Евгения Любешкина,
Московский государственный
университет прикладных биотехнологий

Такая знакомая и такая многоликая целлюлоза. Основа основ бумажно - картонной упаковки. Со временем, она стала выглядеть даже более респек- табельно. Как изменится ее облик в дальнейшем - покажет время. Ясно одно, что потенциал такого многофункционального материала, как бумага, еще очень велик

Уж сколько столетий человечество использует бумагу и картон в качестве упаковочных материалов, а они не только не устарели, но и смогли найти себе еще множество разнообразных применений. Как известно, основой бумаги и картона является природное высокомолекулярное соединение - целлюлоза. Именно ей бумага и картон обязаны многими специфическими свойствами (механическими, химическими, сорбционными, печатными), обеспечивающими их незыблемые позиции среди упаковочных материалов. Безусловно, свойства бумаги и картона изменяются также в зависимости от отделки и различных наполнителей, тем не менее, доминантным определяющим фактором является состав по волокну. Впрочем, как правило, доминанта не только дает определенные возможности, но и ограничивает применение. Расширить спектр целлюлозно-бумажных упаковочных материалов гипотетически несложно. Ключ к этому - многокомпонентность материалов и поливариантность отделки. Расширяя, изменяя и варьируя эти факторы можно получать качественно новые материалы. В настоящее время существуют технологии производства волокнистых материалов, по своим свойствам способных соперничать с металлами, камнем, стеклом, кожей, тканью. Появились материалы на основе бумаги, проводящие электрический ток, защищающие металлы от ржавчины, заменяющие мыло. Бумагу делают огнестойкой, инертной к кислотам и щелочам, непроницаемой или избирательно проницаемой для газов, паров и влаги. Теперь только от упаковщиков будет зависеть: появятся ли на рынке бумажные упаковки с ранее невиданными качествами или нет. А пока вспомним о некоторых нетривиальных бумажных и картонных материалах, которые «стоят на вооружении» упаковщиков уже сегодня.

Пропитка-обработка

Пергамент и сходные с ним по свойствам «родственные» материалы вполне подходят для упаковки масла: жиросодержащие продукты чувствуют себя в такой «одежке» уверенно

В последние десятилетия ассортимент упаковочных бумаг значительно расширился, во многом благодаря различным пропитывающим и обрабатывающим составам, улучшающим их барьерные свойства. Так появились импрегнированная и силиконизированная бумаги. Но, прежде был пергамент.

• Пергамент, выпускаемый сейчас на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности, - это жиронепроницаемая бумага для упаковки и технических целей, изготовление которой осуществляется по специальной технологии из бумаги-основы путем обработки серной кислотой. Пергамент характеризуется высокой прочностью, жиронепроницаемостью и влагостойкостью, высокой бактериологической чистотой и биологической инертностью, экологической чистотой, удовлетворительными печатными свойствами, способностью комбинироваться с другими материалами, в том числе и с полимерами. Пергамент находит широкое применение для упаковки жиросодержащих продуктов (масла, маргарина, сыров), влагосодержащих (творог и творожная масса), кондитерских изделий (шоколад, печенье и др.), мороженого. Пергамент в комбинации с фольгой или с металлическим напылением находит применение в молочной, мясной и рыбной промышленностях. Он используется также для расфасовки и упаковки пищевых концентратов, чая, какао, различных медикаментов, хирургических инструментов и всех тех товаров, которые нуждаются в защите от влаги, УФ-излучения, высыхания. В связи с большими потребностями в пергаменте и отрицательным воздействием его производства на окружающую среду в УкрНИИБе в свое время создали экологически безопасную технологию производства пергаментной бумаги. По своим свойствам этот материал мало уступает пергаменту, но его технология исключает стадию обработки серной кислотой.
  
  

• Влагостойкая бумага подходит для такого «текучего» продукта, как творог. Но данную форму упаковки идеальной не назовешь - творог все равно «течет»

  Импрегнированную (парафинированную) бумагу получают пропиткой парафином или воском. При этом бумагу-основу покрывают не чистым парафином, а парафином с различными добавками (полиэтилена, полиизобутилена, церезина и др.) Подбором компонентов удалось создать материал, в котором покрытие прочно связано с бумажной основой, в результате чего повышается устойчивость поверхности к выщипыванию и истиранию, благодаря чему при переработке и печати не происходит отслаивания. Кроме того, эта бумага обладает устойчивостью к агрессивным средам, высокими прочностными и барьерными свойствами. В некоторых случаях она может успешно заменять старый добрый пергамент. Парафинированная бумага применяется, как правило, для упаковки творога и сырково-творожных изделий на автоматических линиях.
  
