирующих материалов и т.д. Важно, что к моменту окончанию процесса производства, благодаря высокотемпературному отжигу, алюминиевая фольга становится стерильной. Именно поэтому она безопасна в использовании с продуктами питания. Кроме того, алюминиевая фольга может нагреваться до высоких температур, не деформируясь и не плавясь – а это идеальное условие для процессов запайки.
Алюминиевая фольга толщиной 0, 006 мм (наиболее тонкая), которая обычно используется в упаковочном ламинате, может эффективно сохранять скоропортящиеся продукты питания без использования заморозки в течение нескольких месяцев. Для множества товаров алюминиевая фольга обеспечивает абсолютные барьерные свойства к кислороду и влаге, к проникновению бактерий и воздействию температур. Можно отметить, что алюминиевая фольга имеет высокую тепловую проводимость, обладает хорошей гибкостью (то есть, легко приобретает необходимую форму, например, при производстве картона глубокой вытяжки или тиснении поверхности упаковки).
Основные сферы применения упаковки с алюминиевой фольгой:
• продукты питания (например, платинки для йогуртового стаканчика, обертка для масла или сыра)
• кондитерские изделия (обертки на основе фольги)
• напитки (картонная упаковка с алюминиевым слоем)
• кофе, чай
• консервированные продукты (саше и коробки)
• выпечка (алюминиевые контейнеры)
• мясо, птица, рыба
• фармацевтика (блистерная упаковка)
• косметика
• табачные изделия
• корма для домашних животных

 Остановимся на некоторых видах упаковки из фольги подробнее:
Упаковка для сыра и масла
Алюминий играл главную роль в упаковке молочных продуктов еще со времен производства бидонов для перевозки молока. И сейчас алюминий способствует развитию молочной индустрии - как в сфере упаковки, так и в производстве. В вопросах хранения молочных продуктов алюминий особо ценен своими барьерными качествами и сохраняет свежесть скоропортящихся продуктов, таких как сыр или масло. Подвергаясь воздействию света, продукты питания, содержащие масла или жиры теряют свою пищевую ценность и вкус. Тонкий слой алюминиевой фольги в упаковке предотвращает потерю влаги и вкусовых качеств.
Требования для упаковки сыра варьируются в зависимости от индивидуальных характеристик сыра. Не все сыры выиграют, если их упаковать в свето- и влагонепроницаемый материал. Некоторым для созревания необходим кислород. Последние разработки в упаковке масла и жира включают упаковку из фольги устойчивую к замораживанию и таянию. Эта упаковка решает проблему влажной конденсации, которая при размораживании приводит к расслаиванию традиционной упаковки.
Фольга и молочные изделия
Укупоривание молочных бутылок крышками из алюминиевой фольги стало одним из наиболее эффективных форм использования переработанной упаковки. Использованные стеклянные бутылки собираются и наполняются снова, таким образом, сохраняя ценные материальные ресурсы. Алюминиевая крышка, незатейливая с виду, может выполнять несколько функций: при помощи печати или тиснения на нее можно нанести название продукта или информацию по срокам хранения (в том числе, с внутренней стороны).
Фольга и кондитерские изделия
Даже при хранении в вощеной бумаге, леденцы впитывают влагу и теряют вкус. Только хранение в запаянной упаковке с алюминиевым барьером надежно уберегает содержимое от внешнего воздействия. Интересно, что в жарких странах выпускают специальную алюминиевую упаковку, защищающую сладкие кондитерские изделия (особенно содержащие орехи и изюм) от насекомых.
Фольга и напитки
Упаковка в виде картонных коробок для соков, молока и других напитков чрезвычайно популярна в наши дни. Что особенно важно, многослойные коробки с прослойкой из алюминиевой фольги позволяют хранить напиток долгое время, не требуя охлаждения. Кроме того, можно упомянуть и алюминиевую винтовую пробку как приспособление для укупорки стеклянных бутылок. Еще в далеком 1926 году винтовая пробка нашла свое применение в упаковке виски, и это нововведение всего за шесть месяцев удвоило продажи продукта в Великобритании (марка White Horse).

