Тема 5. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТАРЫ И УПАКОВКИ

Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
Тема 5. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТАРЫ И УПАКОВКИ
5.1. Классификация материалов для производства тары и упаковки
В настоящее время упаковку производят из бумаги и картона,
пластмассы, металлов, стекла, дерева, текстиля. При изготовлении упаковки используются в основном такие материалы, как бумага, картон,
гофрокартон, дерево, стекло, металлы, полимерные синтетические материалы. По происхождению эти материалы могут быть природными, синтетическими и комбинированными.
Процентное соотношение применяемых материалов в разных странах
различно (таблица 5.1).
Таблица 5.1 Материалы для производства тары и упаковки
Материалы, %
США
Россия
Страны Европы
Бумага и картон
52,3
37,6
40,0
Пластмассы
15,9
21,0
29,5
Металл
24,4
21,4
18,5
Стекло
7,4
14,7
8,0
Дерево
5,3
4,0
По своей исходной форме материалы могут быть твердые (листовые,
рулонные, профильно-ориентированные, фасонные); жидкие, пастообразные и сыпучие (порошковые и гранулированные).
По способу обработки материалы подразделяются на однослойные и
многослойные. Их получают путем прессования, штамповки, проката,
склеивания сварки, отливки, экструдирования. Кроме того, упаковочные
материалы различаются по виду поверхностной обработки, текстуре, фактуре, по художественному оформлению (запечатанные, тисненые, окрашенные).
5.2. Основные характеристики и способы получения упаковочных
материалов
5.2.1 Картонно-бумажная тара
Достоинства:
•
относительная прочность при транспортировке;
•
легкость;
•
компактность;
•
возможность упаковывать самых разнообразных продуктов;
•
высокая экологичность – картон разлагается на 100 %;
•
при необходимости высокая белизна;
•
непрозрачность;
•
хорошие печатные свойства;
1
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
теплостойкость.
Недостатки:
•
низкие барьерные свойства для газов, паров, аромата (запаха);
•
высокая гигроскопичность и намокаемость;
•
потеря прочности во влажном состоянии (низкая влагопрочность);
•
невозможность термосваривания (только склеивание).
С появлением книгопечатания, производство бумаги быстро возрастало. Но в то время она изготовлялась примитивно ручным измельчением
бумажной массы деревянными молотками в ступе. В 17 в. был изобретен
размалывающий агрегат, а в 1799г. бумагоделательная машина с механизированным отливом.
В настоящее время производство бумаги на бумажных фабриках
осуществляется из полуфабрикатов, получаемых на целлюлозно-бумажных
комбинатах. Основными полуфабрикатами для производства бумаги служат техническая целлюлоза, целлюлоза однолетних растений (тростник,
солома), полуцеллюлоза, целлюлоза высокого выхода, древесная и механическая масса, макулатура. Для специальных видов бумаги используется
асбест, шерсть, лен, хлопок и другие волокна.
Свойства бумаги зависят от ее плотности, строения волокон, технологии производства, наполнителей, клеящих веществ и отделки. Прочность
листов бумаги и картона определяется степенью помола бумажной массы,
механическим сцеплением волокон и дополнительным сцеплением при их
химической обработке. Такое сочетание и переплетение волокон играет
существенную роль в обеспечении прочности и других механических
свойств бумаги.
•
5.2.1.1 Технология бумаги
Производство бумаги складывается из следующих процессов:
- приготовление бумажной массы – составление композиции, размол,
проклейка, наполнение и окраска бумажной массы;
- выработка бумаги на бумагоделательной машине – разбавление
водой, сортирование и очистка массы от загрязнений, отлив, прессование и
сушка, первичная отделка;
- окончательная отделка – каландроваиие, резка; сортировка и упаковка.
При размоле в дисковых и конических мельницах волокна технической целлюлозы получают требуемые размеры и физические свойства. Для
придания бумаге определенных качеств в бумажную массу вводят канифольный клей, парафиновую эмульсию, глинозем и другие вещества. Эта
операция называется проклейкой. Для повышения связи между волокнами и
увеличения механической прочности и жесткости вводятся модифицированный крахмал и связующие. Увеличение влагостойкости достигается
добавлением в массу формальдегидных смол. Повышение белизны, глад2
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
кости, мягкости, непрозрачности и улучшения печатных свойств обеспечивается минеральными (каолин, мол, тальк) наполнителями и анилиновыми красителями.
Готовая бумажная масса насосом перекачивается из подготовительного отделения в мешальный бассейн, оттуда поступает на бумагоделательную машину. Предварительно масса разбавляется оборотной водой и
очищается в вихревых и конических очистителях.
Бумагоделательная машина с плоской сеткой шириной до 9000 мм
обеспечивает производительность более 110 тыс. тонн бумаги в год. Бумажная масса непрерывным потоком вытекает на движущуюся сетку машины, на которой происходит отлив, обезвоживание и уплотнение бумажного полотна. Дальнейшее обезвоживание и уплотнение полотна происходит в прессовой части машины. Бумажное полотно проходит между
валами вместе с сукном, в которое отжимается часть влаги из бумаги.
Окончательное удаление влаги происходит в сушильной части машины,
которая состоит из сушильных и сукносушильных шлифованных чугунных
цилиндров. При соприкосновении с ними бумага высушивается и выглаживается. Затем полотно направляется в каландр для машинной отделки.
Проходя между валами каландра, бумага становится еще более гладкой,
окончательно уплотняется и выравнивается по толщине.
Рисунок 5.1 Схема бумагоделательной машины:
1 – смесительное устройство; 2 – сетка; 3 – грудной вал; 4 – отсасывающий
гауч-вал; 5 – регистровые валы; 6 – отсасывающие ящики; 7 – ровнительный
вал; 8 – прессы; 9 – пресс; 10 – сушильные цилиндры; 11 – холодильные
цилиндры; 12 – каландр; 13 – накат для готовой бумаги
С бумагоделательной машины широкое полотно направляется на
продольно-резательный станок для нарезки на рулоны и листы нужного
формата. Рулоны упаковываются на ролево-упаковочном станке, а листы
сортируются и упаковываются в кипы.
3
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
5.2.1.2 Технология изготовления картона
Картон изготавливается на картоноделательных машинах. Для картона
обычно применяют более грубые волокна, жесткую сульфатную целлюлозу, полуцеллюлозу, механическую массу и макулатуру. Картон выпускается:
однослойным, с покровным слоем и многослойным.
Конструкция машин для выпуска однослойного картона ничем не
отличается от бумагоделательных машин, но они мощнее.
Для производства картона с покровным слоем над сеточным столом
устанавливается еще один напорный ящик (он находится над отсасывающими ящиками). Покровный слой делается либо из другой композиции,
либо из такой же композиции, но более высокого помола. Ряд свойств
картона (например, прочность) зависит от свойств наружного слоя, особенно для многослойного картона. Многослойный картон массой 1 м2
приблизительно 400…500 г может вырабатываться в рулонах (толщина
такого картона не более 0,5 мм).
Многослойный картон толщиной 1 мм и выше, вырабатывается в
листах. Исторически сначала стали вырабатывать листовой картон (300 лет
назад при Петре I).
Подготовка массы для картона состоит из тех же стадий, что и для
бумаги. Отличие только в том, что для большинства видов картона используются волокна более грубые и прочные. Толстые картоны режут сразу
на листы в мокром виде до прессования, а потом сушат.
Изготовление многослойного листового картона на папочной
машине.
Основным формующим элементом папочной машины является сеточный цилиндр, погруженный в ванну с волокнистой суспензией (рисунок
5.2).
9
5
6
4
2
8
3
7
1
Рис. 5.2 Схема папочной машины для листового картона:
1 – ванна; 2 – сеточный цилиндр; 3 – съемное сукно; 4 – съемный валик;
5 – форматный вал; 6 – приводной вал; 7 – сукноведущие валики;
8 – спрыск; 9 – спрыск для промывки сетки
4
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
Формование бумажного слоя на сеточном цилиндре происходит за
счет фильтрации суспензии через сетку цилиндра: вода проникает внутрь
цилиндра, а волокна задерживаются на сетке, формируя тонкий волокнистый слой (папку). Внутри цилиндра слив устроен таким образом, чтобы
можно было поддерживать уровень жидкости внутри ниже, чем в ванне. За
счет этого создается гидростатический напор. При вращении цилиндра на
его поверхности откладывается слой волокна. При помощи съемного валика
сукном снимается тонкий слой и отводится на форматный вал для намотки
на него необходимого количества слоев. Вдоль вала имеется канавка, по
которой обрезается лист.
Машина также снабжена сукномойкой для сукна. Для увеличения
производства (минимум вдвое) устанавливают еще сеточный цилиндр.
Масса мокрого слоя на сеточном цилиндре обычно составляет 30…120 г/м2,
наиболее рациональная величина должна составлять 50…60 г/м2. Концентрация волокнистой суспензии в ванне может варьироваться в пределах
0,1…0,3 %.
На папочной машине для прессования используют гидравлические
прессы. Чаще всего прессуют пачку, режим прессования зависит от качества и толщины картона. После прессования картон направляют на сушку.
Изготовление многослойного ролевого картона
Для изготовления ролевого картона применяют многоцилиндровые,
плоскосеточные и комбинированные картоноделательные машины, имеющие мокрую, сушильную и отделочную части.
Многоцилиндровые картоноделательные машины применяют для
изготовления многослойного картона массой от 200 до 1200 г/м2. Машины
имеют до восьми сеточных цилиндров. Многослойный ролевой картон состоит из нескольких элементарных слоев; он значительно прочнее, чем
картон такой же толщины, изготовленный отливом одного слоя на плоскосеточной машине. Схема многоцилиндровой круглосеточной картоноделательной машины представлена на рис. 5.3.
Сеточная часть машины состоит из восьми ванн с сеточными цилиндрами диаметром по 1500 мм. Предварительная прессовая часть состоит
из двух обычных, двух отсасывающих прессов и отсасывающего
гауч-пресса. Основная прессовая часть включает три отсасывающих пресса
и сглаживающий пресс. Между вторым и третьим отсасывающими прессами расположены шесть картоносушильных и два сукносушильных цилиндра. Основная сушильная часть имеет закрытый колпак. Между каландрами установлены два картоносушильных и два холодильных цилиндра. Между 36-м и 37-м цилиндрами установлен клеильный пресс для
проклейки картона с поверхности. Машина оснащена двумя 8-вальными
каландрами и накатом барабанного типа.
5
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
Рисунок 5.3 Картоноделательная круглосеточная машина:
1 – ванна с цилиндрами; 2 – прижимный валик; 3 – поворотный вал;
4, 6 – предварительные обычные прессы; 5, 7 – предварительные отсасывающие
цилиндры; 8 – отсасывающий гауч-вал; 9, 10, 13 – первый, второй и третий отсасывающие прессы основной прессовой части; 11 – картоносушильные цилиндры; 12 – сукносушильные цилиндры; 14 – сглаживающий пресс; 15 – клеильный пресс; 16 – каландр;
17 – досушивающие картоносушильные цилиндры; 18 – холодильные цилиндры; 19 –
периферический (барабанный) накат
На цилиндровых машинах изготавливается тарный толстый картон
для складных коробок. Большим экономическим преимуществом является
возможность использовать качественные первичные волокна только на
наружные слои картона, а на внутренние использовать низкосортные, макулатурные.
В зависимости от назначения и физико-механических свойств картон
подразделяют на тарный, полиграфический, обувной, строительный,
электроизоляционный и прочий технический. Особое место занимает производство гофрированного картона на специальных агрегатах. Для упаковки пищевых продуктов и других товаров наряду с оберточными и упаковочными видами применяются также писчая, типографская и некоторые
другие виды бумаги и картона.
