Пищевые пластиковые контейнеры: материалы, технологии изготовления и дизайн

Как удобное средство для транспортировки, хранения и приготовления продуктов питания пластиковые контейнеры прочно обосновались в нескольких сегментах рынка. В их использовании происходят постоянные перемены, обусловленные как развитием упаковочных технологий, так и растущими требованиями к применяемым материалам. Все больший спрос на продукты, упакованные в подложки прямоугольной формы – для свежемороженого мяса, птицы, рыбы и полуфабрикатов – предъявляют предприятия розничной торговли, работающие на принципах самообслуживания. В каждом крупном супермаркете теперь есть отдел, где в контейнеры со съемными крышками фасуют готовые салаты и другие блюда. Все больше потребителей обращают внимание на то, можно ли подвергать контейнер разогреву в микроволновой печи. Возможности упаковки во многом определяются особенностями материала и технологии изготовления.

Особенности материалов

В приведенной ниже таблице для сравнения приведены наиболее важные для производителей и потребителей упаковки особенности соответствующих полимеров.

Материал Прозрачность

Барьерные свойства

Т
плав.,
С

Т
наполн.,
С

Жесткость
конструкции
(1-3)

Прочность
при ударе
(1-5)

Устойчивость к действию

к О2 (1-5)

к влаге

кислот

жиров

тепла

холода

света

PP

сред. мутность

1

3-5

160-165

95-100

2-3

1-3

2-3

3

3

1-2

2

PET

прозр.

3

2-3

250-265

70-85

2-3

3-5

2-3

3

1-2

3

3

HDPE

мутный

1

3

120-130

60-70

2

3-5

2-4

3

3

5

2

LDPE

мутный

1

3-5

105-115

70-80

1

5

2-4

3

2

5

2

PVC

прозр.

3

2

212

60-85

2-3

1-3

3-5

3

2

2-3

2

PS

прозр.

1

2

240-260

65-75

2-3

1-3

2-3

2-3

2

1

2

По большинству из приведенных показателей в качестве упаковочного материала лидирует ПЭТФ, который остается лидером в российской упаковке.Недостатком контейнеров из ПЭТФ остается все-таки довольно невысокая допустимая температура упаковки (70 °С), которая ограничивает возможности стерилизации. Вообще упаковка из ПЭТФ отличается низкой устойчивостью к воздействию тепла. Основное направление применения ПЭТФ в упаковке – производство бутылок, формируемых методом раздува, но из этого материала изготавливают и другую продукцию, например, одноразовые контейнеры.

Одним из наиболее массовых в производстве упаковки остается полиэтилен, который вполне подходит для фасовки продуктов, не относящихся к скоропортящимся. Но при производстве контейнеров полиэтилен менее удобен, поскольку с трудом держит форму. Чтобы добиться жесткости контейнера, необходим высокий расход материала. Также полиэтилен менее эстетичен – через его мутный слой продукт недостаточно хорошо виден. Не может быть и речи о стерилизации продуктов, ведь существенная деформация упаковки возможна уже при 65 °С. Кроме того, существуют также определенные технологические проблемы: для того, чтобы обеспечить более-менее стабильную форму контейнера необходимо использовать большое количество полиэтилена, что удорожает продукцию и придает ей излишний вес.

В производстве пищевых контейнеров, пожалуй, наилучшим материалом является полипропилен, который отличается как высокими конструкционными, неплохими барьерными свойствами, так и позволяет проводить стерилизацию в упаковке (до 130 °С). Именно высокие барьерные свойства обеспечивают большую сохранность аромата продукта в упаковке из полипропилена. Немаловажно, что полипропиленовые контейнеры можно подвергать действию микроволнового излучения – важное преимущество в контексте растущего сектора упаковки готовых продуктов. Материал из полипропилена устойчив на излом, что делает его самым популярным для производства различного рода крепежа и крышек. Существенный недостаток – низкая морозостойкость, которая компенсируется добавлением специальных веществ и других полимеров, что позволяет снизить границу использования материала до -40°С.

