Анализ санитарно-гигиенических свойств

Пластмассы способны выделять в окружающую среду вещества, ос­тавшиеся или образовавшиеся в полимерах при их синтезе, а также в процессе производства тары, хранения, распределения, потребления и утилизации. Санитарно-гигиеническая характеристика включает ком­плекс показателей, определяющих потенциальную опасность полимер­ных материалов для здоровья человека и их соответствие гигиеничес­ким требованиям, которые предъявляются к материалам и изделиям конкретного назначения. Регламентация санитарно-гигиенических по­казателей производится на основе специальной инструкции [35].

Особенно жесткие требования предъявляются к материалам тары и упаковки продукции пищевой и медицинской промышленности. Для контакта с такими продуктами допускаются только материалы, не из­меняющие внешнего вида продуктов, их цвета, прозрачности и консис­тенции, не придающие продуктам постороннего запаха и привкуса, не выделяющие в продукты токсичных веществ, не взаимодействующие с продуктами и не вызывающие снижения их ценности, не изменяющие­ся сами под влиянием продуктов. На использование того или иного по­лимерного материала для упаковки определенного пищевого продукта в конкретных условиях технологической обработки и хранения долж­но быть получено разрешение Министерства здравоохранения РФ [12].

Санитарно-гигиенические свойства упаковочных материалов оп­ределяют с помощью органолептических, санитарно-химических и ток­сикологических методов исследований [42,64,100].

Органолептические исследования должны установить, выделяют­ся ли из материала тары в продукцию и окружающую среду пахучие вещества или привкусы, которые могут быть обнаружены с помощью органов чувств. Высокая чувствительность вкусового и обонятельного анализаторов человека позволяет обнаружить даже незначительные изменения качества продуктов, а иногда уловить присутствие таких количеств посторонних веществ, которые находятся за пределами чув­ствительности современных методов анализа.

Исследования проводят с помощью вытяжек из образцов материала тары, модельных растворов и упаковываемой продукции. В вытяжках определяют изменение цвета, устанавливают появление в них мутнос­ти или осадка, вкуса или привкуса и постороннего запаха. Запах опре-

Конструирование т ары из пластмасс ______________________________________________ 221

деляют по 6-балльной шкале. Интенсивность запаха выше 1 балла не допускается.

Санитар)ю-химические исследования направлены на установле­ние выделяющихся из материала тары низкомолекулярных веществ. Скорость и количество выделяющихся веществ зависят в первую оче­редь от взаимодействия материала с упаковываемым продуктом. Труд­ность исследований обусловлена сложностью состава продуктов и их неустойчивостью при хранении, связанной с процессами прогоркания, скисания, брожения и т.п. Особенно затруднены определение в продук­тах малых количеств мигрирующих соединений и стандартизация ус­ловий исследований.

Санитарно-химические исследования проводят с помощью модели­рования реальных условий эксплуатации тары и упаковки в контакте со специальными средами, имитирующими пищевые продукты. Ори­ентировочной величиной для предварительного суждения о возможно­сти контакта полимерного материала с пищевыми продуктами могут служить предельно допустимые концентрации (ПДК) веществ, мигри­рующих в модельные среды. В эти среды не допускается переход ионов Си, Аз, РЬ, Сг, 2п.

Поскольку ни одна модельная среда не может всесторонне имити­ровать условия миграции токсичных веществ в пищевые продукты, ис­следования предусматривают также испытания в условиях опытной эксплуатации, по результатам которых может быть выдано разрешение на временное использование исследованного упаковочного материала.

Токсикологические исследования выявляют токсическое дей­ствие на организм выделяющихся из материала тары низкомолеку­лярных веществ.

Токсикологические исследования полимерных материалов проводят в несколько этапов. Первичная оценка заключается обычно в проведе­нии кратковременных опытов на животных — белых мышах, крысах, морских свинках, кроликах. Исследуемые вещества вводят в организм различными путями. Особое внимание уделяют тому пути введения, которым эти вещества могут попасть в организм человека. Первичная оценка позволяет определить параметры токсичности веществ, напри­мер их смертельную дозу или максимально переносимую дозу. В слу­чае умеренной или слабой токсичности соединений на основании пол­ного токсикологического исследования устанавливают их безвредную (недействующую) дозу.

Полное токсикологическое исследование включает обязательное проведение хронического эксперимента на животных. При оценке тары и упаковки, предназначенных для хранения продуктов, входящих в ра-

222____________________________________________ ___________________________________________ Глава 7

цион человека круглый год, продолжительность хронического экспе­римента составляет 12 месяцев. Животным вводят сам полимерный материал, вытяжки из него, а также продукты питания, находившиеся в длительном контакте с материалом.

