Е. Г. Любешкина

В свое время пленочные материалы произвели революцию в отрасли и до настоящего времени удерживают первое место на рынке упаковки. Причинами этого являются простота их получения, а также разнообразие свойств и доступность сырья.

Для российского потребителя привычна упаковка штучных кондитерских изделий в стретч-пленку

Одними из первых в упаковочной отрасли стали применяться ацетатные и целлофановые пленки. Особое признание и распространение получили вторые благодаря наличию ценных с точки зрения требований упаковки свойств:

• высокая прочность на разрыв;
  
  
• прозрачность и блеск;
  
  
• устойчивость к маслам, жирам и органическим растворителям;
  
  
• ограниченная газопроницаемость и незначительная проницаемость ароматических веществ;
  
  
• легкость нанесения печати;
  
  
• физиологическая безвредность;
  
  
• экологическая безопасность (легко разлагаются микроорганизмами и влагой почвы);
  
  
• доступность производства;
  
  
• невысокая себестоимость.

К недостаткам такой пленки относятся чувствительность к влаге и сильное набухание во влажной среде, а также неспособность к свариванию. Фактически новым видом целлофановой упаковки стал лакированный с одной или двух сторон нитроцеллюлозой или поливинилиденхлоридом (ПВДХ) целлофан. Модифицированные целлофаны продолжают использоваться для упаковки продуктов питания и по сей день.

Такое разнообразие пленок

Прозрачная полимерная пленка обеспечивает надежную защиту продукта от воздействия влаги, позволяя видеть содержимое. Вся информация размещается на самоклеящейся этикетке

Во второй половине прошлого века на смену целлофану в качестве промышленных пленочных упаковок пришли экструзионные (плоские и рукавные) пленки из синтетических полимеров, главным образом ПЭВД, ПЭНД, ПП, так называемых полиолефинов (ПО), а также ПВХ, ПВДХ, УПС; позднее - ПЭТ, ПА и др.

Однослойные пленочные материалы не всегда отвечали требованиям к упаковке пищевых продуктов с точки зрения прочности (механической и на прокол), барьерных свойств, способности к свариванию и пр. Следствием их модификации стало появление одно- и двухосноориентированных полиолефиновых и ПЭТ-пленок.

Особое распространение получили ориентированные пленки из ПП (ОПП) - одноосноориентированные (ООПП) и биаксиальноориентированные (БОПП) и с термосвариваемым покрытием. Нанесение акрилового покрытия на водной основе на одну или две стороны ОПП обеспечивают высокий диапазон термосвариваемости, прочность шва, барьерные свойства, необходимый глянец, прозрачность, жиростойкость (благодаря покрытию ПВДХ, наносимому на одну сторону полипропиленовой пленки). Использование латексного покрытия на водной основе или поливинилового спирта (ПВС) также позволяет улучшать свойства пленки.

Методы физической модификации упаковочных пленок, главным образом из ПО, позволили насытить рынок широко востребованными материалами, к которым относятся в первую очередь термоусадочные или сокращающиеся (skin films), растягивающиеся (stretch films), а также пузырьковые и вспененные. Упаковка из них позволяет унифицировать процесс торговли в супермаркетах, увеличить срок хранения продуктов. Кроме того, пузырьковые и вспененные пленки позволяют уменьшить расход материала.

Термоусадочные пленки под фирменным названием «термоплен» получают из полиолефинов, сополимеров этилен-пропилена (СЭП) и этилен-винилацетета (СЭВ), поливинилхлорида (ПВХ) и других, обладающих высокой начальной усадкой (до 20%). После обертывания продукта в плоскую или рукавную пленку свободные края завариваются. Подготовленный таким образом продукт поступает в специальную камеру с горячим воздухом, где пленка усаживается, плотно облегая его. Особенно широкое распространение такие пленки получили в свое время для упаковывания мяса птицы.