По материалам EAFA

______________________________________________________________________________

Стекло

Стекло является основным материалом для производства стеклянной тары. Стекло химически инертно и непроницаемо для газов, жидкостей, сырости, устойчиво к действию химических агентов, гигиенично, прозрачно и легко перерабатывается в изделия. Основным недостатком стекла является его хрупкость. Кремнезем является основным компонентом промышленных стекол. Он вводится в состав стекла в виде кварцевого песка. Высокосортные кварцевые пески содержат 99-99,8% кремнезема и 0,2-1,0% примесей. Качество кварцевого песка зависит от содержания и зернистости кремнезема и характера посторонних примесей. Структурные исследования стекла свидетельствуют о микронеоднородности аморфной его фазы, в которой имеются более тонкие структурные образования - кристаллиты. При медленном охлаждении при соответствующей температуре наблюдается выделение из стекломассы кристаллов стекла, снижающих термическую устойчивость и механическую прочность стеклянных изделий. Для предотвращения кристаллизации стекла рекомендуется подобрать такой состав стекла, чтобы температура его выработки была выше температуры кристаллизации.

Стекло для пищевой промышленности содержит около 72% кремнезема, 13,5% оксида натрия, 9% оксида кальция, 2% оксида магния, 2% оксида алюминия, и других веществ в небольшом количестве (оксида брома, оксида желе-за, сульфат натрия).

Тара из стекла в зависимости от вида упаковываемой продукции подразделяется на три основные категории:
- для парфюмерии и косметики;
- для пищевых продуктов;
- для лекарственных препаратов.

Стекло для парфюмерии должно обладать особым блеском и прозрачностью, поэтому для его производства не используют окиси железа и других металлов. В фармацевтической промышленности обычно применяют три типа стекла: нейтральное борнокремнеземное стекло очень дорогостоящее используемое для упаковки физиологически активных препаратов (например, плазмы), натриевокальциевое стекло с соответствующей обработкой, используемое для упаковки некоторых видов медикаментов с содержанием кислоты, натриевокальциевое стекло без обработки (используется для всех прочих целей).

Различают три основных типа емкостей, изготавливаемых из стекла: оплетенные бутыли, фляги, бутылки и банки, флаконы и ампулы.

Бутыли и фляги используются для вина, ликеров, столового и растительного масла, безалкогольных газированных и негазированных напитков, молока. Стеклянные банки и емкости с широким горлом используют для джемов и конфитюров, консервированных фруктов и солений. Флаконы и ампулы используют в парфюмерной и фармацевтической промышленности.

Важнейшей особенностью стекла является его гигиеничность. Из стекла не переходят в продукт вредные вещества, оно не придает продуктам посторонних запаха и вкуса. Стекло непроницаемо для газов, жидкостей, легко формуется и прозрачно. Отрицательным качеством стекла является его хрупкость и большая плотность, что приводит к увеличению транспортных расходов при перевозках и потерям пищевых продуктов. Интенсификация стекловарения достигается путем модификации состава стекла, способов приготовления шихты, применения ускорителей варки и осветлителей, повышения температуры в печи, применения кислородного дутья и т.д. В настоящее время интенсивно ведутся работы по уменьшению массы стеклотары и повышению ее механических свойств за счет обработки поверхности различными веществами, нанесением полимерных покрытий на основе полиуретана, поливинилхлорида и т.д. Внедрение облегченной, упрочненной стеклянной тары экономически выгодно и, учитывая неограниченные запасы природного сырья и возможность повторной утилизации, делает стекло перспективным материалом для производства тары.