С точки зрения токсикологии наибольшую опасность для здоровья представляют входящие в состав пластмасс пластификаторы. Они осо­бенно легко экстрагируются жирами. По этой причине для пищевых марок пластмасс применяют лишь немногие пластификаторы, напри­мер глицерин, некоторые фталаты, сабацинаты, нитраты и адипинаты. Из числа стабилизаторов рекомендованы отдельные производные фе­нолов, некоторые соли стеариновой кислоты и эпоксидированные рас­тительные масла.

Санитарно-гигиеническая характеристика основных применяемых в производстве тары полимеров приведена в разделе, в котором рассмат­риваются важнейшие свойства этих материалов. Марки пластмасс, ре­комендованные для контакта с пищевой и медицинской продукцией, приведены в специальных справочниках [35], а также указаны в норма­тивно-технической документации на материалы (ГОСТы, ОСТы, ТУ).

7.1.4. Характеристика основных полимеров, используемых

в производстве тары и упаковки

7.1.4.1. Полиэтилен (ПЭ)

Полиэтилен получают в результате полимеризации газа этилена. Он имеет структурную формулу

Н Н

-и-

Н н

п

ПЭ является неполярным полимером. При нормальных условиях он не растворяется в известных органических растворителях. При нагре­вании выше 80°С растворяется в алифатических и ароматических ра­створителях и их галогенпроизводных. Стоек к кислотам и щелочам.

Нестоек к сильным окислителям.

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. Старение сопровождается потерей ра­створимости, эластичности, нарастанием хрупкости [42]. Процесс старе­ния можно замедлить введением антиоксидантов, термостабилизаторов.

Конструирование тары из пластмасс 223

В зависимости от условий полимеризации получают марки ПЭ, раз­личающиеся по разветвленности и содержанию сополимера, вводимо­го для регулирования степени кристалличности.

Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) получают радикальной по­лимеризацией в присутствии кислорода и инициаторов (пероксидных со­единений) при температурю 200-300°С и высоком давлении 100-350 МПа, поэтому его часто называют полиэтиленом высокого давления (ПЭВД).

Комплекс свойств ПЭНП определяется разветвленной структурой его макромолекул: от 15 до 25 ответвлений на 1000 атомов углерода основной цепи. Молекулярная масса М «30 -г- 50 тыс. Плотность — от 0,91 до 0,935 г/см³. Степень кристалличности менее 60%. Температу­ра плавления 108-110°С. Температура деструкции 320°С. ПТР — от 0,3 до 20 г/10 мин.

Мономер и полимер нетоксичны. При санитарно-химических иссле­дованиях выявлена миграция из материала небольших количеств окис­ляющихся и бромирующихся соединений. Недостатками ПЭНП при использовании в упаковке пищевой продукции являются:

1) сравнительно низкая масло- и жиростойкость, обусловленная ра­створением в этих средах низкомолекулярных фракций;

2) высокая газопроницаемость;

3) появление запаха в контактирующих с полимером средах. Запах обусловлен, по-видимому, образованием низкомолекулярных продук­тов окисления при высокотемпературном производстве тары. Стаби­лизация антиоксидантами предотвращает появление запаха [12,100].

В обозначениях основных базовых марок ПЭНП содержится восемь цифр. Четыре первые цифры указывают на способ получения, пятая соответствует группе плотности, три последние (через дефис) — удеся­теренному значению среднего показателя текучести расплава полиме­ра (ПТР). Например, марка ПЭ 15803-020 означает ПЭНП с плотнос­тью до 0,93 г/см³ и ПТР = 2 г/10 мин.

Из ПЭНП можно изготавливать тару всеми основными методами пе­реработки термопластов. ПЭНП не склеивается без специальной обра­ботки поверхности. Он является одним из самых дешевых полимеров.

В производстве тары и упаковки ПЭНП используется преимуще­ственно в виде пленок. Пленки получают главным образом методом экструзии расплава через плоскощелевую формующую головку. Рукав­ные пленки получают экструзией через кольцевую формующую голов­ку с помощью раздува [29].

Растягивающиеся пленки применяют для упаковки тяжелых грузов, преимущественно при формировании транспортных единиц на грузо­вых поддонах (паллетах). Такая упаковка осуществляется в несколько

Глава 7

слоев пленки. Для улучшения прилипаемости одного слоя к другому в ПЭНП иногда добавляют небольшое количество этиленвинилацетата (ЭВАилиЕУА).

Термоусадочные пленки используют для индивидуальной, группо­вой и транспортной упаковки.

Широкое применение ПЭНП находит в производстве разнообразных пакетов. Пакеты применяют для упаковки продукции бытового назначения, медицинской, пищевой и т.п. Из ПЭНП выпускают пакеты для мусора, а также внутренние герметизирующие вкладыши для транспортной тары.

