Исследование прочностных свойств упаковочных многослойных полимерных пленочных материалов, полученных методом каширования (1094723), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Будущее МПМ с барьерными свойствами связывают с раз­витием асептического упаковывания пищевых продуктов. Асеп­тическим называется упаковывание предварительно стерилизо­ванных или пастеризованных продуктов в стерильную тару в стерильных условиях, исключающих всякую возможность попа­дания микроорганизмов в упаковываемый продукт. Фруктовые соки и молоко можно хранить в такой упаковке в течение ме­сяца без охлаждения.

Существенным недостатком пленочных упаковок является их скользкая поверхность, особенно при низких температурах и в условиях высокой влажности. Для подобных условий организовано производство фрикционных пленок, глав­ным образом из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП). Также пленки могут быть получены способом соэкструзии. При этом шероховатой может быть одна или обе стороны материала. Коэффициент трения такой по­верхности — не менее 0,6.

При выборе МПМ и КПМ для хранения пищевых продуктов определяющими являются химический состав, технологические особенности и свойства упаковываемого продукта, условия про­цесса упаковки и последующей обработки продукта, а также продолжительность хранения и возможные изменения продукта в процессе хранения и транспортирования.

В пищевой промышленности расходуется около 50% всех полимерных материалов, используемых для изготов­ления тары и упаковки. К МПМ и КПМ, применяемым в пищевой промышленности, предъявляются следующие общие требо­вания:

• механическая прочность — способность противостоять механическим воздействиям при эксплуатации;

• химическая стойкость — стойкость к воздействию компонентов пищевых про­дуктов и к окружающей среде;

• технологичность;

• возможность использования МПМ и КПМ на современном упаковочно-фасовочном оборудовании, обеспечивающем скоростные режимы изготовления упаковки и заполнения ее продуктом, герметиза­цию и, если необходимо, стерилизацию или пастеризацию про­дукта;

• способность к сварке (склейке) с образованием прочных швов; физиологическая безвредность — исключение перехода в пищевой продукт посторонних веществ (низкомолекулярных полимергомологов, остаточных мономеров, пластификаторов, стабилизаторов, остатков катализаторов и инициаторов, краси­телей, пигментов, смазок и др.), а также продуктов их превра­щений, изменяющих вкус и запах продукта и вредно влияющих на организм человека;

• эстетические показатели — привлекатель­ный внешний вид, способность окрашиваться, воспринимать красочную печать;

• постоянство органолептических свойств про­дуктов (вкуса, запаха и др.); отсутствие токсичных компонен­тов, которые могут экстрагироваться пищевыми средами или реагировать с ними.

Помимо общих требований в зависимости от конкретного назначения материала к нему могут предъяв­ляться специфические требования.

В последние годы получила распространение обработка пи­щевых продуктов в полимерной таре частицами высоких энер­гий. Иногда приходится упакованный продукт подвергать сме­шанной обработке — облучению частицами высоких энергий, длительному воздействию температуры 100—120°С или кратко­временному воздействию температуры 160—180°С.

Весьма перспективным является применение полимерной упаковки в сочетании с асептическим консервированием. В от­личие от традиционных методов консервирования такой способ упаковывания применим для продуктов и тары, которые не вы­держивают длительного воздействия высоких температур.

При консервировании продуктов химическими веществами тара для этих продуктов должна быть герметичной и стойкой к действию консервантов (0,05—0,06%-й сорбиновой кислоты или 0,09—0,1%-й натриевой или калиевой соли этой кислоты).

Важное значение приобрело применение КПМ, например лак-А1-модифицированный полиолефин, взамен белой жес­ти для упаковки консервов и пресервов. Изготовление такого материала предъявляет к исходным материалам (особенно кле­ям) и к качеству каширования весьма высокие требования.

В последние годы в МПМ стали включать полимерные барь­ерные слои. Преимущества таких материалов — малая масса (тара из этих материалов в 4—10 раз легче металлической и в 20 раз легче стеклянной), удобство потребления продукта (быстрый разогрев, легкость открывания), экономичность, малая энергоемкость. Следует иметь в виду, что использование в качестве барьерного слоя EVOH и ПВДХ ограничивает нагрев упаковок температурой 110 °С.

Для изготовления соэкструдированных двухслойных пленок, предназначенных для упаковки молока, используются различ­ные марки ПЭНП, наполненного техническим углеродом. Наметилась устойчивая тенденция к применению линейного по­лиэтилена в упаковочной технике.

Полимерная тара для замороженных продуктов (при тем­пературе от -12 до -40°С и ниже) должна выдерживать на­грев перед употреблением продуктов.

