U današnjim uslovima izrade i korišćenje većine industrijskih proizvoda ambalaža ima presudnu ulogu. Proizvodi moraju biti upakovani iz higijenskih razloga, zbog produženja roka održivosti, lakše manipulacije i transporta, te zbog pravilne prezentacije kupcu.
Polimerni materijali se u velikoj meri koriste za izradu ambalaže, a već danas se više od polovine industrijski proizvedene hrane pakuje upravo u tu ambalažu. Najveći je i trend porasta učešća polimerne u ukupnoj količini proizvedene i korišćene ambalaže. To me je opredelilo da se profesionalno posvetim problematici primene polimerne ambalaže za pakovanje prehrambenih, ali i ostalih industrijskih proizvoda.
Tekst prezentiran u ovoj knjizi je deo saznanja i iskustava stečenih tokom više-godišnjeg rada na ovoj problematici u proizvodnji i kao saradnika i nastavnika na predmetu AMBALAŽA I PAKOVANJE na Tehnološkom fakultetu u Novom Sadu. Namera je bila da ova knjiga bude udžbenik, ali je zbog velikog broja obuhvaćenih podataka i informacija prevazišla taj obim. U ovom tekstu prezentirana je problematika vrste, kvaliteta i primene polimernih materijala za izradu polimernih i kombinovanih ambalažnih materijala i ambalaže. Primena polimerne i kombinovane ambalaže, kao logičan nastavak, će biti u tekstu sledeće knjige.
Ova knjiga je namenjena proizvođačima i korisnicima polimerne i kombinovane ambalaže. Pored toga, mogu je koristiti i svi oni koji žele proširiti svoja znanja zbog profesionalnih razloga, kao i studenti za dopunu i proširenje stečenih znanja u nastavnim predmetima koje pokriva problematika prezentirana u ovoj knjizi.
Svaka knjiga može biti i bolje napisana i zbog toga su sve dobronamerne sugestije i primedbe dobrodošle.
Sadržaj
UVOD
1. AMBALAŽA
1.1. Definicija i namena ambalaže
1.2. Ambalaža za prehrambene i slične proizvode
1.2.1. Zaštitne funkcije ambalaže
1.2.2. Zdravstvena ispravnost ambalaže
1.2.3. Podobnost ambalaže za pakovanje
1.2.4. Ekonomska opravdanost pakovanja
1.2.5. Uticaj ambalaže na čovekovu okolinu
1.3. Vrste ambalaže
1.4. Polimerna i kombinovana ambalaža
1.4.1. Proizvodnja polimerne i kombinovane ambalaže
1.4.2. Primena polimerne i kombinovane ambalaže
Literatura
2. POUMERI I POLIMERNI MATERIJALI
2.1. Polimeri
2.1.1. Podela polimera
2.1.2. Struktura polimera
2.1.3. Deformacija polimera
2.1.4. Degradacija polimera
2.2. Nastajanje makromolekula
2.2.1. Procesi nastajanja makromolekula
2.3. Polimerni materijali
2.3.1. Dodaci
2.3.2. Kompaundi
Literatura
3. POLIMERNI MATERIJALI ZA IZRADU AMBALAŽE
3.1. Polietilen (PE)
3.1.1. Vrste polietilena
3.1.1.1. Polietilen niske gustine (PELD)
3.1.1.2. Linearni polietilen niske gustine (PELLD)
3.1.1.3. Polietilen visoke gustine (PEHD)
3.1.2. Hemijske karakteristike polietilena
3.1.3. Proizvodnja polietilena
3.1.4. Prerada i primena polietilena
3.1.5. Kopolimeri etilena
3.2. Polipropilen (PP)
3.2.1. Hemijske karakteristike polipropilena
3.2.2. Proizvodnja polipropilena
3.2.3. Prerada i primena polipropilena
3.2.4. Kopolimeri propilena i kompaundi polipropilena
3.3. Polivinilhlorid (PVC)
3.3.1. Karakteristike kvaliteta polivinilhlorida
3.3.2. Hemijske karakteristike polivinilhlorida
3.3.3. Proizvodnja polivinilhlorida
3.3.4. Modifikovanje karakteristika polivinilhlorida
3.3.5. Prerada i primena polivinilhlorida
3.4. Polivinilidenhlorid (PVDC)
3.4.1. Proizvodnja polivinilidenhlorida
3.4.2. Prerada i primena polivinilidenhlorida
3.5. Polistiren (PS) i kopolimeri
3.5.1. Homopolimer polistirena (PS)
3.5.1.1. Proizvodnja polistirena