Из ПЭНП изготавливают крышки для банок, колпачки для туб и другие укупорочные средства, от которых при надевании на тару и гер­метизации требуются высокие деформационные свойства.

ПЭНП может наноситься в виде пленки методом кэширования (при­клеивания) или методом ламинирования (экструзией расплава) на раз­личные подложки (бумагу, картон, алюминий, другие полимерные плен­ки). В таких многослойных материалах ПЭНП выполняет роль термо-свариваемого и защитного слоя.

ПЭНП применяют в производстве бутылок (например, для различ­ных сиропов, жидких моющих средств и т.п.), а также более крупных контейнеров, от конструкции которых требуется эластичность, мягкость, сжимаемость.

Многие свойства ПЭНП зависят от его плотности. С возрастанием плотности ухудшаются гибкость, деформационная способность, устой­чивость к разрывам и проколам, стойкость к ударам и, наоборот, повы­шаются жесткость, стойкость к жирам [107].

Выбор марки ПЭНП для конкретного типа тары взаимосвязан с ви­дом его заготовки, ПТР, методом производства тары (табл. 7.5).

Линейный полиэтилен низкой и средней плотности (ЛПЭНП и ЛПЭСП) обладает повышенной прочностью при растяжении, стойкос­тью к истиранию, проколу, раздиру, ударным нагрузкам. Он имеет боль­шое относительное удлинение при разрыве, отличается хорошей спо­собностью к свариванию, высокой прочностью сварных швов, хорошо воспринимает полиграфические краски.

Пленки из композиций, содержащих 10-25% ЛПЭНП и 75-90% ПЭНП, широко используют для изготовления мешков и пакетов различ­ного назначения повышенной прочности. Термоусадочные пленки из та­ких материалов применяют для упаковки мясных продуктов и т.п. [42].

Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) получают полимериза­цией на катализаторах (например, Циглера-Натта), протекающей по ионно-координационному механизму при температуре 80° С и давле­нии 0,3-0,5 МПа, поэтому его часто называют полиэтиленом низкого дав­ления (ПЭНД).

Конструирование тары из пластмасс 225

Таблица 7.5

Взаимосвязь вида заготовки, метода производства и типа тары

сПТРПЭНП[65]

ВйД заготовки пэнп	Метод производства тары	Тип тары	ПТР, г/10 мин
Растя гивающаяся пленка	Обтягивание транспортной единицы	Транспортная	0,2- 0,6
Трсмоусадоч ная пленка	Обтягивание. сварка, нагрев	Потребительская, групповая, транспортная	0,4-2,0
Пленка	Сварка	Пакеты для: - замороженных продуктов; - медицины; - бытового применения; - повышенной прозрачности. Метки для мусора	0,6-2,0 0,8-2,0 2,0-4,0 2,0-3,0 0,2-0,6 0,8-2,0
Заворачивание	Оберточная тонкая пленка	3,0-6,0
Гранулы	Экструзия и инжекнияс раздувом	Бутылки	0,8-4,0
Литье под давлением	Укупорочные средства	6,0-20,0
Экстру знойное ламинирование	Покрытия	0,8-3,0

ПЭВП имеет малую разветвленность макромолекул: 3-6 ответвле­ний на 1000 атомов углерода основной цепи. Молекулярная масса М = =80 + 400 тыс. Плотность — от 0,945 до 0,955 г/см³. Степень кристал­личности 70-80%. Температура плавления 120-125°С. ПТР — от 0,1 до 17 г/10 мин.

Полимер нетоксичен. Гигиеническое значение имеют остатки ката­лизаторов полимеризации: санитарно-гигиеническими исследования­ми обнаружено в вытяжках незначительное количество А1, Т1, С1, а так­же спиртов, используемых при удалении катализаторов. Для контроля содержания остаточного катализатора нормируют зольность полиме­ра. К контакту с пищевыми и медицинскими продуктами допускаются материалы, зольность которых не превышает 0,025% (в расчете на мас­су полимера).

Обозначение марок ПЭВП аналогично обозначению марок ПЭНП, но начинается с цифры 2.

Из ПЭВП можно производить тару всеми основными методами пе­реработки термопластов, наиболее часто применяют литье под давле­нием. Хорошо сваривается.

Большинство бутылок, потребительских и промышленных контей­неров изготавливают из ПЭВП методом экструзии и инжекции с разду-

226 ______________________________________________ Глава 7

вом. Поскольку ПЭВП имеет молочный оттенок, часто используют его окрашенные марки. ПЭВП — сравнительно мягкий материал, легко ис­тирается и получает много царапин, поэтому наметилась тенденция про­изводства тары не с блестящей поверхностью, а с матовой, структури­рованной.