Полистирол отличается высокой технологичностью, способностью при определенных условиях добиваться прозрачности близкой к свойствам стекла. В нашей стране полистирол все еще активно применяется в производстве контейнеров, однако, нужно помнить о его термической неустойчивости, не допускающей упаковки в этот материал горячих продуктов, например, плавленых сыров. Существенную проблему представляет утилизация материалов из полистирола, практически не подлежащих вторичной переработке. Именно по этой причине от него все больше отказываются на Западе, заменяя более экологичным полипропиленом.

Хотя ПВХи отличается хорошими технологическими показателями, ограничения в его применении связаны с тем, что из материала упаковки могут выделяться токсичные вещества. Наибольшее значение имеют пластификаторы, которые добавляются, чтобы придать ПВХ большую пластичность и гибкость. Кроме того даже сам мономер винилхлорид имеет выраженные канцерогенные свойства. Еще большую опасность представляют побочные продукты производства и утилизации ПВХ, в особенности диоксины, которые выделяются при горении. Поэтому в развитых странах практически полностью отказались от ПВХ как упаковочного материала. У нас же некоторые не вполне добросовестные производители упаковки все еще продолжают его применять, правда, совсем в небольшом объеме ­– в структуре потребления материалов в производстве упаковки он составляет всего 1,2% (2006 г.).

Методы изготовления

Основными методами изготовлениями пищевых пластиковых контейнеров являются формование и литье под давлением, которые в свою очередь подразделяются на несколько специфических технологических процессов.

Формование применяется при изготовлении тонкостенных контейнеров. Основным ограничением данного метода является неравномерность вытяжки различных частей изделий, что приводит не только к существенным вариациям в толщине упаковки, но также к большому проценту отходов, особенно, когда речь идет о вытяжке большой глубины. Много отходов получается и при обрезке. Однако этот материал может быть снова возвращен в производственный цикл после дробления. После формования изделия требуют дополнительной обработки (обрезка, пробивка отверстий, сварка, склеивание, горячее запаивание и т. д.). Данная технология позволяет получать только изделия, не отличающиеся сложной конфигурацией. Однако недостатки с лихвой уравновешиваются преимуществами, важнейшими из которых является тонкостенность и возможность переработки материалов с предварительно нанесенной печатью, а также высокая производительность, которая позволяет за счет производства крупных партий существенно снизить издержки на единицу продукции. Кроме того, термоформовка позволяет перерабатывать многослойные и вспененные материалы.

Выделяют несколько различных видов термоформования:

Вакуумформование предполагает создание разряжения воздуха в полости между исходным листом упаковочного материала и поверхностью формы. Вакуумформование имеет несколько технологических разновидностей. При формовании в матрицу листовую заготовку укрепляют на матричной форме и подводят нагреватель. Когда лист разогревается, из формы откачивают воздух и материал заготовки плотно прижимается к стенкам матрицы, при этом охлаждаясь. Перед применением формования можно произвести предварительную вытяжку разогретого листа толкателем. Такой метод целесообразен при изготовлении глубоких изделий во избежание брака из-за неравномерного растяжения материала. Приформовании на пуансоне роль толкателя выполняет пуансон, обеспечивающий точность внутренних размеров изделия. При этом предварительно может осуществляться вытяжка сжатым воздухом.

Пнемоформование осуществляется с помощью сжатого воздуха (до 2,5 МПа), который воздействует на пластиковую основу, разогретую до высокоэластичного состояния. Данная технология таит в себе некоторые подводные камни, о которых следует помнить. Во-первых, при недостаточно быстрой подаче воздуха лист может прижиматься к поверхности формы неравномерно. Кроме того, между формой и листом заготовки остается воздух, который необходимо удалять через отверстия в форме. Для заготовок с толстыми стенками разумно дополнительно использовать пуансон. Преимуществом пневмоформования по сравнению с вакуумным методом является возможность работы с более толстостенными материалами и крупногабаритными изделиями. Методом пневмоформования получают более объемные изделия ­– посуду для холодных напитков, контейнеры для мороженого и т. п.