На российском рынке для упаковывания малогабаритной продукции все большее распространение получает скин-упаковка. Технология ее изготовления обладает рядом преимуществ: достаточно короткие сроки изготовления, более низкая цена, а также возможность изготовления опытных образцов в присутствии заказчика.

Развивается и производство стретч-пленки. Основное ее отличие от «термоплена» в том, что деформационные свойства формируются экструзией на специальных растягивающих валах при обычных температурах. Для производства используются практически те же полиолефины, что и для усадочной пленки. Сейчас наиболее широко применяется линейный полиэтилен низкой плотности (высокого давления) - ЛПЭНП (ЛПЭВД). Благодаря особым условиям синтеза он обладает такой же линейной структурой, как и ПЭНД: практически без боковых разветвлений, что обуславливает его узкое молекулярно-массовое распределение. Материал обладает более высокими прочностными характеристиками (в том числе ударной прочностью) по сравнению с ПЭВД. Кроме того, ЛПЭВД характеризуется более легкой перерабатываемостью, способностью к запечатыванию и высокой липкостью.

Ламинированная металлизированным ПП пленка применяется для упаковки и длительного хранения картофельных чипсов	Запечатывание еще больше повышает светонепроницаемость материала, что особенно важно при использовании прозрачных пленок	Полимерные пленки нашли широкое применение и в упаковке жидких пищевых продуктов

Основной показатель стретч-пленки - коэффициент предварительного растяжения, обычно составляющий 280–300%.

Достаточно удобными и сравнительно «молодыми» являются воздушно-пузырьковые пленки (ВПП). Они производятся из самого дешевого полимерного сырья - ПЭВД - и обладают высокими физико-механическими характеристиками, пылевлагозащитными и амортизирующими свойствами. Они находят широкое применение для упаковки предметов, требующих особой защиты от внешних воздействий, а также в сельском хозяйстве для термоизоляции парников и теплиц (3-слойные ВПП). В кондитерской промышленности ВПП успешно конкурируют с коррексами. Для пищевой продукции используют двух- и трехслойные ВПП различной толщины (3–10 мм) с диаметром пузырьков 6–30 мм.

Сохранению свежести пищевых продуктов способствует перфорированная пленка.

Упаковка, сочетающая металлизированную и прозрачную частично запечатанную пленку, эффективно защищает продукт и демонстрирует его потребителю	Упакованный в прозрачную частично запечатанную пленку продукт хорошо просматривается и побуждает потребителя к покупке

Специально для этого предназначена микрорельефная пленка с диаметром отверстий 50–1000 мкм. Коническая форма отверстий создает капиллярный эффект: с гладкой стороны влага проходит во много раз быстрее, чем с шероховатой. Такая пленка может быть использована в качестве покрытия или основы упаковки. Капиллярный эффект позволяет успешно использовать микрорельефную пленку для изготовления бытовых пакетов и пищевой упаковки, например, свежего мяса (в сочетании с бумагой она проявляет высокие адсорбционные свойства, что сохраняет упакованный продукт сухим в течение длительного времени).

Кроме того, микрорельефная пленка с пузырьковой структурой является основой для изготовления липких материалов и пузырьковых пленок, а также покрытием при изготовлении этикеток. Производится из ПЭВД толщиной 15–250 мкм.

Чтобы удовлетворить
возрастающие потребности

Рост требований к полимерным пленкам в середине прошлого столетия привел к невозможности создать монопленочный материал, полностью удовлетворяющий всем потребностям. Основным путем решения проблемы явилось конструирование композиционных материалов с толщиной до 250 мкм, а иногда и выше. Их разделяют на многослойные (МПМ) и комбинированные (КПМ) пленочные материалы. Различие заключается в том, что МПМ состоят только из полимерных слоев, а КПМ имеют в своем составе различные компоненты (бумагу, картон, фольгу и пр.)

Те и другие материалы способны длительное время сохранять качество упакованного продукта в различных климатических условиях, выдерживать асептическую и радиационную обработку, микроволновой нагрев и сублимационную сушку, быть устойчивыми к использованию в различных газовых средах (модифицированной и регулируемой).