Бутылки используют для упаковки домашних чистящих средств, шампуней, моторных масел и других потребительских товаров. Боль­шие контейнеры (например, барабаны, фляги, бочки) применяют для транспортировки и хранения разнообразных промышленных химичес­ких веществ и материалов.

Методом литья под давлением из ПЭВП изготавливают ящики с ячейками, ведра, корзины, укупорочные средства, в которые упаковы­вают широкий ассортимент потребительских и промышленных това­ров, например цементные растворы для штукатурки, химические удоб­рения, продукты промышленной и бытовой химии, краски и т.д.

Пленки из ПЭВП часто используют для производства внутренних вкладышей в мягкую транспортную тару для обеспечения водонепро­ницаемости.

7.1.4.2. Полипропилен (ПП)

Молекулы ПП имеют структурную формулу

(—СН₂—СН—)_п

]

По строению макромолекул различают два вида ПП: изотактичес-кий иатактический. Изотактический ПП имеет регулярно построенную полимерную цепь, молекулы мономера в которой присоединены в стро­гом порядке «голова к хвосту». В атактическом ПП такой порядок нару­шен, что способствует образованию аморфной структуры. В промышлен­ных условиях получают изотактический ПП полимеризацией пропиле­на в растворителях в присутствии катализаторов типа Циглера-Натта.

ПП является неполярным полимером. Обладает высокой химичес­кой стойкостью и водостойкостью, маслостоек, стоек к кислотам и ще­лочам. При повышенных температурах растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах.

Промышленно выпускаемый ПП имеет линейную регулярную струк­туру макромолекул. Молекулярная масса М - 80-4-200 тыс. Плотность — от 0,90 до 0,91 г/см³. Степень кристалличности достигает 73-75%. Температура плавления 165-170°С. Температура деструкции >300°С. ПТР - от 0,3 до 23 г/10 мин.

Конструирование та ры из пластмасс _________________________________________________ 227

Мономер и полимер нетоксичны. Многие марки стабилизированно­го ПП придают контактирующим с ним средам специфический привкус и запах. Это ограничивает его применение в пищевой и медицинской промышленностях.

ПП значительно дешевле ПЭ.

В обозначениях базовых марок ПП содержится пять цифр. Две пер­вые цифры определяют способ получения ПП, три последние соответ­ствуют удесятеренному значению ПТР. Выпускается в виде гранул от­мытым от катализаторов и атактической фракции и стабилизирован­ным. Нестабилизированный порошкообразный ПП имеет буквенное обозначение марок (А, Б и В).

Из ПП можно получать тару всеми основными способами перера­ботки термопластов. Пленки из ПП по сравнению с пленками из ПЭ обладают более высокими теплостойкостью, прозрачностью, жиростой-костью, жесткостью, поверхностной твердостью, стойкостью к надры­ву, длительной прочностью, стойкостью к водяным парам и аромати­ческим веществам, способностью к сварке в неориентированном состо­янии. Недостатком является низкая морозостойкость: при температу­рах ниже -15°С ПП становится хрупким [42, 76,100].

Ориентирование пленок ПП повышает прочность, жесткость, улуч­шает стойкость к водяным парам, жирам, низким температурам, увели­чивает прозрачность и блеск. Однако ориентированный ПП теряет спо­собность к сварке.

Пленки из ПП применяют для упаковки фармацевтических товаров, продуктов питания, сигарет, текстильных изделий, самоклеящихся эти­кеток и т.д.

Белые матовые пленки ПП по декоративным свойствам похожи на бумагу, но не пропускают влагу и жир. Их используют в основном для производства самоклеящихся этикеток и кондитерских этикеток — для обертывания конфет, шоколада.

Пленки из двуосио-ориентированного ПП (ДОПП, иностранное обо­значение ВОРР) являются основным материалом в производстве гиб­кой упаковки для закусок и кондитерских изделий: печенья, бисквитов, баранок, сухарей, конфет, хлеба, булочек и т.п.

Широко используют в упаковке многослойные материалы со слоя­ми пленок ПП или ДОПП. Из двухслойных материалов ПП — бумага производят пакеты для кондитерских изделий или сухого питания для животных. Металлизированная ПП-пленка по своему блеску превос­ходит алюминиевую фольгу. В картон, ламинированный ПП, упаковы­вают продукты, разогреваемые в микроволновых печах.

228______________________________________________ Глава 7

Методом экструзии и инжекции с раздувом из гранулированного ПП получают бутылки и тонкостенные контейнеры. Благодаря высокой теплостойкости ПП их используют при розливе горячих жидкостей, а также в процессе стерилизации паром.

