Характеристика полимерных материалов.

Целлофан – по химической природе  - структурная модификация целлюлозы n .

Достоинства:

§ Безупречная гигиеничность при контакте с пищевыми продуктами

§  В сухом виде малопроницаем для газов

§  Жиростойкий материал

§  Прозрачный, имеет глянец

§  Хорошие печатные и ламинирующие свойства

Недостатки:

• Хорошо набухает в воде, гигроскопичен
• Термически не сваривается
• Производство загрязняет окружающую среду
• Прозрачность для многих продуктов – недостаток
• Ломкость при низкой температуре

За рубежом производят лакированный целлофан (покрытие – ПВДХ и нитроцеллюлозное). При этом приобретает свойство термически свариваться и устойчивость к воде.  Нёбная проба (нелакированный целлофан прилипает к нёбу).

Использование:

§  Оболочка для сосисок и варёных колбас, в настоящее время в меньших объёмах, чем прежде

§  Жиросодержащие кондитерские изделия – кексы, печенья, вафли. В настоящее время заменён ПП в виду подорожания целлофана.

§  Хлеб за рубежом  выпекают в целлофане специальных марок для длительного хранения.

Эфиры целлюлозы. Нетоксичны, прочны, технологичны, дороги, могут использоваться как съедобные оболочки.

Полиэтилен.

n – продукт синтеза газа этилена. Занимает первое место среди термопластов в упаковочном секторе как в нашей стране, так и за рубежом.

Достоинства:

§  Дешёвый материал

§  Устойчив к влаге, паронепроницаем. По паронепроницаемости он наряду с ПВДХ занимает 1 место среди термопластов.

§  Хорошо термосваривается

Недостатки:

• Низкие барьерные свойства для газов и ароматических веществ, нестойкость к жирам.  Может придавать продукту посторонний запах
• Низкая прочность на прокол
• Плохо наносится печать, требуется специальная обработка

Выпускается 2 вида полиэтилена:

ПЭНП – низкой плотности или высокого давления

ПЭВП – высокой плотности, вырабатываемый при низком давлении в присутствии катализаторов.

ПЭВП (низкого давления) имеет большую молекулярную массу, высокие кристалличность и прочность. Он используется в основном в производстве транспортной тары, выдерживающей штабелирование (ящики, бочки). Пакеты из него (потребительская тара) «шуршащие», по прочности и барьерным свойствам превосходят пакеты из ПЭНП. ПЭНП в основном используется в качестве плёночного материала для пакетов, для пакетов, а также для баночек, крышек, канистр, иногда бочек.

Пищевая плёнка из ПЭНП вырабатывается марки Н в соответствии с ГОСТом. Она может содержать красители, разрешённые медицинскими органами (диоксид титана, ультрамарин синий и др.)

Пищевые продукты, для упаковывания которых используется полиэтилен:

§  Гигроскопические продукты без запаха, соль, сахар, желатин. Для повышения прочности лучше комбинировать с бумагой, картоном.

§  Молоко и молочные продукты. Мягкие пакеты содержат наполнители: внутренний чёрный слой с сажей и с поверхности белого цвета с диоксидом титана. Полученные пакеты на основе бумаги и картона. Для пастеризованного молока внутренний и наружный слой-полиэтилен; для стерилизованного молока – комбинированный материал на основе картона, фольги и полиэтилена. Наружный слой – полиэтилен, затем картон, полиэтилен (вместо адгезива), фольга, 2 слоя полиэтилена для прочности термосваривания пакета, и изоляции фольги.

Рис.  Виды и типы потребительской тары из комбинированных материалов

§  Мясо, рыба, яичный меланж замороженные в блоках упаковывают в полиэтиленовую плёнку, плотно прилегающую к блоку с запечатыванием термосвариванием. Внутри такой упаковки высокая влажность воздуха, которая замедляет сублимирование льда из поверхностного слоя и, следовательно, тормозит окислительные процессы жира.

