Многослойная упаковка для продуктов питания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Магнитогорский государственный технический

университет им. Г.И.Носова"

(ФГБОУ ВПО "МГТУ")

Кафедра "Химии, технологии упаковочных производств"

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине "Тара и ее производство"

по теме: Многослойная упаковка для продуктов питания

Магнитогорск, 2012

• Введение

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

1. Технология получения рукавной пленки

Полимерные пленочные материалы нашли широкое применение в различных областях техники, в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, в быту. Методом экструзии получают до 80% всех произведенных пленок. Широкому распространению рукавной технологии в немалой мере способствует ее универсальность по виду перерабатываемых термопластов, высокая производительность технологических линий, возможность получения многослойных изделий с варьируемыми свойствами, быстрая окупаемость капиталовложений. В настоящее время возможно производство рукавной пленки толщиной от 2-3 до 1000 мкм с периметром рукава до 52 м и числом слоев до 7. Для производства пленок в основном используются термопласты ПЭНП, ПЭВП, ПП, ПА, ПВХ, а также ЛПЭНП, СЭВА и Темплен. Принцип рукавной технологии состоит в следующем. Полимер поступает в экструдер, расплавляется и выдавливается из формующей головки в виде рукава, незамедлительно раздуваемого воздухом до требуемых размеров, и затем складывается в двухслойное полотно.

Рис. 1. Установка для производства пленки рукавным методом с приемкой рукава вверх.

Существуют три основные схемы производства рукавной пленки: приемкой раздуваемого рукава вверх (наиболее распространена), вниз и в горизонтальном направлении.

Рис. 2. Схемы производства рукавных пленок: а - приемка раздуваемого рукава вверх; б - приемка раздуваемого рукава вниз; в - приемка раздуваемого рукава в горизонтальном направлении.

Достоинства первой схемы производства: рукав висит на тянущих валках, вследствие чего нагрузка на участок его раздувания (вблизи головки) минимальна; нагрузка на рукав от силы его веса распределена равномерно по периметру, что способствует равнотолщинности изделия; обеспечивается получение как толстых, так и предельно тонких пленок; минимальная производственная площадь. Недостатки: медленное остывание рукава по его высоте, и, следовательно, необходимость дополнительных систем охлаждения. При работе по второй схеме возможен самопроизвольный отрыв рукава и его вытягивание. Вместе с тем рукав быстро охлаждается, что позволяет получать тонкую пленку с большей прозрачностью и дает возможность уменьшить строительную высоту установки. Горизонтальный вариант имеет больше недостатков, чем достоинств. Раздуваемый рукав провисает, охлаждение и напряжения по его периметру становятся неравномерными. Отсюда - разнотолщинность рукава и его разнопрочность в поперечном сечении. Поэтому эту схему применяют для производства пленок с невысокими требованиями, толщиной от 0,2 мм при минимальных степенях раздува, а также из вспенивающихся и термочувствительных (ПВХ) полимеров.

2. Технология производства

Рис. 3. Технологическая схема установки для производства пленки рукавным методом с приемкой рукава вверх: 1 - пневмозагрузчик; 2 - бункер; 3 - экструдер; 4 - формующая головка; 5 - охлаждающее устройство; 6 - кольцевой бандаж; 7 - рукав пленки; 8 - складывающие щеки; 9 - тянущее устройство; 10 - полотно пленки; 11 - ширительно-центрующие валки; 12 - режущее устройство; 13 - намоточник.

Гранулированный полимерный материал из технологической емкости пневмозагрузчиком доставляется в бункер, где происходит его окончательная подготовка (подсушка, предварительный нагрев) к переработке. Поступив в экструдер, полимер пластицируется, гомогенизируется и под давлением нагнетается в формующую головку, откуда выдавливается в виде рукавной заготовки, сечение которой определяется геометрией кольцевой щели головки. Внутрь заготовки через дорн головки при давлении 20-50 мм вод. ст. (2-4 кПа) подается воздух, под действием которого происходит раздув экструдата в поперечном направлении с образованием пленочного пузыря. Для придания раздуваемому пузырю формоустоичивости его интенсивно охлаждают обдуванием холодным воздухом через дюзы наружного охлаждающего устройства. Для стабилизации формы рукава и ускорения его охлаждения также служит кольцевой бандаж. Складывающие щеки преобразуют цилиндрический рукав диаметром D в двухслойное полотно. В ряде случаев для уменьшения ширины полотна на нем формируют продольные боковые складки (фальцы) с помощью складывающего фальцовочного устройства треугольной или фасонной формы. Применение фальцовки позволяет уменьшить ширину полотна в 1,5-2 раза. Движение полотна и, соответственно, отвод рукава от головки осуществляется тянущим устройством с плавной регулировкой частоты вращения валков, один из которых или оба гуммируют. Скорость отвода рукава определяет степень продольной вытяжки пленки, а степень раздува - поперечную вытяжку. Ширительно-центрируюшие валки расправляют складки на полотне перед его разрезанием и намоткой в рулоны. В современных линиях для производства рукавной пленки обеспечиваются:

? контроль и автоматическое регулирование температуры по зонам материальных цилиндров экструдеров и формующей головки;

? регулирование и контроль давления на входе в головку (до фильтра) и по мере движения в головке;

? автоматический контроль толщины пленки, толщины рукава экструдата, толщины кольцевой щели головки;

? автоматическое поддержание давления воздуха внутри раздуваемого рукава (пузыря); плавная автоматическая регулировка скорости вращения как шнеков, так и отводящих валков. Во всех рукавных установках обязательно наличие устройств эффективного снятия с рукава и полотна статического электричества. Как правило, современные пленочные линии оснащены комплексом периферийных устройств, обеспечивающих производство различных штучных изделий из полученной пленки, например, пакетов. Основными стадиями технологического процесса являются подготовка сырья, пластикация полимера, формование рукавной заготовки, раздув заготовки и образование рукава (пузыря), его охлаждение и складывание в полотно, контроль качества пленки. Подготовительные операции включают сушку полимера, окрашивание и смешение гранул. Пластикация полимера. Для пластикации используются преимущественно одночервячные экструдеры с диаметром шнека D 36,45,63,90,160 и реже 250 мм; с длиной червяка (25-32)D для достижения лучшей гомогенизации расплава и уменьшения пульсации расплава. Чем тоньше пленка или составляющие ее слои - тем длиннее должен быть червяк. Конструкция червяка, как правило, трехзонная (для ПВХ - двухзонная) с длиной зоны плавления (1-2)D, степень сжатия - до 4,2, загрузочная зона червяков - охлаждаемая. Материальный цилиндр обычно имеет 4-6 зон обогрева, причем температура должна регулироваться с точностью ±(1-1,5)°С. Температура по зонам цилиндра определяется свойствами перерабатываемого полимера и вязкостью его расплава. При выборе режима пластикации учитывают, что температура материального цилиндра должна плавно возрастать от загрузочного отверстия к головке, перед входом в которую она максимальна. Формование рукавной заготовки происходит в рукавной головке, в которую поток расплава полимера поступает из экструдера и затем выдавливается из кольцевого оформляющего зазора. С этой целью используют угловые или прямоточные головки, обычно с диаметром кольцевого зазора 250-750 мм. Воздух для пневморастягивания рукава подводится через дорн. Обязательные требования к головкам - отсутствие застойных зон, равномерное и одинаковое по длине каналов движение расплава, равномерный, без пульсаций, выход рукава с равной по периметру толщиной стенки. Конструкция головки должна обеспечивать необходимое гидравлическое сопротивление (давление до 20-30 МПа), а ее устройство - легкую установку и разборку. Материал рабочих поверхностей головки должен быть коррозионностойким. Наибольшее распространение получили головки с центральным входом и винтовым распределительным каналом.

Рис. 4. Схема угловой рукавной головки с центральной подачей расплава: 1 - корпус головки; 2 - дорн; 3 - фильтр; 4 - мундштук; 5 - доронодержатель.

Расплав из материального цилиндра экструдера через фильтр поступает в головку снизу по угловому цилиндрическому каналу, обтекает дорн, приобретая кольцевое сечение, и затем выдавливается через формующий зазор между дорном и мундштуком. Протекая через отверстия в дорнодержателе, расплав рассекается на отдельные потоки, которые затем сливаются. Для предотвращения образования стыковых полос в местах соединения потоков расплава на дорне предусматривают спиральные распределительные каналы, турбулизующие и гомогенизирующие его. Повышению качества пленки (равнотолщинность, отсутствие сварочных полос) способствует применение головок с вращающимися элементами. Вращающиеся головки, как правило, применяются при производстве пленок шириной 5 и более метров. Температура головки оказывает существенное влияние на такие эксплуатационные свойства пленки, как мутность, выражаемую в процентах, и глянцевитость, оцениваемую в условных единицах. Чем больше перепад между температурой головки, равной температуре экструдируемой рукавной заготовки, и температурой окружающего пространства, тем больше в полимере раздуваемого рукава содержание аморфной фазы и, соответственно, тем прозрачнее пленка. Раздув заготовки и образование пузыря является важнейшей технологической операцией, формирующей физико-механические и эксплуатационные свойства изделия. Параметры этой операции - степень раздува заготовки, продольная вытяжка рукава и его конфигурация в зоне раздувания. Степень раздува ер, при прочих равных условиях оказывает существенное влияние на равномерность пленки по толщине в поперечном направлении. Она определяется из соотношения: ер= (D/dk)*100%, где D - диаметр рукава; dk - диаметр рукавной заготовки, равный диаметру кольцевой формующей щели. Обычно ер не превышает 300%, составляя 200-250%. С увеличением степени раздува повышается прочность рукава в поперечном направлении и снижается - в продольном. Прочность в продольном направлении зависит от долевой вытяжки еп, которая определяется соотношением скоростей отвода рукава Vотв и выдавливания Vв: еп=( Vотв/ Vв)*100%. Для получения рукава, равнопрочного в продольном и поперечном направлении, должно соблюдаться соотношение ер ? еп. Конфигурация рукава в зоне раздувания зависит от давления воздуха в рукаве, скорости его отвода от головки и от интенсивности охлаждения воздухом, поступающим из наружной охлаждающей системы. Выдавливаемый из головки прозрачный рукав на некотором расстоянии от нее мутнеет. Этот эффект наблюдается у кристаллизующихся термопластов. Условную линию, разделяющую прозрачную и непрозрачную часть рукава, принято называть "линией кристаллизации", выше которой дальнейший раздув рукава не происходит и рукав сохраняет свою цилиндрическую форму с достигнутым диаметром D. (рис. 5) На "линии кристаллизации" температура полимера равна или близка к температуре размягчения.

