- •Стан і тенденції розвитку пакувальної індустрії в україні і світі
- •Матеріали із паперу і картону
- •2.2. Картон
- •2.3 Класифікація паперових і картонних матеріалів
- •2.4. Картон пакувальний
- •2.5. Картон коробковий
- •2.6. Картон багатошаровий склеєний
- •2.7. Комбінований матеріал на основі картону
- •2.8. Картон профільно-орієнтований (гофрований)
- •2.9. Картон фільтрувальний
- •2.10. Класифікація упаковки із картону
- •2.11. Споживча упаковка на основі картону
- •3.1. Основні матеріали у виробництві металевої тари
- •3.2. Допоміжні матеріали у виробництві металевої тари
- •3.3. Класифікація та характеристика видів металевої тари
- •5.1. Класифікація полімерних матеріалів
- •5.3 Багатошарові і комбіновані матеріали
- •5.4. Матеріали для вакуумного упакування продуктів харчування
- •5.5. Полімерні піноматеріали
- •5.7. Гнучкі полімерні пакувальні матеріали
- •5.8. Нові пакувальні матеріали і упаковка
- •6.1. Пакети поліетиленові
- •6.2 Мішки поліпропіленові
- •6.3. Споживні властивості ламінатів і пакетів із них
- •6.4. Класифікація і види полімерної тари для упакування продовольчих і непродовольчих товарів
- •6.5. Туби і аерозольні балончики для упакування товарів
- •7.1. Характеристика деревини — як матеріалу тари
- •7.2. Основні види дерев'яної тари для продовольчих товарів
- •9.1. Особливості транспортного упакування
- •9.2. Асептична технологія упакування
- •10.1. Полімерна упаковка: якість і безпека
- •10.2. Вимоги до упаковки
- •10.3. Сучасні вимоги до упаковки
- •10.4. Вимоги до упаковки в єс
- •10.6. Вимоги до полімерної тари
- •10.7. Гігієнічна характеристика полімерних матеріалів і тари
- •10.8. Організація контролю якості полімерної тари
- •10.10. Санітарний нагляд і контроль за безпекою застосування полімерних матеріалів і тари, призначених для контакту з продовольчими товарами
- •Допоміжні пакувальні матеріали
- •11.1. Етикетки
- •11.2. Закупорювальні засоби
- •12.3. Технологія захисту виробів від підробок
- •14.1. Упакування хлібобулочних виробів
- •14.3. Упакування снеків і продуктів сублімаційної сушки
- •14.5. Упаковка раціонів харчування і засобів особистої гігієни
- •14.7. Упакування кислотовмісних продуктів
- •14.8. Упакування молока і молочних продуктів
- •19 Асортиментних позицій у 4-х типах упаковки (Tetra Slim Aseptic з кришечкою — 1,5 л; Tetra Brik Aseptic — 1 л; Tetra Slim Aseptic з трубочкою — 0,5 л; Tetra Brik Aseptic — 0,2 л)
- •«Sandora Fruit of the World»
- •11 Асортиментних позицій (Tetra Prizma Aseptic із закруткою)
- •16.1. Проблема утилізації
- •16.3. Утилізація алюмінієвої тари
- •16.4. Екологічна безпека при утилізації пакувальних матеріалів і тари
У
пакувальній індустрії ЛІН-матеріали
успішно використову-
ють для
виготовлення кількох видів упаковки.
Lean
TM
Cover
— обгорткова плівка для жиро- і
олієвмісних
харчових продуктів.
Рекомендована для пакування
вершкового
масла, маргарину, морозива,
хліба та дріжджів. Ця плівка ви-
пускається
трьох видів: зі світлонепроникним шаром
(60 мкм,
85 г/м2) —
рекомендована для пакування масла,
шоколаду, мо-
розива (50 мкм, 75
г/м2) і сирної маси — напівпрозора
(50 мкм,
75 г/м2).
Lean
TM
Peel
— використовують для виготовлення
кришок,
якими запаюють пластикові
стаканчики, під йогурт — платинок.
Платинки
із ЛІН-матеріалу за своїми властивостями
аналогічні
платинкам із фольги —
міцні, придатні для друку, але ЛІН-
платинка
міцно припаюється до країв стаканчика,
легко знімаєть-
ся, зручна для
споживача.
Lean
TM
Cups
— кришки для стаканчиків, які
використовують
для рідких, напіврідких
або твердих і сипучих харчових продук-
тів
— сухого молока, чіпсів, чаю, кави.
Якість
вакуумного пакування визначає матеріал.
Для цього
використовується плівка,
яка має низькі показники проникності
кисню,
вуглекислого газу, азоту і водяних
парів. При виборі плів-
ки важливо
враховувати і співставляти бар'єрні
властивості плів-
ки з пакувальною
продукцією. У табл. 5.10 наведено технічні
ха-
рактеристики деяких матеріалів,
які використовуються для ваку-
умного
пакування.5.4. Матеріали для вакуумного упакування продуктів харчування
ТЕХНІЧНА
ХАРАКТЕРИСТИКА ПАКУВАЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ
ФІРМИ WOLKI FILMS
(ФІНЛЯНДІЯ), ЯКІ ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ
ПРИ ВАКУУМНОМУ ПАКУВАННІ |
Товщина, мкм |
Маса 1 2 ■ 1 м матеріалу, г/м2 |
Бар'єрні властивості |
Максимальна глибина витягування, мм |
|
О2 |
Парів води |
||||
ПЕ + ОПА |
65—90 |
63—87 |
38—45 |
10—19 |
|
ПЕ + ПА |
85—200 |
73—200 |
2—33 |
5—17 |
50—150 |
ПЕ + ПА + ОПП |
90—110 |
86—106 |
50 |
5 |
|
ПЕ + ПА + ПП |
110—300 |
105—300 |
10—33 |
1,5—5,5 |
50—200 |
ПЕ + ПА + ПЕ |
120—280 |
115—290 |
10—33 |
3—6 |
60—160 |
В
Україні для вакуумного пакування
використовується термо- усадкова і
звичайна плівка. Остання дешевша від
першої у 2—3
рази і умовно ділиться на два
типи — плівка товщиною близько 60—
70 мкм для пакування м'яса,
сиру, риби без гострих кутів, кісток,
плавників. Ця плівка має добрі бар'єрні
властивості, але не стійка до проколів.