§  Охлаждённое мясо, рыба, полуфабрикаты  - упаковка с низкими барьерными свойствами и поэтому слабо тормозит микробиологические и окислительные процессы, используется только для непродолжительного хранения указанной продукции.

§  Кондитерские, бакалейные товары. Используются пакеты для расфасовки указанной продукции, недостатком которых является низкая прочность на прокол, поэтому для сахара-песка, крупы, кондитерских изделий в настоящее время в основном используется полипропилен, материал более прочный на прокол.

Не рекомендуется использовать ПЭ для упаковывания следующих пищевых продуктов:

• Жиры и ограниченно используется для  жиросодержащих продуктов. Тонкие плёнки из ПЭ проницаемы для жиров. Толстые набухают.
• Продукты с выраженным ароматом (чай, кофе, пряности). В качестве дешёвой упаковки может использоваться полиэтилен только высокой плотности.
• Алкогольные напитки – экстрагирует посторонние примеси и приобретает посторонний запах.
• Мука и крупа с повышенной влажностью. Т.к. полиэтилен почти непроницаем для паров воды, внутри упаковки создаётся повышенная влажность, которая ускоряет дыхание, что может привести к порче продукта.
• Копчёная рыба и рыбная кулинария. Внутри упаковки  (пакета) создаётся излишняя влажность, что может привести к микробиологическим процессам.

Сополимеры этилена. Наибольшее применение получили полимеры с виниацетатом (ВА). 10-12% ВА резко увеличивает эластичность ПЭ. 13-25% ВА – плёнка из ПЭ становится каучукоподобной, такой сополимер используется в производстве стреч-плёнки. 50% и более ВА позволяет получать клеи-расплавы, позволяющие в доли секунды склеивать материалы без сушки и удаление растворителя. Плёнки EVA (торговое название Элвакс) обладают высокой газонепроницаемостью, но нестойки к воде.

Сополимер этилена с виниловым спиртом (EVAL, EVOH) специалисты называют материалом будущего. По барьерным свойствам он стоит на первом месте среди термопластов вместе с ПВДХ. Материал относительно дорогой, поэтому применяют в сочетании с другими менее дорогими полимерами.

Линейный полиэтилен низкой плотности применяют в термоусадочных плёнках и в производстве стеч-плёнок, при его использовании повышается прочность сварного шва. В этом материале длинная основная цепь молекул с короткими боковыми ответвлениями, получают материал ориентированием плёнки - вытягиванием плёнки в мягком виде, а затем термофиксацией (выдержкой в растянутом состоянии).

ПП-полипропилен –     -СН2-СН-

                                                                         |

                                              СН3             n

Полипропилен является крупнотоннажным полимером, на 30% дешевле целлофана и практически его вытеснил. По свойствам похож на ПЭВП (низкая влагопроницаемость),  по некоторым параметрам ещё лучше – высокая прозрачность, глянец, хорошо наносится печать. Также жиростойкость выше, хотя и уступает по данному показателю другим термопластам. Кислородопроницаемость и в целом защитные свойства средние. С фольгой и ПЭТ – материалы с высокими защитными свойствами. Высокая термоустойчивость, что позволило разработать новый материал – ламистер на основе фольги и полипропилена для получения консервных банок. Материал выдерживает температуру стерилизации более 110°С.

Легко подвергается модификации и наполнению.

Недостатки:

• Низкая светостойкость (быстро стареет).
• Низкая морозостойкость. При 0°С – хрупкий, при -30°С – крошливый.

Использование:

• Жиросодержащие кондитерские изделия (кексы, вафли)
• Сухие завтраки с жиром
• Бакалея (макаронные изделия, сахар-песок, крупы и др.)
• Стаканчики и кюветы для майонеза, маргарина, халвы
• Мясная и рыбная кулинария

Широко используется для сыпучих продуктов (макаронные изделия, сахар-песок, крупы и др.)  БОПП (ВОРР) – биостноориентированный полипропилен. Ориентация – растягивание мягкой плёнки, макромолеклы распрямляются, затем термофиксация (выдержка в растянутом состоянии). Такая плёнка нерастяжима, что позволяет работать на упаковочных автоматах с высокой скоростью. БОПП имеет повышенную прочность на прокол, барьерные свойства те же, что и ПП, низкую устойчивость к раздиру, когда наличие даже небольшого надрыва или прокола плёнки может привести к разрушению упаковки. Часто подвергается металлизации, что повышает защитные свойства, в таком виде широко используется для картофельных чипсов, других несладких снеков (жареных орехов, экструдированных зёрнах кукурузы и пшеницы и др.). Однако для кофе БОПП не подходит из-за ароматопроницаемости.