______________________________________________________________________________
  

Упаковочные материалы на основе целлюлозы

Целлюлоза - основной продукт для производства целлофана, бумаги, картона. Она образуется в растениях в результате биохимических превращений, началом которых служит фотосинтез простейших углеводородов. Целлюлоза составляет основную часть растительных материалов (хлопка, древесины, соломы, стеблей растений и т.д.) Наряду с целлюлозой, в растениях содержатся такие вещества, как лигнин, гемицеллюлоза, пентазаны, пектиновые вещества, жиры и смолы.
Большое количество гидроксильных групп в молекуле целлюлозы придает ей характер спирта, а сильные внутри- и межмолекулярные взаимодействия обуславливают высокую степень упорядоченности молекул в надмолекулярных образованиях. Вследствие того, что целлюлоза является труднорастворимым полимером, у которого температуры фазовых переходов превышают температуру разложения, она непригодна для непосредственного получения из нее пленочных материалов.

________________________________________________________________________________
 

Металлы

Металлы широко используются для производства тары. На протяжении многих лет в развитых зарубежных странах тара из белой жести для расфасовки пищевых продуктов длительного хранения занимала первое место среди других видов тары. Отличительными свойствами металлической тары являются высокая механическая прочность (особенно на сжатие), ударостойкость, устойчивость к воздействию внутреннего давления, хорошая сохраняемость многих товаров. Металлическая упаковка надежно предохраняет содержимое от воздействия света, газов, воздуха, воды и других агрессивных факторов окружающей среды. Белая жесть - прекрасный материал для печати и лакирования. В связи с тем, что себестоимость производства олова, используемого для горячего лужения жести постоянно возрастает, белая жесть заменяется другими видами жести без покрытия оловом. Используется черная лакированная жесть, хромированная, алюминиевая, никелированная и лакированная. Одним из основных направлений замены белой жести является широкое применение алюминия и его сплавов (преимущественно с магнием и марганцем для повышения прочности).
Высокие темпы роста производства алюминия, разнообразие видов тары и упаковки определяются рядом свойств, делающим этот металл незаменимым:
во-первых, плотность алюминия почти в три раза меньше плотности жести;
во-вторых, прекрасная формуемость, пластичность и хорошая термостойкость;
в-третьих, водо-, паро-, газо-, аромато- и жиронепроницаемость;
в-четвертых, микробиологическая устойчивость;
в-пятых, высокая светоотражательная способность;
в-шестых, возможность комбинировать его с другими материалами.

Рост применения алюминиевых материалов связан также с развитием асептического консервирования, увеличением выпуска замороженных пищевых продуктов, возрастающими требованиями к увеличению сроков хранения.
К основным видам упаковочных материалов и консервной тары из алюминиевого сплава относятся:

- жесткая алюминиевая тара для расфасовки консервированных продуктов (мясных, рыбных, плодоовощных, пива и др.);

- полужесткий упаковочный материал толщиной 0,02-0,11 мм;

- гибкий или мягкий упаковочный материал с использованием алюминиевой фольги.

При использовании металлической тары для упаковки продуктов питания длительного хранения (консервы) следует помнить о возможности миграции ионов металла в контактирующий продукт и, следовательно, в организм человека. Ионы металлов (олова, алюминия, меди, свинца и др.) представляют серьезную опасность для здоровья вследствие их способности накапливаться в определенных органах людей и животных, приводя к различного рода заболеваниям.
_________________________________________________________________________________
 

