7.3. Типы полимеров для производства упаковки

7.3.1. Полиэтилен

ПЭ по своей структуре относится к наиболее простым полимерам. Получают его ре­акцией полиприсоединения газа этилена в реакторе с высокой температурой и дав­лением. Производится ряд полимеров низкой, средней и высокой плотности в зави­симости от условий полимеризации (температура, давление и катализатор). Условия технологического процесса определяют степень разветвленности макромолекулы полимера и, следовательно, плотность и другие свойства пленок и других типов упа­ковки. Полиэтилены легко термосвариваются, их можно переработать в прочные жесткие пленки с хорошими барьерными свойствами по отношению к влаге и во­дяному пару. По сравнению с другими полимерами они не обладают достаточно вы­сокими барьерными свойствами к маслам, жирам и таким газам, как С0₂ и кислород, хотя при увеличении плотности барьерные свойства улучшаются. Теплостойкость ПЭ ниже, чем у других используемых в упаковке полимеров (температура плавле­ния составляет около 120 °С, причем при увеличении плотности она возрастает).

ПЭ не проводит электричества, и в 1940-х гг. его начали использовать в качестве изолятора. По этой причине ПЭ-пленки являются высокочувствительными к обра­зованию статического электричества и требуют введения антистатических, снижа­ющих коэффициент трения и антиблокирующих (против слипания) добавок, кото­рые вносят в полимер для расширения возможностей переработки и использования ПЭ-пленок.

Полиэтилен — наиболее широко распространенный (по объемам производства) полимер, его рентабельно использовать в самых разных областях, так что его назы­вают своего рода «рабочей лошадкой» индустрии полимерных пленок. Заводы по производству ПЭ расположены практически во всех странах.

Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) легко экструдируется в рукав, который можно раздуть в три раза относительно исходной площади. Обычно ПЭНП-пленки имеют толщину около 30 мкм (некоторые новые разновидности —20-25 мкм), а плотность — 0,910—0,925 г/см³.

Эти пленки можно окрашивать, смешивая полимер с пигментом перед экстру­зией. Если одна головка объединяет несколько экструдеров, то можно получать двух- и многослойную пленку из одного и того же материала, а также производить соэкструдированные пленки со слоями из различных полимеров. При наличии трех экструдеров можно получить пленку, где, например, гигроскопичный полимер (EVOH) располагается между защитными слоями ПЭ. В этом случае EVOH обеспе­чивает барьерные свойства по отношению к газам и запахам, а ПЭ — способность к термосвариванию, причем он служит также основой для нанесения печати.

ПЭ-пленки плавятся при относительно низкой температуре и свариваются меж­ду собой с образованием плотного сварного шва при резке горячей проволокой или лезвием. Для упаковки можно использовать либо предварительно изготовленные пакеты, либо формовочно-фасовочно-укупорочные машины, куда пленка подается с рулона. Основное применение ПЭНП-пленок белого цвета — это изготовление па­кетов для замороженных овощей.

Путем клеевого ламинирования с другими подложками или экструдированием Г1Э на другой материал получают прочные саше, пакеты и сумки с герметичными сварными соединениями, поскольку ПЭ при течении заполняет поры на сваривае­мой поверхности и зоны вокруг посторонних включений.

Для изготовления картонных емкостей для жидких продуктов ПЭ и другие по­лимеры используют в сочетании с картоном (об упаковке на основе бумаги и карто­на см. главу 8). Основные области применения ПЭ-пленок — это термоусадочные и стретч-пленки для обертывания товарных единиц и скрепления грузов на паллетах.

Пленка из ЛПЭНП (линейного ПЭНП) характеризуется плотностью, близкой ПЭНП, но в макромолекулах ЛПЭНП имеются короткие боковые ответвления, благодаря чему эта разновидность ПЭ превосходит ПЭНП по таким свойствам, как прочность при разрыве и продавливании, а также по стойкости к проколу. Основное применение ЛПЭНП-пленки нашли в изготовлении пакетов в форме подушки для молока и других жидких продуктов.

Для повышения прочности и термосвариваемости ПЭНП и ЛПЭНП могут ис­пользоваться в смеси с ЭВА. Области применения ПЭНП и ЛПЭНП несколько перекрываются из-за того, что и для того и для другого характерны различия из-за условий получения полимеров и постоянных технологических инноваций. В разных областях используют пленки разной толщины, что также влияет на сферы их сбыта.

Механическая прочность пленок из ПЭСП (ПЭ «средней» плотности) выше, чем у ПЭНП-пленок, и поэтому их можно использовать в более жестких условиях. Для обеспечения хорошей термосвариваемости, характерной для ПЭНП, а также жест­кости и стойкости к проколу, характерной для ПЭСП, их зачастую соэкструдируют (например, для изготовления внутреннего экструдированного покрытия пакетиков с сухими супами).

ПЭ высокой плотности (ПЭВП) — это наиболее жесткая разновидность ПЭ, и для получения тончайших пленок его экструдируют. Такие пленки применяют для изготовления упаковок, в которых пищевые продукты можно разогревать. Для улучшения термосвариваемости ПЭВП можно соэкструдировать с ПЭНП, получая легко расслаиваемый сварной шов (полимерные слои изготавливают так, чтобы они легко разделялись по границе раздела соэкструдата).

Кроме того, имеются ПЭВП-пленки как с поперечной одноосной, так и с двух­осной ориентацией. Такие пленки используют для упаковки сахарных кондитер­ских изделий и для ламинирования ориентированного ПП (ОПП). Ориентиро­ванная в поперечном направлении пленка легко разрывается поперек и гораздо труднее —вдоль. Для пленок, используемых на стандартных формовочно-фасовочно- укупорочных машинах, применяется соэкструдированный термосвариваемый слой. Двухосно-ориентированная пленка имеет свойства, аналогичные ОПП, но она ха­рактеризуется более высокими барьерными свойствами по отношению к водяному пару. Тем же методом, что и на ОПП, на такую пленку можно наносить покрытия, включая металлизированные, получая высокие барьерные свойства и хорошую прочность сварного шва.

Крышки, ящики, паллеты и бочки получают из ПЭВП методом литья под давле­нием, а транспортные контейнеры — методом ротационного формования. Основной нишей для ПЭВП является изготовление молочных бутылок емкостью 0,5-3 л ме­тодом формования с раздувом.

7.3.2. Полипропилен

Полипропилен (ПП) получают реакцией полиприсоединения пропилена при воз­действии тепла и давления на катализаторах типа Циглера-Натта с образованием линейного полимера с ответвлениями в виде метиловых (СН ) групп. Получаемый полимер является более жестким и плотным, чем ПЭ, и изначально более прозрач­ным. Широкое применение ПП началось с 1950-х гг. Из наиболее широко распро­страненных термопластов он характеризуется самой низкой плотностью и самой высокой температурой плавления, одновременно будучи относительно дешевым. Этот универсальный полимер можно перерабатывать разными способами, так что он нашел широкое применения в изготовлении упаковки для пищевых продук­тов как в виде пленки, так и в виде жесткой упаковки.

Высокая температура плавления (160 °С) делает ПП пригодным для применения там, где необходима высокая термостойкость, в частности, при горячем розливе и при разогреве продуктов в упаковке в микроволновой печи. ПП можно экструзи- онным способом ламинировать с ПЭТ или другими термостойкими пленками, по­лучая материал, способный выдерживать температуры до 115-130 "С, характерные для стерилизации в автоклаве.

Относительно жесткие ПП-пленки имеют гладкую поверхность и хорошие ха­рактеристики плавления. Поливная пленка имеет прозрачность стекла, ее можно термосваривать. Используют ее для улучшения внешнего вида упакованного про­дукта. В отличие от ПЭ-пленки поливная ПП-пленка при температуре ниже 0 °С становится хрупкой, а при температуре ниже -5 °С в ней при напряжении образу­ются трещины, так что если упакованный продукт должен храниться в условиях глубокой заморозки, ПП-пленку следует ламинировать. С другой стороны, ориен­тированная полипропиленная пленка (ОПП) пригодна для использования в усло­виях холодильного хранения.

Полипропилен химически инертен и стоек к большинству химических ве­ществ как органических, так и неорганических. Он характеризуется барьерными свойствами по отношению к водяному пару, стоек относительно действия масел и жиров. Ароматические и алифатические углеводороды, однако, способны рас­творяться в пленках из ПП, вызывая их набухание и коробление. ПП не подвер­жен трещинообразованию под воздействием внешних нагрузок (ESC, Enviromental Stress Ctacking)[1].

Ориентация увеличивает разнообразие ПП-пленок. Ориентированная ПП- пленка (ОПП или БОПП) была первой полимерной пленкой, успешно заменив­шей пленку из регенерированной целлюлозы (ПРЦ) при упаковке печенья. ОПП- пленки невозможно соединить между собой склеиванием или термосвариванием, поскольку температура плавления близка к температуре усадки пленки, так что при термосваривании поверхность усаживается. Вместе с тем ОПП-пленка с акриловым покрытием обладает хорошими технологическими свойствами, включая термосва­риваемость, — ее используют на упаковочных машинах, предназначенных для рабо­ты ПРЦ, но при этом необходим жесткий контроль температуры термосвариваю-