CC BY
137^(саН(шосгеские аспекты
С. В. Багрикова, И. И. Петрова
Экологическая опасность и пищевая безопасность полиэтиленовой пленкидля упаковки
В настоящее время изготовление упаковки превратилось в мощную самостоятельную отрасль, связывающую воедино многие самые разнообразные сферы производства, торговли и потребления. Производство пленки в России за последние годы значительно возросло. Вследствие своей химической стойкости и низкой газо- и паропрони-цаемости полиэтилен широко используется в производстве упаковки для различных пищевых и непищевых продуктов. Полиэтиленовая пленка по комплексу физико-механических, химических и экономических свойств превосходит пленки из природных и искусственных полимеров, поэтому ее промышленное производство непрерывно возрастает. Ежегодно прирост составляет не менее 10%. Причина увеличения производства пленки заключается в положительной динамике роста спроса на упаковочную продукцию самого разного назначения: фасовочные пакеты, сумки, термоусадочные, стрейч-пленки, многослойные и другие. Каждый день мы используем полиэтиленовые пакеты, зная об их наличии и уже считая их «обыденным естеством». Мы не обращаем на них внимания, и только тогда, когда однажды не обнаруживаем под рукой, вспоминаем, как они необходимы. Для похода в магазин берем самый прочный или объемный пакет, в гости красивый, на выставку — презентабельный. Использование пакетов тесно связано с ростом бытовой культуры. Чем выше ее уровень, тем больше мы думаем о том, во что завернуть, как не испачкаться и не намусорить, тем самым увеличивая потребление упаковки.
Пленка полиэтиленовая является одним из самых распространенных и универсальных полимерных материалов. Область ее применения настолько разнообразна, что пожалуй, сложно ее полностью описать, а рынок применения за последние 20 лет значительно расширился и изменился. Если еще в 80-х годах XX в. 70% использования пленки приходилось на аграрный сектор (пленка использовалась в качестве укрывного материала для теплиц, парников и силосных тран-
шей), порядка 20% — в качестве различной промышленной упаковки, порядка 10% приходилось на бытовую упаковку, то уже в конце XX в. приоритеты использования стали кардинально изменяться. Так, например, упаковка стала занимать более 60% всего рынка полимерных пленок. На сегодняшний день вообще сложно точно просчитать процентное соотношение пленок для сельского хозяйства и пленок для упаковки. Можно только сказать, что пленки для упаковки и изделия из них (мешки, пакеты и др.) занимают не менее 90% рынка. Наряду с сокращением агропредприятий в России многократно возросли объемы производства пленки и изделий из нее. Сейчас фактически нет ни одного промышленного предприятия, которое в той или иной степени не использует полиэтиленовую пленку или пакеты из нее. Часто у потребителей полимерных пленок возникает практическая задача по распознаванию природы полимерных материалов, их которых они изготовлены.
В настоящее время на рынке представлены пакеты из полиэтилена высокого давления низкой плотности (ПЭВД, LDPE), низкого давления высокой плотности (ПЭНД, HDPE) и среднего давления (ПЭСД, РЕ mix). По способу получения различают полиэтилен высокого давления низкой плотности (0,918-0,930 г/см2) и полиэтилен низкого давления высокой плотности (0,945-0,970 г/см2). Полиэтилен высокого давления получают путем радикальной полимеризации этилена при температуре до 320°С и давлении от 120 до 320 МПа в реакторах автоклавного типа (идеальное смешение), или трубчатого типа (идеальное вытеснение). Полиэтилен низкого давления получают путем полимеризации в суспензии или в газовой фазе в присутствии различных катализаторов. Благодаря своему простому химическому строению ((-СН2-СН2-)п) полиэтилен легко складывается в кристаллическую решетку, и, следовательно, имеет тенденцию к высокой степени кристалличности. Разветвление цепи препятствует этой способности к кристаллизации, что приводит к меньшему числу молекул на единицу объема и меньшей плотности. ПЭВД пластичен, слегка матовый, воскообразный на ощупь, перерабатывается методом экструзии в рукавную пленку с раздувом или в плоскую пленку через плоскощелевую головку и охлаждаемый валик. Пленка из ПЭВД прочна при растяжении и сжатии, стойка к удару и раздиру, прочна при низких температурах. Имеет особенность - довольно низкая температура размягчения (около 100е). Это наиболее широко применяемый упаковочный полимер, соответствующий примерно одной трети всех упаковочных пластиков.