Пластики

Литьевые термопластичные материалы обычно подразделяют на несколько групп (классов). Современная промышленность выпускает большое количество типов полиолефинов (PO), важнейшими из которых являются группы полиэтиленов (PE) и полипропиленов (PP). Многочисленные типы материалов представлены в группах стирольных пластиков (PS), полиамидов (PA), сложных полиэфиров (polyester). К сложным полиэфирам относятся полиэтилентерефталат (ПЭТ, ПЭТФ) и поликарбонат (ПК). Полиолефины
Наиболее известные их представители: полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), полипропилен (ПП), сополимеры этилена с другими мономерами (ПП, винилацетатом), полибутен, поли-4-метилпентен и т.п.
Виниловые полимеры
Наиболее известные представители: поливинилхлорид (ПВХ, PVC), поливинилиденхлорид, сополимеры винилхлорида с винилиденхлоридом, винилхлорида с винилацетатом, поливиниловый спирт. Полистирол и его сополимерыПолистирольные пластики представляют собой многочисленную группу термопластичных материалов, химический состав полимерной части которых содержит мономер стирол или продукты его сополимеризации. Широко используются полистирол общего назначения (ПС), вспенивающийся полистирол, ударопрочный полистирол (УПС) и АБС-сополимеры.
Полиэтилентерефталат
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) - сложный полиэфир, выпускается в России под названием "лавсан", за рубежом - "майлар", "терилен".
Поликарбонат
Поликарбонат (ПК) - линейный полиэфир угольной кислоты. Он очень необычен из-за сочетания высокой термостойкости, высокой ударной вязкости и прозрачности.
Полиамиды (ПА)Полиамиды (ПА) - это группа пластмасс с известными названиями: "капрон", "найлон", "анид" и др. ПА обладают высокой прочностью при ударе и продавливании, легко свариваются высокочастотным методом. ПА обладает очень высокой паропроницаемостью и низкой проницаемостью по отношению к газам, поэтому их применяют в вакуумной упаковке. На ПА легко наносится печать
_________________________________________________________________________________
  

Комбинированные и многослойные материалы

Многослойные и комбинированные материалы являются одним из видов композиционных материалов. Поэтому деление упаковочных материалов на многослойные и комбинированные достаточно условно. Термин "многослойные материалы" относится к группе материалов, состоящих только из слоев синтетических полимеров, в то время как в состав комбинированных материалов входят слои материалов различного типа (бумага, фольга, ткань). Комбинированные и многослойные материалы находят широкое применение в качестве упаковки. Это объясняется практически неограниченными возможностями варьирования их свойств за счет:
- выбора состава композиционного материала;
- установления порядка чередования слоев;
- обеспечения необходимого уровня адгезионного взаимодействия между слоями;
- выбора оптимальной технологии и оборудования для получения конкретного материала.

Порядок чередования слоев, т.е. структура композиционного упаковочного материала, определяется его функциональным назначением. Внешний слой (субстрат) осуществляет защиту от внешнего воздействия, а также служит основой для нанесения красочной печати. Обычно это двухосноориентированные полиэфирные, полипропиленовые или полиамидные пленки, бумага, картон.

Внутренний слой обеспечивает герметизацию упаковки. Средний или внешний слой обеспечивают барьерные свойства.

Монолитность композиционного упаковочного материала достигается за счет адгезии. Адгезией называется сложный комплекс явлений, приводящих к соединению разнородных тел, приведенных в контакт, в единое целое. На способности полимеров к адгезии основано их использование в качестве пленкообразующих материалов (клеи, герметики, покрытия), а также при получении наполненных и армированных полимерных материалов. Для создания адгезионного соединения один из материалов должен быть пластичным, текучим (адгезив) а другой может быть твердым (субстрат). Иногда при соединении одинаковых по химической природе материалов возникает самослипаемость (аутогезия). Количественно адгезия оценивается работой разрушения соединения, отнесенной к единице поверхности, этот показатель называется адгезионной прочностью.

Среди двухслойных пленок наибольшее распространение при упаковывании пищевых продуктов получил материал целлофан-полиэтилен. Это один из старейших материалов этой группы. Материал широко известен под фирменными названиями: "вискотен", "метатен", "целотен", "целлоглас-РЕ", "ламитен" и др., а в отечественной практике ПЦ-2, ПЦ-4. Он сочетает в себе прочность и газонепроницаемость целлофана с паронепроницаемостью, водостойкостью и способностью к термической сварке ПЭ.

Двухслойный материал полиэфир (лавсан) - полиэтилен выпускается отечественной промышленностью под названиями ЛП-1, ПНЛ, СП-2. В зарубежной практике он известен под фирменными названиями: "майлар-РЕ", "хостафан-РЕ", "терфан-РЕ", "майлотен", "скотчпак", "экструэстер" и др. Пленки этого типа имеют ряд преимуществ перед целлофан-полиэтиленом. Они прочнее, адгезионная прочность их выше, они влагоустойчивы, пригодны для эксплуатации в широком температурном интервале (от -70° до 100 С), а при использовании ПЭНД в качестве внутреннего слоя даже до 120 °С.