3.5.2. Polistiren visoke žilavosti (HIPS)
3.5.2.2. Prerada i primena polistirena
3.5.3. Kopolimer stirenakrilonitril (SAN)
3.5.4. Terpolimer akrilonitrilbutadienstiren (ABS)
3.5.4.1. Proizvodnja terpolimera akrilonitrilbutadien stiren
3.5.4.2. Prerada i primena terpolimera akrilonitrilbutadienstiren
3.5.5. Ekspandirani (penasti) polistiren (EPS)
3.6. Poliamidi (PA)
3.6.1. Dobijanje poliamida od aminokiselina
3.6.2. Dobijanje poliamida od diamina i dikarbonskih kiselina
3.6.3. Karakteristike poliamida
3.6.4. Prerada poliamida
3.6.5. Primena poliamida
3.7. Poliestri
3.7.1. Polietilentereftalat (PET)
3.7.2. Polikarbonati (PC)
3.8. Celulozni plastomeri
3.9. Barijemi materijali
3.10. Ostali polimerni materijali
3.10.1. Plastomeri i duromeri
3.10.2. Elastomeri
3.10.3. Degradabilni polimemi materijali
Literatura
4. PRERADA POUMERNIH MATERIJALA
4.1. Karakteristike polimernih materijala
4.2. Priprema sirovine za proizvodnju
4.3. Proizvodnja ambalažnih materijala
4.3.1. Ekstrudiranje
4.3.2. Kalandriranje
4.3.3. Proizvodnja orijentisanih filmova
4.3.4. Koekstruzija
4.3.5. Ekstruziono oslojavanje
4.3.6. Kaširanje
4.3.6.1. Suvo kaširanje sa lepilima u organskom rastvaraču
4.3.6.2. Suvo kaširanje sa lepilima bez rastvarača
4.3.6.3. Mokro kaširanje
4.3.6.4. Kaširanje voskovima
4.3.6.5. Ekstruziono kaširanje
4.3.7. Obrada površine
4.3.8. Metalizacija polimernih filmova
4.3.9. Silikonizacija polimemih filmova
4.3.10. Lakiranje
4.3.11. Štampanje
4.3.12. Pomoćni materijali
4.3.12.1. Athezivi (lepila)
4.3.12.2. Lakovi
4.3.12.3. Boje
4.3.12.4. Rastvarači
4.3.12.5. Ostali pomoćni materijali
4.4. Ambalažni materijali
4.4.1. Ambalažni materijali homogene strukture
4.4.2. Ambalažni materijali slojevite strukture
4.4.2.1. Višeslojni polimerni ambalažni materijali
4.4.2.2. Kombinovani ambalažni materijali
4.4.2.3. Saćaste folije
4.4.3. Kompozitni ambalažni materijali
4.5. Proizvodnja ambalaže
4.5.1. Proizvodnja ambalaže od ambalažnih materijala
4.5.1.1. Izrada ambalaže formiranjem vara
4.5.1.2. Termooblikovanje ambalažnog materijala
4.5.1.3. Pregovanje i isecanje ambalažnog materijala
4.5.1.4. Izrada ambalaže izvlačenjem
4.5.1.5. Konfekcioniranje ambalažnog materijala
4.5.1.6. Izrada ambalaže specijalnih oblika
4.5.1.7. Primena ambalažnih materijala za direktno pakovanje
4.5.2. Proizvodnja ambalaže od polimemih materijala
4.5.2.1. Brizganje
4.5.2.2. Ekstruziono duvanje
4.5.2.3. Brizganje i duvanje
4.5.2.4 Presovanje
4.5.2.5. Rotaciono livenje
Literatura
5. PRIMENA POLIMERNE I KOMBINOVANE AMBALAŽE
Literatura
6. PRILOZI
6.1. Sirovine i životni put“ ambalaže od polimernih i kombinovanih materijala
6.2. Prerada polimernih materijala
6.3. Primena polimernih i kombinovanih ambalažnih materijala
6.4. Pakovanje proizvoda u polimerne ambalažne materijale i polimemu i kombinovanu ambalažu
6.5. Skraćenice polimera i polimernih materijala
6.6. Rečnik pojmova i predmetni registar
5. Primena polimerne i kombinovane ambalaže
Polimerna i kombinovana ambalaža se koristi najviše za pakovanje prehrambenih proizvoda. Pored toga, koristi se za pakovanje i mnogih drugih proizvoda (kozmetičkih, farmaceutskih, opšte namene…). Danas bi život čoveka bio praktično nezamisliv bez ovih ambalažnih materijala. Procenjuje se da će se ove godine u svetu proizvesti preko 40 miliona tona polimerne ambalaže. Kada se toj količini doda i ona od kombinovanih materijala, u kojima dominira masa polimera, potrošnja polimera u 1997. godini za izradu ambalaže se procenjuje na više od preko 50 miliona tona.