Рис. 5. Конфигурация рукава в зоне раздувания: а - вытянутая; б - нормальная; в - сильно раздутая.

При согласованных параметрах раздува, скорости отвода и темпа охлаждения рукав принимает "нормальную" конфигурацию, при которой высота "линии кристаллизации" H ? (0,3-0,4)D. Охлаждение принимаемого вверх пузыря и его складывание в двухслойное полотно. Поднимающееся вверх тепло от остывающего рукава затрудняет его охлаждение и переход полимера в твердое состояние. Для предотвращения слипания пленки в двухслойном полотне в зазоре между тянущими валками отводящего устройства она должна быть охлаждена до температуры на 25-30°С ниже температуры размягчения перерабатываемого полимера. Для отвода тепла от рукава используют воздушные, водяные и смешанные системы охлаждения. Воздушное охлаждение применяется для производства пленки с шириной полотна до 6000 мм. Воздух из охлаждающего кольца через дюзы направляется навстречу движению рукава. Заслонки в дюзах позволяют регулировать темп охлаждения рукава воздухом по его периметру и предотвращать как образование боковых пузырей на рукаве, так и отклонение его сечения от кругового. В отдельных конструкциях охлаждающих колец имеются устройства, направляющие воздушный поток вдоль по поверхности раздуваемого рукава. Весьма эффективны системы с внешним и внутренним охлаждением рукава. При внутреннем охлаждении рукава воздух от вентилятора подается в раздуваемый рукав традиционно - через отверстие в дорне, а отводится через выступающую также из дорна трубку, высота которой может достигать половины высоты раздутого пузыря. Для предотвращения самопроизвольных колебательных движений пузыря в касательном направлении применяют стабилизаторы различной конструкции, в том числе и охлаждающие в виде бандажей, концентричных геометрической оси формующего зазора головки. Конструкция складывающих щек должна обеспечивать теплоотвод с поверхности рукава и минимальную силу трения при скольжении складываемой в полотно пленки. Тянущее (отводящее) устройство состоит из пары валков - приводного и прижимного. Для прижима используют пружинные или пневматические устройства. Движение тянущих валков определяет скорость отвода пленочного рукава от головки экструдера, от чего зависят продольные вытяжка и ориентация пленки. В зависимости от вида выпускаемой продукции сложенное двухслойное полотно после тянущих валков поступает либо на обрезку кромок и перемотку в виде двух рулонов, либо на обрезку одного края, либо просто сматывается в бобины. В специальных агрегатах для выпуска пакетов, мешков и пр. пленка сматывается с бобины и попадает на узел сварки и обрезки, откуда выходят уже готовые изделия. Контроль качества. При изготовлении пленки проводится периодический или непрерывный контроль её толщины по ширине или длине полотна, а также внешний осмотр с целью обнаружения геликов, посторонних включений, непрозрачности и шероховатости. Прочностные и оптические показатели пленки измеряют на специальных приборах в соответствии с ГОСТами.

Многослойные соэкструзионные пленки

Производство многослойных пленок - перспективное направление совершенствования пленочной технологии. Использование в одном изделии, различных по свойствам пластмасс позволяет существенно расширить ассортимент пленок и область их применения и сбыта. Принципиально технология производства пленок соэкструзией совпадает с рассмотренной выше. Отличия заключаются в следующем. Расплав в формующие головки поступает из, по крайней мере, двух экструдеров. Для обеспечения требований к равномерности свойств пленки, соэкструзионные установки оснащаются узлами сканирующего вращения не только дорна или мундштука, но и охлаждающего кольца. Как правило, в соэкструзионных головках развиваются более высокие по сравнению с традиционными головками давления. Конструкция таких головок должна обеспечивать не только высокую точность регулирования температуры (± 1,0 °С), но и возможность регулирования реологических характеристик потоков полимеров-компонентов.