Другий тип — плівка товщиною 70—120
мкм, з високими бар'єрними властивостями
і підвищеною стійкістю до проколів.
Термоусадкові
матеріали відрізняються від звичайних
тим, що в структурі перших використовується
поліетилен спеціальних марок з
термоусадковими властивостями. Він
під дією температури після герметизації
продукту усаджується і забезпечує
щільне стягування.
Піноматеріали
широко застосовують у пакувальній
галузі. Їх створив Альфред Берлін, один
із провідних спеціалістів з хімії та
технології полімерів.
Виготовлення
матеріалів досягається шляхом введення
газу методом конденсації чи дисперсії,
а утворення газових пухирців
супроводжується поступовим зростанням
з наступною стабілізацією. Структура
піноматеріалів може містити повністю
або частково ізольовані чи сполучені
між собою комірки.5.5. Полімерні піноматеріали
Існують
різні способи виготовлення газонаповнених
полімерів. Принцип їх отримання
зводиться до наповнення полімеру газом
з наступною фіксацією його структури.
Піноматеріали
мають відповідну комірчасту структуру,
від будови якої залежать фізичні,
хімічні та механічні характеристики
виробів. Їх можна виготовити на основі
багатьох полімерів (ПС, ПУ, ПВХ, ФП, ЕС,
ПОС, ПО і гуми).
Газонаповнені
полімери дуже легкі і мало впливають
на масу упакованого товару, зручні у
використанні. Такі матеріали відрізняються
високими теплоізоляційними і
водонепроникними властивостями,
міцні, упаковка із них захищає товар
від механічних навантажень та ударів.
Вони широко застосовуються при пакуванні
фруктів, заморожених овочів, яєць,
рибних продуктів яка споживча, групова
і транспортна упаковка. Цей матеріал
також використовується для заповнення
вільного простору при пакуванні
виробів складної конфігурації у вигляді
коробок, вкладок, прокладок, ящиків,
піддонів, лотків.
5.6.
Біо- і фоторозкладувальні полімерні
матеріали
Щорічний
випуск полімерів становить близько 80
млн. т, з яких утилізується тільки
невелика частина. Упаковка із синтетичних
полімерів досягає 40 % побутових відходів.
Розв'язання проблеми зменшення кількості
полімерних відходів може досягатись
створенням гамми полімерних
матеріалів, які спроможні розкладатися
у відповідних умовах на екологічно
безпечні компоненти.
Біо-
(БРП) і фоторозкладувальні (ФРП) полімери
як пакувальні матеріали можуть стати
одним із найперспективніших способів
захисту навколишнього середовища. Це
новий клас пластичних матеріалів,
які після використання розкладаються
до діокси- ду вуглецю, води й біомаси —
гумусу.
Розкладувальні
полімери — це зручний матеріал для
упаковки і виробів одноразового
застосування. При їх використанні можна
досягнути великої різноманітності
структури і властивостей, підвищення
прибутковості сільськогосподарського
виробництва, простоти й економічності
утилізації, малого внеску в парниковий
ефект, використовуючи наявну потужну
відтворювальну сировинну базу.
Серед
недоліків виділяють високі ціни,
зумовлені малими обсягами виробництва
і значними затратами на розробку, слабку
технологічну
розробку, відсутність досвіду різних
застосувань, труднощі в переробці на
традиційному обладнанні. Крім того,
механічні властивості біофоторозкладувальних
матеріалів поступаються звичайним
полімерам. Ці матеріали піддаються
побічним реакціям і передчасній
деструкції.
Потреба
в біорозкладувальних матеріалах дуже
висока і цьому сприяють законодавчі
акти та нормативи країн ЄС. Наприклад,
Директива ЄС передбачає при виготовленні
полімерної упаковки 15 %
вторинних полімерів, що негативно
впливає на якість продукції. Тому
при використанні біорозкладувальних
відпадає потреба у вторинних
полімерах. Упаковка із них не
переробляється, а підлягає захороненню
і повній деструкції. Також Директивою
ЄС забороняється спільне захоронення
різних видів відходів, а для
біорозкладувальної упаковки виділяються
спеціальні площадки під компости.
Це захоронення має забезпечувати
відповідну вологість і мікрофлору.
Біорозкладувальні
полімери бувають кількох типів (табл.
5.11).
Таблиця
5.11 ТИПИ
І ЗАСТОСУВАННЯ БІОРОЗКЛАДУВАЛЬНИХ
МАТЕРІАЛІВ |
Полімер |
Торгова марка |
Застосування |
Екструдовані матеріали на основі крохмалю |
ПЕ/крохмаль |
Mater Bi Novon Fluntera Plast |
Мішки для упаковки Упаковка |
Спінені матеріали на основі крохмалю |
Крохмаль картопляний та маїсовий |
Hydroxypropyl |
Упаковка |
Модифікована целюлоза |
Ацетат целюлози |
Tabize Plastics Eastman Chemicals United Paper Mills |
Упаковка |
Поліефіри |
Полігідрооксибу- тірат, полілакто- нова кислота |
PHBV ECO-PLA TM |
Термопласти і упаковка |
Поліефіраміди |
Полікапролактон |
PCL PEA |
Упаковки Упаковка, термопласти, волокна |
Високомолеку- лярні спирти |
Полівініловий спирт |
POVAL M0W10L HYDROLENE |
Упаковка, ламінати, розчинна упаковка |
Перші
чотири класи одержують із біомаси, а
поліефіраміди і полівінілові спирти
є синтетичними продуктами. Полівінілбути-
рат готують шляхом біосинтезу із
відходів цукрового виробництва.