Godišnja stopa porasta proizvodnje i potrošnje polimerne ambalaže u svetu do 2.000. godine procenjuje se na oko 9,7%, što će omogućiti da se najveća količina proizvedene hrane upakuje upravo u tu ambalažu. Time će se postići učešće polimerne u ukupnoj ambalaži preko 25% i zbog male mase ambalažne jedinice po masi upakovanog sadržaja znatno više od polovine proizvedene hrane biće upakovano u ovu ambalažu.
U Jugoslaviji je 1993. godine potrošnja polimerne ambalaže bila na nivou od oko 26 000 tona, procena za 1997. godinu je preko 47 000 tona, a u 2000. godini se očekuje proizvodnja i potrošnja preko 62 000 tona. Procenjena stopa godišnjeg rasta je na nivou 9%.
Polimerna i kombinovana ambalaža se koristi za pakovanje praktično svih prehrambenih i drugih proizvoda. Razlozi za to leže u dobrom kvalitetu i realtivno niskoj ceni po jedinici upakovanog sadržaja. Pored toga, ova ambalaža se koristi i zbog drugih dobrih karakteristika, od kojih nije najvažnija, ali je vrlo značajna i ekološka podobnost.
Danas se u polimernu i kombinovanu ambalažu pakuju skoro svi prehrambeni proizvodi (prilog 6.4.). Ne postoji ni jedna grupa koja se ne pakuje u ovu ambalažu. Naravno, pakovanje u tradicionalnu ambalažu će se zadržati kod nekih proizvoda, kao posledica navika korišćenja. Na primer, visokokvalitetna vina će se još dugo pakovati na tradicionalan način u staklenu ambalažu, a zbog smanjenja cene, vina nižih karakteristika kvaliteta se već pakuju u polimernu i kombinovanu ambalažu. Konzumno mleko se tradicionalno pakovalo u staklenu ambalažu, ali je pojavom kvalitetnijih, jeftinijih i praktičnijih polimernih i kombinovanih materijala pakovanje u staklenu ambalažu svedeno na najmanju meru. Proizvodi u tipu trajnih konzervi su se u ranijem periodu pakovali isključivo u staklenu i ambalažu od belog i aluminijumskog lima. Danas dominiraju proizvodi pakovani u ambalažu od višeslojnih polimernih i kombinovanih materijala. Imajući u vidu navedene, ali ne gubeći iz vida i mnoge druge primere, može se predvideti vrlo svetla perspektiva polimerne i kombinovane ambalaže u području pakovanja prehrambenih i srodnih proizvoda. Za ovako optimističko razmišljanje treba da postoje i odgovarajuće pretpostavke. U ovom tekstu će one biti samo naznačene.
Polimerni i kombinovani ambalažni materijali mogu da se koriste neposredno za pakovanje proizvoda. Od njih se proizvodi ambalaža u procesu pakovanja sadržaja, ili se sadržaji pakuju u prethodno proizvedenu (preformiranu) ambalažu. Sve navedene mogućnosti ne postoje kod ostale ambalaže, tako da polimerna i kombinovana ambalaža može da ispuni skoro sve zahteve kod pakovanja.
Primenom polimerne i kombinovane ambalaže proizvodi se mogu pakovati u atmosferi vazduha, pod vakuumom i u atmosferi zaštitnih gasova. U aseptičnim uslovima se proizvodi najviše pakuju u ovu ambalažu, a zatvaranje ispod nivoa sadržaja je jedino moguće kod polimerne i kombinovane ambalaže.