Двухслойный материал полиамид-полиэтилен ("алкорон", "комбитен", "экструамид"). В отечественной практике используется для изготовления пленок, пригодных для упаковывания пищевых продуктов в вакууме.

Другие пленки на основе полиамида, например, полиамид-полипропилен выдерживают нагревание до 135°С, трехслойные пленки ПЭ-ПА-ПЭ могут подвергаться глубокой вытяжке до 180 мм при толщине исходного материала до 300 мкм, использование ПВДХ в качестве промежуточного (барьерного) слоя в трехслойном материале ПА-ВДВХ-ПЭ позволяет получать упаковочную пленку с повышенными защитными свойствами.

В случаях, когда необходимо получить упаковочный материал с минимальной гаэо-, ароматопроницаемостью, но прозрачный, в состав упаковочного материала вводят ПЭТФ, сочетая 4-5 и даже болей компонентов, например, ПЭЛАК-4 (ПЭНП-ПЭТФ-ПЭТФ-ПЭНП), ПОЛАК-4 (ПП-ПЭТФ-ПЭТФ-ПП).

К группе материалов на основе бумаги или картона относятся бумага и картон (плотностью от 40 до 500 г/м2) с полимерными покрытиями. Из полимеров чаще других используют ПЭ, сополимеры этилена с винилацетатом (типа ЭВА), сополимер ВХВД, полипропилен. Так, например, комбинированный материал для упаковки молока и молочных продуктов в пакеты тетраэдральной формы состоит из бумаги с полиэтиленовым покрытием и красочной печатью, покрытой парафином (ОСТ 49-112-76). Комбинированный материал для упаковки молока и молочных продуктов на автоматах "Тетра-Брик" - бумага с нанесенной с одной стороны красочной печатью и покрытая с двух сторон ПЭ (ТУ 49-312-75). Во всех случаях при изготовлении материалов бумага-ПЭ-картон-ПЭ или бумага-ЭВА и другие покрытия наносят экструзионным способом, сополимеры ПВДХ (из дисперсий) - валковым способом.

Материалы на основе алюминиевой фольги представляют собой пленки с высокими барьерными свойствами, успешно конкурирующие с традиционными видами стеклянной и металлической тары. В большинстве случаев на базе этих материалов изготавливают различные виды эластичной упаковки (пакеты), используя тонкую алюминиевую фольгу - 7-14 мкм.

Сегодня разработаны оригинальные комбинированные материалы на основе алюминиевой фольги:
буфлен (бумага-фольга-ПЭ) для упаковки сухих пищевых продуктов;
лафолен (лавсан-фольга-полиолефины) в виде пакетов для упаковки пи-щевых продуктов, соков с последующей их стерилизацией;
цефлен (целлофан-ПЭ-фольга-ПЭ) для упаковки продуктов сублимационной сушки на скоростных упаковочных автоматах;
ламистер (лак-фольга-ПП) для изготовления тары холодным штампованием при упаковке продуктов, подвергающихся стерилизации и пастеризации.

В последнее время при конструировании многослойных упаковочных материалов применяют металлизацию полимерных пленок. Металлизация - процесс нанесения тончайших слоев металла (до 3 х 10-7 м) на поверхность пленочного материала в глубоком вакууме. При металлизации резко снижается газопроницаемость пленочных материалов, при незначительном расходе металла достигается непрозрачность упаковки, в том числе и для УФ-части спектра. Металлизированные пленки экономичнее алюминиевой фольги и имеют целый ряд технологических преимуществ: уменьшение массы пленочного материала, исключение повреждений металлического слоя при изгибах материала. Кроме того, металлизацию используют и в качестве приема декорирования полимерных материалов.
_________________________________________________________________________________