Полілактонову кислоту (ПЛА) синтезують
із мономерів, виділених із біомаси
(із відходів переробки кукурудзи та
сої).
Біорозкладувальні
пакувальні матеріали умовно поділяють
на три групи:
біорозкладувальні
пакувальні матеріали, отримані
синтетичним шляхом;
біорозкладувальні
матеріали на основі природних полімерів,
отримані шляхом біологічних перетворень
останніх;
добавки,
які надають синтетичним полімерам при
їх захоро- ненні здатність розкладатися
на безпечні компоненти.
Перший
промисловий біорозкладувальний
термопласт
Bipol
розроблений
англійською фірмою Imperial
Chemical Industries.
Иого виробляють зброджуванням крохмалю
й цукру. Він повністю розкладається
та асимілюється навколишнім середовищем.
Розроблено декілька варіантів технологій
виробництва подібних полімерних
матеріалів. Зокрема, у Росії ведуться
спільні роботи НДІ крохмалю й Московського
державного університету прикладної
біотехнології зі створення біорозкладуваного
полімерного пакувального матеріалу
на основі похідних целюлози й картопляного
крохмалю.
Найбільш
розвинуто виробництво біорозкладувальних
полімерів на основі гідроксикарбонових
кислот, оскільки поліефіри на основі
гліколевої, молочної, валеріанової,
капронової кислот під дією певних
мікроорганізмів розкладаються на
діоксид вуглецю і воду. Відомим
поліефіром є полілактид, отриманий
конденсацією молочної кислоти.
Перевагами його є те, що він може бути
отриманий синтетичним і біологічним
способами.
Полілактид
— термопластичний прозорий полімер і
за своїми властивостями, близький до
поліетилену, пластифікованого
полівінілхлориду і поліпропілену.
Із листового полілактиду формують
тарілки, виготовляють плівки для
харчових продуктів, але широке
використання його стримується високою
ціною.
Природні
полімери (крохмаль, протеїн, целюлоза)
використовують як добавки для
забезпечення певних властивостей
пакувальним засобам разового
користування. При утилізації їх піддають
компостуванню з наступним повним
розкладанням. Із крохмалю, у складі
якого вагома частка амілози, виробляють
методом екструзії листи, з яких
пневмоформуванням готують елементи
упаковки. У Німеччині на основі
крохмалю виробляють гранульований
литий
біопласт, піноматеріал для пакування
продуктів, гранульований біоматеріал
для переробки екструзією і роздуванням.
Стійкі
до високих і низьких температур
багатошарові пакувальні матеріали
для харчових продуктів можуть бути
отримані із целюлози і крохмалю. Таку
упаковку можна використати при
розігріванні продуктів в електричних
і мікрохвильових печах.
Пріоритетним
напрямом вважається синтез біорозкладуваль-
них полімерів на основі промислово
освоєних синтетичних матеріалів.
Наприклад, фірма «BASF» на
основі поліефіру випускає повністю
біорозкладувальний матеріал Ecoflex.
Він відповідає Європейському стандарту
біорозкладувальних матеріалів EN
13432, японському стандарту GreenPla
і вимогам Американської системи
стандартизації біорозкладувальних
матеріалів. За своїми властивостями
Ecoflex зіставний з поліетиленом
низької густини. Він переробляється
екструзією з роздуванням, використовується
для виготовлення плівок і мішків.
Фірма
«Bayer AG»
налагодила випуск серії біорозкладувальних
у анаеробних умовах термопластів ВАК
на основі поліефіраміду. Їх використовують
для виробництва вологостійкої упаковки
харчових продуктів, а також у сільському
господарстві. Матеріали можуть містити
природні наповнювачі, які надають їм
необхідну жорсткість і міцність.
Наприклад, матеріал ВАК 1095 є прозорим
термопластом і може перероблятись
усіма доступними для термопластичних
матеріалів способами. На плівку із
нього можна наносити зображення методом
флексодруку. За механічними властивостями
цей полімер подібний на поліетилен
низької густини і має високу міцність
при розриванні. В анаеробних умовах
він здатний розкладатись на діок- сид
вуглецю і воду. Використовується для
виробництва пакувальних матеріалів
у країнах Західної Європи і Північної
Америки.
Відомі
БРП на основі рослинної, тваринної й
нафтохімічної сировини. Тільки в
Німеччині приріст БРП щорічно подвоювався
і їх виробництво досягло 5 тис. т на
рік. З БРП виготовляють одноразовий
посуд, пакування для їдалень, ресторанів,
стаканчики для йогуртів, гігієнічні
товари (дитячі пелюшки, підгузки,
прокладки тощо), сільськогосподарську
плівку. Фахівцями США розроблено
технологію одержання біологічно
розкладуваних полімерних плівок,
призначених для захисту посівів від
проростання бур'янів. Такі покривні
плівки, виготовлені із суміші
полімерів і крохмалю, а під дією тепла
і вологи вони повністю розкладаються
протягом кількох місяців.
Інсектицидний
біорозкладувальний плівковий матеріал
(ІБПМ) призначений для упакування
кератинвмістної продукції, що
випускається легкою промисловістю
— шерстяних тканин, одягу,
взуття
тощо. Базовим полімером служить
поліетилен високої і низької густин,
а наповнювачем — пластифікований
гліцерином кукурудзяний крохмаль.