  
• Силиконизированную бумагу, известную в мире под названием «Силидор», получают пропиткой бумаги силиконовой жидкостью по специальной технологии, разработанной в США. Такая бумага обладает высокой влагостойкостью и устойчивостью к действию высоких температур (до 200оС). Благодаря этому «Силидор» находит широкое применение в США, Канаде и странах Западной Европы в пекарнях для многократной выпечки хлеба. Бумага также применяется для замораживания полуфабрикатов с их последующим выпеканием в ней.

Металлизированная бумага

В этом применении пергамент выглядит слегка кокетливо. Впрочем, его основные функции уже выполнены: кекс выпечен и находится на столе у потребителя

Металлизированную бумагу получают методом вакуумного распыления алюминия или бронзы в камере при высоком вакууме. В таких условиях молекулы паров металла сразу достигают поверхности металлизируемого материала, не окисляясь и не связываясь с молекулами газообразных соединений, находящихся в рабочем объеме камеры. Процесс получения металлизированных материалов по сравнению с фольгированными более экономичный, так как толщина наиболее употребляемой алюминиевой фольги составляет 7–12 мкм, а толщина слоя металла, наносимого в вакууме, варьируется от 0,01 до 0,3 мкм. Степень гладкости металлизированной бумаги и картона уступает пленкам из синтетических полимеров, поскольку бумага и картон обладают высокой шероховатостью поверхности.

Картон, кашированный фольгой здесь выполняет «представительские» функции - в его руках презентабельный внешний вид продукта. Кроме того, он усиливает жиростойкость упаковки и может служить одноразовой посудой

По этой причине одна сторона бумаги перед металлизацией подвергается лакированию. Используемый для этой цели лак должен обеспечить высокую адгезионную прочность между слоем бумаги и металла. Основным требованием при получении высококачественной металлизированной бумаги является снижение влажности бумаги, поскольку ее избыток в поверхностном слое приводит к разрыхлению структуры металлического покрытия и неполной металлизации поверхности бумаги. Расход алюминия при металлизации бумаги составляет 30–110 г/м2. Такие материалы характеризуются высокими барьерными свойствами, их паро-газонепроницаемость в 3–5 раз выше по сравнению с неметаллизированными. Металлизированное покрытие, нанесенное вакуумным способом, придает материалу повышенную устойчивость к истиранию и загрязнению, гарантирует нанесение качественной печати на всех видах полиграфического оборудования и облагораживает фактуру бумаги.

Многослойные материалы

Подпергамент защищает зефир от контакта с картоном, чтобы избежать адсорбции остато- чных летучих веществ материала, и, как следствие, постороннего привкуса в продукте

Многослойные материалы наиболее часто применяются для производства двух- и трехслойной упаковки на основе бумаги. В первом случае они состоят из бумажной основы и наносимого на нее полимера. В трехслойном или многослойном материале в качестве дополнительного слоя используется фольга.

При разработке многослойных материалов очень важен порядок чередования слоев, который определяется их функциональным назначением. В двухслойном упаковочном материале внешний слой осуществляет защиту от внешних воздействий и определяет прочностные свойства упаковки. Внутренний слой должен защищать продукт от контакта с внешним слоем упаковки и обеспечивать ее герметичность. Эту функцию успешно выполняют полимеры, в качестве которых чаще всего используют ПЭВД, ПЭНД, ПП (неориентированный), сополимеры: этилена с пропиленом - СЭП, этилена с винилацетатом - СЭВ, винилиденхлорида с винилхлоридом - ВХВД, иногда сам ПВХ.

