Классификация и сферы применения многослойных пленок

 3. Барьерные трехслойные и пятислойные пленки

Вопреки мнению о том, что барьерные пленки квалифицируются как таковые только при экструзии 5-ти и более слоев, многие европейские эксперты отмечают, что при умелой комбинации химических полимерных добавок, экструдер АВС может позволять производить пленку с барьерными слоями.

Нужды продовольственного сектора, в частности, требуют все более целенаправленного исполнения упаковки, чтобы гарантировать лучшее из возможного сохранение продовольствия, а также завоевание внимания потребителя привлекательным видом изделия. Это, в свою очередь, ведет к ужесточению требований к гигиеническому, сенсорному и комфортабельному аспектам упакованного продовольствия. Недавно был проведен обзор рынка «вечных» упаковок — систем, которые позволяют упаковать продовольственные продукты, устраняя большую часть консервантов, путем использования материалов со специальными физико-химическими и механическими свойствами. Мониторинг проводился путем покупки некоторых упакованных продуктов и оценки газо- и паро-удерживающих характеристик материала с учетом обработки, которой было подвергнуто изделие (сварка, печать и т.д.). Отметим, что результаты не были только положительными. Очевидно: работы в этой области должны продолжаться.

Основными факторами, влияющими на качество продовольствия при хранении, являются:

светопроницаемость — некоторые типы излучения катализируют нежелательные реакции в продуктах, особенно в светочувствительных веществах;

газопроницаемость, особенно кислорода, позволяет аэробным микробам дышать, обуславливает окисление и, как следствие, потерю аромата, окисление витаминов и двуокиси углерода;

влагопроницаемость — создает условия, которые могут способствовать развитию микробов, ухудшает эксплуатационные характеристики упаковки, делая ее более проницаемой для кислорода;

теплопроницаемость — ускоряет все реакции; механические воздействия — динамические (толчки и вибрация)и статические (сжатия).

Для преодоления этих проблем, максимально возможного увеличения времени хранения изделия при одновременной гарантии стабильности и годности все чаще используются усовершенствованные технологии упаковки, которые объединяют свою собственную эффективность с улучшенными характеристиками используемых пленок. Рассмотрим разновидности упаковки в защитной атмосфере; это:

• регулируемая газовая среда (СА) или, скорее, поддерживаемая постоянной посредством контроля и регулирования и, следовательно, подходящая только для складского хранения;
• измененная атмосфера (MA), то есть определяемая только в начале упаковывания;
• Применение саморегулирующейся газовой среды (SCA), которая использует преимущества метаболизма изделий;
• произведенная в процессе хранения (ISG)— использует селективные по отношению к некоторым газам материалы;
• атмосфера двуокиси углерода (CDA) — имеет концентрацию CO2 более 60%;
• скомпенсированный вакуум (CV); стерильная упаковка — наполнение стерильного пакета стерилизованным продуктом; вакуумная упаковка;
• активная упаковка, которая использует активные материалы, точнее, материалы, которые поглощают или выделяют (или и то и другое) определенные вещества, как в случае «вечных» упаковок;
• комбинированная упаковка, которая использует преимущества нескольких из вышеупомянутых методов, например, измененная атмосфера плюс активная упаковка.

Главной характеристикой этих пленок является, конечно, то, что они легкоформующиеся и стойкие, и поэтому могут очень легко принимать форму объекта, который они содержат, ограничивая количество остаточного воздуха. В дополнение к вышеупомянутому, материал должен гарантировать воздушную и водную непроницаемость как в исходном состоянии, так и при герметизации упаковки независимо от ее формы и характера.

Что касается герметизирующих систем, мы только кратко упомянем, что они также развиваются: от «примитивного» клея они перешли к термосварке и достигли обратимых систем (открыто и закрыто), которые являются все более эффективными при гарантированной воздухо- и водонепроницаемости даже после нескольких использований. Но обязательное условие, которое остается в основе функциональности воздухо- и водонепроницаемой упаковки – максимальная устойчивость к прониканию сред (прежде всего кислорода) через полимерную пленку. В частности, при использовании вакуумной упаковки ускоряется проникновение газа из-за перепада давления между внутренней и внешней сторонами, поэтому газопроницаемость должна быть минимальна.

В настоящее время нет ни одного основного материала, используемого в упаковке, который соединил бы в себе качества, описанные выше. Поэтому используются комбинации двух или нескольких типов материалов, для того чтобы создать конечный продукт, который, суммируя различные дополнительные качества, в целом соответствует требуемым характеристикам. Эти материалы называются многослойными пленками и именуются по последовательности аббревиатур составляющих материалов, как, например, PET/PVDC/PE, включающий полиэтилентерефталат (PET), поливинилденхлорид (PVDC) и полиэтилен (PE). Из различных сред, которые могут проникать через упаковку, следует отметить кислород, двуокись углерода, азот, алкоголь и воду. Кислород и пары воды — вещества, которые больше всего волнуют упаковщиков из-за сильных органолептических изменений, которые они вызывают при хранении. Следовательно, важно определить материал, который в конечной упаковке лучше всего обеспечит требование «кислородного голодания».