Поливинилхлорид (ПВХ) и поливинилиденхлорид (ПВДХ)

Поливинилхлорид n  - крупнотоннажный полимер.

Достоинства:

• Дешёвый материал, достаточная сырьевая база
• Литьевой материал с хорошими защитными свойствами, жиростойкий, высокие прочностные свойства, хорошо формуется.
• Тонкие плёнки прозрачны, со средними защитными свойствами.

Недостатки:

• При нагревании отщепляется хлористый водород, в связи с чем требуется вводить стабилизаторы
• Сырьё (газ винилхлорид) очень токсичен, поэтому производство экологически опасно
• Плёночный материал содержит токсичный пластификатор (синтетические эфиры)
• Из плёнок выделяются низкомолекулярные токсические вещества, среди которых наиболее опасны стирол и винилхлорид и продукты деструкции ПВХ.
• При сжигании образуются токсичные и канцерогенные диоксины.
• В производстве используется кадмий – токсичный тяжёлый металл.

Использование:

• Жёсткий ПВХ с 5% пластификатора – литьевой материал. Его недостатком является низкая морозостойкость. 20 лет назад широко использовался для потребительской тары (флаконы для растительного масла, бутылки для дешёвого столового вина и минеральной воды, кюветы и лоточки для джема, повидла и молочных продуктов). Сейчас в Европейских странах запрещён для потребительской тары контактирующей с пищевыми продуктами, ввиду токсического действия винилхлорида и пластификатора.
• Пластифицированный ПВХ с 15% пластификатора разрешён в нашей стране как плёночный материал, контактирующий с пищевыми продуктами.
• Плёнки с 40% пластификатора используются для упаковывания непродовольственных товаров. Недостаток мягкого ПВХ низкая теплостойкость.

ПВДХ – сополимер винилхлорида (ВХ) и винилиденхлорида  (ВДХ).

ВДХ

Торговые названия за рубежом – саран, курехалон и др.

Отечественное - повиден.

Достоинства:

• Прозрачная плёнка, как целлофан, но мягкая
• Высокая прочность на прокол
• Уникальные защитные свойства. Проницаемость для кислорода в 500 раз меньше, чем у полиэтилена.
• Способен к термической усадке. Если тушку птицы поместить в пакет из ПВДХ и опустить в горячую воду, то образуется «вторая кожа». Такая упаковка называется за рубежом – крайовак.

Недостатки:

• Низкая теплостойкость и морозостойкость
• Те же экологические проблемы, что и у ПВХ

Использование:

• Отечественный материал используется в сыроделии. Сыр созревает упакованный в термоусадочную плёнку.
• Используется в многослойных и комбинированных материалах для улучшения защитных свойств (вакуумная и газонаполненная упаковка). Такая упаковка тормозит окислительные и микробиологические процессы.

Материалы на основе стирола  (крупнотоннажный полимер).

       -СН2-СН-

                             |

                 С6Н5        n

Чистый полистирол прозрачен и очень хрупок, модифицированный - менее хрупкий, но не прозрачный.