Оскільки крохмаль не є плівкоутворюю-
чою речовиною, добавляють пластифікатори
(діетиленгліколь, діоктилфталат,
вазелінову олію і їх суміші з гліцерином).
Крім цього, використовують інсектицид
(перметрин), який нетоксич- ний, має
високу ефективність функціональної
дії і достатню термостійкість при
переробці разом із розплавами полімерів.
На
процес виготовлення плівкового матеріалу
із карбоксиме- тильованого кукурудзяного
борошна впливає концентрація етанолу,
гідроксиду натрію, температура і
тривалість реакції. Оптимальне
співвідношення кукурудзяного борошна,
гідроксиду натрію і хлорацетооцтової
кислоти складає 8,1:3,5:4,8. Температура
реакції 50 °С, а тривалість — 4 год.
Фірма
Biologische Verpackungssysteme
(Німеччина) виробляє новий біополімерний
матеріал під назвою
Біопак (Biopac).
Він виготовляється із промислового
крохмалю без використання нафтохімічних
компонентів. Кількість сухої субстанції
у ньому становить від 87 до 94 %, протеїну
— не більше 3 %, жирів — менше 1 %,
екстрагуючих вуглеводів — 70—85 %,
золи — 5 %, сирих органічних волокон
— 10 %, кальцію — 2 %, фосфору, магнію,
калію і натрію 0,25 %. Новий матеріал
використовують при виробництві упаковок
для фармацевтичної продукції, а також
у пакуванні хлібобулочних виробів,
випічок, сухих продовольчих товарів,
яєць.
Фірма
Manziger Papierwerke
(Німеччина) розробила та розпочала
промислове виробництво плівки,
виготовленої із біополіме- рного
матеріалу. Новий матеріал являє собою
поліетилен високої густини
(LDPE),
до складу якого входять вуглеводи
і жирні кислоти. Необхідна пористість
поверхні досягається спінюванням
матеріалу азотом. На пористу поверхню
плівки може бути нанесено флексографський
друк. У відходах матеріал розкладається
під дією мікроорганізмів і вологи.
Солі
металів, які містяться в ґрунті, вступають
у реакцію з жирними кислотами плівки
з утворенням пероксиду. Молекулярний
ланцюг пероксиду розкладається під
дією мікроорганізмів ґрунту, а пориста
поверхня плівки значно прискорює процес
проникнення всередину плівки
мікроорганізмів. Кінцевими продуктами
розкладу біоплівки є вуглець і водень.
В
умовах аеробного компостування процес
розкладання біо- плівки проходить дуже
швидко. При розкладанні біоплівка не
має негативного впливу на ґрунтові
води, а під час згорання — не утворює
токсичних газів і не виділяє неприємних
запахів.
Фоторозкладувальні
полімери
піддаються деструкції під впливом
сонячного випромінювання.
Процес
розкладання полімерних матеріалів —
фотодеградація — проходить під дією
ультрафіолетових променів. Хімічні
зв'язки, що утримують ланцюги полімеру,
руйнуються, і довгі ланцюги розпадаються
на дрібні фрагменти. Фотодеградація
характерна для більшості полімерів, а
цей процес без стимуляції протікає
повільно. Для його прискорення
використовують хімічні добавки, які
під дією ультрафіолетових променів
прискорюють процес розкладування
ланцюга полімеру.
Прикладом
можуть служити матеріали із білків.
Вони характеризуються вологостійкістю
і швидко розкладаються після використання.
У процесі розробки цих матеріалів
важливе значення надається добавкам.
Їх підбирають з урахуванням наявності
функціональних груп, що сприяють
фоторозкладу основного полімеру.
Фоторозкладувальні полімери, як правило,
містять у своєму складі невелику
кількість (3—5 %) світлочутливих добавок,
наприклад пероксидів, які під дією
ультрафіолетових променів ініціюють
фотодеградацію основного полімеру.
Застосовуються
добавки, які дозволяють розкладатись
полімерним матеріалам без доступу
світла. Фірми Ampacet Corp.,
Plastigone Technologies,
Princeton Polymer
Laboratories (США) для виробництва
саморозкладувальних полімерних
матеріалів використовують добавку
у вигляді фотоактивованого хімічного
деграданту. Фірми Plastigone
і Princeton (США) використовують
також прискорювач, який сприяє регулюванню
швидкості розкладування.
У
виробництві саморозкладувальних
полімерів застосовують процес
самополімеризації, за допомогою якого
в основу полімеру вводяться карбонильні
групи (вуглець і кисень, зв'язані
подвійним зв'язком). Фірми Enviromer
Enterprises i
Atlantic International
Group inc. (США)
виробляють саморозкладувальний полімер
Ecolyte, який містить
кетонкарбонільні сополімери, інші
компанії застосовують у якості
сополімерів етилен і оксид вуглецю.
Полімерний
матеріал Ecolyte розкладається
під дією сонячного світла.
Англійський
учений Гриффін розробив спосіб включення
молекул крохмалю у структуру
поліетилену. Крохмаль легко руйнується
мікроорганізмами, що приводить до
розкладання структури полімеру.
Результати дослідження Гриффіна
покладені в основу виробництва
матеріалів, які здатні до біологічної
деградації. Так, фірма Ampacet
(США) випускає такий матеріал під на
звою
Poly-Grade II,
а канадська фірма St.
Lawrence — подібний полімер
під назвою Ecostar.
Компанія
ICI Americas ine
виробляє термопластик, який піддається
біологічному розкладанню. Він має
властивості, подібні з поліпропіленом.
Розкладання цього матеріалу проходить
під дією мікроорганізмів, які
знаходяться в ґрунті, каналізації і на
дні водойм.