Термоусадочные пленки

Термоусадочные пленки применяются в качестве упаковочного материала, в электротехнических устройствах, трубопроводной технологии, в транспортном машиностроении для создания эффективных герметизирующих, изолирующих и иных защитных соединений. Известны примеры использования подобных изделий в медицине. Для изготовления термоусадочной пленки из полиэтилена используются следующие марки ПЭНП: 15313-003; 17504-006 и 15813-020. Две первые марки предпочтительнее, поскольку их более низкий ПТР (0,3 и 0,6 г/10 мин) свидетельствует о большем значении средней молекулярной массы полимера и, следовательно, о возможности достижения большей степени вытяжки и ориентации. В отношении термоусадочных пленок действует ГОСТ 25951, распространяющийся на изделия из полиэтилена. Физико-химическая особенность термоусадки заключается в формировании несвойственной полимеру надмолекулярной структуры в результате больших осевых деформаций и последующего понижения температуры. При нагревании выше определенной температуры происходит изменение надмолекулярной структуры, которое приводит к геометрическому изменению размеров изделия. Ориентация макромолекул сопровождается повышением прочности полимера в направлении деформирования. Для пленок эта ориентация может достигаться в продольном, осевом, или в радиальном, поперечном, направлении. Или одновременно в продольном и поперечном направлении, как это происходит с пленками, получаемыми по описанной ранее технологии раздува с одновременным отводом рукава. С возрастанием степени раздува значения продольной и поперечной термоусадки сближаются. Из рабочих параметров на процесс продольной и поперечной вытяжки и, соответственно, термоусадки влияют зазор формующей щели, температура переработки и толщина пленки. Увеличение зазора формующей щели вызывает увеличение степени вытяжки и тем самым степени продольной усадки. При этом уменьшается ориентация макромолекулярных цепей в самом канале формующего инструмента, что приводит к незначительному снижению продольной усадки и увеличению усадки в поперечном направлении. Повышение температуры переработки приводит к снижению показателей усадки в обоих направлениях. Это связано с увеличением подвижности макромолекул полимера, и, как следствие, уменьшением времени релаксации. Ориентированные макромолекулярные цепи или их фрагменты успевают принять свою исходную структуру до того, как температура пленки станет ниже температуры размягчения Тр полимера. Толщина пленки на степень вытяжки влияет отрицательно. Поэтому степень вытяжки с увеличением толщины падает (при прочих равных условиях), как следствие уменьшается и продольная усадка. Форма раздуваемого рукава (рис. 6) также оказывает существенное влияние на термоусадку, причем в большей степени на ее поперечную составляющую. Грибовидная форма рукава является предпочтительной, так как позволяет разделить процессы продольной и поперечной вытяжки, а значит, позволяет их регулировать.

Рис. 6. Схема двух крайних форм рукава: I - плавное расширение; II - грибовидное расширение.

рукавный пленка термопаста соэкструзионный

До линии а-а осуществляется продольное ориентирование пленки, выше - ориентирование поперечное. Соотношение длин "ножки" и "шляпки" регулируется скоростью отвода рукава, высотой линии "кристаллизации", количеством и направлением потоков охлаждающего воздуха, и, наконец, вращением конструктивных фрагментов формующей головки. Значение термоусадки зависит от температуры процесса. Если необходимо получить минимальную силу усадки, то процесс ведут в нижней части температурного диапазона; при необходимости максимальной величины усадки - в средней.

Стрейч-пленки

Стрейч (растягивающаяся) пленка является упаковочным материалом. Для ее производства используются сополимеры этилена с винилацетатом (СЭВА), специальные марки линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП), а также некоторые сополимеры этилена с высшими б-олефинами. Эти полимеры характеризуются значительной деформативностью в твердом состоянии, достигающей для отдельных марок 500-600% при сравнительно невысоких прочностных свойствах. Стрейч-пленку производят по традиционной рукавной или плоскощелевой технологии из гранулированного сырья. Обычно толщина такой пленки составляет до 30 мкм, ширина до 500 мм. Пленка может быть одно- и многослойной. Основные потребительские характеристики стрейч-пленки следующие:

? престрейч - относительная деформация, на которую может быть растянута, пленка при обертывании продукции с обеспечением гарантированного скрепления объекта и без образования в ней разрывов и надрывов. Для различных марок это значение может составлять от 50 до 500 %.;

? прочность;

? относительное удлинение в продольном и поперечном направлениях;

? стойкость к проколу и раздиру;

? прозрачность;

? гибкость;

? стягивающее усилие - усилие, создаваемое остаточным напряжением в пленке после ее растяжения при обмотке или упаковке объектов. Так как пленка, использованная в качестве упаковочного материала и растянутая, работает в условиях постоянного значения относительного удлинения, то действующее в ней напряжение растяжения изменяется во времени по экспоненте. С течением времени стягивающее усилие в пленке будет уменьшаться, и тем быстрее, чем выше температура окружающей среды, т.к. с увеличением температуры релаксационные процессы ускоряются. Поэтому следует учитывать, что, плотно упаковав груз стрейч-пленкой, например, в условиях зимнего Санкт-Петербурга и направив его, например, в Австралию, можно столкнуться с уменьшением величины стягивающего усилия пленки. В этом смысле термоусадочная пленка предпочтительнее.

