Określenie - opakowaniowe materiały elastyczne - odnosi się głównie do materiałów tworzywowych występujących w postaci folii, ale obejmuje także inne materiały, jak papier, celofan czy folia aluminiowa, używane zarówno pojedynczo, jak i w składzie laminatów.

Opakowanie spełnia szereg ważnych funkcji: - zabezpiecza produkt od jego wytworzenia, poprzez łańcuch dystrybucji, aż do końcowego odbiorcy; - utrzymuje wymagany poziom wartości użytkowej zawartości przez określony czas; - umożliwia identyfikację i odróżnienie od innych produktów; - zawiera niezbędną informację o zawartości; - powinno promować produkt i podkreślać jego atrakcyjność. Podstawowe materiały opakowaniowe to: papier, szkło, metal, drewno i tworzywa sztuczne. Te ostatnie stanowią największą, dominującą grupę materiałów. Udział tworzyw sztucznych w produkcji opakowań systematycznie rośnie. Elastyczne materiały opakowaniowe używane są w większości do produktów spożywczych i zapewniają zabezpieczenie jakości zawartości przez określony czas przechowywania. Ważnym czynnikiem jest uniemożliwienie dostępu do wnętrza opakowania tlenu z atmosfery otoczenia. Metodą szeroko stosowaną do ograniczenia przepuszczalności gazów i pary wodnej jest metalizacja istniejących materiałów tworzywowych. Szybko rozszerza się oferta materiałów tworzywowych o zwiększonych właściwościach barierowych. Z dużym powodzeniem wykorzystuje się polialkohol winylowy w warstwach kompozytowych. Inna ważna innowacja z tej dziedziny to poliester powleczony tlenkiem krzemu. Popularne materiały w produkcji folii opakowaniowych to poliolefiny i poliamidy. Materiały odporne na podwyższone temperatury, takie jak poliestry i polipropylen, wchodzące w skład szerokiego zakresu produktów, spełniają wymagania stawiane materiałom przerabianym na wysoko wydajnych maszynach opakowaniowych. Elastyczne materiały opakowaniowe wykazują swoje zalety w liniach napełniająco-pakujących. Wiadomo, że wymagania stawiane opakowaniom, zwłaszcza przez duże placówki handlowe, narzucają zwiększenie funkcji opakowania, w tym promocji zawartości. Jedną z ważniejszych cech elastycznych materiałów opakowaniowych jest to, że pozwalają wytwarzać wysoko atrakcyjne opakowania, do których można stosować nowoczesne techniki druku. Opakowania zabezpieczają produkty żywnościowe i chronią przed oddziaływaniem środowiska. Elastyczne materiały opakowaniowe odgrywają coraz większą rolę, z uwagi na ich niską masę i ograniczone do minimum zużycie surowca, co jest istotne ze względu na ochronę środowiska. Cechy elastycznych folii opakowaniowych Elastyczne folie opakowaniowe produkowane są ze wszystkich rodzajów papieru, kartonu, folii tworzywowych, aluminiowych i z celofanu. Zarówno folie pojedyncze, jak i laminowane zaliczane są do wszechstronnie wykorzystywanych materiałów opakowaniowych w wielu sektorach. Generalnie cechy elastycznych folii opakowaniowych zależą od zamierzonych zastosowań i określają: - przepuszczalność pary wodnej; - przepuszczalność gazu; - przepuszczalność zapachu; - przepuszczalność światła; - odporność na wilgoć; - dobrą adhezję farb i lakierów; - odporność na tłuszcze; - odporność na płyny; - cechy fizyko-mechaniczne, jak:         a) odporność na rozciąganie,         b) odporność na przebicie,         c) zdolność łatwego wycinania,         d) łatwość rozdzierania,         e) możliwość składania; - zdolność powstrzymywania migracji zapachu do i od produktu; - metody zgrzewania podczas pakowania; - zdolność zabezpieczenia przed