Проводяться
дослідження зі створення і виробництва
матеріалів, які б розкладалися в
морській воді (Німеччина). В структуру
цих полімерів введена реактивна група,
яка здатна розкладатися у воді або у
водному розчині.
В
Охтинському НПО «Пластполімер» ведуться
роботи зі створення полімерів з
регулюючим терміном служби, особливістю
яких є їх здатність після визначеного
терміну розкладатися під дією світла
на дрібні фрагменти, які потім знищуються
мікроорганізмами ґрунту і включаються
в загальний біологічний цикл. Застосування
фоторозкладувальних плівок дозволяє
виключити трудомісткий процес
збирання і повторної переробки
використаної плівки.
Розроблено
і впроваджено у промислове виробництво
процес одержання поліетиленових
фоторозкладувальних композицій і
плівок на їх основі — рецептури 108-70 і
158-70. Термін використання таких плівок
3—3,5 міс., товщина 80—120 мкм.
Фоторозкладувальні
плівки (ФРП) пройшли токсикологічні і
санітарно-хімічні дослідження і
дозволені МОЗ для застосування в
сільському господарстві при
короткотривалому контакті з воло-
говмісними, нежирними, а також сухими
продуктами як вторинна упаковка
харчових продуктів (плівки для групової
упаковки продуктів харчування).
На
основі базових фоторозкладувальних
композицій розроблено широкий
асортимент модифікованих плівок з
метою регулювання термінів використання
і надання їм спеціальних властивостей.
Так, при радіаційному опроміненні ФРП
гамма- променями або швидкими електронами
термін їх використання скорочується
до 2 тижнів — 1,5 міс.
Крім
того, досліджено можливість одержання
ФРП на основі відходів ПЕВТ, які
утворилися в результаті збору використаної
сільськогосподарської плівки. Ефективним
модифікатором є низькомолекулярний
поліетилен — відходи синтезу ПЕВТ.
Головні
проблеми під час упровадження нових
БРП і ФРП — це можливість утворення
небажаних продуктів розкладу чи
забруднення харчових продуктів від
передчасного розкладання споживчої
тари з цих полімерів.
Основними
напрямами сучасного розвитку полімерних
пакувальних матеріалів є:
створення
нових економічних видів пакувальних
матеріалів і раціональних пакувань,
що надійно захищають продукти від дії
навколишнього середовища й забезпечують
їм тривале зберігання;
розроблення
і впровадження полімерів і пакувальних
матеріалів на їх основі з передбачуваними
властивостями;
створення
технологій та обладнання для утилізації
й видалення відходів полімерних
матеріалів.
Біопластики
створюють різними способами.
Перспективним
вважається селекція спеціальних штамів
мікроорганізмів, здатних здійснювати
деструкцію полімерів. Прикладом
може служити полівініловий спирт, який
розщеплює фермент бактерій Pseudomonas
SP.
Розроблено
синтез біорозкладувальних полімерів
методом біотехнології, зокрема, одержано
мікробний поліоксибутират, що близький
до ПЕ і 1111. Цей матеріал і вироби з нього
розкладаються мікроорганізмами, а
також ферментами плазми тканин тварин.
Англійська фірма «ICI»
створила нові полімерні матеріали
за допомогою бактерій на натуральних
субстратах з використанням цукру,
етанолу, суміші діоксиду вуглецю і
водню. Цей полімер (полі-3-гідроксибутират)
нестійкий до дії розчинників і має
низьку теплостійкість. Поєднання його
з продуктом бактеріального синтезу
(полі-3-гідроксивалеріанова кислота)
забезпечує отримання нового продукту
Bipol, який повністю
розкладається мікроорганізмами протягом
кількох тижнів.
Новим
спрямуванням є синтез біорозкладувальних
полімерних матеріалів з хімічною
структурою, близькою до структури
природних полімерів. Прикладом можна
вважати складний поліефір аліфатичного
ряду зі структурою, аналогічною
поліоксиаце- лобутирату целюлози.
Синтетично отримано кілька полімерів:
аналог лігніну (метоксиоксистирол),
біодеструктурований поліамід,
складний поліефір на основі молочної
і фенілмолочної кислот, що розкладається
мікроорганізмами.
Біорозкладувальні
матеріали готують при змішуванні
крохмалю, полівінілового спирту,
відходів переробки соєвих бобів і
гліцерину, як пластифікатора. При
збільшенні частки полівінілового
спирту і відходів переробки соєвих
бобів, межа міцності матеріалу на
основі крохмалю спочатку збільшується,
а потім знижується. Міцність на
розрив знижувалась при збільшенні
кількості соєвих продуктів, але
спочатку зростала, а потім знижувалась
при підвищенні кількості полівінілового
спирту. Паперовий порошок
і
CaCO3 трохи збільшували
міцність плівки на основі крохмалю,
але помітно зменшували її розтягування.
Оптимальні механічні властивості
виявлені у матеріалі, який виготовлений
із 60 % крохмалю, 10 % соєвих продуктів,
6 % полівінілового спирту, 10 % гліцерину
і 2 % CaCO3.
Запатентовано
бар'єрний шар у вигляді плівки із
високомоле- кулярного спирту. Товщина
його становить близько 1 мм.
Завдяки цьому шару запобігається
проникнення жиру, вологи і ароматичних
сполук на етикетковий папір. Розчинність
використаного високомолекулярного
спирту при температурі 25 °С становить
понад 50 г на 100
г води. Спирт підбирають із групи,
що включає маніт, еритрит та ізомальт.
До складу матеріалу бар'єрного шару
може входити близько 80 %
маніту і 20 % іншого
високомолеку- лярного спирту або його
похідного.