Применение обычного пергамента (справа) не всегда бывает достаточным. Пергамент, кашированный фольгой (слева), - это то, что необходимо любому чаю, иначе вкус и аромат продукта будут далеки от первоначального

В трехслойном материале функции внешнего и внутреннего слоев такие же, как и в двухслойном. Трехслойный материал чаще всего состоит из ПЭВД, бумаги и фольги и может иметь следующее чередование слоев: фольга–бумага–ПЭ и бумага–фольга–ПЭ. Практика показала, что первый материал не способен осуществить надежную защиту пищевого продукта от воздействия кислорода воздуха. При такой структуре алюминиевая фольга практически не участвует в защите продукта. Воздух через торцевую часть пакета легко проникает в слой бумаги, а оттуда через полиэтиленовую пленку - в продукт. Второй материал не имеет таких недостатков, так как ароматические вещества, проходящие через внутренний слой (полиэтиленовая пленка), или воздух, поступающий через внешний слой (бумага) встречают на своем пути алюминиевую фольгу, которая является для них непреодолимым барьером. В ряде случаев для очень чувствительных к воздействию окружающей среды продуктов, а также для продуктов, условия хранения которых требуют модифицированных сред, применяют упаковк и с несколькими средними слоями и дополнительными внешними покрытиями.

Жиростойкая бумага, кашированная фольгой, вполне может приблизить к хозяйке ее мечту: надежно упакованная, «мечта» сохранит в первозданном виде свои цвет, вкус и запах	Деликатные запахи этих приправ за свою неприкосновенность могут не беспокоиться - ее обеспечит трехслойная упаковка из бумаги, фольги и полиэтилена

Не совсем бумага

Бумага и два слоя полиэтилена - необходимое и достаточное условие для двух–трех дней хранения пастеризованного молока

Синтетическая бумага является заменителем целлюлозной бумаги. Интенсивные разработки этой бумаги с целью совершенствования ее стойкости к повышенной влажности, органическим растворителям, щелочам, бактериям и температурам начались уже в середине прошлого века в Японии.

Принципиальная технологическая схема получения синтетической бумаги почти не отличается от базовой схемы производства целлюлозной бумаги. Основным компонентом такой бумаги являются волокна практически любого синтетического полимера (полиэтиленовые, полиамидные, поливинил-хлоридные, полиэфирные). Иногда синтетические полимерные волокна смешивают с целлюлозными. Дисперсия полимеров отливается на сетке бумагоделательной машины, прессуется и сушится при температуре около 90оС, после чего бумажное полотно проходит стадию отделки. На качество получаемой бумаги в большой степени влияет тип связующего и длина полимерного волокна. Именно она определяет прочностные свойства материала. Оптимальная длина используемого волокна составляет 5–6 мм.

Для получения синтетической бумаги наиболее часто используют волокна поливинилового спирта, которые лучше других полимеров диспергируются в водном растворе и имеют низкую температуру плавления - порядка 115–120оС, что очень важно для стадии сушки.

Наиболее применяемыми сейчас считаются следующие марки синтетической бумаги.

• «Лавсановая», получаемая на основе ПЭТ (лавсанового полиэфирного волокна), массой 1 м2 от 34 до 200 г. Она устойчива к действию повышенных температур, поэтому используется в качестве различных изоляционных материалов, а также для упаковочных целей.
  
  
• «Номекс» фирмы «Дюпон» (США) вырабатывается из резаного синтетического волокна и связующего в виде термостойкого ароматического ПА. Бумага выпускается пяти марок массой 1 м2 от 0,1 до 1,2 г, каландрированная и некаландрированная.
  
  

• Четырехслойная упаковка - великолепное решение для продуктов, изготовленных по высокотемпературной технологии

  «Полипринт» пользуется большой популярностью в качестве материала для изготовления этикеточной продукции. Она представляет собой полиолефиновый материал с матовым покрытием и сочетает в себе все преимущества печатных свойств целлюлозной бумаги и высокие физико-механические и эксплуатационные характеристики синтетических полимеров.

Синтетическая бумага имеет хорошие печатные свойства. Ее можно использовать в качестве упаковочного и оберточного материала, для изготовления пакетов, кошельков и сумок, моющейся посуды. Ею в скором времени можно будет заменять папиросную бумагу и пергамент. Как примет ее рынок - вопрос времени.