Писчая и типографская бумага
Для изготовления потребительской тары и упаковки пищевых продуктов используются отдельные сорта писчей бумаги по ГОСТ 18510-87,
отличающиеся гладкостью и белизной, хорошо воспринимающие печать.
Применяется бумага плотностью 70....90 г/м2, а также более тонкая и прозрачная плотностью 30…40 г/м2. Более плотная, используется в качестве
основы для нанесения покрытия, тонкая применяется для каширования
6
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
алюминиевой фольгой.
Из типографских сортов бумаги по ГОСТ 9095-89 для изготовления
пакетов используется бумага плотностью 50....75 r/м2. Эта бумага достаточно долго сохраняет качество, хорошо воспринимает печать, пригодна
для нанесения покрытия и использования в рулонных фасовочно-упаковочных машинах.
Для изготовления пакетов можно использовать односторонне гладкую плакатную бумагу белого цвета повышенной стойкости по ГОСТ
21444-75 плотностью 60....90 г/м2. Эта бумага хорошо кашируется алюминиевой фольгой.
Упаковочная бумага
Характерными свойствами упаковочных сортов бумаги являются
большая прочность и гибкость. Отечественной промышленностью выпускается в рулонах бумага оберточная по ГОСТ 8828-75 и мешочная по ГОСТ
2228-82.
Это высокопрочная, вязкоупругая бумага желто-коричневого цвета
плотностью 40...200 г/м2. Бумага наиболее пригодна для изготовления пакетов, мешков и полужестких упаковочных форм.
Для наружных слоев бумажных мешков применяется влагопрочная
мешочная бумага, получаемая добавлением в бумажную массу в процессе
изготовления бумаги меламиновой или карбомидной смол. Высокорастяжимая мешочная бумага производится путем микрокрепирования ее на
бумагоделательных машинах. Специальным сортом мешочной бумаги является крафт-бумага, вырабатываемая из особо прочной, так называемой
крафт-целлюлозы. Эта бумага успешно применяется при изготовлении
мешков для цемента, удобрений и других сыпучих материалов и продуктов.
Отдельные сорта оберточной и мешочной бумаги вырабатываются из
беленной целлюлозы, хорошо воспринимают печать, имеют привлекательный вид, легко комбинируются с полиэтиленом, алюминиевой фольгой,
удобны для применения в фасовочно-упаковочных машинах.
Пергамент и пергамин
Пергамент по ГОСТ 1341-84 выпускается в рулонах и листах. Производится путем обработки непроклееной хлопковой или целлюлозной
бумаги серной кислотой с последующей нейтрализацией содой и промывкой водой. В результате такой обработки из целлюлозных волокон образуется амилоид, закрывающий все поры в бумаге и придающий ей непроницаемость для газов и жидкостей.
Пергамент имеет плотность 30...150 г/м2. Отличается высокой прочностью и вязкоупругостью, полупрозрачен. Обладает высокой жиростойкостью. Применяется для упаковки чая, табака, сливочного масла.
Пергамин (подпергамент) по ГОСТ 1760-86 изготовляется из целлюлозных волокон более низкого качества путем длительного размола
целлюлозы. Плотность – 40...50 г/м2. Используется в качестве заменителя
7
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
пергамента при изготовлении потребительской тары и внутренней подкладки пакетов.
Бумага парафинированная
Выпускается по ГОСТ 9569-79. Представляет собой пропитанную
парафином и воском бумагу. Эта бумага значительно превосходит непропитанные сорта упаковочной бумаги по водо- и паронепроницаемости.
Этикеточная бумага
Применяется для изготовления этикеток к различным упаковкам. К
основным видам этикеточной бумаги относятся односторонне мелованные
и металлизированные, в том числе с голографическим рисунком. Мелованная этикеточная бумага может быть влагостойкой и невлагостойкой.
Для сухой упаковки шоколада, конфет, печенья, сигаретных пачек и
других продуктов применяется невлагостойкая этикеточная бумага. Этикетки для возвратных бутылок, банок, ПЭТ-бутылок изготавливаются из
влагостойкой этикетной бумаги, содержащей в своем составе специальные
смолы.
Элитная этикеточная бумага чисто целлюлозная тонированная, тисненая предназначается для изготовления престижных этикеток на возвратную тару. Высоковакуумная металлизированная бумага, внешне похожая на алюминиевую фольгу, устойчива к воздействию влаги, жира,
раствора соды, не пропускает свет и газы. Что делает ее идеальным материалом не только для высококачественных этикеток, но и для упаковки в
целом.
Плотность этикеточной бумаги от 70 до 120 г/м2. Высокая прочность
и малое удлинение этикеточной бумаги допускают использование ее на
высокоскоростных печатных машинах и упаковочных линиях.
Дизайнерская (элитная) бумага
Для создания фирменного стиля упаковки ценных товаров созданы
специальные элитные виды бумаги с различной текстурой, окраской, микровключениями. Такая бумага за счет включения в ее структуру фетровых
волокон, длинноволокнистой целлюлозы, хлопка и других добавок может
имитировать дорогие и благородные ткани. Элитная бумага «Гавана» воспроизводит фактуру и цвет дорогого табачного листа, позволяющего создать неповторимую упаковку сигар и других табачных изделий.
Дизайнерские коллекции бумаги пригодны практически для всех
способов печати.
Конторско-типографский картон
Двухслойный картон плотностью 350....450 г/м2 по ГОСТ 7950-77
имеет лицевую сторону белого цвета и коричнево-серую обратную. Хорошая гладкость и белизна этого картона обеспечивают ему хорошее восприятие печати. Благодаря достаточно высокой прочности и жесткости
успешно применяется в упаковке при изготовлении различных коробок.
8
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
Картон тарный сплошной
Сплошной склеенный картон для изготовления тары выпускается по
ГОСТ 9421-80. Для оклеивания картона в процессе его производства применяется жидкое натриевое стекло (силикатный клей) или другой клей,
обеспечивающий необходимую прочность склейки.
В тароупаковочном производстве используется картон машинной
гладкости двухслойный или трехслойный с различными защитными слоями.
В настоящее время выбор упаковочных материалов, в частности бумаги и картона значительно расширился за счет создания новых более совершенных видов и сортов, выпускаемых отечественными и зарубежными
предприятиями и фирмами.
Картон гофрированный
Занимает выдающееся место среди упаковочных материалов. Этот
картон состоит из одного или нескольких слоев гофрированной бумаги-флютинга и одного или нескольких плоских слоев картона-лайнера, которые соединены между собой при помощи клея. Можно считать, что в
процессе разработки гофротары конструируется и материал для се изготовления. Из основных компонентов гофрокартона лайнера и флютинга
можно создавать различные варианты материала и конструкции тары.
Производство гофрированного картона осуществляется на автоматической технологической линии, схема которой изображена на рисунке
5.2.
Рисунок 5.2 Схема изготовления трехслойного гофрированного картона:
1 – рулоны крафтлайнера; 2 – греющий барабан; 3 – ролики нанесения клея;
4 – гофрирующие ролики; 5 – рулон флютинга; 6 – сушилка; 7 – ножи продольной резки
и рилевки; 8 – ножи поперечной резки
Изготовление гофрированного картона начинается с увлажнения
флютинга и предварительного нагрева его и крафтлайнера. Предварительная обработка улучшает условия прохождения материала через агрегаты
линии и ускоряет склеивание слоев. Флютинг гофрируется рифлеными
валками гофрирующего устройства. На линии имеется несколько таких
устройств, приспособленных для различных видов гофр. С помощью валов
на вершины гофр наносится клей и производится склеивание лайнера и
флютинга. Полученное полотно из 2-х слоев через накопитель, в котором
9
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
клей затвердевает, поступает в следующую секцию. Здесь приклеивается
лайнер третьего слоя гофрокартона. При этом также лайнер предварительно
подогревается, а на вершины гофр наносится клей и производится приклеивание лайнера к гофрированному полотну. Готовое полотно проходит
через сушильную установку, в которой прижимными роликами прижимается к нагревательным плитам. При этом полотно подсушивается и клей
затвердевает, после чего режущим устройством полотно разрезается сначала в продольном, а затем в поперечном направлении на листы требуемого
размера.
Согласно ГОСТ 7376-89 гофрированный картон должен состоять не
менее, чем из 3-х склеенных слоев. Картон типа Т-трехслойный, типа
П-пятислойный, состоящий из трех плоских и двух гофрированных слоев.
Для изготовления поддонов и специальных контейнеров выпускается семислойный картон – триплекс, состоящий из трех гофрированных и четырех плоских слоев.
Конструктивные особенности и прочностные свойства гофрокартона
определяются высотой и шагом гофр. Стандартом предусмотрены четыре
типоразмера гофр, представленных в таблице 5.2.
Таблица 5.2 Типы и размеры гофр
Тип и наименование гофр
Высота гофр, мм
А-крупный
4,5…5,5
С-средний
3,5…4,4
В-мелкий
2,5…3,4
Е-микро
1,1…1,6
Шаг гофр, мм
8,0…9,5
6,5…8,0
4,5…6,4
3,2…3,6
Путем предварительной и окончательной обработки, с применением
клея можно получить влагостойкий и водонепроницаемый картон. Применение лайнеров, ламинированных подпергаментом, полиэтиленом, сурлином обеспечивает еще более высокую стойкость к влаге и жирам. Повышенная прочность гофрированного картона достигается при использовании
более прочного лайнера – крафтлайнера.
5.2.2 Металлические упаковочные материалы
Металлическая тара широко применяется в транспортной и потребительской упаковке, является возвратной, многооборотной и ремонтопригодной.
Достоинства:
•
высокая механическая прочность;
•
меньшая по сравнению со стеклянными банками масса;
•
стойкость к высоким перепадам температур (пригодна для стерилизации), давлению;
•
высокая степень утилизации;
10
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
удобство при использовании, вследствие прочностных характеристик
и низкой деформируемости;
•
герметичность;
•
светонепроницаемость;
•
длительная сохранность продукции (консервов).
Недостатки:
•
подверженность коррозии;
•
миграция соединений тяжелых металлов в продукт;
•
необходимость в защитных средствах (покрытие оловом, лаком);
•
большой объем при транспортировании пустой тары.
Конструкционная малоуглеродистая сталь обыкновенного качества
применяется для изготовления бочек, контейнеров, металлических ящиков
и другой транспортной, заводской и складской тары. Для производства
металлической потребительской тары используется стальная жесть нескольких видов. Из цветных металлов в упаковочном производстве применяется тонкий прокат алюминия и его сплавов, лакированная алюминиевая лента и фольга, латунная лента и фольга.
Черная жесть
Для производства жести используется горячекатанная малоуглеродистая качественная сталь толщиной 2,0…2,4 мм, разрезанная в листы или
свернутая в рулоны. Из этой стали методом холодной прокатки производится черная холоднокатанная отожженная жесть толщиной от 0,18 до 0,4
мм и черная тончайшая жесть толщиной 0,08...0,16 мм. Горячекатанные
полосы этой стали в цехах холодной прокатки проходят травление, холодную прокатку, электролитическую очистку, отжиг, дрессировку и обрезку
кромок. Холодная прокатка жести производится с применением пальмового, хлопкового и смеси других видов растительных и животных масел.
Отжиг включает медленный нагрев жести до температуры рекристаллизации, выдержку при этой температуре и медленное охлаждение.
