CC BY
39
ТЕХНОЛОГИИ / Свойства упаковки
Изменение физико-механических и барьерных свойств многослойных пленок, используемых для упаковки
мясных продуктов в МГС, в зависимости от степени вытяжки
М.К. Королёва
МГУ прикладной биотехнологии
Развитие технологий, новые материалы и маркетинговые тенденции меняют само понятие упаковки. Усложняется ее структура, конструируются новые барьерные свойства материалов, появляются новые критерии герметичности и так далее.
^ Наиболее динамично развивающейся является технология упаковки с использованием модифицированной газовой атмосферы (МГС).
Строго говоря, упаковка в МГС может быть любой — сделанной из сложных ламинированных пленок, может быть лотком, стаканом, ведром из полиэтилена, вакуумным пакетом, но должна отвечать одному из главных требований — «барьерность».
Многие материалы являются герметичными, препятствуя проникновению влаги, но не являются препятствием для миграции газов. Газы мигрируют через упаковку двумя основными путями: диффузионным (через структуру полимера) и диффузионно-механическим — через герметизирующий сварной шов (место запайки пленки). Также при упаковке в МГС барьерными свойствами должен обладать как нижний материал (лоток, стакан, ведро), так и верхний.
Наиболее распространенный метод упаковки в МГС — использование термоформовочных машин — чаще всего линий. При данной технологии, в соответствии с матрицей, из листового материала (пленок разной толщины и свойств) формуют подложки заданной формы, которые заполняют продукцией. Следующий шаг — подложки закрывают верхним материалом, наполняют газом и герметизируют. И если с верхней пленкой не происходит никаких значительных деформаций, влияющих на первоначальные физико-механические и барьерные характеристики, то изменения, происходящие с нижним материалом, требуют к себе самого пристального внимания.
Характерные изменения, происходящие с материалом при формовании, идут в двух направлениях: прочность материала (физико-механические свойства) и проницаемость в самом тонком месте.
Насколько критична для прочностных и барьерных характеристик пленок их вытяжка, и какова максимальная кратность вытяжки, позволяющая сохранить свойства пленок, достаточные для обеспечения сохранности продукта?
Ключевые слова: модифицированная газовая среда, барьерные свойства, кратность вытяжки, упаковка, газопроницаемость.
Чтобы ответить на эти вопросы, были проведены сравнительные исследования двух многослойных пленок на основе полиамида по следующим критериям:
— Зависимость толщины пленки от кратности вытяжки на термоформовочной машине;
— Зависимость прочности на разрыв от кратности вытяжки;
— Зависимость газопроницаемости пленок (по кислороду) от кратности вытяжки. Исследуемые пленки имели одинаковую толщину
245 микрон, отличие между двумя пленками состояло в наличии в образце под № 2 слоя сополимера этилена с виниловым спиртом (ЕУОЫ) толщиной (по паспортным данным) 10 микрон. Соответственно, в образце №№ 1 слой полиамида толще, чем в образце № 2, на 10 микрон.
На рисунке 1 представлена схема с указанием основных различий образца № 1 и образца № 2.
На рис. 2 показана зависимость между кратностью вытяжки (за единицу взята вытяжка в 10 мм) и толщиной пленки в самой тонкой части. Как видно из графика, образец с большим слоем полиамида на первом этапе (кратность вытяжки до 3 единиц) сохраняет большую толщину. При увеличении кратности вытяжки различий в поведении двух образцов не наблюдается, происходит постепенное уменьшение толщины пленок, соответственно, изменяются и свойства в самой тонкой части.
На следующем этапе работы необходимо было дать ответ на вопрос: положительное или отрицательное влияние оказывает вытяжка материала на его физико-механические характеристики?
Для получения ответа были проведены исследования деформационно-прочностных характеристик двух образцов, а именно, определение разрушающего напряжения при разрыве исследуемых образцов. Испытания проводились в соответствии с ГОСТом 1423681 «Пленки полимерные. Метод испытания на растяжение». Результаты испытаний приведены на рис. 3.
30
ВСё 0 МЯСЕ №6 декабрь 2010
Свойства упаковки / ТЕХНОЛОГИИ
ЁР
Из данных, представленных на рис. 3, можно сделать два вывода:
1.При увеличении кратности (глубины) вытяжки возрастает разрушающее напряжение при разрыве, то есть увеличивается механическая прочность материала.
2. Образец № 1 (с большим содержанием полиамида) обладает более высокими прочностными характеристиками.
Первый пункт легко объяснить небольшим экскурсом в теорию полимеров. При термоформовании в материале происходит вытяжка макромолекул в направлении формования. Вытяжка приводит к ориентации звеньев макромолекул. В свою очередь, ориентация звеньев макромолекул и макромолекул в целом способствует повышению прочности. Это происходит вследствие перехода от одного механизма разрушения к другому. При ориентации звеньев макромолекул, преимущественного расположения их главных цепей вдоль действия деформирующей силы для отделения одной макромолекулы от другой необходим одновременный разрыв всех связей межмолекулярного взаимодействия.
Косвенные данные, отмеченные во втором пункте, имеют прикладное значение для сотрудников производств, отвечающих за выбор того или иного упаковочного материала для своего предприятия.
Заключительным этапом работы являлся сравнительный анализ барьерных характеристик двух образцов, изменяющихся в зависимости от степени вытяжки.
Для определения барьерных свойств пленок проводились исследования газопроницаемости, а именно, проницаемости кислорода через многослойные материалы с разной кратностью вытяжки.
Именно кислород оказывает значительное влияние на мясные продукты. При его наличии, протекают процессы окисления жиров, которые ускоряют рост микроорганизмов, вызывающих порчу продукта, и значительно сокращают сроки годности.
Таким образом, трансмиссия кислорода является наиболее важной характеристикой многослойных барьерных пленок, используемых для упаковки в МГС.
Для определения газопроницаемости использовался хроматограф модели ЛХМ-8М. Все измерения производились в точном соответствии с методикой измерений.
Измерения проводились при условиях, указанных в таблице 1.
Результаты эксперимента представлены на рис. 4, рис. 5.
На рисунке 4 продемонстрировано различие в газопроницаемости исследуемых образцов. Это объясняется наличием в составе образца под № 2 слоя БУОИ, что делает пленку практически непроницаемой для кислорода.
Как следует из экспериментальных данных, проницаемость пленок увеличивается с увеличением кратности вытяжки. Таким образом, при увеличении кратности вытяжки, барьерные свойства пленок меняются, их газопроницаемость увеличивается. Это можно объяснить тем, что при термоформовании пленка вытягивается, при этом происходит уменьшение толщины и появляется множество дефектов. Также может происходить нарушение сплошности барьерного слоя.
На основании экспериментальных данных, изложенных выше, можно сделать следующие выводы:
— вытяжка пленки при термоформовании положительно влияет на прочностные характеристики образцов;
— опытным путем доказано, что барьерные характеристики пленок страдают при вытяжке;
— необходимо проверять на газопроницаемость образцы пленок, подвергающихся на производстве максимальному растяжению. —
Рис. 1
Рис. 2
Сравнительная прочность двух материалов зависимости от кратности вытяжки
Рис. 3
№6 декабрь 2010 ВСЁ 0 МЯСЕ
31