Технология литья под давлением предполагает, что контейнер изготавливается путем затвердевания вязко-текучей пластиковой массы в форме под давлением. Вначале расплав полимера подготавливается в специальном цилиндре, затем впрыскивается в форму, в которой он застывает и охлаждается. После отвержения пластмассы форму размыкают и удаляют изделие. При этом необходимо поддерживать определенную температуру формы, чтобы не было затруднений в ее заполнении. Данный метод позволяет перерабатывать разнообразный ассортимент полимерных материалов, включая вспененные и получать изделия более сложной конфигурации. Производительность литья под давлением гораздо ниже по сравнению с термоформованием, поскольку производственный цикл является более длительным. Отходы формируются в основном в литниковой системе, их объем можно уменьшить, используя современные горячеканальные формы.

Пищевые пластиковые контейнеры отличаются широчайшими возможностями графического оформления, которое выполняется методами флексографии, офсетной и глубокой печати и техникой in mould, использование которых во многом зависит от технологии изготовления контейнера.

Дизайн контейнеров

Пластиковые контейнеры отличаются широчайшими возможностями графического оформления. Возможно осуществить графическое решение без нанесения печати на саму полимерную упаковку, а лишь на этикетку – бумажную или пластиковую, – которая в готовом виде наклеивается на контейнер. Перечислим основные виду печати на пластиковую емкость:

  • флексопечать;
  • сухой офсет;
  • ротогравюра;
  • in-mould

 

Флексография
используется для нанесения печати на рулонный полимерный материал или самоклеящиеся этикетки. При этой технологии между подающим краску валиком и подложкой для печати располагаются два цилиндра – накатный валик из протравленного металла и формный цилиндр с полимерными печатными формами (как правило, из синтетического каучука). Пластиковые клише дешевы, могут быть быстро изготовлены и позволяют быстро перенастраивать оборудование на новую продукцию. Однако недостатком данного метода является недостаточно точная передача деталей, которые могут искажаться при незначительном изменении давления. Многоцветные изображения и полутона обычно формируются из мелких точек, которые заметны при внимательном рассмотрении. При флексографии используются краски низкой вязкости на основе воды или растворителей. Данный метод особенно эффективен при работе с шероховатыми и текстурованными поверхностями, поэтому в применении к дизайну контейнеров, его достоинства в наибольшей мере востребованы в печати самоклеящихся этикеток и красочных наклеек. Обычно флексографию применяют при многотиражной печати – до сотен тысяч и миллионов оттисков, что позволяет существенно снизить издержки на изготовление форм на единицу продукции. В последнее время использование лазерных технологий при изготовлении форм позволили заметно повысить качество флексопечати.

 

Офсетная печать
предполагает, что многокрасочное изображение вначале формируется печатающими элементами на эластичном полотне (цилиндре), который выступает в функции посредника. При этом до соприкосновения с подложкой краски должны сохранять свою влажность. Поэтому часто при офсетной печати используют краски, затвердевающие при нагревании или – более современная технология – под воздействием ультрафиолетовых лучей.

Офсетная печать подразделяется на 2 подтипа – печать с увлажнением и «сухой» офсет. При печати с увлажнением на алюминиевой форме поддерживается баланс между краской и водой. В процессе печать увлажняющий раствор смачивает зерненную алюминиевую поверхность цилиндра и отталкивается от слоя диазосоединений. Гидрофобная краска же не может попасть на смоченную водой поверхность и остается на печатных элементах. Недостатком офсета с увлажнением является невозможность адекватно передавать мелкие детали и точно отражать границы, что является следствием действия сил поверхностного натяжения и вязкости полиграфических красок.