Назначение такой термообработки сделать металл более пластичным и
снять внутренние напряжения, возникшие при холодной прокатке.
Дрессировка (dressieren – отделывать) – отделочная прокатка с небольшой степенью обжатия (до 5 %) жести после отжига. Эта операция
придает жести требуемую степень чистоты поверхности, соответствующую
твердость и упругость.
В зависимости от назначения, состояния поверхности и физико-механических свойств черная жесть выпускается трех следующих марок:
ЧЖ-1 – черная жесть нормальной твердости;
ЧЖ-2 – черная жесть повышенной твердости;
ЧЖ-3 – черная жесть общего назначения.
Для изготовления тары применяется жесть с различными покрытиями.
•
11
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
Черная лакированная жесть
Лакированию подвергается обычная черная жесть холоднокатанная
отожженная выпускаемая по ГОСТ 18178-89.
Перед лакированием черная жесть подвергается подготовке, включающей обезжиривание, травление и пассивацию. Пассивация заключается
в создании на поверхности металла тонкой пленки окислов.
Лак на черную жесть наносится в один или два слоя гуммированными
валками на специальных лакировочных машинах. Затем полоса со слоем
лака поступает в сушильную печь, где в процессе сушки удаляются растворители, происходит полимеризация лака и образуется твердая пленка.
Толщина однослойного лакового покрытия 3...5 мкм, двухслойного 6...10
мкм.
Черная лакированная жесть предназначена преимущественно для
изготовления корончатых крышек для укупорки стеклянных бутылок и
тары под сухие пищевые продукты.
Белая жесть горячего лужения
Горячее лужение жести осуществляется погружением листов в расплавленное олово. Согласно ГОСТ 15580-79 белая жесть горячего лужения
делится на 2 класса по толщине оловянного покрытия и группы по степени
твердости стальной основы.
Толщина покрытия жести 1 класса на каждой стороне листа составляет 1,92...2,67 мкм, 2 класса – 1,58...1,91 мкм. Жесть нормальной твердости, группа А, имеет в своей основе черную жесть марки ЧЖ-1. Эта жесть
мягкая, обладает повышенными пластическими свойствами и предназначена для изготовления цельных консервных банок методом штамповки с
глубокой вытяжкой. Жесть повышенной твердости – группа Б, основой
которой является черная жесть марки ЧЖ-2, обладает повышенной твердостью и жесткостью и предназначена для производства сборной консервной и другой тары повышенной прочности.
В зависимости от состояния поверхности различают две марки жести:
ГЖК – горячелуженая жесть консервная;
ГЖР – горячелуженая жесть разная.
Жесть марки ГЖК имеет чистую гладкую поверхность, пригодную
для нанесения лакокрасочных покрытий и литографии.
Белая жесть электролитического лужения.
Отличается более равномерным и тонким покрытием жести оловом.
Толщина электролитического покрытия составляет от 0,3 до 1,5 мкм. Процесс электролитического лужения значительно производительнее горячего
и экономичнее по расходу олова.
Лужение жести осуществляется на поточных линиях в щелочных,
кислых или галогенидных электролитах. Наибольшее распространение
получили кислые (фенолсульфоновые) электролиты из-за наибольшей
скорости лужения.
12
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
В зависимости от состояния поверхности и дефектов формы листов и
полосы различают две марки жести по ГОСТ 13345-78: ЭЖК – электролуженая жесть консервная; ЭЖР – электролуженая жесть разная.
Жесть покрытая пищевым лаком, обозначается дополнительно буквой А.
По толщине слоя олова на каждой стороне листа или полосы жесть
делится на три класса. Для 1-го класса покрытия номинальная толщина
составляет 0,38 мкм, для 2-го – 0,76 мкм, 3-го – 1,15 мкм.
В зависимости от твердости стальной основы различают жесть нормальной твердости – группа А и жесть повышенной твердости – группы В,
С, Д.
Белая жесть электролитического лужения применяется главным образом для изготовления консервных банок сборных с паяным продольным
швом и крышек.
Для большинства видов консервов, кроме молочных, применяется
только лакированная белая жесть ЭЖК-Л, в том числе для изготовления
крышек к стеклянным банкам.
Жесть нормальной твердости группы А предназначена для изготовления цельной тары и других изделий глубокой вытяжки. Из жести В, С, Д
производится сборная жестяная тара, крышки к крупной таре и другие жестяные изделия повышенной жесткости.
Хромированная лакированная жесть
Представляет собой холоднокатанную электролитически хромированную жесть, покрытую с обеих сторон слоем лака или смесью масел.
Металлический хром осаждается на непрерывно движущуюся полосу
электролитически, лак на хромированную поверхность наносится распылением в электрическом поле высокого напряжения с последующей сушкой
токами высокой частоты. Адгезия лака с хромом значительно прочнее адгезии с любым другим металлом. Причем нанесенный на поверхность жести
пищевой лак предотвращает переход железа и хрома в пищевые продукты и
одновременно выполняют роль смазки при штамповке.
Особенностью хромированной жести является невозможность ее
«марморизации», встречающейся на банках из белой жести. Марморизация
есть результат соединения серы, выделяющейся из продуктов, с оловом в
процессе стерилизации. Хром соединений с серой не образует. По внешнему виду хромированная лакированная литографированная жесть не
уступает жести электролитического лужения.
Различают четыре марки хромированной лакированной жести:
ХЛЖК – хромированная лакированная жесть консервная;
ХЖК – хромированная жесть консервная промасленная;
ХЛЖР – хромированная лакированная жесть разная;
ХЖР – хромированная жесть разная промасленная.
13
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
Толщина лакового покрытия составляет 5...7 мкм. Толщина хромированного слоя в пределах 0,02...0,05 мкм.
Алюминированная жесть
Это холоднокатанная низкоуглеродистая черная жесть, на поверхности которой в вакууме с обеих сторон нанесен алюминий.
Металлизация жести основана на свойстве атомов испаренного
алюминия перемещаться в условиях глубокого вакуума и конденсироваться
на поверхности жести, температура которой ниже температуры испарения.
Алюминирование осуществляется на непрерывно действующей линии со скоростью движения ленты до 2 м/сек. В линии применены электронно-лучевые нагреватель и испаритель.
Толщина алюминиевого покрытия может составлять от 1,0 до 5,5 мкм.
Механические свойства алюминированной жести зависят от применяемой
стальной полосы. Следует иметь ввиду, что коррозионная стойкость алюминированной жести несколько ниже, чем у алюминия и его сплавов.
Алюминированная жесть не поддается пайке, поэтому банки из нее
изготавливаются методами штамповки, контактной сварки или образованием продольного шва. Жесть пригодна для изготовления крышек при
укупорке бутылок и к банкам под фасовку различных консервов и сгущенного молока с сахаром.
Алюминий и его сплавы
Для изготовления различных видов тары для пищевых продуктов
широко применяется алюминий и его сплавы, преимущественно с магнием
и марганцем, обладающие повышенной прочностью. Алюминий и его
сплавы АМц и АМг выпускаются в виде листов или лент по ГОСТ 4784-74 и
разделяются на отожженные – М (мягкие), полунагартованные – 1/2 Н и
нагартованные – Н.
Производство алюминиевой ленты для пищевой промышленности
включает горячую прокатку до толщины 7...9 мм, холодную прокатку до
окончательной толщины 0,25...0,35 мм и поверхностную обработку – азотирование и лакирование.
После холодной прокатки ленту подвергают поверхностной электрохимической обработке (анодированию), в процессе которой естественная окисная пленка заменяется искусственно создаваемой с определенной
структурой и свойствами.
Поверхностная обработка производится на непрерывно действующей
линии, на которой после анодирования выполняются промывка от остатков
кислотного раствора электролита, сушка горячим воздухом и лакирование.
При лакировании лак наносится на обе стороны движущейся ленты
резиновыми валками. Толщина лакового покрытия регулируется в пределах
от 2,5 до 6,0 мкм. Сушка осуществляется в туннельной конвекционной печи
при температуре 250...350 0С.
14
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
По назначению и состоянию поверхности алюминиевая лакированная
лента может выпускаться следующих марок:
АКЛ – алюминиевая консервная баночная;
АЛК – алюминиевая консервная крышечная;
ААР – алюминиевая разного назначения;
АЛРК – алюминиевая разного назначения крышечная для нестерилизуемых продуктов.
Алюминиевая лента лакируется с обеих сторон. С внутренней стороны покрытие может быть одно- или двухслойным. С наружной стороны
однослойным.
Алюминиевая фольга
Широко применяется для упаковки разнообразных пищевых продуктов. Фольга производится прокаткой алюминия чистотой не менее 99,5
% и сплавов Амг, АМц . Для мягкой упаковки используется мягкая, стерильная, безвредная для здоровья фольга, подвергаемая обжигу после
прокатки.
Фольга обладает высокой теплопроводностью, защищает продукты от
воздействия света, жира и ароматических веществ. На фольге, как и на
алюминиевой ленте, образуется стойкий нетоксичный слой окисла, устойчивого против климатических воздействий.
К числу ряда положительных свойств фольги, облегчающих ее обработку, следует особо отнести мягкость, эластичность, стойкость к сгибанию и хорошее восприятие печати.
Для повышенной механической прочности применяется покрытие
фольги бумагой, полимерной пленкой или лаком.
Лакирование или окрашивание фольги уменьшает ее пористость
повышает коррозионную стойкость и улучшает декоративные свойства.
Комбинирование фольги с другими материалами позволяет получить
оригинальные упаковочные материалы с необходимыми свойствами.
Для прочного соединения фольги с другими материалами применяются различные адгезивы, в том числе пригодные к упаковке пищевых
продуктов – модифицированный крахмал, водорастворимые искусственные
дисперсии, воск, полиэтилен, кашированный на экструдере, отдельные
типы клеящих лаков.
5.2.3 Полимерные упаковочные материалы
Производство и применение полимерной упаковки возрастает за счет
вытеснения металлической и стеклянной.
Полимерную упаковку выпускают трех основных видов:
- жесткая тара из пластмасс;
- полужесткая и мягкая тара из полимерных и комбинированных материалов;
- тара комбинированная с применением полимерных материалов.
15
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
По гигиеническим свойствам полимерную тару подразделяют на тару:
- для пищевых продуктов;
- для товаров бытового назначения;
- для товаров технического назначения;
- для ядохимикатов, дезинфицирующих средств, удобрений, бытового
мусора.
Достоинства:
•
низкая удельная масса при относительно высокой плотности;
•
химическая инертность;
•
низкая хрупкость;
•
легкость окрашивания;
•
высокая технологичность;
•
взаимозаменяемость.
Недостатки:
•
старение под действием кислорода воздуха, агрессивных сред, солнечного света;
•
возможность миграции органических соединений в продукт (поливинилхлорид, полистирол);
•
трудность распознавания полимеров при утилизации;
•
появление постороннего запаха у продукции от данного вида упаковки.
Общая характеристика полимерных материалов
Мономер – (др.-греч. μόνος – один; μέρος – часть) – это низкомолекулярное вещество, образующее полимер в реакции полимеризации. Мономерами также называют повторяющиеся звенья (структурные единицы) в
составе полимерных молекул.
Полимеры – (греч. πολύ- – много; μέρος – часть) – неорганические и
органические, аморфные и кристаллические вещества, состоящие из «мономерных звеньев», соединённых в длинные макромолекулы химическими
или координационными связями.