tworzeniem się grzybni; - niska gramatura i grubość. Wymienione, wybrane cechy są określane przez użytkownika i spełniają wymogi przepisów dopuszczających materiały do kontaktu z żywnością. Elastyczne folie opakowaniowe muszą być tak zaprojektowane, aby ich struktura uwzględniała fizyczne i chemiczne właściwości pakowanego produktu. Nie może występować wpływ opakowania na cechy użytkowe produktu i niedopuszczalne jest oddziaływanie w drugą stronę. Folia posiada często cechy barierowe i ochronne przeciw występującym czynnikom wewnętrznym i zewnętrznym. Zdolność folii do formowania, napełniania i zgrzewania na maszynach pakujących, odporność na nacisk i uderzenie odpowiadają wymaganiom stawianym materiałom i technologiom podczas druku i laminacji. Zgodnie z podanymi wcześniej generalnymi cechami elastycznych folii opakowaniowych są 4 główne wskaźniki wpływające na ich produkcję. Czynnik struktury produktu - Budowa fizyczna (ciało stałe, ciecz, krem, granulat, proszek). - Zawartość produktu, budowa chemiczna (słodycz, kwasowość, sól, olej, soczystość, alkaliczność, specjalny aromat, wrażliwość na wilgoć). Surowce i materiały pomocnicze oraz budowa folii opakowaniowych SUROWCE: - wszystkie rodzaje papieru o gramaturze 20–180 g/m2; - wszystkie rodzaje kartonu o gramaturze 200–500 g/m2; - półtwarde i miękkie folie aluminiowe o grubości 7–220 m; - folie tworzywowe:         a) polietylenowe (LLDPE, LDPE, MDPE, HDPE oraz mieszaniny z EVOCH i EVA),         b) polipropylenowe, nieorientowane folie cast (CPP), orientowane osiowo (OPP) i orientowane dwuosiowo (BOPP),         c) polistyrenowe, PS, OPS i piankowe (EPS), o grubości 300–1200 m,         d) PCV – folie o grubości 30–100 m i płyty 100–1000 m,         e) poliamidowe (PA) o grubości 15 – 40 m oraz współwytłaczane z PE (PAPE),         f) poliestrowe (PETP) – szczególnie o grubości 8–12 m,         g) celofanowe o grubości 25–40 m,         h) folie z polimerów: polichlorek winylidenu (PVDC), kopolimer etylen         i) alkohol winylowy (EVOH), polioctan etylenowo-winylowy (EVA).
Tabela 1 prezentuje cechy elastycznych monofolii wykonanych z wybranych tworzyw sztucznych. Tabela 2 przedstawia przepuszczalność gazów dla wybranych tworzyw sztucznych. Podano wartości dla gazów powszechnie branych pod uwagę przy badaniu barierowych opakowań foliowych do produktów spożywczych. Oznaczenia w tabeli 2: PA – poliamid, PET – politereftalan etylenu, HD-PE – polietylen wysokiej gęstości, LD-PE – polietylen niskiej gęstości, PP – polipropylen, PS – polistyren, Eval – EVOH Wyjaśnienie: Eval to handlowa marka kopolimeru etylenu i alkoholu winylowego (EVOH). Kopolimery te zapewniają świetne cechy barierowe w przypadku stosowania w kontakcie z produktami gazowymi, takimi jak tlen, azot, dwutlenek węgla czy hel. Polimer cechuje wyjątkowo niska przepuszczalność gazów, ale zwiększona chłonność i przepuszczalność pary wodnej. Ta cecha EVOH powoduje konieczność stosowania w folii wewnętrznych warstw barierowych z EVOH, osłoniętych innym rodzajem tworzywa. Do mniej popularnych polimerów barierowych zaliczane są: fluoropolimery PCTFE, kopolimery nitrylowe AN-MA, poliamidy, termoplastyczne poliestry i polichlorek winylidenu PVDC. MATERIAŁY POMOCNICZE: - lakiery nitro-, winylo- i poliamidowe mające specjalne dodatki, lakiery termiczne i zabezpieczające; - lakiery uretanowe (do suchej lami- nacji), jedno - i dwuskładnikowe; - lakiery kauczukowe do łączenia na zimno; - lakiery poliwinylidenochlorkowe (PVDC); - lakiery