В большинстве случаев пленочный материал не должен удовлетворять всем перечисленным требованиям. Например, та­кое свойство, как водонепроницаемость, важно при упаковке кондитерских изделий, но не столь существенно при упаковке овощей и фруктов.

Для упаковки колбас и сыров на автоматах глубокой вы­тяжки МПМ должны легко формоваться и выдерживать равно­мерную глубокую вытяжку. При этом важен правильный выбор толщины пленки для требуемой глубины вытяжки при заданной ее исходной площади.

Новым направлением использования полимеров в упаковке является изготовление так называемой «защищенной» упаков­ки, нарушение которой не может остаться незамеченным.

Наилучшая защита обеспечивается при обертывании упаков­ки термоусадочной полимерной пленкой, которая дополнительно повышает барьерные свойства и упрочняет упаковку.

За счет применения МПМ пытаются достичь опти­мального для данных целей уровня следующих свойств: проч­ности при разрыве, удлинения при растяжении, стойкости к про­колу, надрыву, раздиру; непроницаемости для водяного пара, воды, газов, ароматических веществ, масел и жиров, УФ-излучения; термических свойств — диапазона рабочих температур, усадки при повышенных температурах; перерабатываемости — хорошей термосвариваемости, возможности нанесения печати, термоформования, способности перерабатываться на различных фасовочно-упаковочных автоматах. Свойства любого МПМ должны быть не хорошими вообще, а такими, какие не­обходимы для конкретных условий применения.

Использование для упаковки МПМ не только гарантирует сохранение качества и предотвращение потерь продуктов, но и способствует коренному совершенство­ванию технологического процесса расфасовки и упаковки, обес­печивает более рациональное хранение и транспортирование продуктов, уменьшает естественную убыль продуктов, сокраща­ет расход упаковочных материалов.

Высокая эффективность применения полимерных пленочных ма­териалов практически во всех отраслях народного хозяйства, возможность с их помощью решать многие задачи технического прогресса предопределили постоянно растущий спрос на многослойные полимерные пленочные материалы и высокие темпы развития их производства.

1. Исходные материалы для производства многослойных материалов.

В производстве многослойных пленочных материалов (МПМ) используются следующие важней­шие исходные материалы:

• полимерные пленочные материалы из полиэти­лена низкой плотности (ПЭНП), полиэтилена высокой плотно­сти (ПЭВП) и их смесей (ПЭсм); линейных полиэтиленов низ­кой (ЛПЭНП) и средней плотности (ЛПЭСП); полипропилена [пленки неориентированные (ПП), двухосноориентированные полипропиленовые пленки (ОПП)]; поливинилхлорида (ПВХ), поливинилиденхлорида (ПВДХ) и их сополимеров; полиамидов [пленки неориентированные (ПА), двухосноориентированные (ОПА)]; полиэтилентерефталата [пленки двухосноориентиро­ванные (ОПЭТФ), металлизированные]; фторопластов и их со­полимеров (Ф); полиарилата (ПАр); полиимида (ПИ); сополи­меров этилена с винилацетатом (СЭВ) и виниловым спиртом (EVOH), этилена с пропиленом (СЭП) и бутиленом (СЭБ); по­ликарбоната (ПК); полибутена (ПБ); полистирола (ПС), иономеров (Ион), целлофана (ЦЛ) и др;

• гранулы полимеров — ПЭНП, ПЭВП, смеси ПЭНП с ПЭВП, ЛПЭНП, ЛПЭСП, ПП, ПВХ, ПВДХ, ПЭТФ, СЭВ, СЭП, ПС, иономеров;

• дисперсии и суспензии на основе ПВДХ, ПВА, по­лиуретанов (ПУ), полиакриловых смол, фторопластов и их сополимеров, силиконов; смеси из парафина, микровоска и поли­мерных (углеводородных) смол; воска;

• лаки на основе нитроцеллюлозы, ПВХ, ПВДХ, смеси полиарилатов с полиэфиром и антипиреном, ПУ и др.;

• клеи на основе полиуретанов однокомпонентные и двухкомпонентные, системы без растворителей.

Рассмотрим некоторые, наиболее часто используемые для производства МПМ, классы полимеров.

1. Полиолефины и их производные

Из этого класса полимеров и сополимеров в производстве МПМ применяются: полиэтилен низкой плотности; полиэтилен высокой плотности; смеси ПЭНП и ПЭВП; полипропилен; полибутен; сополимеры этилена с винилацетатом, с пропиленом, с акриловой кислотой; иономеры (Ион).

1. Полиэтилен

В связи с ярко выраженной полидисперсностью полиэтилена можно говорить только о его средней молекуляр­ной массе. Молекулярная масса ПЭНП и ПЭВП составляет со­ответственно 10 000—45 000 и 70 000—600 000. С ростом моле­кулярной массы ПЭ повышается его вязкость, длительная проч­ность и стойкость к растрескиванию под напряжением. Последняя возрастает также за счет сополимеризации этилена с пропиленом, бутеном и гексеном.