Пленка из ПЭНД жесткая, прочная, менее воскообразная на ощупь по сравнению с ПЭВД, полупрозрачная. Получается экструзи-
ей рукава с раздувом или экструзией плоского рукава. Температура размягчения выше, порядка 120е, что позволяет производить стерилизацию паром. Морозостойкость этих пленок такая же, как и у пленок из ПЭВД. Устойчивость к растяжению и сжатию - высокая, а сопротивление удару и раздиру меньше, чем у пленок из ПЭВД. Пленки из ПЭНД - это прекрасная преграда влаге, они стойки к жирам и маслам. Недостаток использования - это тенденция к растрескиванию под напряжением при взаимодействии с окружающей средой, вследствие кристалличности. Около 30% всех пластиков, используемых для упаковки, - это ПЭНД.
Введением различных модификаторов полиэтилену можно придать различные важные свойства, такие как повышенная морозостойкость (-50°С), действие УФ лучей, стойкость к воздействию климатических факторов и т. д. При добавках от 30% и выше полиэтилен может назваться смешанным. При равных толщинах наиболее прочным является ПЭНД (HDPE), так как он обладает самой высокой плотностью. Диапазон толщин для ПЭНД — от 9 до 55 мкм, для ПЭВД — от 30 до 120 мкм. Его добавки к ПЭВД значительно увеличивают прочность пакетов. Именно с этим бывают связаны ошибки на практике. Толстый на вид пакет зачастую оказывается изготовленным из LDPE и рвется намного быстрее тонких пакетиков из HDPE.
Однако не всегда по внешним признакам можно однозначно установить природу полимера, из которого изготовлена пленка. В этом случае необходимо попытаться количественно оценить некоторые физико-механические характеристики пленки. Например, плотность полиэтиленовой (полипропиленовой) пленки меньше единицы, следовательно, она легче воды и будет на ней плавать. Показательными являются и такие характеристики, как температура плавления, предел прочности (для ПЭ в продольном направлении 130-165 кгс/см2, в поперечном - 120-150 кгс/см2), относительное удлинение при растяжении на разрыв (зависит от марки, сорта, толщины пленки - от 150 до 450%), проницаемость по отношению к различным средам. Существуют различия и в характерных признаках различных полимеров при их горении (термический метод идентификации). При этом фиксируют: способность к горению, характер горения, цвет и характер пламени, запах продуктов горения. Полиэтилен по характеру горения и запаху продуктов горения напоминает парафин. При возникающих затруднениях в определении природы материала, необходимо провести дополнительные исследования химическими методами, подвергая воздействию химических реагентов. Результаты комплексной оценки свойств полимерной пленки позволят в большинстве случаев достаточно надежно установить вид полимерного материала, из кото-
рого изготовлена пленка. Пленка для упаковки пищевых продуктов не должна придавать дистиллированной воде постороннего запаха и привкуса выше 1 балла и изменять цвет и прозрачность дистиллированной воды; концентрация формальдегида в водной вытяжке не должна превышать 0,1 мг/л1. Водную вытяжку готовят, выдерживая образец пленки в течение 24 часов, при естественном охлаждении воды от 80е до комнатной температуры.
Нужды продовольственного сектора 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, приводит к ужесточению требований к гигиеническому, экологическому, сенсорному и комфортабельному аспектам упакованного продукта.
Полиэтиленовая пленка толщиной от 0,2 до 0,02 мм отличается высокой газопроницаемостью. Она используется для упаковки жидких и гигроскопичных продуктов. Благодаря морозостойкости и хорошей теплопроводности такая пленка применяется для контактного замораживания и размораживания мяса, птицы, рыбы, творога и др. Пленку используют при хранении плодоовощной продукции, создавая при этом определенный газовый режим в контейнерах и ящиках. В связи с особыми требованиями к упаковочным пищевым пленкам, налажено производство многослойных пленок из различных полимерных материалов, наиболее удовлетворяющих требованиям сохранения качества продовольствия при хранении. Упаковочный материал нескольких модификаций под общей маркировкой Tetra-Pak представляет собой многослойный материал с использованием нескольких слоев полиэтилена, а также бумаги, картона, фольги.
Полиэтиленовые пищевые пленки получили наибольшее распространение как средство упаковки вследствие невысокой стоимости. Они обладают прозрачностью, высокими прочностными характеристиками, отвечающими требованиям к пищевой упаковке. Пищевая пленка - практически универсальный упаковочный материал, она может использоваться для упаковки различных товаров с использованием как ручного труда, так и высокоскоростных упаковочных автоматов, иметь различные размеры, что позволяет использовать ее для упаковки любых пищевых продуктов, включая хлеб, сыр, рыбу, мясо, овощи, фрукты или кондитерские изделия. Пленка помогает сохранить свойства продуктов, предотвращает их быстрое высыхание, защищает от воздействий внешней среды и пропитывания посторон-
1 ГОСТ 103354-82. Пленка полиэтиленовая. Технические условия. Измененная редакция. Изм. № 4.