При их создании учитывался целый ряд требований, связанных с конструкцией материала: правильный выбор компонентов (состав); установление оптимального чередования слоев (структура); обеспечение монолитности получаемого материала, а также оптимальный выбор технологического процесса и оборудования.

Особым компонентом КПМ является алюминиевая фольга. Обычно ее вводят с целью повышения барьерных (газо-, паро-, аромато-, светонепроницаемости) и прочностных свойств.

МПМ и КПМ находят широкое применение для упаковки самых разнообразных пищевых продуктов, особенно детского питания и молочной продукции.

В последние годы резко возросло использование металлизированных полимерных пленок и бумаги. Металлизированные материалы успешно конкурируют на рынке упаковки с КПМ на основе алюминиевой фольги, причины этого:

• относительно невысокая себестоимость;
  
  
• значительное снижение расхода металла (толщина наиболее часто употребляемой фольги составляет 7–12 мкм, а слоя металла на пленке или бумаге - 0,01–0,3 мкм);
  
  
• более широкие возможности применения;
  
  
• привлекательный внешний вид и легкость печати.

Процесс металлизации заключается в испарении металла (обычно алюминия или меди) внутри камеры, где поддерживается очень низкое давление (менее 0,000001 атм.) Высокий вакуум создается при помощи насосов, а образующиеся пары сразу оседают на обрабатываемой поверхности тончайшим слоем. Пленка подается в камеру с бобины, после металлизации проходит ряд валков и снова сматывается в рулон. Существенным преимуществом процесса является то, что в вакуумной камере не происходит окисления материала.

Металлизированные пленки используются для длительного хранения пищевых продуктов, обладающих повышенной чувствительностью к воздействию влаги, солнечного света, посторонних запахов и др. Запечатывание еще больше повышает светонепроницаемость материала, что особенно важно при использовании прозрачных пленок. Запечатанная ПП-пленка, ламинированная металлизированным ПП, применяется для упаковки и длительного хранения (от 8 недель) картофельных чипсов. Металлизированная ПЭТ-пленка типа Melinex, ламинированная ПЭ, применяется для упаковывания очищенных орехов. Еще одна распространенная область применения таких материалов - упаковка для обезвоженных пищевых продуктов.

Металлизированные многослойные пленки, успешно конкурируя с дорогостоящими комбинированными материалами на основе фольги, вытесняют их при упаковке некоторых элитных продуктов (шоколад, кофе и др.). Например, трехслойный материал: металлизированный ПЭТ толщиной 12 мкм/ металлизированный ОПП толщиной 20 мкм/ покрытие для «холодной» сварки - имеет очень низкую кислородо- (менее 0,1 см3/м2 і 24 ч), паро- (менее 0,1 г/м2 і 24 ч) и светопроницаемость (0,001 % и менее). Кроме того, этот материал имеет привлекательный вид. Пленка такого типа, но со слоем свариваемого тепловым способом полимера, идеально подходит для упаковывания в газовой среде кофе и другой подобной продукции. Упаковочные металлизированные материалы такого типа успешно применяют и при изготовлении упаковки алкогольных напитков высокого качества.

Экструзия, каландрование и полив

Технология получения упаковочных материалов включает два основных момента: выбор оборудования и режима переработки.

Экструзионный метод является наиболее распространенным промышленным способом производства пленок. Различают два основных метода экструзии: с раздувом рукава и плоскощелевой. Оба они позволяют получать различные ОПП: от БОПП с изотропными свойствами (одинаковой степенью вытяжки в обоих направлениях) до ООПП, ориентированных либо в продольном, либо в поперечном направлениях. Получаемые ООПП при этом обладают повышенной способностью расщепляться в направлении, перпендикулярном направлению ориентации. Это свойство успешно используется в производстве пленочных волокон при изготовлении мешочной тары. Получаемая таким способом БОПП-пленка становится гибкой и эластичной и используется для формования коробочек, подносов и другой упаковки пищевых продуктов, например, крышек для тортов.