Безводный, «сухой» офсет не предполагает использования увлажняющего раствора за счет специального силиконового слоя, покрывающего пробельные элементы. Благодаря этому упрощается процесс печати, и получается более четкий и контрастный растр. Краски «сухого» офсета отличаются повышенной вязкостью, которую необходимо поддерживать в определенном узком диапазоне, который зависит от небольших колебаний температуры в помещении. Недостатком технологии «сухого» офсета является дороговизна расходных материалов (качество красок и подложки), что значительно увеличивает себестоимость конечной продукции. Однако «сухой» офсет незаменим для печати на пластиковых тубах, на которые изображение передается с высокой точностью, несмотря на неровность поверхности.

Метод глубокой печати (ротогравюра) предполагает создание оттиска с помощью нескольких цилиндров, установленных на ротационной машине. Печатные валы, которых для получения даже не очень сложного дизайна нужно 6-7 штук, требуют сложной технологии изготовления, однако, они выдерживают на порядок больший объем печати по сравнению с пластиковыми клише. Глубокая печать осуществляется при рулонной и листовой подаче. Сначала краску наносят на весь формный цилиндр, а затем удаляют тонкой стальной пластиной так, что пигмент остается только в углубленных печатных элементах. Затем подложка обжимается печатным цилиндром, и краска переходит на ее поверхность. Чтобы ускорить удаление краски, на подложку и форму часто подают напряжение противоположного знака. Глубокая печать применяется для оформления этикеток, оберток, рулонных упаковочных материалов, которые затем нарезаются. Основное преимущество глубокой печати – высокое качество изображения с превосходной передачей градиентов цвета, тонких линий и мелких элементов. При этом на изображении отсутствует зернистость и размытость границ, что открывает дизайнеру большое поле для творчества. Однако дороговизна печатных форм делает данный метод рентабельным только при больших тиражах продукции.

Технология in-mould или «вплавляемая этикетка» применяется, как правило, в случаях, когда необходимо обеспечить высокое качество изображения на поверхностях сложной формы. В качестве основы для такой этикетки используются пленки из традиционных материалов – PE, PP, PS, PET. Столь же привычны и методы печати на основе – офсет, флексография, ротогравюра. Однако принципиальной особенностью этикеток in-mould является сам способ прикрепления этикетки – в готовом виде она вплавляется в контейнер в момент формования. Метод in-mould сочетается с рядом технологий изготовления контейнеров – термоформовка, литье под давлением, выдув в пресс-форму. Особенности технологии накладывают определенные технические ограничения. Во-первых, высеченная этикетка должна иметь очень ровную кромку реза. Кроме того, в контурах этикетки не должно быть острых углов. В процессе нанесении этикетки особое значение имеет момент ее позиционирования, которое осуществляется либо при падении этикетки под действием собственной тяжести (это требует большой осторожности, так как малейшее движение воздуха может вызвать брак) или с помощью специального механического манипулятора. Также важно правильным образом зафиксировать этикетку в пространстве формы, для чего применяют механический, вакуумный и электростатический методы. Первый из них предполагает фиксацию этикетки с помощью держателей. Ваккумный метод, при котором она удерживается сжатым воздухом, получил большее распространение. Наиболее перспективный метод – фиксация с помощью статистического электричества: этикетка удерживается подаваемым через электрические контакты разрядом. При этом на ней не остается следов, появляющихся на месте откачки воздуха при вакуумном методе.


Автор: Кирилл Корякин

Unipack.Ru

Смотрите также по теме «Пищевые пластиковые контейнеры: материалы, технологии изготовления и дизайн»:


Новости

2019-04-06

Ложементы и полимеры в упаковочной индустрии: от идеи к реализации

2019-03-27

Полимерная индустрия и интернет: проверка на прочность

2019-03-14

Мастер класс по пайке ППР труб

2019-01-12

Промагросоюз: промышленное и агротехническое оборудование с доставкой по всей России

2018-08-05

Промышленное оборудование для торцевания и резки: движение в сторону эффективности

2018-06-09

Полимеры, лазеры и микрохирургия при помощи роботов: клиники Швейцарии идут вперед

Все новости RSS / Atom