ними запахами. Пищевые пленки изготавливаются из полиэтилена высокого давления и обладают клейкостью, что удобно при упаковке. При производстве пищевой пленки не используются клеевые добавки. Пищевая пленка предназначена только для холодной упаковки, так как имеет низкую температуру плавления.
Барьерные многослойные (2-, 3-, 5-ти) пленки с межслойной печатью необходимы для расфасовки бакалеи (круп, макаронных изделий, сахара, чая, кофе и др.), кондитерских изделий, соусов, майонезов, попкорна, орешков, замороженных продуктов, бытовой химии и др. Такие пленки значительно повышают прочность и барьерные свойства упаковки: жиро-, влаго-, воздухо-, светопроницаемость, а значит увеличивается срок хранения и реализации продукта без порчи. Меж-слойная печать предохраняет информацию о продукте и производителе от механических повреждений при хранении и транспортировке.
Стретч-пленка производится из модифицированного полиэтилена низкой плотности, линейного полиэтилена, поливинилхлорида и сополимеров. Характеристики стретч-пленки делают ее практически универсальной и позволяют применять в различных ситуациях, самоклеящиеся свойства делают ее простой и удобной в применении. Находясь в непосредственном контакте с продуктом, пленка ограждает его от внешних воздействий и придает хороший товарный вид. Стретч-пленка оптимальна для упаковки пищевых продуктов: обеспечивает безопасность продукции; сохраняет свежесть продуктов благодаря высокой воздухо- и влагопроницаемости; совершенно безопасна (в Европе используется более 25 лет, в США - более 30 лет). Также стретч-пленка используется на производстве, в торговой сети, в быту в случае одноразовой упаковки продуктов питания; для скрепления пакетов грузов правильной формы; для упаковывания продукции, чувствительной к нагреву; для упаковывания продукции, которая в процессе хранения и транспортирования может уплотняться.
Термоусадочная пленка - эластичный ПЭ материал, который сокращается при нагревании и при этом плотно обтягивает упакованные в него изделия. Эта пленка выпускается из полиэтилена высокого давления высшего сорта, с коэффициентом усадки 40% (поперечная) и 60% (продольная) (по желанию заказчика коэффициент может быть изменен). Температура усадки варьируется от 120 до 200 градусов. Это популярный способ упаковки самых различных продуктов и изделий (продуктов питания, банок, бутылок, галантерейных и хозяйственных изделий, газет, журналов, канцелярских и строительных товаров и др.). Термоусадочная пленка прекрасно защищает упакованные изделия от механических воздействий, от неблагоприятных факторов окружающей среды, от нелегального вскрытия и подмены, обеспечи-
вает удобство при транспортировке и хранении, экологическую безопасность. Выпускается пленка в виде рукава, полурукава и полотна различной ширины, толщиной от 40 мкм до 200 мкм. Возможно использование специальных добавок.
Стретч-пленка обладает рядом преимуществ по сравнению с термоусадочной пленкой: экономит энергию (отсутствие операции в усадочной камере); экономит материал (применение более тонких пленок); экономит производственную площадь; ограждает от использования пленки стандартной ширины; не требует использования двойной пленки (возможность заворачивания поддонов с грузом, предварительно упакованными в термоусадочную пленку, избегая при этом возможного сваривания или ламинирования пленок отдельных упаковок).
Полиэтиленовая пленка не является токсичным материалом. Использование ее в нормальных комнатных или атмосферных условиях не требует мер предосторожности. Разработаны стандартные тесты и установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) низких фракций полиэтилена в модельных средах. Вредные вещества, регламентированные нормативными документами: формальдегид, изопро-пан, метанол. Определяются также: окисляемость (мг 02/л) и броми-рующиеся (мг Вг2/л). Пищевой полиэтилен в обязательном порядке проходит гигиеническую сертификацию, тестируется в соответствии с ГОСТ Р 50962-96, ОСТ 6-19-37033-97, СанПин 42-123-4240-86.
Допустимые количества миграции (ДМК) химических веществ, выделяющихся из полиэтилена и других полиолефинов (полипропилен, полиметилпентен, сополимеры этилена с пропиленом или бутиленом, блоксополимер пропилена с этиленом, модифицированные марки этих полимеров, комбинированные материалы), контактирующих с пищевыми продуктами установлены в размерах (мг/л)2: спирты изопропиловый - 0,1; пропиловый - 0,1; бутиловый - 0,5; изобутило-вый - 0,5; метиловый - 0,2; растворители (бензин, гептан, гексан, ацетон, этилацетат) - не более 0,1; формальдегид - 0,1. Метод определения основан на газожидкостной хроматографии, установленный МУ № 4149-86 Министерства здравоохранения СССР.