dekstrynowe, skrobiowe, wodne PVA, akrylowe; - lakiery silikonowe; - farby nitro-, winylopoliamidowe oraz wodne do druku płaskiego, do laminacji, odporne termicznie, opalizujące i transparentne; - bezrozpuszczalnikowe lakiery jednoi dwuskładnikowe; - rozpuszczalniki:         a) alkohole (etanol, alkohol izopropylowy, n-propanol),         b) estry (octan etylu, octan izopropylu), – ketony (aceton, metylo-etyloketon – MEK). Rozpuszczalniki pozwalają rozpuszczać farby i lakiery do druku i laminacji folii, w ten sposób pomagają uzyskać optymalną lepkość. Struktura folii jest najważniejszym czynnikiem w foliach opakowaniowych. Samodzielne użycie ww. surowców i materiałów pomocniczych nie stanowi żadnych obaw dla zdrowia, ale nie jest wystarczające dla wymaganego zabezpieczenia produktu podczas przechowywania i utrzymania jego cech przez określony okres przydatności do spożycia. Tworzywowe folie opakowaniowe szeroko stosowane w opakowaniach (LDPE, HDPE, PET, OPP, OPA, PVC, PVDC, PS) nie mają satysfakcjonujących właściwości w wielu rodzajach opakowań ze względu na przepuszczalność tlenu i pary wodnej. Aby poprawić tę sytuację, muszą podlegać laminacji z jedną lub większą ilością warstw z folii aluminiowej, folii tworzywowych, powlekanych folii PVC, PVDC lub współwytłaczanych folii EVOH i konwencjonalnych materiałów (papier, karton). Z drugiej strony, cechy barierowe zapewnione są przez specjalne powłoki i cieńsze folie, redukując ilość odpadów poużytkowych. Cieńsze folie to równocześnie wzrost efektywności produkcji. Możliwe jest uzyskanie różnych struktur zarówno poprzez laminację, jak i powlekanie lub stosując jednocześnie obie metody. Zastosowanie zależy od produktu, który ma być pakowany, maszyn napełniająco-pakujących i warunków marketingowych.
Postać opakowania, czynnik uwzględniający maszyny napełniająco-pakujące Maszyny pakujące projektowane są wraz ze stanowiskami pracującymi w układzie poziomym lub pionowym. Mogą produkować saszetki łączone z czterech stron, torby łączone w środku, opakowania składane, opakowania stojące, opakowania o składanym dnie, opakowania próżniowe itp. Maszyny wyposażone są zwykle w stanowiska napełniania. Jest możliwe zastosowanie dodatkowych stanowisk: wyposażenia do wytwarzania próżni, modyfikowanej atmosfery (MAP), regulacji ciśnienia powietrza (CAP) w zależności od stopnia zabezpieczenia przepuszczalności elastycznego opakowania. Nacisk szczęk do połączeń maszyn pakujących, jak i ich temperatura, krótki cykl i szybki przesuw wymagają, by warstwy elastycznych folii były odporne na warunki formowania i tarcia w maszynie, nie łamały się, nie rozrywały i nie traciły swoich cech użytkowych. Z tego powodu produkowana folia opakowaniowa musi być wytwarzana w najlepszych warunkach, uwzględniających wymagania przetwórcze, wynikające z rodzaju maszyn pakujących. Należy uwzględnić następujące informacje o maszynach pakujących: - szerokość używanej folii; - wydajność: ilość wykonywanych opakowań na minutę; - rodzaj formowania; - elementy grzejne i rodzaje oraz budowa szczękowych zacisków do tworzenia połączeń; - pomiar folii fotokomórką oraz miejsca wymaganych drukowanych znaków; - planowany druk, powierzchnia łączenia; - urządzenia próżniowe i do sterylizacji; - warunki napełniania gazem (azot, tlen, dwutlenek węgla); - warunki dla połączeń (przód, boki, tył). Technologia produkcji folii opakowaniowej Technologia produkcji folii ma charakter kompleksowy, a proces produkcyjny przebiega w linii. Ponieważ produkcja wymaga elastyczności, metody wytwarzania muszą być określone wcześniej, a próby całkowicie wdrożone. Jeśli wymagane są testy (np. w zależności od wymagań produktu klienta i rodzaju maszyn napełniająco-pakujących), należy wykonać możliwie krótką partię produktu. Proces produkcyjny musi uwzględniać dalsze operacje u odbiorcy, takie jak: drukowanie, laminacja, powlekanie oraz cięcie z roli. Ważne pytania: Które techniki stosowane są do druku? Czy drukowanie będzie wykonywane na powierzchni materiału, czy znajdzie się na odwrotnej, wewnętrznej stronie, w kontakcie z towarem? Jedna z tych metod musi być wybrana i znana, zanim folia zostanie wykonana. Farby i lakiery do druku muszą być odpowiednio dobrane (np. wydajność, czas suszenia). Termin „laminacja” można zdefiniować jako łączenie ze sobą dwu lub więcej warstw lub folii, stosując specjalne kleje. Barierowe warstwy lub folie wykonywane są z folii i taśm aluminiowych, papieru lub kartonu oraz różnych folii tworzywowych (PE, PP, PS, PVC, PVCD, PA, PETP, EVA, EVOH). Metody laminacji i powlekania dobiera się w zależności od czynników zabezpieczanych w opakowaniu. Zabezpieczenie ma zapewnić odpowiednio długi okres przechowywania i przydatności do spożycia (stosując np. atmosferę gazową). Ważne jest uwzględnienie takich czynników, jak: opakowanie odpowiednie do gotowania, głębokiego mrożenia, pakowania próżniowego, sterylizacji i pasteryzacji oraz do stosowania w kuchenkach mikrofalowych. Folie aluminiowe muszą być cienkie zarówno ze względów ekonomicznych, jak i dla zapewnienia miękkości i łatwości składania. Jest wiele możliwości wzmocnienia folii (np. laminoopakowania wanie z papierem, kartonem lub inną folią tworzywową). W ten sposób można tworzyć szeroką gamę nowych produktów.
Nowe wymagania pojawiają się dla zabezpieczenia świeżości produktów rolnych i produktów spożywczych, szczególnie pod względem przepuszczalności gazu. W celu spełnienia tych warunków stosuje się folie: aluminium – tworzywo, tworzywo – tworzywo i aluminium – papier – tworzywo. Jest wiele materiałów laminowanych. Oto pokrótce następujące procedury laminowania: Mokra laminacja Stosowane są generalnie kleje skrobiowe, rzadziej kazeinowe. Wodoodporne laminaty powstają przez zastosowanie specjalnych dodatków. Mokra laminacja szeroko wykorzystywana jest do folii typu aluminium – papier. Jedna z laminowanych folii jest przepuszczalna dla pary wodnej, co jest niezbędne w procesie suszenia. W specjalistycznych foliach papierosowych i pewnych rodzajach folii do serów laminacje mogą być wykonywane przez punktowe lub liniowe nałożenie kleju. Laminacja parafinowa Wiązanie zapewnione jest przez topienie i rozprowadzanie parafin (wosków). Nie jest potrzebne suszenie. Laminacja wymaga docisku i chłodzenia. Nieprzepuszczalne folie mogą być laminowane tą metodą, np. laminowanie dwóch folii aluminiowych. Woski do laminowania są mieszaniną utworzoną z różnych kombinacji mikrowosków, parafin, tworzyw oraz syntetycznych żywic. Sucha laminacja Metoda ta nazywana jest także lakierową laminacją. Sucha laminacja (metoda transferu) osiągana jest przez użycie lakieru, który jest rozpuszczany w rozpuszczalnikach organicznych i którego adhezja i termoplastyczność są wyznaczone przez specjalne dodatki. Laminacja jest zakończona wtedy, kiedy nastąpi przejście obu folii przez ogrzewaną rolkę. W tej metodzie, podobnie jak przy laminacji woskowej, folia musi być nieprzepuszczalna. Lakiery w tej laminacji są jedno- i dwukomponentowe. W