Совсем не бумага

Функцию бумаги могут выполнять не только волокнистые материалы. Подходящими для этих целей являются пленки из ПС, ПЭ, ПП, ПВХ, ПК и др. синтетических термопластичных полимеров с высокой степенью кристалличности (ПЭНД, ПП, ПА и др.) При производстве таких пленок используется специальная экструзионная технология и специальные добавки, позволяющие получать материал в виде бумаги, который обладает волокнистой структурой, достаточно хорошими физико-механическими свойствами и представляет собой более дешевый бумагоподобный материал. В свое время была разработана очень похожая на бумагу пленка из ПЭНД, которая сочетает в себе многие положительные свойства полиолефинов. К ним относится низкая проницаемость по отношению к парам воды и газам, устойчивость к воздействию влаги, способность к сварке в сочетании со свойствами, присущими обычной бумаге.

Модифицированные картоны

Качество картона также можно улучшать, вводя в него специальные добавки или используя различные специальные покрытия. Введением в массу картона некоторых гидрофобных полимерных смол можно резко снизить водопроницаемость и впитываемость материала. Так получают влагостойкий картон, применяемый для упаковки замороженных и скоропортящихся продуктов. При этом водопроницаемость картона эквивалентна степени его проклейки.

Для получения водоотталкивающего картона специальное покрытие наносится на поверхность готового картона с высокой степенью проклейки. Применяется такой картон для упаковки всевозможных замороженных продуктов с высоким содержанием влаги: рыбные филе, пироги, пицца, мясо креветок, мороженое и др. Важным достоинством такого материала являются его высокие антиадгезионные свойства, в результате чего продукт не прилипает к картону при замораживании и оттаивании.

Упаковка из влагостойкого (слева) и влагожиростойкого (справа) картона, кашированного бумагой, прекрасно защитит данные продукты от атмосферного воздействия и солнечных лучей

Жиронепроницаемый картон получают обработкой материала фторсодержащими соединениями непосредственно на картоноделательной машине. В результате такой обработки химические соединения проникают глубоко в структуру картона, и он сохраняет свои защитные свойства при биговке и фальцовке, а также при истирании и случайных царапинах. Жиронепроницаемый картон применяют для упаковки хлебобулочных изделий, жиросодержащих и замороженных продуктов.

Картон, устойчивый к воздействию грибков, получается посредством обработки его поверхности раствором фунгицида в веществе, обладающем высокой проникающей способностью. Этот картон не допускается к контакту с пищевыми продуктами и используется для упаковки мыла и различных детергентов.

Комбинированные картоны

Как и в случае с бумагой, весьма распространенным способом повышения качества картонов является их комбинирование с полимерными материалами и фольгой. В этом случае картон обеспечивает композиционному материалу механические свойства, а синтетические полимеры, фольга и напыление микрочастиц металлов - барьерные и декоративные. В качестве наносимого на картон полимерного покрытия чаще всего используют полиолефины (полиэтилены и полипропилен), полиэфиры (ПЭТ), а также их сочетание. Полиолефины наносят на картонную основу методом плоскощелевой экструзии; ПЭТ-пленка приклеивается к картону с помощью клея или наносится методом лакирования; алюминиевая фольга наклеивается на картонную основу с помощью адгезива; вакуумное напыление осуществляется на мелованную сторону картона. Получаемые комбинированные материалы приобретают влагостойкость, термостойкость и многие другие необходимые свойства. Некоторые из них способны к разогреву в микроволновых печах, сварке, устойчивы к воздействию низких температур (до –300С), обладают прочностью и гигиеничностью. Многослойные картоны широко применяются в производстве складных коробок, предназначенных для автоматической упаковки товаров народного потребления.

Многоликие материалы

Довольно давно, пожалуй, со времен газетного кулька, в упаковке используются и другие виды бумаги изначально для этой цели не предусмотренные. Например, бумага «плюр», предназначенная для предохранения иллюстраций от механических повреждений, теперь используется в качестве бумаги-основы для каширования фольгой в производстве упаковочных материалов. Бумага «банковская» также нашла свое второе лицо. После покрытия водоэмульсионной краской - это тоже упаковочный материал. Плакатную и другие типографские сорта бумаги используют для изготовления пакетов. Типографский картон нашел второе применение в производстве коробок. Технологии не стоят на месте, меняются материалы, меняется их осмысление и применение. Кто знает, может быть многие необходимые упаковочной индустрии материалы уже изобретены и надо просто по-новому взглянуть на них.