Многослойные пленки, полученные методом выдувной экструзии, относятся к типу композиционных пластиковых материалов и используются преимущественно в упаковочной индустрии. Многослойные пленки подразделяются на три вида - двухслойные, простые трехслойные и многослойные пленки с барьерными слоями. На сегодняшний день сфера применения таких пленок самая обширная: от упаковки снэков и чипсов, до многослойной особо прочной парниковой пленки. Упрощенно соэкструзия определяется как процесс экструзии двух или более жидких полимеров в многослойную структуру или осаждение двух или более жидких полимеров на подложке для последующего формования. В современной индустрии гибкой упаковки соэкструзия занимает особое место как наиболее перспективное направление. Появление многослойных пленок было обусловлено несколькими факторами: экономическим, экологическим и фактором потребительского спроса. Используя не загрязняющие окружающую среду клеящие слои и высокотехнологичные вулканизированные клеящие компоненты, соэкструзия является ключевой технололгией, обеспечивающим развитие перерабатывающей и упаковочной отраслей. Как отмечает Джон Пердикулиас, вице-президент компании Компьюпласт, соэкструзия как процесс - это тенденция в индустрии упаковки, устойчивая благодаря своей экономичности и оптимизации производства, которые она обеспечивает. Специалисты Battenfeld считают, что соэкструзия позволяет быстрее выйти на планируемую мощность производства, снизить число производственных этапов, обеспечить более низкую себестоимость. Прежде всего, имеется в виду способ получения пленки экструзией с раздувом. Технологи DuPont делят соэкструзионный процесс на два типа по готовому продукту экструзии - барьерный и небарьерный. При небарьерном способе соэкструзия позволяет производителю максимально усилить необходимые свойства структуры - свариваемость, окрашивание, светонепроницаемость, физмех. При барьерном способе соэкструзия позволяет применять внешний или внутренний слой, способный управлять проникновением кислорода, диоксида углерода, водяного пара т.д. Старший инженер компании ExxonMobil Chemical Co., отмечает, что самый большой недостаток соэкструзии заключается "вероятно, в том, что дополнительная сложность оборудования означает дополнительную стоимость его обслуживания".

Способы применения многослойных пленок Простые трехслойные пленки Основные направления использования трехслойных полиэтиленовых пленок:

? Сельскохозяйственные пленки

? Молочные пленки

? Пленки для упаковки замороженных продуктов

? Пленка для упаковки стиральных порошков, сухих кормов, удобрений и т.п.

? Термоусадочные пленки

? Пароводоизоляционные пленки Наиболее распространенные виды сельскохозяйственных пленок:

? парниковые - для укрытия парников и теплиц, для туннельных парников;

? для мульчирования;

? силосные;

? геомембранные для укрытия дна водных резервуаров;

? соляризационные для стерилизации почвы солнечной радиацией;

? фумигационные для стерилизации почвы химикалиями

? специальные для укрытия и упаковки фуража и собранного урожая. Парниковые пленки Назначение - создание барьера, защищающего урожай от неблагоприятных условий погоды. За счет препятствия отвода инфракрасного излучения от почвы и растений, они позволяют создавать искусственную окружающую среду так называемый "парниковый эффект". Наибольшее распространение получили парниковые пленки, изготовленные из ПЭВД. Стандартные толщины отечественных парниковых пленок (ГОСТ 10354-82): 60, 80, 100, 120, 150 и 200 мкм. Стандартные толщины импортных парниковых пленок: 100, 125, 150, 175 и 200 мкм. Для обычных однослойных пленок характерна неоднородность прочностных характеристик в продольном и поперечном направлении. Менее прочное направление (как правило, поперечное) является слабым местом пленки. Трехслойные парниковые пленки такой недостаток отсутствует. У них практически одинаковая прочность в продольном и поперечном направлениях. При одинаковой толщине с однослойной, прочность на трехслойной пленки на 20-25 % выше, что оказывается решающим фактором в экстремальных условиях эксплуатации пленки (порывы ветра, сильные снегопады, град). Добавки Срок службы пленки из чистого полиэтилена - не более одного-двух сезонов. Если же при производстве пленки были допущены даже незначительные нарушения технологии, то этот срок может быть еще меньше. С целью продления срока службы пленок и придания им специальных свойств в их состав вводят различные добавки:

? светостабилизаторы (УФ-стабилизаторы) - для защиты парниковых пленок от разрушения, вызываемого ультрафиолетовым излучением;

? антифоги - для предотвращения образования конденсата на внутренней поверхности парниковых пленок;

? абсорберы инфракрасного излучения - предотвращают остывание воздуха внутри парника, усиливая тем самым парниковый эффект (позволяет поддерживать температуру в теплице на 3-5°С выше, чем при обычной пленке);

? полисветановые добавки - для перевода ультрафиолета в видимую часть спектра (полисветановый эффект);