Большое количество выпускаемой полиэтиленовой пленки не контактирует непосредственно с пищевыми продуктами. Спектр применения прозрачной полиэтиленовой пленки очень разнообразен: строительство (тепло- и гидроизоляция поверхностей и помещений, укрытие, защита фундаментов, строительных материалов и конструкций и др.), упаковка (мебель, кожгалантерейные изделия, игрушки,
2 СанПин 42-123-4240-86. Допустимые количества миграции (ДМК) химических веществ, выделяющихся из полимерных материалов, контактирующих с пищевыми продуктами. Методы определения.
партии товаров на паллетах и др.), бытовые цели. Большой популярностью пленки пользуются в сельском хозяйстве: для покрытия парников и теплиц; мульчирования почвы и пропаривания грунта; для гидроизоляции при обустройстве хранилищ силоса и овощей; для упаковки сельхозпродукции. Светостабизированная пленка (гладкая ПЭ пленка, в состав которой входят светостабилизаторы, благодаря которым пленка не стареет под воздействием ультрафиолета) применяется как эластичный материал для покрытия парников и теплиц. Она обладает водо- и паронепроницаемостью, способностью удерживать тепло, ускоряя созревание овощей и увеличивая урожайность. Черная пленка - полимерная пленка на основе полиэтилена высокого давления обладает свойствами водо-, паро- и светонепроницаемости, прочная на разрыв, эластичность обеспечивает удобство в применении. Спектр применения черной ПЭ пленки достаточно широк: ландшафтное проектирование для оснащения водоемов; гидроизоляция тоннелей, подземных переходов, межэтажных перекрытий; изоляция разного рода резервуаров; в качестве элемента кровли; мульчирование и др. Черная пленка сохраняет более высокую влажность почвы, улучшает температурный режим, подавляет развитие сорняков. Мульчирование черной пленкой обеспечивает увеличение урожайности, ускоряет созревание, улучшает качество плодов, повышает уровень приживаемости саженцов.
Вопрос о безопасности упаковки, изменении физико-механических свойств, разнообразии видов и эстетических свойствах упаковки практически решен. Однако, в связи с такой широтой применения, появилась проблема утилизации использованной пленки. Наиболее простыми являются способы захоронения и сжигания. Пленка невзрывоопасна, при поднесении открытого огня загорается без взрыва и горит коптящим пламенем с образованием расплава и выделением токсичных продуктов горения. Температура воспламенения около ЗООе, температура самовоспламенения около 400е. В идеальных условиях (в кислороде), при сжигании чистого полиэтилена протекает реакция горения с образованием углекислоты и воды. Однако в полиэтилене могут быть различные добавки, красители, материал катализатора. В составе дыма, который образуется при сжигании полиэтилена, могут быть: бензопирен, оксид углерода, формальдегид, ацетальдегид, уксусная кислота, еще остается несгораемый остаток в виде золы или сажи, содержащий конденсированные углеводороды, обладающие канцерогенными свойствами. Поэтому сжигание отходов полиэтиленовой пленки до проведения научно-обоснованных экспертиз по влиянию на состояние окружающей среды недопустимо.
Вывоз мусора на свалки тоже не решает проблемы угрозы экологического загрязнения отходами полиэтилена, так как полиэтилен способен выдерживать воздействие погодных условий (без заметного химического разрушения) десятки лет. Правительство Австралии для уменьшения загрязнения окружающей среды намерено ввести запрет на использование полиэтиленовых пакетов, поскольку большая их часть не может быть утилизована и оказывается на мусорных свалках, что неизбежно вредит окружающей среде. Во многих странах мира уже действуют ограничительные меры в отношении этого вида продукции, в частности введены запреты на выдачу бесплатных пакетов в магазинах (Ирландия, Индия, Бангладеш). С подобной инициативой уже выступило правительство Китая, которое намерено запретить производство, продажу и использование пакетов толщиной менее чем 0,025 миллиметра (одноразовые пакеты) с 1 июня 2008 года.
Разумным, выгодным и перспективным способом решения утилизации полиэтилена является вторичная переработка отслуживших свой срок полимеров и изделий из них (из 1 кг отсортированных пластиковых отходов - 0,8 кг вторичного полиэтилена).
Упаковочные материалы должны обеспечивать сохранение качества продукта, его внешнего вида, вкусовых свойств, а также безопасность жизнедеятельности и здоровья граждан, экологическую безопасность, предотвращать загрязнения окружающей среды, нести информацию для потребителя. При всех положительных свойствах полиэтиленовой пленки, масштабы проблемы, связанной с опасностью полимеров для окружающей среды, можно представить, если принять во внимание, что мировое производство только полиэтилена достигает сегодня десятков миллионов тонн в год. Каковы же будут действия нашего правительства относительно принятия экологических мер по борьбе с отходами полиэтилена? Вопрос остается открытым, и работы в этой области будут и должны продолжаться.