Литьем под давлением из ПП изготавливают тонкостенные коробоч­ки для масла, маргарина, йогуртов и других продуктов, а также ящики с ячейками, корзины, укупорочные средства, например навинчивающие­ся колпачки с резьбой.

Из узких ПП лент или нитей производят тканые мешки и гибкие промежуточные насыпные контейнеры. Их применяют для транспор­тировки химических веществ, удобрений и продуктов питания (сахар, мука, какао, орехи, сухие смеси и т.п.). Для защиты продуктов от влаги и высыхания в мешки вставляют вкладыши из ПП-пленки.

7.1.4.3. Поливинилхлорид (ПВХ)

Молекулы ПВХ имеют структурную формулу

(—СН₂—СН—)_л

ПВХ получают радикальной полимеризацией винилхлорида в при­сутствии пероксидных или азоинициаторов. В промышленных услови­ях полимеризацию осуществляют в основном в суспензии (в водной среде), а также в массе и в эмульсии.

ПВХ является одним из наиболее полярных полимеров с высоким межмолекулярным взаимодействием. Стоек к действию кислот и ще­лочей, масло-, бензо-, водостоек. При нагревании растворяется в хло­рированных углеводородах, кетонах, циклогексане, тетрогидрофуране.

ПВХ характеризуется очень широким молекулярно-массовым рас­пределением. По степени полимеризации различные фракции полиме­ра одной и той же марки могут различаться в несколько десятков раз. Разветвленность макромолекул составляет 2-5 на 1000 атомов углеро­да основной цепи и зависит от способа получения полимера. Средняя молекулярная масса характеризуется константой Фикентчера К,, ко­торая соответствует вязкости раствора полимера. Для промышленных марок К изменяется от 50 до 80, при этом степень полимеризации п практически линейно возрастает от 450 до 1750:

п - 40(К_ф - 40).

ПВХ — аморфный полимер, степень кристалличности не превышает 10%. Плотность 1,38-1,40 г/см³. Температура стеклования Г - 165-170°С.

Конструирование тары из пластмасс 229

Мономер токсичен. Непластифицированный и нестабилизирован-ный полимер считают нетоксичным. Среди пластификаторов, которые легко мигрируют из ПВХ, нередко увлекая за собой остаточный моно­мер и стабилизаторы, наиболее перспективны для применения в меди­цинских марках ПВХ себациты и цитраты [100].

ПВХ выпускают в виде порошка с размером частиц 100-200 мкм.

В марочное обозначение входит способ полимеризации: ПВХ-С — в суспензии; ПВХ-Е — в эмульсии; ПВХ-М — в массе. Первые две цифры после буквенного обозначения указывают на минимальную величину К,. Буквы после цифр определяют возможное применение ПВХ дан­ной марки: М — для мягких изделий; Ж — для жестких изделий; П — для паст. Например, марка ПВХ-С 7058М означает: суспензионный ПВХ с константой Фикентчера К. > 70 (средняя степень полимериза­ции «=1200), рекомендуемый для изготовления мягких изделий.

В процессе нагревания до температур более 150-170°С при перехо­де в вязкотекучее состояние ПВХ начинает разлагаться с выделением большого количества тепла и хлороводорода с образованием сопряжен­ных двойных связей. Это вызывает уже на начальных стадиях деструк­ции потемнение полимера. Выделяющийся хлороводород ускоряет про­цесс разложения, что делает невозможной переработку ПВХ обычны­ми методами без термостабилизации.

Жесткие материалы на основе ПВХ, содержащие стабилизирую­щие добавки и смазывающие вещества, называют винипластами. При правильном подборе марки и технологических режимов винипласты можно перерабатывать вальцеванием, экструзией, литьем под давле­нием и прессованием.

Пленки и листы изготавливают методами вальцевания и экструзии из ПВХ с константой Фикентчера К = 65 + 72.

Свойства пленок в значительной степени зависят от содержания в полимере добавок, в частности пластификатора. Пленки большинства марок имеют высокую ударную прочность, стойкость к истиранию, хо­рошую размерную стабильность, высокую прозрачность, жиро- и газо­непроницаемость. Пленки с большим содержанием пластификатора об­ладают высокими деформационными свойствами, поэтому широко ис­пользуются для обертывания свежего мяса, овощей, фруктов, грибов и т.п. Пленки с меньшим содержанием пластификатора жестче, отлича­ются лучшими барьерными свойствами. Их применяют для обертыва­ния кассет, игрушек, книг и другой продукции, а также для медицинс­кой упаковки, которую стерилизуют гамма-лучами.

Методами термоформования из листового ПВХ производят лотки, поддоны для различных продуктов, а также блистерную упаковку. Ин-

Глава 7

жекционным и экструзионным выдуванием из ПВХ изготавливают бу­тылки с высокой прозрачностью, прочностью и стойкостью к маслам и спиртам.