? антистатики - для предотвращения образования на пленке статического электричества, притягивающего пыль к поверхности пленки и уменьшающего ее прозрачность для солнечного света;

? добавки, предотвращающие потемнение пленки под действием УФ-излучения

? добавки, препятствующие деятельности вредных насекомых внутри парника. В России в качестве парниковой обычно используется однослойная пленка. При этом добавки могут мигрировать к обеим сторонам пленки. Это существенно снижало период гидрофильной эффективности пленки. Единственным способом увеличения продолжительности антифогового эффекта было увеличение толщины пленки, а, следовательно, увеличение объема добавок для миграции к поверхности, однако при этом снижалась светопроницаемость пленки и повышалась стоимость пленочного материала. Преодолеть эти и другие проблемы позволяет использование трехслойных пленок. Наружный слой пленки не содержит антифоговых добавок и действует как барьерный слой. Его толщина - около 25% от общей толщины пленки. Средний слой составляет около половины толщины пленки и содержит высокий уровень антифоговых добавок (4-5%). Это слой работает как долговременный резервуар для антифоговой добавки. Когда во внутреннем слое, обращенном к растениям, количество антифоговой добавки снижается, средний слой медленно выпускает добавку для замещения во внутреннем слое. Внутренний слой составляет около 25% от общей толщины пленки и содержит приблизительно 1% для непосредственного обеспечения антифогового эффекта.

Естественно, что преимущества сельскохозяйственных трехслойных пленок не ограничиваются лишь рассмотренным выше примером, трехслойная структура позволяет модифицировать свойства пленки для получения комплекса требуемых свойств.

Молочная пленка По причине низкой платежеспособности населения очень распространенной упаковкой для молока и других молочных продуктов остается полиэтиленовая пленка. Она значительно дешевле других видов упаковки молочной продукции. Молоко в полиэтиленовых пакетов стоит на 30-50% дешевле, чем в упаковках Тетра-пак. Перед производителями молока стоит одна глобальная задача - сделать срок хранения его как можно более длительным и упаковать продукт в прочную упаковку. Для упаковки молочных продуктов применяют трехслойные со-экструзионные пленки с наличием в структуре материала черного слоя. Толщина таких пленок - 70-90 мкм. Каждый из слоев имеет свое назначение и содержит специальные добавки. Черный слой создает барьер на пути проникновения света и значительно продлевает сроки хранения молочной продукции. В зависимости от выбранной технологии этот слой может быть внутренним или прилегающим к молоку. Белый внешний слой предназначен для яркой, полноцветной печати при использовании самых современных полиграфических технологий. В этот же слой вводится специальная добавка, которая повышает "скользкость" пленки, что важно для работы на современном упаковочном оборудовании. Если внутренний слой черный, то слой, контактирующий с молоком - прозрачный, выполняется из чистого, химически нейтрального полиэтилена. В ряде случаев этот слой подкрашивают в серый цвет, что придает упаковки более эстетичный вид, исключая внешний контраст между белым наружным и черным барьерным слоями. Пленки для упаковки замороженных продуктов. Используются, прежде всего для упаковки замороженных овощей. В целом, эти пленки аналогичны молочным. Кроме того, в них обычно вводятся добавки, обеспечивающие прочность пленки при низких температурах. Трехслойные стреч-пленки

Стретч (stretch) - растягивающаяся пленка, материал обладающий способностью обратимо растягиваться с удлинением 200-300% и обладающий, в сравнении с обычными полиэтиленовыми (ПЭ) пленками повышенной стойкостью к проколу и раздиру, а также способность разных пленки прилипать к самой себе и не прилипать к упакованным грузам. Ее появление стало возможно благодаря разработке в начале 70-х новых технологий и материалов, в частности линейного полиэтилена низкой плотности - ЛПЭНП (LLDPE). Уникальные свойства стретч пленки позволили ей занять ведущие позиции в области транспортной и пищевой упаковки, потеснив при этом в некоторых областях термоусадочную пленку. Наиболее широкое применение ПЭ стретч пленки нашли в области транспортной и технической упаковки, так называемые Паллетные пленки. Они служат для упаковки различных, в том числе разноразмерных и длинномерных грузов на поддонах (паллетах) методом ротационного обертывания с целью обеспечения сохранности грузов при транспортировке, складировании, хранении от воздействия внешней среды, расхищения и с целью ускорения и облегчения погрузочно-разгрузочных работ. Стретч пленки подразделяются на паллетные и пищевые (на западе они обычно называются cling пленки, маленькие рулончики, продающиеся в коробках с ножом household т.е. пленка для домашнего применения). В свою очередь паллетные пленки в зависимости от способа применения делятся на ручные (обмотка идет в ручную) и машинные обмотка идет с использованием специальных машин - паллетайзеров. Машинные пленки делятся на:

? Стандартные - коэффициент предварительного растяжения до 150-200%.