Зберіганням
подрібненої яловичини, упакованої в
оболонку з модифікованою атмосферою,
що містить 80 % кисню і 20 % вуглекислого
газу при температурі 0...+4 °С протягом
10 діб виявлено, що дослідні зразки
набули більш вираженого забарвлення,
а вміст аеробної мікрофлори збільшився
до 9 ■ 105 од/г. Смак дослідних
зразків трохи погіршувався після 6 діб
зберігання.
Інтенсивно
розробляються матеріали з використанням
відновлюючих біологічних ресурсів.
Найбільшого практичного застосування
в упаковці продукції набувають матеріали
на основі крохмалю або його сумішей
із синтетичними полімерами.
Екструзією
суміші кукурудзяного крохмалю і
мікрокристалічної целюлози та
метилцелюлози, з добавками пластифікаторів
(поліолів) або без них, одержано
«їстівні» плівки,
що призначені для пакування харчових
продуктів. Вони мають високу сорбцій-
ну здатність, у тому числі до радіонуклідів,
іонів важких металів та інших шкідливих
сполук, що суттєво підвищує чистоту
продовольчих товарів. Здатність
їстівних плівок утримувати (іммобілізувати)
різні сполуки, дає змогу збагачувати
продукти харчування корисними
речовинами (мінеральними солями,
вітамінами, комплексами мікроелементів
тощо). Можливе також введення в їстівну
плівку спеціальних добавок
(ароматизаторів, барвників) для
регулювання смакоароматичних
властивостей упакованого продукту.
«Їстівну»
упаковку виготовляють із молочного
протеїну — казеїну, який конвертується
у водонепроникне покриття. Казеїн
буває структурованим у вигляді
листів, а більш тонкі плівки можуть
наноситись безпосередньо на продукт.
Завдяки цьому продукт захищається від
забруднення і псування, оскільки казеїн
забезпечує певну бар'єрну дію.
Харчові
казеїнові плівки підтримують вологість
продукту і можуть використовуватись
для упаковки сиру, а ламінований
плівковий казеїн — для
йогуртів.
Запатентовано
шлангоподібну їстівну оболонку для
харчових продуктів, яка містить 20—70 %
целюлози із середнім ступенем
полімеризації, 5—50 % білка казеїну,
солі, глютину, зеїну, гороху, 10—70 %
наповнювача із пшеничних висівок,
хітозану, мікрокристалічної целюлози,
крохмалю воскоподібної кукурудзи.
Вологість оболонки складає 16—18
%.
Перспективною
сировиною для виробництва біопластику
вважається кукурудзяний крохмаль,
який використовується компанією
CRC. Отримані
матеріали застосовують для пакування
сухих харчових продуктів (типу тарілок,
пакувальних пакетів для напівфабрикатів,
круп, цукерок та інших твердих продуктів).
Ці пакувальні матеріали переробляють
мікроорганізми ґрунту, розкладаючи
складові компоненти їх структури до
діоксиду вуглецю і води.
Досліджено
«їстівні» плівки із картопляного
крохмалю, які здатні одразу розчинятися
у гарячій воді. Прискорює формування
поперечних зв'язків епігідрин, а для
інтенсифікації процесів формування
плівки застосовують карбоксиметилцелюлозу.
Запатентовано
крохмаловмістиму, рукавоподібну
оболонку для харчових продуктів з
переносним покриттям. Вона може бути
одно- або багатошарова і складається
із суміші термопластичного крохмалю
або його похідного та іншого полімеру,
вибраного із поліактиду, полікапролактону,
складного і простого поліефіруретанів,
поліалкиленкарбонату. Комбінують ці
сполуки з допустимими для харчових
продуктів поліцукрами модифікованого
крохмалю, декстрину, альгінату,
метилцелюлози, пектину, желатину, хітину
та інших речовин. Співвідношення
термопластичного крохмалю і його
термопластичного похідного до іншого
полімеру складає 90:10 - 10:90.
Із
соєвого білкового ізоляту і
карбоксиметилцелюлози з додаванням
пластифікатора гліцерину, виготовлено
плівку, розчинну у гарячій воді.
Оптимальною температурою сушіння
вважається 50 °С, вміст соєвого білкового
ізоляту — 4,5 %, карбоксиметил- целюлози
— 0,7 % і гліцерину — 1 %.
Вивчено
вплив добавок гліцерину і соєвої олії
на фізичні властивості комбінованих
плівок на основі білкового ізоляту
молочної сироватки. Збільшення
концентрації олії зумовлює ріст
величини відносного подовження,
температури затвердіння і веде до
зменшення рівноважної вологості плівки,
міцності на розрив і модуля пружності,
але не впливає на проникність водяної
пари.
При
підвищенні концентрації гліцерину
зростає величина відносного
подовження, рівноважної вологості
плівки і знижується температура
затвердіння, модуль пружності, міцність
на розрив і непрозорість плівки.
Білкова
плівка, збагачена гліадином або
глютиніном, при тепловому обробітку
(55—75 °С) стає більш жорсткою, менш розтя-
гувальною і проникність її до водяної
пари знижується. Крім того, у неї
змінюється колір. Регулювання режиму
теплового обробітку дозволяє оптимізувати
властивості плівок із гліадіну і
глютеніну.
Білкові
плівки характеризуються добрими
бар'єрними властивостями до газів
при низькій і середній відносній
вологості, але низькими щодо води.
Модифіковані плівки із желатину мають
на 20 % знижену розчинність, а найбільше
зниження проникності для парів води
(на 35 %) виявлено у плівок,
модифікованих ферментом
(трансглютамінозою). Обробіток
формальдегідом підвищує розривну
міцність плівок приблизно на 60 %. При
модифікації збільшується також
термічна стійкість у поєднанні з ростом
температури плавлення.