czasie laminacji dwuskładnikowymi lakierami zachodzi reakcja chemiczna i sieciowanie. Takie folie używane są wówczas, kiedy wymagana jest odporność na wysokie temperatury i dobra odporność chemiczna. Kleje dwuskładnikowe muszą być stosowane do folii opakowaniowych, jeśli wymagana jest sterylizacja wraz z opakowaniem. Mocniejszą strukturę zapewnia laminacja lakierami dwuskładnikowymi. Metoda suchej laminacji może być stosowana z lakierami bezrozpuszczalnikowymi i rozpuszczalnikowymi. W tym wypadku odparowanie rozpuszczalnika nie jest potrzebne i maszyna laminująca ma większą wydajność. Metoda jest szczególnie sprawna i ekonomiczna dla prostych laminatów dwu- i trójwarstwowych. W pewnych przypadkach pakowania produktów folie wielokrotne mogą być produkowane przy równoległym wykorzystaniu rozpuszczalników i laminacji bezrozpuszczalnikowej. Laminacja dyspersyjna Dyspersję tworzy stała substancja rozproszona w postaci drobnych cząsteczek w cieczy, najlepiej w wodzie. Wodną dyspersją kauczuku naturalnego jest mleczko kauczukowe – inaczej lateks naturalny. Lateksy syntetyczne to wodne dyspersje polimerów. Wiele dyspersji syntetycznych polimerów wykorzystuje się jako kleje. W laminacji dyspersyjnej po pozbyciu się wody otrzymuje się produkt finalny odpowiadający suchej laminacji. Laminacja dyspersyjna jest częściowo wodoodporna. Laminacja polietylenowa Dotyczy laminacji dwu lub więcej folii przy użyciu PE. Kiedy pierwsza powierzchnia folii (aluminium, papier, karton) jest powleczona przez wytłoczoną warstwę PE, przechodzi do innej folii przez prasujące wałki laminujące. W ten sposób jest produkowana folia TetraPack. Laminacja koekstruzyjna W głowicy rozdmuchowej linii wytłaczania blow formuje się wielowarstwową folię. Ten proces jest używany m.in. do produkcji folii do pakowania próżniowego, opartej na PA. Metoda powlekania Wielokrotny proces powlekania daje wymagany efekt końcowy. Technologia powlekania może być stosowana jako technika transfer i powlekania. Jest bardzo wszechstronna i obejmuje m.in.: – Przenoszenie przez cylinder: powlekanie lakierem dyspersyjnym – dyspersją PVDC. – Przenoszenie przez zanurzenie: np. impregnacja w środowisku roztworów wodnych. – Przenoszenie przez rakiel: masa tworzywa z rozpuszczalnikiem. – Powlekanie przez cylinder odwrotny – podawanie materiału hot-melt. – Powlekanie przez wytłaczanie: powlekanie woskami, PE. – Powlekanie nożem w powietrzu: powlekanie hot-melt. – Wielokrotne powlekanie. Generalnie można wydzielić następujące metody powlekania: – powlekanie lakierami; – powlekanie dyspersyjne; – powlekanie hot-melt i woskami; – powlekanie zimne (cold seal); – powlekanie metalicznym proszkiem (srebrzysty efekt, nie przepuszcza światła). Kompatybilność cięcia i pakowania Folie opakowaniowe używane są często w postaci rolek (nawojów). Bardzo rzadko używane są do napełniania i pakowania w postaci przygotowanych uprzednio torebek, saszetek itp. Folie w rolkach muszą być nawinięte bardzo starannie i z pewnym naciągiem odpowiednio do pomiaru i wyposażenia fotokomórek maszyn do cięcia i pakowania. Z drugiej strony perfekcyjnie wykonana folia może być mało przydatna z powodu braku możliwości pocięcia na szerokości wymagane dla maszyny pakującej. Wśród elastycznych folii opakowaniowych dominują folie z tworzyw sztucznych. Bardzo szybko rozszerza się obszar stosowania wielowarstwowych folii barierowych, zwłaszcza do produktów spożywczych.
Tworzywa Sztuczne i Chemia NR 5 WRZESIEŃ/PAŹDZIERNIK 2005

Komentarze