Низкомолекулярные полимеры, образованные из небольшого количества мономеров и способные, в свою очередь, к полимеризации, принято
называть олигомерами. В химии олигомер (греч. ολιγος – малый, немногий,
незначительный; μέρος – часть) – молекула в виде цепочки из небольшого
числа одинаковых составных звеньев. Этим олигомеры отличаются от полимеров, в которых число звеньев теоретически не ограничено. Верхний
предел молекулярной массы олигомера зависит от его химических свойств.
Свойства олигомеров сильно зависят от изменения количества повторяющихся звеньев в молекуле и природы концевых групп; с момента, когда
химические свойства перестают изменяться с увеличением длины цепочки,
вещество называется полимером.
16
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
Пластмасса (пластические массы, пластики) – органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры).
Первыми полимерными упаковочными материалами были естественные полимерные пленки, из нитрата целлюлозы, получаемого при
нитровании целлюлозы со смесью серной и азотной кислот.
Пленки из нитрата целлюлозы хорошо известные как целлулоид
прозрачные, жесткие, прочные, с легким желтоватым оттенком. Отличаются размерной стабильностью, влагостойкостью, стойкостью к разбавленным кислотам и щелочам. Недостатком целлулоида явилась очень высокая степень горючести, из-за которой этот материал был полностью вытеснен другими природными и синтетическими полимерами.
5.2.3.1 Природные полимерные материалы
К природным полимерным упаковочным материалам относятся производные целлюлозы: регенерированная целлюлоза (гадратцеллюлоза),
ацетаты целлюлозы. Для производства упаковочной пленки чаще всего
используется регенерированная целлюлоза – вискоза.
К общим свойствам целлюлозных пленок относятся прозрачность,
равная прозрачности стекла, высокая разрывная прочность, непроницаемость для масел, жиров и запахов. Сухие пленки непроницаемы для газов,
но в мокром состоянии проницаемость увеличивается. Высокая паропроницаемость этих пленок может быть снижена дополнительным покрытием.
Вискозная пленка (целлофан ЦФ)
Основным сырьем является древесная или хлопковая целлюлоза.
Целлюлозную массу обрабатывают раствором щелочи, ксантогенируют,
растворяют и формуют через плоскую фильеру. На основе гидратцеллюлозы производится много видов вискозной пленки, в том числе влагостойкие и не стойкие, термосвариваемые и не свариваемые, с одно- и двухсторонним покрытием и другие.
Неводостойкая целлофановая пленка применяется в упаковках,
предназначенных для защиты от пыли, попадания жиров и от плесени.
Хорошо применима для упаковки выпечки, требующей максимальной паропроницаемости для устранения конденсации влаги внутри упаковки.
Пригодна для упаковки шоколадных конфет, свежих овощей и фруктов,
сосисок.
Водостойкая вискозная пленка с покрытием нитроцеллюлозой термосвариваемая широко применяется в виде обертки хлебобулочных и
кондитерских изделий, сигарет, свежего мяса. Целлофан, покрытый полиэтиленом, используется для вакуумной упаковки бекона, сыра и других
продуктов. При этом целлофан обеспечивает необходимые газобарьерные
свойства, полиэтилен – прочность сварного шва и хорошую водостойкость.
Высоководостойкие целлюлозные пленки, покрытые поливинлиденхлоридом, предназначены для упаковки сильно гигроскопических
17
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
продуктов, таких как печенье, хрустящий картофель. Дополнительное покрытие придает целлофану наряду с высокой водостойкостью стойкость к
истиранию и блеск, что делает эту пленку весьма подходящей для упаковки
кондитерских изделий с орехами.
Ацетаты целлюлозы
Получены замещением гидроксилов на ацетатные группы при ацетилировании целлюлозы.
Ацетатные пленки, сохраняя многие свойства вискозных, становятся
термопластичными, хорошо формуются и складываются. Используются в
виде; наружного слоя многослойных ламинатов. Водостойкость этих пленок в сочетании с их паро- и газопроницаемостью обеспечивает широкое
применение в качестве «дышащих» упаковок для многих свежих продуктов.
Складыванием и склеиванием или формовкой изготавливаются различные
емкости и коробки для упаковки конфет, шоколада, цветов.
Сухие пленки практически не пропускают газов, но набухают в воде и
проницаемость увеличивается. Хорошо воспринимают печать, не поддаются свариванию, но легко склеиваются. При использовании целлофановых
пленок не возникают проблемы со статическим электричеством.
Применение чистых неводостойких пленок в качестве потребительской тары обеспечивает защиту продуктов от пыли и жиров. Успешно используются для упаковки выпечки, требующей максимально паропроницаемой пленки, исключающей конденсацию влаги внутри упаковки и размягчение теста. Пригодны для упаковки шоколадных конфет и свежих сосисок.
Водостойкие пленки, покрытые нитроцеллюлозой применяются и для
упаковки кондитерских изделий, хлеба, лекарств, сигарет. Специальные
марки гибкой водостойкой пленки используются для завертки конфет,
обертывания пакетируемых ящиков. Пленку с односторонним покрытием
применяют для упаковки свежего мяса. Целлофан, покрытый полиэтиленом, применяется для вакуумной упаковки сыра, бекона, кофе.
Для упаковки сильно гигроскопичных продуктов типа печенья, хрустящего картофеля рекомендуются целлофановые пленки, покрытые поливинилхлоридом, придающим пленке дополнительную водостойкость.
5.2.3.2 Синтетические полимерные материалы
К синтетическим полимерным материалам относятся продукты полимеризации газов гомологического ряда олефинов – этилена, пропилена,
бутена, виниловые полимеры – поливинилхлорид, поливинилиденхлорид,
сополимеры винилхлорида с винилацетатом, иономеры, полимеры стирола,
полиамиды, поликарбонат, полиэтилентерефталат, фторполимеры и другие.
Полиэтилен (ПЭ)
Впервые был получен путем полимеризации газа этилена. Считается
самым объемным по производству и относительно недорогим полимером.
Выпускают три вида полиэтилена.
18
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП)
Получен путем полимеризации этилена. Этот процесс в производственных условиях протекает при давлении от 100 до 300 мПа и температуре от 100 до 300 °С. В результате такой энергонасыщенности процесса в
молекулярной структуре полимера образуются боковые цепи, препятствующие плотной упаковке основных цепей. Что приводит к уменьшению
плотности получаемого полимера.
Пленки ПЭНП имеют плотность 0,916…0,935 г/см3, обладают прочностью при растяжении, стойкостью к ударам и раздиру. Сохраняют
прочность при низких температурах до -70°С. Водо- и паронепроницаемы,
но газопроницаемы и поэтому непригодны для упаковки продуктов чувствительных к окислению. Отличаются высокой химической стойкостью,
особенно к кислотам, щелочам и неорганическим растворителям, но чувствительны к углеводородам, маслам и жирам. Недостатком является и
относительно низкая температура размягчения – значительно ниже точки
кипения воды.
ПЭНП составляет около 75% объема потребления термопластичных
пленок в упаковке. Общая инертность пленок ПЭНП способствовала их
широкому распространению в упаковке пищевых продуктов в виде полиэтиленовых пакетов. Пленки ПЭНП при нагревании дают значительную
усадку, поэтому успешно используются для изготовления оберточной
термоусадочной упаковки, формирования блоков из упаковываемых предметов и обертывания груза при пакетировании на поддоне. Прочность при
низких температурах позволяет использовать эти пленки для упаковки
различных замороженных продуктов. Широко применяются мешки из
ПЭНП для удобрений, полимерных гранул и других сыпучих грузов.
Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП)
С открытием катализаторов, позволивших проводить полимеризацию
этилена при давлениях и температурах близких к атмосферным, был получен полиэтилен с характерной линейной структурой, которая образуется
при низком давлении. Боковые цепи образуютс я , но они короткие и количество их невелико. Поэтому плотность полиэтилена низкого давления
получается несколько выше.
ПЭВП имеет плотность 0,960 г/см3. Пленки на его основе более
жесткие и прочные, температура размягчения их равна 121 оС. Поэтому тара
из ПЭВП выдерживает стерилизацию паром. Стойкость к низким температурам примерно такая как и у ПЭНП, но прочность при растяжении выше.
Однако сопротивление раздиру и удару ниже. Проницаемость пленки
ПЭВП в 5...6 раз ниже, чем у пленки ПЭНП. По влагопроницаемости ПЭВП
уступает лишь пленкам на основе сополимеров винилхлорида и винилиденхлорида. Химическая стойкость и особенно стойкость к маслам и
жирам ПЭВП также превосходит стойкость ПЭНП. Применяется для про19
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
изводства жесткой транспортной тары (ведра, канистры, бочки, ящики
паллеты).
Наиболее перспективными направлениями применения ПЭВП в
упаковке являются использование сверхтонких пленок для улучшения барьерных свойств упаковочных материалов, изготовление сумок вместо
бумажных и потребительской тары для упаковки продуктов, подлежащих
тепловой обработке типа «кипяти в упаковке».
Полипропилен (ПП)
Полипропилен получают путем полимеризации газа пропилена с катализатором Циглера Натта с образованием синтетического полимера с
регулярной пространственной структурой. Полипропилен имеет более
низкую плотность, чем полиэтилен – 0,90 г/см3, он жестче и имеет более
высокую температуру размягчения, отличается большей прозрачностью,
гладкостью, блестящей поверхностью, твердостью, жесткостью и термостойкостью, а также меньшей морозостойкостью, меньшей усадкой при
охлаждении готовых изделий, сильнее подвержен старению.
Полипропиленовая пленка может быть получена экструзией с раздувом или через плоскую щель с охлаждением на барабане. Более распространенным в промышленности является метод экструзии через плоскую
щель. Этим способом производят поливную пленку, не имеющую ориентации, двухосноориентированную с равномерной ориентацией в продольном и поперечном направлениях и двухосноориентированную с различной
ориентацией в продольном и поперечном направлениях.
Поливная неориентированная полипропиленовая пленка имеет хорошую прозрачность и блеск, более высокую по сравнению с ПЭНП
прочность, высокую стойкость к жирам и маслам, не подвергается растрескиванию от климатических воздействий. Одним из недостатков является не высокая стойкость к удару при температурах ниже 0 °С. Проницаемость несколько выше, чем у пленок из ПЭВП.
Довольно высокое относительное удлинение полипропиленовой
пленки при растяжении обеспечивает применение ее для холодной вытяжки.
Применяется в качестве усадочных оберток, а также упаковки обжаренных картофелепродуктов, кондитерских изделий и других продовольственных продуктов. Одна из новинок – микроперфорированная полипропиленовая пленка оказалась наиболее пригодной для упаковки даже горячих хлебобулочных изделий и других «дышащих» продуктов: овощей,
фруктов, мясных и кулинарных изделий.
Поливинилхлорид (ПВХ)
Получают полимеризацией жидкости винилхлорида. Выпускают двух
видов:
- твердый винипласт – используется как конструкционный материал;
20
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
- ПВХ-пластикат – когда в ПВХ смолу добавляют большое количество 50…60 % пластификатора. Он нашел применение в производстве
пленок.
Известны сополимеры ПВХ:
- ПВХ и акрилонитрил – пищевые пленки для упаковки;
- ПВХ и винилиденхлорид – пленки, получившие название сополимер
хлористого винила, сарановые пленки – термоусадочные пленки для упаковки продуктов сложной формы;
- ПВХ и винилацетат – получают мягкую смолу для производства
пленок, лакокрасочных материалов, клеев, грампластинок и пр.
В целом ПВХ малотермостоек (до +70 °С). Его морозостойкость t зависит от вида пластификатора, имеет большую химическую, стойкость,
хороший диэлектрик. Сфера применения полимера обусловлена его свойствами.