? Power, Super, Super Power - в зависимости от поставщика это пленка с коэффициентом предварительного растяжения - от 200 до 300 и выше %. Отдельно стоит так называемая сенажная или сельскохозяйственная стретч пленка, используемая с целью упаковки и обеспечения сохранности упаковываемого сена. К ней предъявляются повышенные требования по прочностным характеристикам и также требования к свето-погодоустойчивости, так как упакованное весной-летом сено лежит на полях под воздействием прямого солнечного света вплоть до зимы. Показателем, по которому чаще всего потребитель сравнивает стретч пленку, является так называемый коэффициент престретча (pre-stretch) - в чистом виде этот показатель может быть применен только к пленкам класса POWER, работающим на паллетайзерах снабженным специальным механизмом предварительного растяжения - престретча. Однако так сложилось, что показатель максимального достижимого рабочего растяжения стретч пленки стали называть коэффициентом престретча и применять даже для ручных пленок, для которых этот показатель в принципе и не нужен. Ключевые свойства (требования) по типам пленок

? Ручная пленка

? Уровень растяжения (stretch level) не более 100%

? Толщина 15-20мкм

? Хорошая липкость

? Невысокие, удовлетворительные механические свойства

? Требуется перемотка с резкой (дополнительная составляющая себестоимости).

? Машинная пленка

? Средний уровень растяжимости (до 200%)

? Толщина 17-23мкм

? Прекрасные липкие свойства

? Хорошая стойкость к проколу, раздиру

? Хорошее удерживающее усилие.

? POWER машинные пленки

? Высокий уровень растяжимости (более 250%)

? Толщина 20-23мкм

? Отличная липкость

? Отличная стойкость к проколу

? Низкое распространение разрыва в поперечном направлении

? Отличное удерживающее усилие

? Низкое содержание геликов.

? Предварительно растянутые стретч пленки

? Высокий уровень предварительной ориентации (более 200%)

? Толщина 6-10мкм

? Прекрасный уровень липкости

? Прекрасная стойкость на прокол

? Низкое распространение разрыва в поперечном направлении

? Отличное удерживающее усилие

? Низкое содержание геликов.

? Сенажная пленка

? Уровень растяжимости до 75%

? Толщина 25мкм

? Отличная липкость

? Отличная стойкость к проколу

? Отличная стойкость к УФ излучению (не менее 1года под открытым небом)

? Отличное удерживающее усилие

? Относительно низкая проницаемость для кислорода. Барьерные трехслойные и пятислойные пленки. Вопреки мнению о том, что барьерные пленки квалифицируются как таковые только при экструзии 5-ти и более слоев, многие европейские эксперты отмечают, что при умелой комбинации химических полимерных добавок, экструдер АВС может позволять производить пленку с барьерными слоями. Нужды продовольственного сектора, в частности, требуют все более целенаправленного исполнения упаковки, чтобы гарантировать лучшее из возможного сохранение продовольствия, а также завоевание внимания потребителя привлекательным видом изделия. Это, в свою очередь, ведет к ужесточению требований к гигиеническому, сенсорному и комфортабельному аспектам упакованного продовольствия. Недавно был проведен обзор рынка "вечных" упаковок - систем, которые позволяют упаковать продовольственные продукты, устраняя большую часть консервантов, путем использования материалов со специальными физико-химическими и механическими свойствами. Мониторинг проводился путем покупки некоторых упакованных продуктов и оценки газо- и паро-удерживающих характеристик материала с учетом обработки, которой было подвергнуто изделие (сварка, печать и т.д.). Отметим, что результаты не были только положительными. Очевидно: работы в этой области должны продолжаться. Основными факторами, влияющими на качество продовольствия при хранении, являются:

? светопроницаемость - некоторые типы излучения катализируют нежелательные реакции в продуктах, особенно в светочувствительных веществах;

? газопроницаемость, особенно кислорода, позволяет аэробным микробам дышать, обуславливает окисление и, как следствие, потерю аромата, окисление витаминов и двуокиси углерода;

? влагопроницаемость - создает условия, которые могут способствовать развитию микробов, ухудшает эксплуатационные характеристики упаковки, делая ее более проницаемой для кислорода;