Upakovani proizvodi mogu da se konzervišu pasterizacijom, sterilizacijom, mogu se zamrzavati, a za konzervisanje se mogu koristiti i jonizujuća zračenja. Na isti način se mogu konzervisati i proizvodi upakovani u drugu ambalažu, ali samo proizvodi upakovani u ambalažu od polimernih i kombinovanih materijala sa papirom i kartonom se mogu tretirati mikrotalasima.
Polimerni materijali imaju značajnu ulogu i kod izrade ambalaže od drugih materijala. Hermetičnost metalne ambalaže se postiže elastomerima, a staklene plastomerima. Područje primene papirne i kartonske ambalaže je u značajnoj meri prošireno oslojavanjem sa polimernim materijalima.
Zbog makromolekulske strukture polimeri ne stupaju u interakciju sa upakovanim sadržajima. Postupci izrade i dodaci koji se koriste pri izradi polimernih materijala se brižljivo biraju, sa ciljem izrade zdravstveno ispravnih materijala i ambalaže.
Komponente koje mogu nepovoljno uticati na zdravstvenu ispravnost upakovanih namirnica, farmaceutskih i kozmetičkih proizvoda su materija male molekulske mase. One su organskog ili neorganskog porekla i mogu preći (migrirati) u upakovane sadržaje i na taj način usloviti promene senzornih, fizičkih i hemijskih karakteristika proizvoda. Potencijalni migranti mogu poticati od:
- zaostalih monomera,
- zaostalih inicijatora, katalizatora i aktivatora polimerizacije ili proizvoda njihove razgradnje,
- zaostalih rastvarača,
- zaostalih površinski aktivnih sredstava,
- dodataka, posebno onih koji migriraju na površinu proizvoda i
- proizvodi termičke razgradnje polimernih materijala u procesima prerade i primene.
Većina navedenih materija male molekulske mase ne utiče nepovoljno na zdravstvenu ispravnost upakovanih proizvoda, ali ima i takvih koji su toksični ili okarakterisani kao kancerogeni. Propisi o zdravstvenoj ispravnosti u najvećem broju zemalja sadrže tzv. „pozitivne liste” materija male molekulske mase koje se mogu koristiti za izradu polimernih materijala. Za toksične ili potencijalno kancerogene materije utvrđen je najviše dozvoijeni sadržaj u polimernom materijalu, a češće najveća dozvoljena količina koja iz ambalaže može da pređe u upakovani proizvod, odnosno, u model-sadržaj. Sastav model sadržaja, površina ambalaže (ambalažnog materijala), temperatura, vreme kontakta, kao i metode ispitivanja su potpuno definisani. Propisima je utvrđena najveća dozvoljena količina svake ispitivane materije koja može da pređe u model-rastvor (specifična migracija), ali i najveća dozvoljena količina svih materija male molekulske mase koje mogu da pređu u modelsadržaj (globalna migracija). Dozvoljena vrednost globalne migracije je najčešće manja od zbira dozvoljenih vrednosti specifičnih migracija.
Pošto su razvijene savremene analitičke metode, sa sigurnošću se može tvrditi da je smanjena mogućnost kvalitativne i kvantitativne kontaminacije upakovane hrane komponentama polimerne i kombinovane ambalaže, koje mogu ugroziti zdravlje čoveka. Na usavršavanju proizvodnje polimernih materijala, primene netoksičnih materija i analitičkih metoda za utvrđivanje prisustva ili migracije kontaminenata malih molekulskih masa se radi vrlo intenzivno. Sve to će usloviti najveću moguću zaštitu zdravlja čoveka kod korišćenja proizvoda pakovanih u polimernu i kombinovanu ambalažu.
Zahvaljujući razvoju svesti čoveka o potrebi očuvanja životne i radne sredine i evolucijom shvatanja o mogućem uticaju ambalaže na zagađenje okoline, polimerna ambalaža se sa pozicije najneprihvatljivije našla u poziciji ekološki najprihvatljivije. Razlozi za to se mogu pronaći u sveobuhvatnom sagledavanju uticaja ambalaže na čovekovu okolinu, a ne samo odbačene ambalaže.