Полученный полимер может перерабатываться в пленку методом
экструзии с раздувом или плоскощелевой экструзией. Из основного полимера может быть получен широкий спектр ПВХ пленок с различными
свойствами. Введением пластификатора получают различные по свойствам
пленки от твердых, хрупких до мягких, клейких и растяжимых. Выпускаются также одноосно- и двухосно- орнентированные ПВХ пленки.
Пластифицированные пленки в зависимости от содержания пластификатора приобретают лучшую прозрачность, мягкость и прочность при
низких температурах. Как пластифицированные, так и непластифицированные пленки пригодны для сварки высокочастотной сваркой и нанесения
печати.
Пленки из пластифицированного ПВХ широко используются для
усадочного заворачивания подносов со свежими продуктами, при пакетировании на поддонах, изготовления мешков для удобрений.
Пленки из непластифицированного ПВХ широко используются для
термоформования из-за их жесткости, прочности и способности воспроизводить требуемую форму. Применяются в качестве вкладышей в коробках с
печеньем и кондитерскими изделиями.
Полимеры и сополимеры стирола
Стирол представляет собой химическую жидкость, кипящую при 145
°С. К продуктам полимеризации относятся полистирол и его модификации,
сополимеры акрилонитрила, бутадиена и стирола.
Полистирол (ПС)
Один из методов полимеризации стирола состоит в его суспендировании в воде при быстром перемешивании в присутствии катализатора и
стабилизатора. Стирол при этом диспергируется на мелкие капли, которые
полимеризуются в виде шариков полистирола.
Пленка полистирола производится экструзией с раздувом или через
плоскощелевую головку. Пленка получается хрупкой и без модифициро21
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
вания не может применяться в упаковке. Двухосная ориентация такой
пленки устраняет хрупкость и придает пленке прозрачность и блеск.
Двухосноориентированный ПС обладает жесткостью и высокой прочностью при растяжении. Ориентация улучшает ударную вязкость и стойкость
к низким температурам.
ПС обладает средней, более высокой, чем у полипропилена, но ниже,
чем у ПЭНП, газопроницаемостью, высокой паропроницаемостью. Химически стоек к сильным щелочам и кислотам.
Из ориентированной ПС пленки термоформованием производятся
различные сложные упаковочные формы – стаканчики, подносы, жесткие
тубы и другие. Используется пленка для выполнения прозрачных окошек в
картонных коробках, применима и для усадочных упаковок.
Ударопрочный полистирол (УПС)
Другим способом модификации ПС, помимо ориентации, является
введение синтетического каучука для повышения пластичности. Однако,
при этом существенно снижается прозрачность пленки.
Получаемый таким способом ударопрочный полистирол более гибок,
имеет большую ударную прочность, но меньшие прочность при растяжении
и термическую стойкость, чем немодифицированный ПС. Химические
свойства остаются почти неизменными. Ударопрочный ПС отличный материал для термоформования с коэффициентами вытяжки до 3:1. Поэтому
используется для изготовления стаканчиков, подносов, туб и других упаковок. Применяется в качестве упаковки для молочных продуктов, фасованного свежего мяса, сыров, масла, мороженого, фруктовых напитков.
Перспективно использование ударопрочного ПС для порционных и стерилизуемых упаковок. Представляет интерес и изготовление из него заменителя натуральной бумаги.
Вспененный полистирол (ППС)
Производят добавлением к обычным гранулам вспененных веществ и
технологических добавок. Вспенивающий агент – это соединение, разлагающееся при температуре экструзии с выделением азота, который вспенивает расплав при экструзии.
Производимые этим способом пленки по внешнему виду, жесткости,
состоянию поверхности подобны бумаге, хорошо воспринимают печать.
Из листов вспененного ПС термоформованием производятся различные упаковочные изделия, в том числе прокладки в ящики для яблок,
подносы для фасовки свежих мяса и рыбы, чипсов и других продуктов.
Вспененный ПС представляет собой хороший демпфирующий н
теплоизоляционный материал.
Полиамиды (ПА)
Получают конденсацией двух основных кислот с диаминами. Характеризуются числом атомов углерода в родительских соединениях. Из
22
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
большого числа полиамидных пленок для упаковки пищевых продуктов
используются полиамиды 6 и 11.
Все полиамиды – жесткие материалы с высокой прочностью на разрыв и износостойкостью. У них высокая точка размягчения, поэтому они
выдерживают стерилизацию паром до 140 °С и сухим горячим воздухом
при более высокой температуре. Сохраняют эластичность при низких температурах, стойкость к ударам и продавливанию, легко свариваются.
Как упаковочный материал полиамиды обладают замечательными
свойствами: стойкостью к маслам и жирам, щелочам. Очень высока газо- и
особенно кислородостойкость, ароматонепроницаемость. Однако, они обладают высокими водопоглощением и паро- проницаемостью.
Применяются полиамидные пленки для вакуумной упаковки пищевых продуктов из-за низкой газопроницаемости. Высокая температура
размягчения обеспечивает использование в упаковках типа «кипяти в упаковке», а также для упаковки стерилизуемых паром хирургических инструментов. Маслостойкость пленок позволяет применять их для упаковки
промасленных технических изделий, шпаклевок. Двухосноориентированные пленки используются для упаковки натуральных и плавленых сыров,
свежего и вареного мяса, замороженных продуктов.
Поликарбонат (ПК)
Представляет собой линейный полиэфир угольной кислоты. Пленки
обычно производятся плоскощелевой экструзией на полированный металлический барабан.
Поликарбонатные пленки отличаются сочетанием высокой термостойкости, высокой ударной вязкости и прозрачности. Его свойства мало
изменяются с ростом температуры. Весьма стоек при очень низких температурах. Прочность при растяжении и предел текучести не уменьшаются
даже после недельного кипячения в воде. Газо- и паропроницаемость высокая. Выдающимся свойством пленки является ее размерная стабильность.
Непригодна в качестве усадочной пленки, легко сваривается импульсной,
ультразвуковой и обычной тепловой сваркой. Хорошо формуется с глубокой вытяжкой.
Применяется в производстве разогреваемых упаковок с готовыми
блюдами и для упаковки пищи при повышенных температурах. Перспективно использование в виде пакетов, стерилизуемых в автоклавах, и упаковки для микроволновых печей. Пленки с покрытием из ПЭНП используются в упаковках типа «Вторая кожа», пригодных для острых предметов.
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ)
Это линейный полиэфир, полученный взаимодействием этиленгликоля с терефталевой кислотой или способом переэтерификации диметилтерефталата. Процесс получения пленок ПЭТ довольно сложен. Некоторые
свойства пленок ограничивают их применение.
23
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
Такие свойства ПЭТ как жесткость, прочность, очень хорошая прозрачность, химическая стойкость, низкая паро- и газопроницаемость, возможность формования вытяжкой способствовали очень широкому использованию в производстве ПЭТ-бутылок для различных пищевых и
других жидкостей.
Фторполимеры
Производятся посредством полимеризации фторсодержащих мономеров. Получаемые при этом соединения фтора и углерода относятся к
самым стойким соединениям в органической химии. Углеродные цепи
практически полностью покрываются атомами фтора, что приводит к
экранированию углеродной основы по отношению к внешним воздействиям.
Полиуретаны (ПУ)
Полиуретановые пленки стали производиться сравнительно недавно,
полиуретаны больше известны в других формах – в виде пены, эластомеров,
поверхностных покрытий.
Пленки очень прочны, обладают предельно высокой стойкостью к
маслам и жирам. Весьма перспективны в области упаковки некоторых
специальных продуктов и изделий, например, требующих хранения в масле.
5.2.3.3 Многослойные упаковочные материалы
Обычно синтетические и многие природные материалы не обладают
всеми необходимыми для конкретных целей свойствами. Материал может
быть химически стойким, но недостаточно прочным, непроницаемым для
газов, но проницаемым для воды. Обладая многими положительными качествами, может оказаться слишком дорогим и т.д. Поэтому выбор подходящего материала зачастую сводился к поиску компромисса, ограничиваясь
при этом одними свойствами и пренебрегая другими.
В современных условиях уровень развития техники позволяет производить многослойные полимерные и комбинированные материалы с заданными свойствами. В тароупаковочном производстве стало возможным
конструировать требуемый материал одновременно с конструированием
тары.
Многослойные полимерные материалы
Соединение различных полимерных пленок позволяет получить
многослойные упаковочные материалы, значительно превосходящие по
характеристикам исходные. Оптимальным количеством слоев, улучшающих прочностные свойства полимерного материала, является соединение
двух-трех видов полимеров в два-три слоя. Для улучшения барьерных
свойств упаковочного материала, обеспечивающего газовлагонепроницаемость, жиронепроницаемость, аро- матонепроницаемость необходимо
сочетать так называемые барьерные полимерные пленки, отличающиеся
большой водопроницаемостью, с паро- и водонепроницаемыми пленками –
несущими слоями. При этом барьерный слой защищается с обеих сторон
24
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
несущими слоями и поэтому барьерный упаковочный материал конструируется состоящим из трех, пяти, семи, то есть нечетного числа слоев.
Многослойные материалы на бумажной основе
Являются весьма распространенными особенно в сочетании с полимерными пленками. Комбинация бумага-полиэтилен обладает хорошей
способностью к термической сварке и малой проницаемостью, что обеспечивается полиэтиленом. Бумага придаст прочность и лучшую восприимчивость печати. Соединение бумаги с поливинилиденхлоридом обеспечивает повышенную водо-, газо-, паро- и ароматонепроницаемость при
высокой температуре. Широкое распространение получили комбинации
бумаги или картона с полиэтиленом и полипропиленом и другими ламинатами. Создан водостойкий картон, устойчивый к атмосферным воздействиям и допускающий мойку в моечных машинах. Повышенная влагостойкость достигается добавлением в композицию картона гидрофобных
полимерных смол. Жиронепроницаемый картон получается его обработкой
фторсодержащими соединениями непосредственно в картоноделательной
машине. Несомненный интерес представляет теплостойкий гофрокартон,
пригодный для выпечки в изготовленных из него формах – упаковках с
последующей реализацией в них хлебобулочных и кондитерских изделий.
Многослойный комбинированный для упаковки и длительного хранения пищевых жидкостей материал имеет следующую комбинационную
структуру:
полиэтилен-бумажная
основа-полиэтилен-фольга-запечатывающий слой-полиэтилен.
5.2.3.4 Комбинированные материалы
Комбинированные материалы на основе вискозной пленки
Наиболее распространено нанесение лакового покрытия для повышения влагостойкости вискозной пленки, ее непроницаемости и обеспечения термосвариваемости. В качестве покрытия используются нитроцеллюлоза и поливинилхлорид. Среди комбинаций наиболее широкое
распространение получило сочетание вискозная пленка – полиэтилен.
Комбинированные материалы с алюминиевой фольгой
Фольга слабо противостоит механическим воздействиям, реагир уе т с
некоторыми пищевыми продуктами, не поддается термосварке, поэтому
она обычно комбинируется с другими материалами.
5.2.4 Упаковка из текстильных материалов
Достоинства:
•
компактность в сложенном виде;
•
относительно высокая прочность;
•
возможность многократного использования;
•
удобство переноса;
•
низкая удельная масса;
Недостатки:
•
высокая гигроскопичность;
25
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
трудоемкость очистки возвратной тары
•
непрезентабельный вид на полках магазинов;
•
не являются несущей конструкцией и не могут служить опорой;
•
не могут ровно стоять на полках в торговой сети в местах применения
упакованной в них продукции и с точки зрения маркетинга имеют непривлекательный вид из-за имеющихся на них складок и морщин;
•
низкая прочность и долговечность;
Основной вид текстильной упаковки – мешки и оберточная упаковочная ткань (рисунок 5.3).