Достоинства:

• Производство экологически менее опасно по сравнению с ПВХ
• Жёсткий материал легко формуется, декорируется, сваривается

Недостатки:

• Низкая теплостойкость
• Хрупкость
• Неустойчивость к органическим растворителям

Использование. Сополимеры с каучуками и акрилонитрилом имеют белый цвет и  используются:

• Для стаканчиков в общественном питании

• Как лотки подложки для многих пищевых продуктов: охлаждённые и замороженные полуфабрикаты, свежие овощи и фрукты, сухофрукты, кондитерские изделия
• Потребительская упаковка для яиц, в т.ч. из вспененного полистирола
• Коррексы – фигурные вкладыши в коробки для конфет
• Горячая кружка – ёмкость из вспененного полистирола в сочетании с бумагой
• Транспортная тара (толстостенные ящики) для охлаждённой рыбы (сёмга, форель) из Скандинавских стран.

Полиамидные плёнки (ПА)

 - R1- С – N – R2 -

          ||      |

         О     Н               n

Материал, широко применяемый как искусственное волокно.

Достоинства плёнок из ПА:

• Прочность
• Жиростойкость и непроницаемость для газов
• Прозрачность
• Морозостойкость, теплостойкость

Недостатки:

• Неустойчивость к воде (набухает), поэтому его комбинируют с ПЭ.

Использование:

• Комбинированный материал ПА/ПЭ широко используется для вакуумной упаковки сосисок, рыбы, деликатесных продуктов из свинины, сыра.
• Колбасные оболочки на основе полиамида («Амитан», «Амифлекс» и др.) широко используются в отечественной мясной промышленности и продлевают срок годности варёных колбасных изделий, паштетов до 10-40 суток

Многослойные полиамидные плёнки («Амифлекс» и др.) получают на основе нескольких слоёв ПА, в том числе ориентированного ПА, обладающего способностью к термоусадке. Внешний водонепроницаемый слой состоит из полиолефинов (ПП или сополимер пропилена и этилена). Между внешним и полиамидным слоем имеется промежуточный слой адгезива.

Полиэфиры (полиэтилентерефталат ПЭТФ)

                             О                           О

                             ||                             ||                          

- СН2 - СН2 - О - С -                       - С – О -

                                                                                         n

Используется как искусственное волокно (лавсан), можно получить плёнку и литьевой материал.

Достоинства:

• Бутылки из ПЭТФ в 13 раз легче стекла, ударопрочные, в 10 раз выше прочность на прокол по сравнению с ПЭ.
• Высокая морозостойкость и теплостойкость
• Хорошие защитные свойства
• Жиростойкость, устойчивость к воде, к органическим кислотам
• Прозрачность
• При сжигании не образуется большого количества вредных веществ
• Подвергается стерилизации
• Легко окрашивается

Недостатки:

• Плёночный материал не сваривается, используется в сочетании с ПЭ и ПВДХ
• Неустойчив к серной кислоте, к фенолам и некоторым другим реактивам
• Неустойчив к длительному воздействию щелочей, которые разрушают полиэфиры. Не рекомендуется для розлива пива с длительным сроком хранения, а также водки.
• При синтезе полимера образуется вода, которая является катализатором термодеструкции (разрушение при нагреве). Поэтому перед использованием гранулята, следует знать его влажность (2-3% - стандартная). При повышенной влажности - сушка гранулята 4-6 часов при 160°С. Если гранулят используется с повышенной влажностью, то при термодеструкции возможно выделение весьма вредных веществ, которые могут загрязнять окружающую среду и мигрировать в жидкости, разливаемые в бутылки.

Использование:

• Бутылки для пищевых жидкостей (газированные напитки, минеральные воды, пиво, соки)
• Вытеснили бутылки из ПВХ для растительного масла.
• Используется для косметики, для моющих средств
• Упаковка для тортов, пирожных, печенья
• Контейнеры для газонаполненных упаковок с мясными и рыбными полуфабрикатами, кулинарными изделиями
• Лотки для быстрозамороженных готовых блюд, т.к. материал выдерживает как низкие температуры (-30°С), так и температуру разогрева при +177°С.

До 1997 года основной объём ПЭТ бутылок в стране вырабатывали из импортных преформ. В настоящее время преформы вырабатывают как из импортного,  так и отечественного гранулята. За рубежом в ПЭТ бутылки (с покрытием из ПВДХ)  разливают спирт.