Розроблено
технологію композитних плівок із
пшеничної клейковини і ацетатфталату
целюлози. Бар'єрні властивості цих
плівок залежать від співвідношення
компонентів. Проникність композитних
плівок для вологи і кисню нижча, ніж
плівок із чистої клейковини і
целюлози. З підвищенням концентрації
клейковини у плівці її розчинність у
кислоті і механічна міцність знижуються.
Плівка
виготовлена із 6,5 %-ї емульсії сироваткового
білка, в яку додавали гліцерин і до 0,1
% стеаринової кислоти. Збільшення
концентрації останньої приводить до
зниження проникності плівки для водяної
пари і розчинності білка, але механічні
властивості плівки при цьому
погіршуються.
За
науковими даними, нанесені на полімерну
упаковку препарати Полісепт і Аллюцид
забезпечують тривале зберігання
хлібобулочних, м'ясних, рибних,
овочевих та інших продуктів.
Плівка
на основі зеїну попереджує окислення
горіхів і суттєво поліпшує якість
продукту після тривалого зберігання.
На основі проведених досліджень
тривалість зберігання продукту при 20
°С може досягати 250 діб.
Спеціалісти
компанії «Novamont»
створили спеціальні види біопластика,
які розкладаються в природному
середовищі, і запатентували його
під загальною назвою «Mater-Bi».
На
світовому ринку упаковки група
біорозкладувальних пластиків на
основі природних матеріалів представлена
марками Novon ™, Biopacim,
Bioflexim.
Найбільшу
частку у випуску синтетичних продуктів
з активним біорозкладувальним
наповнювачем крохмалем займає матеріал
Masner-BITM
(Італія), марок AT 05H,
A 105H, AB
05H, AB 06H,
AF 10H. Композит
отримують на основі суміші крохмалю
з полікапролактоном або ЕВС. Він високо
економічний, розкладається у ґрунті
як в аеробних, так і в анаеробних умовах
без виділення шкідливих продуктів і
твердих залишків протягом 60 діб, а також
у воді і в компості. У воді швидко
вимивається пластифікатор. Основними
способами переробки залежно від марок
є екструзія, термоформування, лиття
під тиском, штампування.
Розроблено
харчовий плівкоутворюючий склад на
основі речовини, отриманої внаслідок
взаємодії продуктів гідролізу цукрози
і гліцерину з фосфоровмісними моноефірами
гліцерину. Цей склад у вигляді
низькоконцентрованих водних емульсій
здатний утворювати плівкові покриття
на об' єкті нанесення різної товщини
залежно від концентрації плівкоутворюючої
речовини і емульсії покриття. Утворене
плівкове покриття затрудняє дифузію
кисню і діоксиду вуглецю з повітря
крізь матриці з нанесеними покриттями
залежно від концентрації плівкоутворюючої
речовини і емульсії.
У
США працює найкрупніший у світі завод
з виробництва пластмас (140 тис. т на рік)
методом полімеризації молочної кислоти,
які розкладаються біологічним шляхом.
Матеріалом для виготовлення таких
упаковок можуть служити плівки із
суміші кукурудзяного крохмалю і
полімерної молочної кислоти, екструдо-
ваного кукурудзяного борошна, суміші
картопляного крохмалю з вапняком і
паперовими волокнами, екструдованого
кукурудзяного крохмалю з бутандіалом
і терефталевою кислотою. Товщина стінок
упаковок із таких матеріалів становить
15—40 мм. Основним недоліком цих
матеріалів є їх висока вартість, яка
більш, ніж у 2 рази перевищує вартість
полістиролу і поліпропілену.
Компанія
Metabolix Inc
виробляє РНА (polyhydroxyalkanoates)
— біопластики екологічно чисті,
вологостійкі, що розкладаються у
морській воді та інших анаеробних
середовищах. Вони бувають жорсткі і
високоеластичні, які можуть
використовуватись як адгезиви і
покриття. Крім цього, додаванням
РНА-біопластиків можна покращити
властивості інших біо- і синтетичних
полімерів.
В
Австрії і Швеції Mc Donald's
пропонує у своїх ресторанах «кукурудзяні»
виделки і ножі.
Біопластики
на основі природних полімерів можна
виготовляти кількома способами.
Поширеним є метод отримання співполімерів,
у молекулярні ланцюги яких входять
сполуки, які легко руйнуються
під
впливом мікроорганізмів. Перспективним
вважається створення композицій, що
містять, крім високомолекулярної
основи, органічні наповнювачі
(крохмаль, целюлозу, амілопектин,
декстрин), і є поживним середовищем
для мікроорганізмів.
Біорозкладувальні
полімери, створені раніше, являли
собою суміші звичайних полімерів з
крохмалем, але вони не повністю
біорозкладаються, а лише розпадаються
на дрібні частинки. В останні роки
розроблено цілий ряд нових
біорозкладувальних пластиків. Двадцять
п'ять провідних фірм світу виробляють
біо- розкладувальні матеріали у
великій кількості (табл. 5.12).