•
а
б
Рисунок 5.3 Текстильная упаковка:
а – мешок; б – оберточная упаковочная ткань для технических нужд
Мешок – вид транспортной тары из мягкого материала (ткань, бумага,
полиэтилен, могут быть многослойными, комбинированными) для сыпучих
и мелкоштучных товаров с корпусом в форме рукава, с дном и открытым
верхом или закрытым с клапаном.
Клапан – загрузочное устройство в виде отверстия, расположенного в
одном из углов мешка с закрытым верхом, для затаривания и растаривания
упаковки; обычно самостоятельно закрывающееся после заполнения через
него тары.
Мешки характеризуются вместимостью более 20 дм3 или площадью в
плане (ширина х длина), превышающей 2700 см2.
Тара меньших размеров относится к пакетам.
Пакет – разовая потребительская мягкая тара с корпусом в форме
рукафа, с дном и открытой горловиной вместимостью до 20 дм3.
Изготовляются мешки из бумаги, тканых и нетканых текстильных,
полимерных, комбинированных и некоторых других материалов, производимых в виде полотна. Применяются мешки для упаковывания и хранения разнообразной сыпучей и мелко-штучной продукции, а совместно с
другими видами тары (бочками, ящиками) – также для упаковывания
жидкой, пастообразной и смешанной продукции.
Стандартные тканные мешки (ГОСТ 30090-93), в зависимости от
применяемых для изготовления материалов, подразделяются, на мешки
продовольственные (для упаковывания муки, крупы, зерна, сахара, карто26
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
феля и других продуктов питания) и мешки технические (для упаковывания
руды, семян, минеральных удобрений, красителей органических и других
веществ).
Во многих областях мешки из текстильных материалов были в значительной степени вытеснены другими материалами, мешковина и хлопчатобумажная ткань все еще используются для изготовления мешков для
семян, круп и зерновых продуктов, а также для различной гранулированной
продукции. Для транспортирования экспортной продукции, требующей
особой защиты от влаги (например, сахар), иногда применяют слоистый
материал, состоящий из ткани и полиэтилена и обеспечивающий более
надежную защиту содержимого, однако чаще используют мешки с прокладкой из полимерного материала.
Сырье для производства текстильной тары
Текстильную упаковку чаще всего изготавливают из следующих видов волокон (рис. 5.5):
Рисунок. 5.5 Виды волокон, из которых изготавливают
текстильную упаковку
Разновидностью растительных волокон, является хлопковые и лубяные волокна.
Хлопковое волокно представляет собой вытянутую растительную
клетку хлопчатника. Зрелые волокна имеют хорошо развитые стенки, поэтому обладают высокими механическими свойствами. У хлопка достаточно высокая прочность в сухом и мокром состоянии, высокая гигроскопичность, термо- и светостойкость, однако он постепенно разрушается под
действием микроорганизмов при высокой влажности.
Лубяные волокна получают из лубяных культур – льна, пеньки, джута,
кенафа и др. В этих волокнах содержится меньше целлюлозы, чем в хлопке
и больше сопутствующих веществ (пектин, лигнин), наличие которых
придают жесткость волокну, относительно высокую стойкость к разложению микроорганизмами.
Химические нити вырабатывают из растворов или расплавов полимеров.
27
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
Искусственные получают переработкой целлюлозы (вискоза).
Синтетические волокна: полиолефины (ПЭ, ПН); полиэфиры (лавсан), полиамиды (нейлон, капрон).
По сравнению с волокнами растительного происхождения, химические волокна отличаются повышенными прочностными качествами,
устойчивостью к действиям микроорганизмов, высокой гигроскопичностью, однако меньшей экологичностью и утилизацией.
Тканевые мешки изготавливают из пряжи лубяных волокон и из
смеси этих волокон в различных сочетаниях); из пряжи лубяных волокон в
смеси с химическими волокнами (вискозным, медноаммиачным, полиэфирным, полиамидным); из химических нитей (вискозные, полиэфирные
полиамидные, полипропиленовые); из хлопчатобумажной пряжи.
Производство текстильной тары
Технологический процесс производства мешков складывается из:
•
подготовки сырья (в том числе получение волокон);
•
ткачества;
•
отделки и вспомогательных операций.
При ткачестве могут использоваться любые виды переплетения, их
выбор зависит от дальнейшего использования полученной ткани. Затем
ткань сшивают, используя разнообразные швы, прикрепляют клапан и получают готовые мешки.
В последние годы выбор материалов стал еще более широким, так как
стали использовать нетканое полотно. Его изготовляют из пластиковых
волокон, спрессовываемых и соединяемых друг с другом с помощью технологии, напоминающей формирование древесноволокнистых плит.
Кроме того, в последние годы началось производство мягких мешков
особо больших размеров из материала, сотканного из пластиковых нитей,
чаще всего полипропиленовых. Такие мешки имеют площадь основания
размером с поддон, при этом их высота может составлять от 30,5 см до
примерно 183 см, а объем – до 2722 л. По форме они могут быть как прямоугольными, так и цилиндрическими. Верх этих больших мешков («биг
бэгов») может быть открытым или закрытым (снабженным фасовочным
рукавом из ткани). Дно может быть твердым. Для извлечения продукта в
нем делается разрез с тканным погрузочным рукавом, а иногда мешок даже
полностью открывают с помощью нижнего клапана на завязках. Петли
наверху мешков позволяют транспортировать их вилами автопогрузчика.
При условии правильной погрузки и транспортирования «биг бэги» способны вертикально стоять на складских стелажах без поддержки. Они
имеют пятикратный запас прочности и могут снабжаться самыми разнообразными приспособлениями для фасования и извлечения продукции.
Другой разновидностью текстильной упаковки являются оберточные
ткани (рисунок 1 б). Они применяются в случае, если упаковываемый
предмет штучный, и целостность упаковки не обязательна. Текстильной
28
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
упаковкой можно считать тенты и полога, которые применяются для защиты от осадков, ветра, сырости, низких температур при проведении ремонтных, строительных работ, для защиты объектов от неблагоприятных
атмосферных воздействий, в качестве укрытий для строительных материалов и строительных лесов, для сельскохозяйственных нужд, могут использоваться как автопокрывала для перевозки бортовыми автомобилями
сыпучих материалов,
Полога прекрасно используют для укрытия транспортируемых грузов
в самосвалах, на железной дороге и во время морских перевозок.
В качестве материала для тентов и пологов используют парусину –
тяжелую плотную льняную или полульняную ткань из толстой пряжи, которая первоначально употреблялась для парусов, и брезент. Брезент –
пропитанная парусина, плотная льняная, полульняная или хлопчатобумажная ткань, вырабатываемая из толстой пряжи, пропитанная водоупорными и противогнилостными составами.
Условные обозначения мешков
В условном обозначении мешков и тканей указывают для мешков:
назначение мешка и вид сырья, группу прочности, размер мешка, обозначение стандарта; для тканей: вид сырья, группу прочности, ширину, обозначение стандарта.
Например:
- мешок продуктовый льняной, обыкновенный, 53х104 см, ГОСТ
30090-93;
- мешок технический из химических нитей, повышенной прочности
46х65 см, ГОСТ 30090-93;
- ткань мешочная джутовая, обыкновенная, ширина 112 см, ГОСТ
30090-93.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
5.2.5 Стеклянная тара
Стеклянная тара представлена в основном потребительской тарой.
Достоинства
высокие гигиенические свойства;
химическая стойкость;
высокая прозрачность;
сохранение вкуса (аромата, запаха) продукта;
устойчивость к сжатию;
многократность использования;
высокие эстетические свойства;
возможность повторной переработки;
легкость идентификации тары в отходах.
Недостатки:
хрупкость;
высокая удельная масса (единицы упаковки);
29
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
•
дефекты выработки.
Различают следующую классификацию стеклянной тары:
•
бутылки для пищевых жидкостей;
•
банки для пищевых продуктов;
•
банки и бутылки для детского питания;
•
банки и бутылки для товаров бытовой химии, химических реактивов и
особо чистых веществ;
•
банки и флаконы для парфюмерной и косметической продукции;
•
бутылки для лекарственных средств, для крови, трансфузионных и
инфузионных препаратов (медицинское назначение).
Также в соответствии с ГОСТ Р 52022-2003 выделяют марки стекол
четырех групп: бесцветное стекло, полубелое, зеленое и коричневое.
Стеклянная тара по выпуску уступает пластмассовой. Однако безупречный внешний вид, высокая прозрачность, превосходные оптические
свойства, дают возможность считать, что данный вид тары будет длительное время оставаться на рынке для упаковывания, например, дорогих духов
и коллекционных вин.
Сырье для производства стеклянной тары
Для производства стеклянной тары используют основное и вспомогательное сырье.
К основному сырью относят кислотные и щелочные соединения:
кремнезем (диоксид кремния SiО2), борный ангидрид (В2О3), оксид алюминия (AL2О3), сульфат натрия (Na2SО4), соду (Na2CО3), поташ (К2СО3),
известняк (СаСО3), доломит (СаСО3. MgCО3).
К вспомогательному сырью относят компоненты, которые необходимы в технологии варки стекла:
•
всевозможные красители (оксиды металлов, коллоидно- диспергированные соединения меди, золота и др.);
•
глушители – для придания стеклу непрозрачности (белый цвет),
например, соединения фосфора, олова;
•
окислители и восстановители – для создания специальной
окислительно-восстановительной среды;
•
обесцвечиватели и осветлители – для получения белых и бесцветных стекол;
•
оксиды свинца РbО – для получения хрустальных стекол
(свинцовый хрусталь) или бария ВаО (бариевый хрусталь).
Производство стеклянной тары
Стеклянные изделия вырабатывают из стекломассы в горячем состоянии. Технологический процесс производства включает следующие
стадии:
•
составление шихты;
•
варку стекла;
•
выработку стеклоизделий;
30
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
отжиг.
Составление шихты. Шихта – это смесь мелкоизмельченных сырьевых компонентов, предназначенных для варки стекла. В состав шихты добавляют стеклянный бой того же химического состава, что и будущее
стекло для ускорения процесса варки и использования вторичного сырья.
Металлические примеси удаляют механически (магнитная сепарация), а
примеси соединений железа – путем обогащения компонентов. Бесцветное
и полубелое стекла производят без использования окислителей. Для получения бесцветного стекла применяют обесцвечиватели селен и монооксид
кобальта и увеличенное количество Na2SO3 Бесцветное стекло содержит
наименьшее количество полуторного оксида железа Fe,03 (не более 0,1%),
придающего стеклу темно-зеленый цвет. Очищенные исходные материалы
с заданными свойствами тщательно перемешивают и направляют в печь.
Процесс варки стекла происходит в стекловаренных печах периодического или непрерывного действия с нагревом от жидких или газообразных теплоносителей или в электропечах. Под воздействием высокой температуры шихта превращается в жидкую стекломассу. При высокой температуре (1300…1460 °С) компоненты шихты взаимодействуют, в результате чего образуются силикаты щелочных и щелочноземельных металлов. С
выделением пузырьков углекислого газа происходит перемешивание
стекломассы. Газообразные продукты и пары воды удаляются, масса стекла
становится более однородной. От этого процесса зависит качество готового
стекла. Мелкие примеси, пузырьки воздуха, непроплавленные частицы,
плохое перемешивание массы и многое другое является причиной образования дефектов.