Использование хлорированных полимеров критикуется экологами, и будущее ПВХ весьма неопределенно. Некоторые производители про­зрачных бутылок и блистерной упаковки перешли на полиэтилентереф-талат, а потребление ПВХ за последние годы несколько снизилось [61 ].

7.1.4.4. Полистирол (ПС)

Молекулы ПС имеют структурную формулу

(—сн₂—сн—)„

л

Атактический ПС получают радикальной полимеризацией стирола в присутствии пероксидных или диазосоединений в качестве инициа­торов. В промышленности полимеризацию проводят в массе, в эмуль­сии (в водной среде), реже — в суспензии.

ПС относится к полярным полимерам. Устойчив к концентрирован­ным растворам кислот, за исключением азотной. Стоек к воде, спиртам, щелочам, насыщенным углеводородам и растительным маслам. Хоро­шо растворим в ароматических и хлорированных углеводородах, слож­ных эфирах, кетонах.

ПС является типичным аморфным полимером. Молекулярная масса М= 500 + 2000 тыс. Плотность 1,05-1,15 г/см³. Температура стеклования Т_с = 100°С. Температура деполимеризации около 260°С. ПТР — от 1,5 до 16 г/10 мин.

Токсичность полимера обусловлена присутствием в нем мономера. Опасность представляет не только остаточный мономер, но и стирол, который может образоваться в результате деструкции полимера. Для применяемых в пищевой и медицинской промышленностях марок ПС ПДК стирола в модельных средах составляет 0,05 мг/л. Сополимеры стирола менее токсичны, чем гомополимер.

В обозначении марок входит способ полимеризации: ПСЭ — эмуль­сионный; ПСМ — в массе; ПСС — суспензионный.

Конструирование тары из пластмасс 231

Из ПС можно изготавливать тару всеми методами переработки тер­мопластов. В конструкциях тары используют достоинства ПС, такие как хорошая размерная стабильность, идеальная оптическая прозрачность, способность к окрашиванию прозрачными или матовыми красителями, устойчивость к пищевым кислотам и щелочам, легкость нанесения пе­чати, хорошие свариваемость и склеиваемость.

В виде пленки ПС используют преимущественно для изготовления термоусадочных этикеток на стеклянные и пластмассовые бутылки. Тонкие экструзионные покрытия картона обеспечивают блестящую прочную поверхность складных коробок, упрощают сварку пленки при изготовлении прозрачных окон и полупроницаемых мембран для упа­ковки свежих овощей и фруктов.

Из листового неориентрированного и ориентированного ПС мето­дами термоформования получают блистерную упаковку, лотки для раз­нообразной продукции, одноразовую посуду, подставки для продуктов, однопорционные стаканчики для приправ и кремов, упаковку для офор­мления витрин магазинов и т.п.

Из вспененного листового ПС методами термоформования производят лотки для пищевых продуктов (мяса и овощей), коробки для яиц, защитные футляры, чехлы, коробки и др. Из вспененного ПС выполняют внутренние вставки и прокладки для защиты продукции от ударов и вибрации.

Методом литья под давлением из гранулированного ПС формуют разнообразные твердые, блестящие, хрустально прозрачные коробки и контейнеры для аппаратуры, игрушек, косметики, медицины, ювелир­ных изделий, внутренние крепежные детали и подставки для ювелир­ных изделий, часов и т.п. С помощью этой технологии выпускают раз­нообразную упаковку пищевой продукции и одноразовую посуду.

7.1.4.5. Полиэтилентерефталат (ПЭТФ)

ПЭТФ — сложный полиэфир этиленгликоля и терефталевой кисло­ты, называемый лавсаном, имеет структурную формулу:

ПЭТФ получают из диметилтерефталата и этиленгликоля реакци­ей переэтерификации с последующей поликонденсацией дигликольте-рефталата в расплаве в присутствии катализатора (например, ацетата цинка) в токе азота.

ПЭТФ — слабополярный полимер. Молекулярная масса М= 15-^40 тыс. Плотность 1,38-1,40 г/см³. При быстром охлаждении получают прозрач-

232______________________________________________ Глава 7

ный аморфный полимер с температурой стеклования Т = 80°С. При медленном охлаждении — кристаллический со степенью кристаллич­ности до 50% и температурой плавления 265°С. Температура деструк­ции 380'С.

ПЭТФ устойчив к глубокому охлаждению, к маслам, жирам, мно­гим кислотам и растворителям. При нагревании растворяется в фено­лах, трифторуксусной кислоте, метиленхлориде, циклогексане. Несто­ек к щелочам и концентрированным кислотам.