? теплопроницаемость - ускоряет все реакции; механические воздействия - динамические (толчки и вибрация)и статические (сжатия). Главной характеристикой этих пленок является, конечно, то, что они легкоформующиеся и стойкие, и поэтому могут очень легко принимать форму объекта, который они содержат, ограничивая количество остаточного воздуха. В дополнение к вышеупомянутому, материал должен гарантировать воздушную и водную непроницаемость как в исходном состоянии, так и при герметизации упаковки независимо от ее формы и характера. Что касается герметизирующих систем, мы только кратко упомянем, что они также развиваются: от "примитивного" клея они перешли к термосварке и достигли обратимых систем (открыто и закрыто), которые являются все более эффективными при гарантированной воздухо- и водонепроницаемости даже после нескольких использований. Но обязательное условие, которое остается в основе функциональности воздухо- и водонепроницаемой упаковки - максимальная устойчивость к прониканию сред (прежде всего кислорода) через полимерную пленку. В частности, при использовании вакуумной упаковки ускоряется проникновение газа из-за перепада давления между внутренней и внешней сторонами, поэтому газопроницаемость должна быть минимальна. В настоящее время нет ни одного основного материала, используемого в упаковке, который соединил бы в себе качества, описанные выше. Поэтому используются комбинации двух или нескольких типов материалов, для того чтобы создать конечный продукт, который, суммируя различные дополнительные качества, в целом соответствует требуемым характеристикам. Эти материалы называются многослойными пленками и именуются по последовательности аббревиатур составляющих материалов, как, например, PET/PVDC/PE, включающий полиэтилентерефталат (PET), поливинилиденхлорид (PVDC) и полиэтилен (PE). Из различных сред, которые могут проникать через упаковку, следует отметить кислород, двуокись углерода, азот, алкоголь и воду. Кислород и пары воды - вещества, которые больше всего волнуют упаковщиков из-за сильных органолептических изменений, которые они вызывают при хранении. Следовательно, важно определить материал, который в конечной упаковке лучше всего обеспечит требование "кислородного голодания". В основном используется три типа исходных материалов: металлическая фольга (алюминий), покрытия (как металлические (алюминий), так и минеральные (окись кремния, окись алюминия, керамика и т.д.) и, наконец, полимеры (EVOH и PVDC,PET). Эти материалы инкапсулированы в других полимерах, так называемых структурных полимерах, которые дают дополнительные необходимые качества; различные слои соединены вместе посредством клеящих веществ.

Несмотря на превосходные характеристики (непроницаемость для кислорода и света), алюминий все меньше и меньше используется в упаковке прежде всего из-за непрозрачности. Эта тенденция также усиливается тем фактом, что прозрачные полимеры, которые легче и более дружественны к окружающей среде, имеют аналогичные характеристики. В настоящее время с успехом используются три прозрачных пластика с прекрасными барьерными свойствами: EVOH, PVDC и PET. Эти полимерные материалы, однако, имеют разные барьерные свойства по отношению к различным средам. В отношении кислорода более эффективны EVOH и PET, в то время как для паров воды - PVDC. Естественно, барьерные свойства PVDC, EVOH и PET изменяются в зависимости от характеристик структурного полимера, так что можно установить, что для того же самого количества PVDC (5g на квадратный метр) проницаемость будет равна 5, если подложка PET 7, если подложка OPA (общая толщина 25 мкм) - удвоится, при использовании PVC (общая толщина 35 мкм) и становится еще хуже при использовании полиэтилена низкой плотности. В силу склонности к растрескиванию из-за гидролиза и PVDC, и EVOH всегда ламинируются полиолефиновыми покрытиями. Ниже приведены типовые комбинации слоев для многослойной барьерной экструзии.

Таблица 1: Типовые комбинации слоев для многослойной барьерной экструзии

В силу широкого разнообразия возможных комбинаций различных материалов, исследовать их подробно невозможно. Кроме того, в дополнение к основным свойствам, отмеченным первоначально, иногда требуются другие специальные свойства, например хладостойкость, (рекомендуются PET,PA или PS). Наоборот, для высоких температур (90 - 100 0 C) рекомендуются PP, PE, СPET. Для придания устойчивости многослойным материалам наиболее часто используют: APET, NYL, PVC, PO и Valeron, в то время как для улучшения термосвариваемости используются PPO, PP и PE. Следует уделять внимание данным о физических свойствах, приведенным в литературе, так же как и данным, предоставленным непосредственно изготовителем. Особенно важно знать дату публикации этих сведений, чтобы иметь уверенность в том, что они действительно современны. Скорость, с которой пищевая промышленность требует материалов со все более специальными характеристиками, ведет к тому, что пленки устаревают очень быстро, и что независимо от их замечательного успеха еще сегодня они не способны конкурировать с вновь разработанными. Кроме того, должны быть приняты меры предосторожности при сравнении данных, несмотря на широкое распространение использования стандартных методов измерения и исследований, можно столкнуться с данными, которые были получены при несходных условиях измерения. Полимерные барьерные слои изменяют проницаемость по кислороду в зависимости от влажности, в которой окажутся; пленки с алюминием ведут себя аналогичным способом при их охлаждении. Даже состав газа в упаковке становится определяющим фактором, который может уменьшить величину проницаемости в четыре раза. В таблице 3 приведены некоторые типы пленок наряду с относительными значениями, рекомендуемыми к использованию. Большинство производимых барьерных пленок на пути становления красивой и красочной упаковкой по сути являются полуфабрикатом. После экструзии следующий логический процесс- ламинирование пленки и нанесение многоцветной печати.

Приложения

Таблица 1. Мешочная бумага. Сфера применения

Таблица 2. Пергамент. Сфера применения.

Таблица 3. Подпергамент. Сфера применения.

Размещено на Allbest.ru