Выработка стеклянной тары производится следующими способами:
- прессование (для изделий простой формы);
- прессовыдувание;
- выдувание с использованием вакуумных машин-автоматов и специальных полуформ;
- центробежное литье в формы;
- метод ручного выдувания.
Отжиг применяют после изготовления изделия для того, чтобы в
стекле не оставалось внутренних напряжений, которые возникают в процессе варки. Процесс отжига заключается в нагревании изделий до пластического состояния (500…580 °С) и выдержке их при этой температуре в
течение некоторого времени, а затем изделия охлаждают до комнатной
температуры. Для отжига применяют конвейерные печи. Хороший отжиг и
отсутствие внутренних напряжений в стеклянной таре обеспечивают механическую прочность и устойчивость к перепаду температур (например,
для стерилизуемых консервов в банках).
Ассортимент стеклянной тары
Включает в основном бутылки, которые подразделяют на группы:
•
31
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
1) бутылка винная из темно-зеленого и бесцветного стекла тип I) и шампанская – для шампанских вин (тип II);
2) бутылки из бесцветного стекла для розлива коньяка (тип III) и водки
(тип IV);
3) бутылка ликерная из бесцветного стекла (тип V) и наливочная – для
наливок и настоек (тип VI);
4) бутылка фигурная вишневая из бесцветного стекла (тип VII). Бутылка
рейнская из темно-зеленого стекла (тип VIII);
5) бутылка для масла из бесцветного, полубелого, темно-зеленого стекла
(тип IX). Бутылка пивная для розлива пива из оранжевого, темно-зеленого,
бесцветного и полубелого стекла (тип X);
6) бутылка соковая (тип XI) и для безалкогольных напитков (тип XII) из
бесцветного или полубелого стекла. Бутылка фигурная (штоф) из бесцветного стекла (тип XIII).
Бутылки и банки для молока и молочных продуктов выпускают шести
типов, разных по форме и вместимости.
Банки для консервов мясных, рыбных, плодоовощных, банки
для меда, майонеза, топленого масла.
Для многих продуктов используются специальные стеклянные банки,
выпускаемые по ТУ: для икры, фигурные – для некоторых рыбных консервов, джемов, с пластиковыми крышками (специи, кофе, детское питание). Банки могут иметь 4 типа венчика: обкатной, обжимной, резьбовой,
обкатно-обжимной и т. п., не считая дорогих эксклюзивных видов стеклянной тары для коллекционных вин, коньяков, парфюмерной и косметической продукции. Ассортимент стеклянной тары расширяется в зависимости от требований к таре и дизайнерской фантазии разработчиков.
5.2.6 Деревянная тара
Деревянная тара выпускается в основном в виде транспортной тары.
Это связано с тем, что она длительное время может сохранять свои свойства
и высокоэкологична. Хотя в последнее время деревянная тара активно используется в декоративной упаковке меда и некоторых других видов товаров продовольственной и непродовольственной группы, однако форма
упаковки остается классической, в виде бочонка.
Достоинства:
•
механическая прочность;
•
относительная легкость производства;
•
доступность сырьевой базы;
•
экологическая чистота упаковки.
Недостатки:
•
большая масса;
•
высокая стоимость упаковки;
•
низкая гигиеничность;
32
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
громоздкость;
•
биологическая повреждаемость.
Производство деревянной тары снижается вследствие того, что ее
вытесняет более легкая, гигиенически стойкая тара из пластмассы и картона.
Сырье для производства деревянной тары
Для производства деревянной тары используют в основном:
•
хвойные породы: сосна, кедр, лиственница, тис, можжевельник,
ель, пихта. Их древесина характеризуется прямослойным строением, невысокой объемной массой, высокой стойкостью к гниению и механической
прочностью, легкостью обработки при производстве;
•
лиственные породы: липа, осина, ольха, тополь, береза и др. Эта
группа наиболее разнообразна по свойствам и строению.
Однако для упаковки продовольственной группы товаров существуют ограничения в отношении видов применяемой древесины, например
сосна из-за большого содержания смолы не используется для упаковки
продовольственных товаров, так как может передавать насыщенный смоляной запах продукту, тогда как для непродовольственной группы товаров
таких ограничений нет. Вид древесины подбирается с учетом особенностей
и свойств товарной группы, которую планируют упаковывать.
Производство деревянной тары
Деревянную тару получают продольной распиловкой древесины.
Технологический процесс производства заключается в заготовке и подготовке лесоматериалов (бревен), которые представляют собой отрезки
стволов деревьев толщиной на верхнем торце не менее 12 см. Бревна
должны быть очищены от сучьев заподлицо с поверхностью и окорены с
полным удалением луба. Затем их подвергают продольной распиловке (на
специальных распиловочных машинах), получая материал, идущий на изготовление тары: доски, бруски, брусья. Кряжи – обрезки ствола дерева,
используют в производстве фанеры, которую изготавливают склеиванием
тонких слоев (шпонов) древесины.
К древесине применяют ряд требований: она должна быть высокого
качества, не содержать гнили, пластовых трещин, должна быть определенной влажности, так как дефекты древесины проявятся в готовом изделии
при производстве тары из нее.
Ассортимент деревянной тары
В основном представлен ящичной тарой, бочками, барабанами, бочонками.
Виды и типы деревянной ящичной тары постоянно совершенствуются с учетом развития науки технологий деревообрабатывающей промышленности. Ящики из толстых дощечек заменяют ящиками из фанеры,
шпона, тонкой дощечки, полученной безопилочным резанием на лущильных станках.
•
33
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
Способы скрепления деталей ящиков: гвоздевые, клеевые, проволокосшивные и др.
Существуют ящики различных конструкций: в зависимости от материала изготовления и конструктивных особенностей они подразделяются на
дощатые и фанерные; разборные и неразборные; разборно-складные и
складные; плотные и решетчатые. Особую группу составляют клетки и
обрешетки, а также выделяются плетеные шпоновые ящики и ящики из
тонкой тарной дощечки на проволочной обвязке. Каждая группа ящичной
тары включает несколько типов, которые регламентируются ГОСТами.
Например, в зависимости от конструкции различают девять типов
фанерных ящиков:
•
Тип I – ящики беспланочные с дощатым корпусом;
•
Тип II – ящики на 12 внутренних или наружных планках с торцовыми
стенками, собранными на четырех планках в рамку, и боковыми стенками,
собранными на двух горизонтальных планках;
•
Тип III – ящики на 16 планках с торцовыми и боковыми стенками,
собранными на четырех наружных планках в рамку;
•
Тип IV – ящики на 18 планках с торцовыми стенками, собранными на
четырех планках в рамку, и боковыми стенками, собранными на двух горизонтальных планках, дном и крышкой на трех продольных планках;
•
Тип V – ящики из шпона на 30 планках с торцовыми и боковыми
стенками, дном и крышкой, собранными на 4 планках и рамку, и пятой
планкой посредине щитка;
•
Тип VI – ящики на 24 планках с торцовыми, боковыми стенками, дном
и крышкой, собранными на четырех планках в рамку;
•
Тип VII – ящики на 24 планках с торцовыми, боковыми стенками, дном
и крышкой, взаимно перекрывающими друг друга;
•
Тип VIII – ящики на четырех внутренних планках в рамку заподлицо с
верхними кромками корпуса или на четырех планках в рамку на внутренней
стороне крышки, сшитые проволочными скобками через металлические
уголки;
•
Тип IX – ящики с беспланочным корпусом, на восьми наружных
планках — по четыре в рамку на дне крышке, сшитые проволочными скобами через металлические уголки.
Ящики из древесно-волокнистой плиты используется для упаковки,
хранения и транспортирования расфасованных продовольственных товаров
и спичек. Ящики под пищевые продукты выстилаются пергаментом, подпергаментом или бумагой, пропитанной парафином.
Ящики деревянные складные комбинированные, предназначены для
упаковки яиц в ячеистых прокладках. Ящик имеет крышку, решетчатое дно
и откидную перегородку и т. д.
Деревянные бочки предназначаются для затаривания, хранения и
транспортировки жидких, полужидких, пастообразных и других продуктов.
34
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
В бочки упаковываются рыботовары, переработанная плодоовощная продукция (соленая, квашеная, моченая), некоторые молочные продукты, мед,
вино, пиво, а также ряд промышленных товаров.
В зависимости от назначения бочки различают заливные, сухотарные,
фанерно-штампованные.
Заливные бочки изготовляют из древесины одной породы. При использовании сосны, осокоря и бука для заливной продукции внутренняя
поверхность бочек эмалируется влагонепроницаемым составом. Не допускается применение березы для заливных бочек в связи с повышенным содержанием гемицеллюлоз, состоящих из гексозанов и пентозанов, последние относительно легко растворяются кислотами.
Для сухотарных таких ограничений практически не бывает.
Фанерно-штампованные бочки используют для обезжиренного сухого молока, яичного порошка, желатина, маргарина, животных топленых и
кондитерских жиров, со специальными мешками-вкладышами из полиэтилена, пергамента, целлофана.
Емкость бочек различна и может колебаться от 5 до 600 л. Бочки изготовляются из дубовой клепки и имеют отличительную особенность в виде
обручей катания или зигов, которые способствуют скреплению конструкции бочки. Поэтому существуют правила для вскрытия бочки: она должна
вскрываться только со стороны укупорочного дна, на котором имеется
маркировка, специальными приспособлениями.
Барабаны представляют собой особый вид тары, по форме напоминающий бочки, но имеющие прямую цилиндрическую форму и без обручей
катания. По способу изготовления и назначению они отличаются от бочек.
Барабаны фанерные предназначаются для хранения и транспортировки
сыпучих, сушеных овощей, маргарина, обезжиренного сухого молока, лекарственно-технического сырья, красителей, густотертых красок, сухих
пигментов, а также пастообразных и брикетированных товаров. Деревянные барабаны выпускаются для упаковки, хранения и транспортировки
сыров, имеющих форму низкого цилиндра. Особый вид барабанов деревянных выпускается для наматывания, транспортировки и хранения электрических кабелей, проводов и стальных канатов.
Барабаны изготовляют двух типов: с одинарным фанерным остовом и
двойным, различной емкости от 10 до 100 л. Для продовольственных товаров барабаны должны быть с мешками-вкладышами. Барабаны небольшой емкости стягиваются фанерными обручами, для большей прочности
могут применяться и металлические обручи.
Крепление обручей и деталей дна к остову производится при помощи
металлических скоб или гвоздей. Внутренние фанерные остовы могут заменяться на картонные при использовании барабанов для сухих пигментов.
По ГОСТу выпускают семь номеров барабанов.
35
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
Бочонки – декоративные деревянные изделия, имитирующие форму
бочки с обручами катания. Используются в основном как потребительская
упаковка меда, чая и пр.
Деревянная тара требует оптимальных условий хранения: при определенной влажности и температуре, так как несоблюдение этих параметров
приводит к расслоению фанеры, загниванию или деформации древесины.
Поддоны представляют собой составную часть упаковочного материала или тару для транспортировки и хранения грузов крупного и среднего
размера. Товар или груз, помещенный на поддон, называется паллетой.
Деревянные поддоны используются для создания транспортных пакетов и погрузочных и разгрузочных работ при транспортировке различных
грузов. Они так же могут применяться многократно и проходить обработку
и очистку при необходимости. Деревянные поддоны используются на любом виде транспорта – водном, железнодорожном, автомобильном и т.д.
Поэтому именно деревянные паллеты являются более функциональными –
они просты в обращении и экономичны, отличаются большей универсальностью применения, пригодны к ремонту и повторному и использованию.