В процессе каландрования пленку получают на каландрах, состоящих из 2–5 полых валков с паровым обогревом или водяным охлаждением. Процесс заключается в заливке размягченной пластмассы в щель между двумя валками, где формируется толщина и тактильные свойства поверхности получаемой пленки (она может быть блестящей, матовой или структурированной).

Каландрование применяется более ограниченно по сравнению с экструзионным методом, и ассортимент полимеров здесь не очень велик. Это главным образом материалы, имеющие близкие температуры плавления и разложения (ПВХ, ПЭВД и некоторые другие). Однако, каландрованные пленки обычно более однородны по толщине, чем экструзионные.

Полив из раствора является наиболее старым, трудоемким, дорогостоящим и малоэффективным методом. Раствор полимера здесь льют на непрерывную медную ленту (подложку). Гладкость поверхности достигается осаждением твердого слоя желатина. После отрыва от ленты пленка проходит горячую сушильную камеру, и после охлаждения на валках сматывается в рулоны. Таким способом получают пленки из горючих, искусственных и гетерополимеров, способных растворяться в воде или органических растворителях, переработка которых методом экструзии или каландрования невозможна или затруднительна. Наиболее известным примером получения пленок поливом из раствора являются целлофановые.

Получение МПМ и КПМ

Распространенная область применения метализированных ПЭТ-пленок - упаковка для обезвоженных пищевых продуктов

Основные методы производства многослойных и комбинированных пленочных материалов - экструзионное ламинирование, каширование с применением адгезива и коэкструзия.

Экструзионное ламинирование осуществляют нанесением вытекающего из экструдера расплава полимера (главным образом полиэтилена и его сополимеров) на движущуюся основу (подложку). В качестве основы используют алюминиевую фольгу, бумагу, картон, целлофан, синтетические ориентированные полимерные пленки из полиамидов, полиэфиров, ПП. За один технологический проход можно получить пленку из нескольких слоев (до 6). К недостаткам метода относятся высокая температура расплава (до 350оС), что может являться причиной окисления и ухудшения санитарно-гигиенических свойств, а также необходимость обрезания материала и удаления кромок.

Каширование (склеивание) - наиболее универсальный метод получения МПМ и КПМ с любым сочетанием и чередованием слоев. Минимальная толщина материала определяется толщинами исходных пленок и возможностями их протяжки. Существенную роль здесь играет выбор клеевой композиции. Каширование осуществляют мокрым (с помощью крахмала, казеинового или полимерного и других клеев) или сухим (с применением низкокипящих улетучивающихся органических растворителей) способами.

Прогрессивный способ получения МПМ - коэкструзия, его существенное преимущество - возможность использования отходов. Основными материалами для нее являются ПЭ различной плотности и его сополимеры с винилацетатом и виниловым спиртом, ПП и его сополимеры с этиленом (СЭП), иономеры, сополимеры винилхлорида и винилиденхлорида, полиамиды и сополиамиды.

Технология процесса заключается в том, что с помощью двух или более экструдеров в зависимости от количества слоев получаемого пленочного материала в общую головку с двумя или более формующими зазорами одновременно впрыскиваются расплавы одинаковых или различных (но имеющих близкие реологические характеристики) полимеров. Слои соединяются непосредственно в головке или после выхода из нее. В процессе формования рукавных пленок заготовки в расплавленном состоянии свариваются на выходе из формующего инструмента при раздуве. Совместная экструзия ПП и ПЭ позволяет получать многослойные пленки с высокой прозрачностью и прочностью шва, в том числе разноцветные.

Преимуществами метода являются одностадийность процесса, экономичность, возможность формирования очень тонких (до 2 мкм) отдельных слоев и регулирования их толщины в процессе производства, возможность изменения чередования слоев в материале, использование полимеров с низкой прочностью расплава, которые нельзя перерабатывать экструзией при производстве однослойных пленок, а также доступность получения многоцветных пленок.