Остановимся, в частности, на материалах, которые обеспечивают защиту от этого элемента. В любом случае можно сказать, что только при наличии материала с хорошими характеристиками мы будем иметь эффективную упаковку. Другими словами, свойства пленки должны оставаться константой на всех фазах производственного процесса упаковывания изделия. Предположим, что пленка, применяемая при упаковке, соответствует всем необходимым характеристикам, предъявляемым к упаковке для продовольственных продуктов, и что эти характеристики поддерживаются в течение всего производственного процесса.

В основном используется три типа исходных материалов: металлическая фольга (алюминий), покрытия (как металлические (алюминий), так и минеральные (окись кремния, окись алюминия, керамика и т.д.) и, наконец, полимеры (EVOH и PVDC, PET). Эти материалы инкапсулированы в других полимерах, так называемых структурных полимерах, которые дают дополнительные необходимые качества; различные слои соединены вместе посредством клеящих веществ.

Несмотря на превосходные характеристики (непроницаемость для кислорода и света), алюминий все меньше и меньше используется в упаковке прежде всего из-за непрозрачности. Эта тенденция также усиливается тем фактом, что прозрачные полимеры, которые легче и более дружественны к окружающей среде, имеют аналогичные характеристики.

В настоящее время с успехом используются три прозрачных пластика с прекрасными барьерными свойствами: EVOH, PVDC и PET. Эти полимерные материалы, однако, имеют разные барьерные свойства по отношению к различным средам. В отношении кислорода более эффективны EVOH и PET, в то время как для паров воды — PVDC.

Следует напомнить, что значение проницаемости выражается в объеме кислорода (кубические сантиметры 1 cc =1 ml =1 cm ³ ), который проникает через поверхность (в квадратных метрах)в течение 24 часов при определенном давлении:

Проницаемость = cm³/m²/24h/atm

Естественно, барьерные свойства PVDC, EVOH и PET изменяются в зависимости от характеристик структурного полимера, так что можно установить, что для того же самого количества PVDC (5g на квадратный метр) проницаемость будет равна 5, если подложка PET 7, если подложка OPA (общая толщина 25 мкм) — удвоится, при использовании PVC (общая толщина 35 мкм) и становится еще хуже при использовании полиэтилена низкой плотности.

В силу склонности к растрескиванию из-за гидролиза и PVDC, и EVOH всегда ламинируются полиолефиновыми покрытиями. Ниже приведены типовые комбинации слоев для многослойной барьерной экструзии.

В силу широкого разнообразия возможных комбинаций различных материалов, исследовать их подробно невозможно. Кроме того, в дополнение к основным свойствам, отмеченным первоначально, иногда требуются другие специальные свойства, например хладостойкость, (рекомендуются PET, PA или PS). Наоборот, для высоких температур (90 — 100 C) рекомендуются PP, PE, СPET.

Для придания устойчивости многослойным материалам наиболее часто используют: APET, NYL, PVC, PO и Valeron, в то время как для улучшения термосвариваемости используются PPO, PP и PE. Следует уделять внимание данным о физических свойствах, приведенным в литературе, так же как и данным, предоставленным непосредственно изготовителем. Особенно важно знать дату публикации этих сведений, чтобы иметь уверенность в том, что они действительно современны. Скорость, с которой пищевая промышленность требует материал со все более специальными характеристиками, ведет к тому, что пленки устаревают очень быстро, и что независимо от их замечательного успеха, сегодня они уже не способны конкурировать с вновь разработанными. Кроме того, должны быть приняты меры предосторожности при сравнении данных, несмотря на широкое распространение использования стандартных методов измерения и исследований, можно столкнуться с данными, которые были получены при несходных условиях измерения.

Рекомендуется тщательно читать технические данные, из которых можно определить то, какая система анализа использовалась.

Полимерные барьерные слои изменяют проницаемость по кислороду в зависимости от влажности, в которой окажутся; пленки с алюминием ведут себя аналогичным способом при их охлаждении. Даже состав газа в упаковке становится определяющим фактором, который может уменьшить величину проницаемости в четыре раза. В таблице 3 приведены некоторые типы пленок наряду с относительными значениями, рекомендуемыми к использованию.

Большинство производимых барьерных пленок на пути становления красивой и красочной упаковкой по сути являются полуфабрикатом. После экструзии следующий логический процесс — ламинирование пленки и нанесение многоцветной печати.