Полимер и материалы на его основе не обнаруживают выраженного токсичного действия на организм.

Недостатком ПЭТФ является трудность сварки, охрупчивание свар­ных швов, склонность к дезориентации при повышенных температурах.

ПЭТФ имеет малую вязкость расплава, поэтому тару из него можно производить литьем под давлением и экструзией.

Важнейшей областью применения ПЭТФ в упаковке являются бу­тылки для газированных напитков. Из-за малой вязкости расплава ПЭТФ бутылки сложно изготавливать методом экструзии с раздувом: трудно сохранить стабильную форму заготовки в рукаве и в пресс-фор­ме. Поэтому применяют способ литья под давлением с раздувом. Барь­ерные и прочностные свойства материала значительно повышаются при растяжении и ориентации во время раздува.

Пленки, главным образом двуосно-ориентированные, применяют для упаковки сыра и изделий из вареного мяса. Теплостойкость пленок и способность пропускать СВЧ-волны используют для обработки про­дуктов в обычных и микроволновых печах.

Пленки ПЭТФ являются несущей основой многослойных материалов. На них наносят ламинированные покрытия, например из поливинилиден-хлорида или полиэтилена, обеспечивающие термосварку. Металлизиро­ванные пленки благодаря высоким барьерным свойствам применяют в ва­куумной упаковке продуктов, например кофе, а также для упаковывания электроники в качестве защиты от статического электричества.

Методом литья под давлением из ПЭТФ изготавливают высокопроч­ные, стойкие к истиранию лотки для разнообразной продукции. На та­ких лотках можно производить разогрев продуктов в обычных и мик­роволновых печах.

7.1.4.6. Полиамиды (ПА)

Наибольшее применение в упаковке нашли полиамид-6 (капрон) и полиамид-66.

Полиамид-6 (капрон) — поли-е-капроамид — продукт полимериза­ции е-капролактама в расплаве в присутствии воды или металлическо­го натрия в токе азота. Он имеет структурную формулу

Конструирование тары из пластмасс 233

(—Ш— (СН₂)5— С— ]_п

О

Молекулярная масса М = 10 + 40 тыс.

Полиамид-66— полигексаметиленадипамид получают поликонден­сацией продукта взаимодействия эквимолярных количеств адипиновой кислоты и гексаметилендиамина в метаноле. Его структурная формула имеет вид

[—КН— (СН₂)б— ЫН-С— (СН₂)₄—С— ]„

О о

Молекулярная масса М ^т 15 + 40 тыс.

Это гибкоцепные полярные гидрофильные полимеры с высоким уров­нем межмолекулярного взаимодействия, обусловленного наличием боль­шого количества водородных связей. Плотность 1,01-1,13 г/см³. Степень кристалличности 40-70%. Температура стеклования Т ■ 50 * 60°С. Тем­пература плавления Г = 220 * 260°С.

ПА не растворимы в углеводородах, сложных эфирах, хлорпроиз-водных углеводородов, масло- и бензостойки. Растворяются только в сильных полярных растворителях (феноле, крезоле, ксиленоле и т.д.), в амидах и в сильных кислотах, в том числе в уксусной и муравьиной.

Некоторые марки ПА разрешены для применения в пищевой и ме­дицинской промышленности. Гигиеническое значение имеет миграция из ПА токсичных капролактама и гексаметилендиамина, содержание которых в ряде марок ПА может достигать 8-10%.

В производстве упаковки используют такие отличительные свойства ПА, как высокие физико-механические характеристики, жесткость, твер­дость, износостойкость, стойкость к ударным и вибронагрузкам, при­годность к нанесению печати.

ПА в упаковке преимущественно применяют в виде пленок или в качестве основного слоя в многослойных пленочных материалах.

Пленки ПА-6 используют в вакуумной упаковке мяса, сыра и дру­гих продуктов. Эти пленки эффективны для упаковки медицинских хирургических инструментов.

Пленки ПА, ламинированные ПЭ или другими термосвариваемыми слоями, применяют для упаковки пищи быстрого приготовления, для вакуумной упаковки кофе и других продуктов.

В этом разделе рассмотрены важнейшие свойства и области примене­ния наиболее часто применяемых в производстве упаковки полимеров. Их стойкость к продуктам бытовой и промышленной химии приведена в табл. 7.6 и 7.7. Объем использования этих полимерных материалов в раз­личных видах упаковки в Великобритании представлен в табл. 7.8.