Vrlo vidljivi deo otpada jednog domaćinstva predstavlja iskorišćena ambalaža. Zbog toga je u komunalnom otpadu akcenat na zaštitu životne srednine stavljen upravo na nju. Procenjujući efekte takve ambalaže uveden je pojam ekološke podobnosti ambalaže. Pod ovim pojmom podrazumevaju se kriterijumi za procenu uticaja iskorišćene i odbačene ambalaže na čovekovu okolinu. Prema tim kriterijumima najprihvatljivija je ona izrađena od drveta (papirna, kartonska, drvena), jer je prirodnog porekla i raspada se pod uticajem atmosferilija. Takođe, postoji nesmetana mogućnost spaljivanja. Manje je prihvatljiva metalna i staklena ambalaža. Ona je od mineralnih sirovina, metali korodiraju i na taj način se ambalaža raspada, ali u znatno dužem vremenu od papirne. Staklena ambalaža najmanje zagađuje zemIjište i vodotokove, a pogodnom mehaničkom obradom se može pripremiti za ponovnu izradu staklene ambalaže ili za druge namena. Najmanje prihvatljiva je ambalaža od polimernih materijala jer se pod uticajem atmosferilija vrlo sporo raspada, praktično je neuništiva. Eventuaina upotreba kao sekundarne sirovine uslovljena je razdvajanjem na polimerne materijale istog porekla, a spaljivanje u velikoj meri zagađuje vazduh.
Međutim, na čovekovu okolinu ne utiče samo iskorišćena i odbačena ambalaža, nego i procesi dobijanja i prerade sirovine, proizvodnje ambalaže i pakovanja proizvoda, kao i postupci sa iskorišćenom i odbačenom ambalažom. Procena ovih efekata definisana je pojmom ekološkog balansa ambalaže. U okviru njega postoje dve grupe kriterijuma:
- podobnost ambalaže za pakovanje proizvoda i
- uticaj ambalaže na čovekovu okolinu.
Kada za pakovanje proizvoda postoji mogućnost korišćenja više vrsta ambalaže, podobnost se procenjuje na osnovu prve grupe kriterijuma. Nakon toga se ekološka prihvatljivost tako odabrane ambalaže procenjuje primenom druge grupe (ekoloških) kriterijuma. Primena grupe ekoloških kriterijuma podrazumeva procenu uticaja:
- na zagađenje zemljišta,
- na zagađenje vodotokova,
- na zagađenje vazduha i
- utroška energije.
Proceni po ovoj grupi kriterijuma se mora podvrgnuti ambalaža za svaki konkretni proizvod, što je vrlo obiman posao. Vrlo meritorna ocena ekološke prihvatljivost se može dati primenom samo kriterijuma utroška energije u celom ciklusu, od dobijanja sirovina do postupaka sa iskorišćenom i odbačenom ambalažom. Ovaj kriterijum definisan je pojmom ekološkog bilansa ambalaže.
Globalnom procenom prihvatljivosti po kriterijumima ekološkog balansa se može utvrditi da je najmanje prihvatljiva papirna i kartonska ambalaža, jer se proizvodi od drveta. Sečom šuma se pravi „ekološka katastrofa” (uništava se prirodni proizvođač kiseonika). Pored toga, proizvodnja papira u velikoj meri zagađuje vodotokove i vazduh. Ekološka prihvatljivost papirne ambalaže se može povećati jedino korišćenjem starog papira kao sekundarne sirovine. Prihvatljivija je ambalaža izrađena od metala, a posebno stakla. Najprihvatljivija je ambalaža izrađena od polimernih materijala, jer je najmanje mase po jedinici upakovanog proizvoda i zbog toga ima najpovoljniji ekološki bilans (najmanji utrošak energije po jedinici upakovanog proizvoda). Pored toga, ova ambalaža se može više puta koristiti za pakovanje istih proizvoda (povratna ambalaža), razvijeni su postupci prerade polimernih otpadnih materijala, pa se dobijaju vrlo vredne sekundarne sirovine (reciklovani polimerni materijali, sirovine za hemijsku industriju), a već danas se komunalni otpad spaljuje za dobijanje energije (toplane u velikim gradovima). U tom pogledu je značajan doprinos i osvajanje proizvodnje i primene degradabilnih polimernih ambalažnih materijala. Prethodnim postupcima se u značajnoj meri smanjuje masa polimernog otpada za deponovanje.
U uređenim deponijama su polimerni materijali najmanji zagađivači vodotokova (ne rastvaraju se u vodi) i ne zagađuju vazduh.
U ovom poglavlju su samo naznačene neke mogućnosti i razlozi primena polimerne i kombinovane ambalaže. Ta problematika je detaljno obrađena u knjizi PRIMENA POLIMERNE I KOMBINOVANE AMBALAŽE.