Таблиця
5.12
ВИРОБНИКИ
БІОРОЗКЛАДУВАЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ |
Назва продукції і її використання |
Archer Danlel Co |
Полілактиди, полігідроксибутирати |
BASF (Німеччина) |
Поліефіри Ecoflex, Eastar Bio |
BAYER AG. (Німеччина) |
Поліефіраміди, близькі за властивостями до ПЕНГ. Поліефіраміди, під торговою назвою ВАК (термопластичний, частково кристалічний полімер), може перероблятися як звичайні термопласти: литтям під тиском, екструзією. Можливе отримання волокна. Вироби можуть бути прозорі й матові. Пластичність може змінюватись шляхом змішування з різними наповнювачами |
Biotec Gmb. H. |
Крохмаленаповнюючий пластик — «Біопласт» для мішків під компост, виготовлення посуду |
Cargill Inc. (США) |
Полілактиди — Eco-PLA для лиття під тиском, термоформування, одержання нетканого полотна |
CSM. N.V. (Голландія) разом з фірмою Cargill Inc. |
Поліактиди для медицини і фармацевтичної промисловості |
DAICEL Chem. Ind. Ltd (Токіо) |
Композити на основі полілактиду, ацетату целюлози |
Du Pont Co. |
Полілактиди з молока, сиру і кукурудзи ECO Chem., співполімер з поліефіром Biomax |
EASTMAN (США) |
Поліефіри, для оцінки біорозкладування яких використовують радіоактивні ізотопи |
En PAC (США) |
Продукція на основі крохмалю |
Mitsul Toatsu Chem. Ltd. (Японія) |
Продукція на основі крохмалю і полілактиду |
Фірма |
Назва продукції і її використання |
Monsanto Co. (Італія) разом з ICI. Zeneto Ltd. (Англія) |
Співполімер полігідроксибутират/валерату, який застосовують у Європі і Японії для виробництва пляшок, зубних щіток та ін. |
NESTLE OY Chem. І Primalco (Фінляндія) |
Полілактиди і крохмалевмісні пластики |
Novamont (Італія) |
Матеріали Master-Bi для лиття під тиском, одержання плівок |
Novon Int. (Італія) |
Три продукти: полі-Novon з добавкою крохмалю, Warner-Lambert-полімери і Aqua-Novon — водорозчинні полімери на основі полілактиду за технологією Churchill |
Planet-Polimer в союзі з Nippon Mitsubishi (Японія) |
Випускається 20 типів Enviro Plastics — водорозчинних, компостованих, фоторозкладувальних полімерів для лиття під тиском, Aquarbo — полівініловий спирт для плівок з роздувом для медицини |
Rohman and Haas Co. (Сеул) |
Поліаспаргати, водорозчинні диспергатори для пральних порошків |
Shimodzu Co. (Японія) |
Прозорі, безколірні для оптики покращені полілакти- ди — Lacty для лиття під тиском. Компанія відливає деталі медичного призначення, космічної техніки |
Sowa Denko (Японія) |
Спеціальні аліфатичні поліефіри Bionolle, співполімери полібутилен/сукцинат і полібутилен/сукцинат/ адипінат — м'які, білі, кристалічні поліефіри з високою міцністю |
Solvsy S. A. (Бельгія) |
Поліактиди для різного застосування |
Sunkyong Ltd.(Корея) |
Аліфатичні поліефіри Sky Green |
Union Carbide Corp. (США) |
Полілактиди з високомолекулярною масою. Використовують у Європі для одержання плівок і мішків з них для харчових відходів. Корпорація випускає високомолекулярний, водорозчинний і біорозкладувальний поліефір Polyox |
В
університеті Camson розроблені
біорозкладувальні плівки для упаковки
продовольчих товарів, які забезпечують
їх захист від дії мікробів E.
Coli, salmonella
і listeria monocytogenes.
До складу плівок входять нізин і
антибактеріальні ферменти, виділені
із непатогенних бактерій, які добавляють
до йогуртів. Плівки готують змішуванням
продуктів переробки сої, злакових із
гліцерином з додаванням нізину.
Найбільш
розповсюдженими біорозкладувальними
матеріалами є полілактиди водостійкі,
які біорозкладаються гідролізом до
СО2, води і метану. Їх застосовують
для виготовлення ламінованого
пакувального паперу, посуду для
мікрохвильових печей, мішків для
відходів, разового посуду, обгорток
для харчових продуктів. Полілактиди
мають ряд переваг порівняно з
полістиролом (табл. 5.13).
Таблиця
5.13
ПОРІВНЯЛЬНА
ХАРАКТЕРИСТИКА ВЛАСТИВОСТЕЙ ПОЛІЛАКТИДУ
І ПОЛІСТИРОЛУ |
Полілактид |
Полістирол |
Питома вага, г/см3 |
1,26 |
1,04 |
Температура плавлення, °С |
175 |
90—95 |
Міцність при розтягуванні, МПа |
50 |
50 |
Модуль пружності при згинанні, МПа |
34-70 |
3500 |
Міцність при згинанні, МПа |
102 |
100 |
Ударна в'язкість, по Ізоду, Дж/м2 |
18 |
20 |
Теплостійкість під навантаженням за Віка, °С |
51 |
107 |
Молекулярна маса, г/моль |
5000—10000 |
— |
Проникність водяної пари за 24 год, г/м2 |
72—300 |
15—4 |
Подовження при розтягуванні, % |
216—223 |
1—1,5 |
Плівка
із співполімерів молочної кислоти може
розкладатися також під дією ультрафіолетових
променів при довжині хвилі 290—320 нм. Їх
поділяють на дві групи, одна з яких
містить світлочутливий компонент,
наприклад, співполімер оксиду вуглецю
або вінілкетону. Другу групу отримують
з використанням добавок, що являють
собою ароматичні кетони, комплекси
металів на основі дитіокарбонатних
комплексів заліза, нікелю і кобальту.
Під дією УФ-променів комплекс заліза
стає фотосенсибілізатором, а нікелеві
і кобальтові сполуки діють як регулятори
цього процесу.
До
фоторозкладувальних полімерів, які
знайшли широке застосування, належать
співполімери етилену з окисом вуглецю,
етилену або стиролу з вінілкетоном.
Вінілкетонові співполімери випускають
під назвою Ecolite. Вони
близькі за властивостями з поліетиленом
і полістиролом та зручні для формування
харчових підносів, мішків для сміття
і сільського господарства.
У
числі біорозкладувальних матеріалів
важливе місце займають поліоксиалконоати,
які синтезуються в готовому вигляді
за