Глава 7

Таблица 7.6

Стойкость полимеров к продуктам бытовой химии [107]

Предмет бытовой химии	ПЭНП	ПЭВП	ПП	пвх	ПЭТФ	ПС
Аммиак
Антифриз, этиленгликоль
Камфорное масло	•	*	*		?
Стартер ная жидкость	*					*
Хлорная известь					?
Моющиесредства
Ошститель водопроводных стоков, сухой					?
Ошститель водопроводных стоков, жидкий			I		?	*
Паркетный смягчитель ткани полироль на основе лигроина
йстворитель паркетного воска	*					*
Полировочное средство для мебели					?	*
Клей на основе растворителя
Клей на основе ВА	Г 2		?		?	•
Гидравлическая тормозная жидкость	?			•	?	Ф
Иннсектинил, порошок					*
Инсектицид на основе растворителя					?	*
Средство от насекомых					?	* •
Чистящее средство для чайников				?	?
Лимонное масло
Жидкость для зажигалок	*	*				*
Льняное масло		1
Смазочное масло
Антимоль, настлал ин	*	*	?	*	?
Антимоль р-дихлорбензин	*			•	?	*
Чистящее средство для печек	?				?	*
Керосин	*					*
Воздухоочиститель				1?
Шеллак	.________				?	*
Обувная вакса					?
Поли роль для серебра					?
Антигербииид					?	*
Чистящее средство для окон

1 — удовлетворительные характеристики; 2 — вероятно удовлетворительно, но оно должно бьпъ проверяю в конкретных >словиях; * — № совместимы;? — данные отсутствуют.

Конструирование тары из пластмасс

Таблица 7 Стойкость полимеров к продуктам промышленной химии [107]

. 7

Химическое вещество	пэнп	|пэвп	пп|пвх	ПЭТФ.	ПС
Уксусная кислота, ледяная					*	•
Ацетон					•	•
Спирт, этиловый
Спирт, метиловый и Ы-пропиловыЙ
Алифатические углеводороды	*					•
Аммиак 8%					?
Электролит батареи
Хлороформ	•	2			?	#
Хромовая кислота					?	*
Креозот	*	*			?	•
Эфир, простой	*	*			?	#
Этилацетат и простые эфиры					•	•
Формальдегид 36%					?	*
Муравьиная кислота					?
Бромисто-волрродная кислота					?
Хлористоводородная кислота 36%
Фтористо-водородная кислота <52%					?	•
Перекись водорода до 30%
Керосин	•
Метил этил кетон					•
Перекись метилэтилкетона	?				?
Минеральные спирты, нефтяные дистилляты	*
Азотная кислота					?
Винтергреновсе (гаультсриновос) масло					?
Щавелевая кислота					?
Фенол	?				*	*
Фосфорная кислота					?
Гидроокись калия					?
Гидроокись натрия 50%
Гиполхлорит натрия
Серная кислота до 93%					Ф	*
Трихлорзтан	•	•			?	*
Живица	*	•				•
1 — удовлетворительные характеристики; 2 -должно быть проверено в конкретных \слови	вероятп	юудрвле несовм*	твор естик	етельн	о, но онс - данны»

отсутствуют.

Глава 7

Таблица 7.8

Объем использования (в %) основных полимерных материалов для производства различных видов упаковки в Великобритании [107]

Вид упаковки	Объем использования полимеров, %
ПЭНП	ПЭВП	пп	ПВХ	ПС	ПЭТФ
Бутылки	1.6	43,3	—	34,7	—	87,5
Большие контейнеры	—	18,7		—	—	—
Ящики с ячейками	—	&6	16,9	—	—	—
Ведра, корзины	—	—	—	—
Укупорочные средства	2,2	4,2	22,7	2,7	4,7	—
Основания бутылок	-----	0,3	—	-----	-----
Тонкостенные контейнеры	—	-----	21,4	-----	36,0	—
Экструзионные покрытия	2,2	-----	-----	—	24,8	—
Одноразовая посуда	-----	-----	-----	-----	17,4	—
Упаковка медицинской продукции	-----	-----	-----	-----	6,3	—
Упаковка косметики	-	—	-----	5,7	—
Тканые мешки	-----	-----	6,2	—	—	—
Упаковочная пленка	93,2	21,3	27,1	51,4	—	8,5
Этикетки	—	—	2,5 ^	—	—	-------------
Шпагат	—	—	2,3	—	—	-------------
Лотки	—	—	-----	—	—	4,0
Блистреные оболочки	—	—	—	11,2	—	-------------
Другие виды	0,8	5,6	0,9	-----	5,1	------------
Итого	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0

Кроме них при создании упаковки в технически, технологически и экономически обоснованных случаях часто применяют сополимеры этилена: с винилацетатом (ЕУА), с виниловым спиртом (ЕУОН), с ак­риловой кислотой; сополимеры винилхлорида с винилиденхлоридом; поливинилиденхлориды (ПВДХ), полиметилметакрилаты (ПММА), поликарбонаты (ПК), полисульфоны и др.