Под действием кислорода воздуха, температуры, ультрафио­летовых лучей происходит старение ПЭ, выражающееся в по­степенном ухудшении его физико-механических и электрических свойств, изменении химического состава и структуры. Это со­провождается потерей растворимости, эластичности и нараста­нием хрупкости.

Процесс старения можно замедлить введением антиоксидантов, термостабилизаторов. Добавка до 2,5% канальной сажи (технического углерода) повышает отражающую способность ПЭ по отношению к ультрафиолетовым лучам.

В последнее время достигнуты успехи в области модифика­ции свойств ПЭ за счет облучения частицами высоких энергий и химического сшивания макромолекул, введения структурообразователей, наполнителей и др.

В конце 70-х годов началось промышленное производство линейного полиэтилена низкой и средней плотности (ЛПЭНП и ЛПЭСП). Пленки из него нашли широкое применение в каче­стве упаковочных материалов. Эти полимеры используются для получения МПМ методом соэкструзии. Линейный полиэтилен обладает повышенной прочностью при растяжении, в том числе при повышенной температуре, стойкостью к истиранию, проко­лу, раздиру, ударным нагрузкам, технологичностью и имеет большое относительное удлинение при разрыве, обладает хоро­шей способностью к свариванию, высокой прочностью сварных швов, хорошей восприимчивостью к нанесению печати.

ЛПЭНП по сравнению с ПЭНП имеет более высокое значе­ние кажущейся вязкости при заданной скорости сдвига, узкое ММР, обладает меньшей прочностью расплава, повышенной фильерной вытяжкой и малой величиной деформации при от­верждении.

Переработка ЛПЭНП требует модификации экструзионного оборудования (замены червяка, головки, системы охлаждения пленки). Смесь ЛПЭНП и ПЭНП можно перерабатывать на стандартном оборудовании, пригодном для получения пленок из ПЭНП.

Комбинирование ЛПЭНП с другими полимерами, соэкструзия его с различными полиолефинами позволяет улучшить свойства пленок из этого полимера и расширить области их при­менения. ЛПЭНП и композиционные материалы, в состав которых он входит, начинают вытеснять в упаковочной технике не только ПЭНП, но и другие полимерные материалы, а также бумагу, картон и частично металл.

Пленки из композиций, содержащих 10—25% ЛПЭНП и 75—90% ПЭНП, широко используют для изготовления мешков различного назначения повышенной прочности. Термоусадочные пленки из таких материалов применяют для упаковки мясных продуктов и т. д.

1. Полипропилен

Полипропилен — материал с хорошими эксплуатационными свойствами и относительно сложившейся структурой потребле­ния. Увеличение доли поли­пропиленовых пленок основывается на широких возможностях их использования не только для замены природных материалов, но и традиционных полимерных материалов вследствие ряда преимуществ — лучших механических свойств, низкой плотно­сти, нетоксичности, хороших электрических свойств, стерилизуемости.

Пленки из ПП обладают по сравнению с пленками из ПЭВП более высокими теплостойкостью, прозрачностью, жиростойкостью, жесткостью, малым коэффициентом трения, высокими по­верхностной твердостью, стойкостью к надрыву, длительной прочностью, стойкостью к водяным парам и ароматам, а так­же к действию химических сред при повышенных температурах, повышенной стойкостью к растрескиванию под напряжением и к ползучести, более низкой атмосферостойкостью; при темпера­турах ниже 5°С хрупкость ПП нарастает. ПП обладает низкой паропроницаемостью и высокой влагостойкостью. Следует от­метить отличную свариваемость неориентированных пленок из ПП. Особенностью пленок из ПП по сравнению с другими плен­ками на полиолефиновой основе является более высокая ароматонепроницаемость (например, альдегидов). Полипропилено­вая пленка используется преимущественно для упаковки (в том числе при термоформовании) фармацевтических товаров, про­дуктов питания, сигарет (интенсивно вытесняя целлофан), для упаковки текстиля, для производства липких лент, в качестве конденсаторных диэлектриков и т. д. Неориентированные поли­пропиленовые пленки конкурируют с пленками из ПЭ и ПВХ.

Двухосная ориентация пленки из ПП приводит к значи­тельному росту сопротивления надрыву, прочности при растя­жении, морозостойкости, жесткости и прозрачности. В то вре­мя как у неориентированных полипропиленовых пленок началь­ное усилие при надрыве мало, а энергия дальнейшего процесса надрыва высока, для ориентированных пленок характерна об­ратная картина.

Характеристики

Список файлов ВКР