Барьерные свойства полимерных пленок
Выбирая упаковку, компании-производителей продуктов питания, прежде всего, интересует вопрос о том, каков срок их хранения. Чаще всего, учитывая особенности технологического процесса обработки собственного производства, фирмы выбирают тот или иной вида упаковки, опираясь на рекомендации производителей упаковочной продукции. Но, чтобы выбор был более объективным и грамотным, важно знать особенности разнообразных материалов, которые применяются при упаковке.
Как правило, чтобы лучше сохранить продукты, используют полимерные материалы, которые отличаются наибольшими барьерными свойствами и препятствуют проникновению кислорода, углекислого газа, водяного пара и впитыванию посторонних запахов. Атмосфера внутри пакета препятствует развитию бактерий и сохраняет продукты для последующего безопасного потребления. Особенно это касается случаев, когда в качестве упаковки используют пакет из многослойной барьерной пленки, которая герметично заварена под вакуумом. В таком случае большая часть бактерий из атмосферы удаляется. Значительно расширяет сроки хранения пастеризация или стерилизация.
Полимерные материалы, взятые по отдельности, универсальными свойствами не обладают и едва ли могут обеспечить всю важную палитру потребительских свойств. Например, некоторые имеют отличные барьерные свойства по отношению к кислороду, но проницаемы для водяного пара. Не все из них подходят для использования в качестве материала, который будет хорошо привариваться к материалу упаковочной подложки. В качестве материала с хорошими барьерными характеристиками используются многослойные пленки, которые способны обеспечить все важные свойства упаковки, сохраняя продукт свежим в течение длительного времени.
Самыми распространенными сегодня стали пленки, в которых количество слоев от 2-х до 5-и. Бывают и экземпляры с очень высокими барьерными характеристиками, в которых количество слоев пленки более 10-и.
Способы производства пленок
Ламинация (склеивание) разных типов пленок производится 2 методами:
- горячая ламинация - один слой (либо оба) перед склеиванием слегка расплавляются, либо в слой между ними заливают расплавленный полимерный материал (адгезив);
- холодная ламинация - с использованием различных типов клеев.
Их существует два: экструзионный и ламинационный.
Наиболее распространенный способ производства барьерных пленок – плоскощелевая или выдувная экструзия полимерного расплава в одну пленку. Экструдируются при этом несколько полимеров, которые обладают необходимыми барьерными характеристиками. Если же совместимы они плохо, то между ними экструдируют расплавленные полимерные адгезивные составы.
Способность полимерных материалов противостоять попаданию газа и водяного пара
Расположив их в один ряд по степени увеличения барьерных свойств по отношению к кислороду, увидим:
- PET (полиэтилентерефталат-лавсан)
- PA (полиамид)
- EVOH (этиленвиниловый спирт)
- PVDC (поливинилдихлорид)
По возрастанию барьерных свойств полимерных материалов по отношению к водяному пару:
- LDPE (полиэтилен низкой плотности)
- PP (полипропилен).
- HDPE (полиэтилен высокой плотности)
Существенное влияние на барьерные свойства полимерных материалов способны оказывать:
- Степень ориентации
Данная характеристика свидетельствует о степени растяжения молекулярных полимерных цепочек в пленочном материале. Как правило, лучшая ориентация получается в результате сильного раздува пленочного полотна в процессе выдувной экструзии.
- Толщина полимерного материала.
- Температура окружающей среды.
Барьерные свойства пленочного материала повышает увеличение толщины полимерного материала и понижение температуры окружающей среды.
Таблица значений коэффициентов проницаемости по водяному пару и кислороду, основанная на данных фирмы «Exxon-Mobil», выглядит следующим образом:
| ТИП МАТЕРИАЛА | КОЭФФИЦИЕНТ ПАРОПРОНИЦАЕМОСТИ (Г/М2 ЗА 24 ЧАСА ПРИ 90% ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЕ 380 С) | КОЭФФИЦИЕНТ ПРОПУСКАНИЯ ПО КИСЛОРОДУ (СМ3/М2 ЗА 24 ЧАСА ПРИ 230С) |
|---|---|---|
| LDPE | 15-20 | 3000-13000 |
| HDPE | 3-12 | 500-3000 |
| PP неориентированный | 8-10 | 1000-6000 |
| PP ориентированный | 5 | 2400 |
| PVDC | 1-5 | 1-3 |
| EVOH | 15-20 | 0,2-2,5 |
| Полистирол | 120 | 2500-7700 |
| PA | 150 | 30-100 |
| PET | 15-30 | 50-150 |
Среди факторов, которые влияют на защитные свойства полимерных пленок, важно, в первую очередь, отметить зависимость от температуры окружающей среды. Важна и толщина полимерного материала. Повышение этих характеристик увеличит и барьерные свойства материала.
Как видим из таблицы, самыми высокими барьерными свойствами кислороду обладает материал EVOH. На практике он встречается редко, так как довольно дорогой.
Самые высокие характеристики по обоим показателям у поливинилдихлорида (PVDC). Но этот материал вторичной переработке не поддается, а при сжигании выделяет едкие ядовитые газы.
Выбирая полимеры, которые будут препятствовать проникновению водяного пара в упаковку, чаще всего выбирают пленки с наличием в составе HDPE. Например, данный материал используют для упаковки сухих завтраков.
Самым распространенным типом барьерных пленок, предназначенных для хранения рыбных и мясных продуктов, являются те, в состав которых входит PA (полиамид) и LDPE (полиэтилен низкой плотности). С точки зрения соотношения цены и качества данный вид и будет самым оптимальным.
Упаковка свежего мяса и рыбы
В данном случае важно понимать, что в живом организме мясо стерильно, так как лейкоциты крови не позволяют выжить чужеродным бактериям. Но, после раздела продукта, бактерии, попавшие на поверхность мяса, начинают размножаться в геометрической прогрессии. Вот почему там принципиально важно время, которое прошло от момента разделки и до приведения продукта в состояние, необходимое для его хранения.
Все чаще сегодня при упаковке мяса используют пакеты, которые изготовлены из барьерных пленок с модифицированной, очищенной от бактерий атмосферой внутри заваренного пакета. В таком случае обычно используется атмосфера с содержанием 30% углекислого газа и 70% кислорода. В такой концентрации оба газа препятствуют активному развитию и размножению бактерий, насыщая гемоглобин крови и придавая ему свежий красный цвет. Как правило, производители данного типа упаковки указывают на них срок хранения продуктов от 10 до 12 дней, полагая, что без такой упаковки продукт и испортится за 4 дня.
Надеемся, что данная информация поможет вам сделать верный выбор материала упаковки разнообразных видов продукции.
Руководитель исследовательского центра ЗАО Уралпластик Автор: доктор химических наук В.С.Беляев.