В России на данный момент свыше 80 % рынка использования деревянных грузовых паллет составляют поддоны типоразмером 1200 х 800 мм.
Обусловлено это как оптимальной грузоподъемностью поддона при минимальных затратах материала на изготовление, так и тем, что поддон оптимален для перевозки железно-дорожным транспортом, который в свое
время являлся основным при перевозке грузов на дальние расстояния.
5.3. Вспомогательные упаковочные материалы и средства
5.3.1 Классификация вспомогательных упаковочных материалов и
средств
Кроме перечисленных основных материалов для отделки, сборки и
укупоривания упаковки широко используются вспомогательные упаковочные материалы. В зависимости от назначения вспомогательные тароупаковочные материалы делятся на четыре группы:
К первой группе относят клеи и лаки на основе природно-синтетических веществ (связующих, растворителей, пигментов, красителей, смол и т.п.);
Ко второй относятся следующие материалы:
- прокладочные (отделяют изделия друг от друга, полимерные и бумажные вкладыши);
Для предохранения содержимого коробок и ящиков от соприкосновения друг с другом применяют различные вкладыши. В потребительской
таре (коробках с конфетами или набором мелких предметов) – корресы,
лотки, вставки.
В картонные ящики вкладывают донные листы, перегородки, обрешетки, обечайки различной формы из плоского гофрированного картона
36
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
для разделения ящика на несколько отсеков по размерам упаковываемой
продукции.
- подстилочные (стружка, минеральная вата и т. п.);
- заверточные и оберточные (предохраняют изделия от коррозии и
температурных колебаний). Обертка может быть бумажной, картонной,
полимерной, из многослойного материала (полимерные и металлополимерные пленки, антикоррозийная и дублированная бумага).
Пленки растягивающиеся и термоусадочные используют для скрепления групповой упаковки и транспортного пакета как альтернативу обвязке.
Стрейч-пленка – современный упаковочный материал, обладающий
способностью растягиваться и возвращаться в исходное состояние.
Стреч-пленка представляет собой растягивающийся прозрачный обмоточный материал из полиэтилена высокого давления в рулонах. Имеет по
сравнению с обычными пленочными материалами повышенную прочность
на разрыв, высокую стойкость к проколу, удару, продавливанию.
В зависимости от толщины, пленка рекомендуется к использованию
для различных целей:
• толщиной 15…17 мкм – для крепления обычных грузов;
• толщиной 20 мкм – для крепления крупногабаритных тяжелых
грузов и предметов, имеющих острые края;
• толщиной 23 мкм – для крепления сверхтяжелых грузов, таких как
каменные блоки и бордюрная плитка.
Стрейч-пленка обладает способностью к растяжению без значительного изменения ширины и облегчает работу с продукцией на складах или
при транспортировке. Она позволяет удерживать груз на поддоне благодаря
высокому стягивающему усилию, снизить повреждения и потери продукции (воровства), предотвратить сколы и царапины на поверхности товара,
защитить продукцию на паллетах от загрязнения благодаря герметичности
упаковки, стрейч-пленка в несколько раз увеличивает скорость отгрузки и
приемки продукции, снижает издержки складского товарооборота (возможности ставить товары друг на друга). Она имеет высокую стойкость к
проколу и разрыву, в отличие от скотча, стрейч-пленка не оставляет следов
на упакованном товаре. Она упрощает комплектование клиентских заказов.
У нее широкий диапазон рабочих температур, возможна упаковка
стрейч-пленкой охлажденных и замороженных продуктов. Область применения стрейч-пленки чрезвычайно широка. Любая продукция, требующая транспортировки и хранения может быть упакована такой пленкой.
К третьей группе относятся крепежные материалы: металлические
обвязочные ленты, скобы, скрепы, проволока, металлический крепеж, бумажные и текстильные ленты, шпагат, нитки и нетканые материалы.
Металлические, стальные ленты и проволока обладают высокой
прочностью, низким удлинением и применяются для скрепления грузов и
37
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
деревянных ящиков. Стальную ленту и проволоку соединяют с помощью
пломб или без них. Проволоку закрепляют на грузе, скручивая концы.
Вспомогательными средствами при обвязке являются металлические
и полимерные скобы и уголки, которые защищают транспортную тару от
излишнего сжатия на уголках картонных ящиков и для фиксации ленты, а
также стяжки (замки) для полимерных и металлических лент.
Ленты классифицируют по типу материала на тканевые, полимерные, бумажные, металлические. Полимерные и бумажные ленты выпускают с липким слоем и без него.
Классификация липких лент:
- по назначению липкие ленты могут быть упаковочными, маркировочными, герметизирующими, прокладочными, декоративными;
- по типу клеевого слоя и условиям активации липкие ленты делятся
на активируемые растворителем (водой) или теплом, чувствительные к
давлению, постоянно липкие.
Для скрепления транспортного пакета, обвязки коробок, ящиков,
мешков и других видов тары применяют полимерные обвязочные ленты,
канатно-веревочные изделия и шпагаты.
Полимерные обвязочные (упаковочные) ленты изготавливают на
основе полипропилена, нейлона, вискозы, лавсана. Ширина обвязочных
лент – от 12…15 до 100 мм и более. Ленты прочные и эластичные хорошо
переносят нагрузки. Разный цвет обвязочных лент помогает сортировке
грузов.
Технические ременные ленты выпускают изо льна толщиной 20, 25,
35 мм. Они обладают высокой прочностью, но пониженной стойкостью к
биоповреждениям.
Веревки – изделия многоразового использования, сходные с канатами, но используемые в тех случаях, когда снижены требования к их прочности, износостойкости и надежности. Веревки по сравнению с канатами –
изделия более гибкие, они хорошо соединяются узлом и не пачкают грузы
при соприкосновении. Веревки используются для подъема неответственных
грузов, а также для упаковочных, хозяйственных и вспомогательных нужд.
Предназначены для многоразового использования. Изделия, изготовленные
из оческовой пряжи (по методу короткого прядения), называются веревкой.
Веревки относятся к изделиям промышленного текстиля. Наиболее распространены трехпрядные веревки тросовой свивки. Одним из распространенных материалов для изготовления веревок является джут. Также,
волокно джутовое широко используют для изготовления канатов, шпагатов,
технических, упаковочных, мебельных и других тканей, ковровых изделий.
Технические веревки имеют толщину от 4,5 до 26 мм. В зависимости
от применяемого материала веревки выпускают:
- из натуральных волокон: пеньковые, льняные, кенафные, льнопеньковые и хлопчатобумажные трехпрядные;
38
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
- из синтетических волокон: полиамидные, полиэфирные, вискозные,
полиэтиленовые.
Шнуры – тонкие крученые и плетеные изделия многократного применения. В отличие от веревок и шпагатов, шнуры предназначены для более
ответственных целей, имеют повышенные эксплуатационные характеристики и улучшенный внешний вид. Используются для оснастки судов речного и морского флота, в авиации, для создания орудий лова в рыбной
промышленности и при производстве спортивного инвентаря. Крученые
шнуры выпускаются диаметром 1,5…6 мм, плетеные – диаметром 6…12
мм.
Шпагаты – тонкие крученые изделия разового применения. Вырабатываются в основном из смеси коротких пеньковых, льняных и других
лубяных волокон, вискозных и полиолефиновых (полипропиленовых, полиэтиленовых) нитей, а также бумаги. Шпагаты для бытовых нужд выпускаются диаметром от 1 до 4,8 мм, для технических целей – шпагаты диаметром 2…3,5 мм. Используются шпагаты в сельском хозяйстве, пищевой
промышленности, торговле и в почтовых учреждениях для увязки при
упаковке киповых товаров и для вспомогательных операций.
Шпагаты пеньковые, льняные – одним из материалов для производства шпагатов является пенька – грубое лубяное волокно из стеблей
конопли. Кроме шпагатов, из пеньки изготавливают веревки, канаты,
шнуры, рыболовные сети, брезент, парусину и мебельную ткань. Льняные
шпагаты производят из отходов льна (короткого волокна). Из льняной
пряжи вырабатывают шнуры, веревки, канаты, тарные, бельевые, платьевые, технические и другие ткани. Льняное волокно характеризуется прочностью, малой растяжимостью, гигроскопичностью.
Шпагаты джутовые – одним из распространенных материалов для
изготовления шпагатов является джут. Также волокно джутовое широко
используют для изготовления шнуров, канатов, веревок, технических,
упаковочных, мебельных и других тканей, ковровых изделий.
Шпагаты сизалевые – для изготовления шпагатов, канатов, сетей,
щеток, упаковочных и других грубых тканей используют сизаль – грубое
натуральное волокно, получаемое из листьев агавы. Из отходов производят
бумагу, главным образом оберточную. По прочности сизалевые шпагаты
уступают изделиям из манильской пеньки и характеризуются большей
ломкостью.
Шпагаты бумажные – бумажный шпагат вырабатывается из специальной шпагатной бумаги путем резки ее на полоски шириной, соответствующей развесу шпагата, и их скручивания на крутильных машинах.
После этого шпагат полируется парафином и разматывается в бобины.
Шпагаты полипропиленовые – к преимуществам шпагатов из полипропилена относятся устойчивость к действию кислот, щелочей, органических растворителей, хорошие теплоизоляционные свойства, к недо39
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
статкам – низкая светостойкость. Из полипропиленового волокна изготовляют также веревки, канаты, ковры, фильтровальные и обивочные материалы и др.
Нити и нитки – наиболее тонкие крученые изделия, сходные по
конструкции с многониточными шпагатами. Крученые нити различают по
материалу, из которого изготовлена исходная пряжа (лен, хлопок, химические волокна и их смеси); по способу получения (сухой, мокрый, полумокрый); по виду отделки (суровые, беленые, окрашенные, вощеные, лощеные). Нити и нитки необходимы для сшивания горловины мешков, пришивания маркировочных лент, ярлыков и т. п.
Четвертая группа – укупорочные средства (пробки и крышки из
различных материалов).
5.3.2 Требования к вспомогательным материалам
Требования к вспомогательным материалам аналогичны требованиям
к упаковке и укупорочным средствам. Но наиболее значимые требования –
это их прочностные и сохраняющие качества, так как они выступают
предохранительной функцией и являются материалами, дополняющими
упаковку.
Требования социального назначения характеризуют соответствие
объемов производства различных видов вспомогательных материалов потребностям общества в целом;
Функциональные требования предусматривают соответствие вспомогательных материалов выполнению основных функций. Вспомогательные материалы должны быть инертны и устойчивы к действию упакованного товара;
Требования к надежности в потреблении. Надежность – это способность упаковки и вспомогательных материалов выполнять свои функции в течение определенного времени, совпадающего со сроками годности,
хранения или транспортирования товаров. Здесь важны такие требования,
как срок годности, прочность, разрывная нагрузка;
Эргономические требования предусматривают удобство пользования
вспомогательными материалами, обеспечение оптимальных условий использования. Важными показателями являются гигиенические;
Эстетические требования относятся к выразительности, рациональности формы, внешнему оформлению, четкости и совершенству исполнения вспомогательных материалов. К этим требованиям относятся отсутствие дефектов, оригинальность объемно-пространственной структуры,
выразительность, органичность декора, тщательность покрытия;
Экологические требования предусматривают отсутствие отрицательного воздействия вспомогательных материалов на окружающую среду, в
том числе после их функционального использования;
40
Тема 5. Материалы для производства тары и упаковки
Требования безопасности предусматривают необходимость обеспечить безопасность при пользовании вспомогательными материалами.
Перечень этих требований может варьироваться в зависимости от
конкретных видов и типов вспомогательных материалов.
41