1Curs 3
Polimeri pentru ambalaje
Ambalaje si design in industria alimentara
Clasificare polimeri in funcie de comportarea termic:
b) termoreactivi (rini polimerice) - polimeri ce reticuleaz la caldsau n prezena unui agent de reticulare, transformndu-se ntr-un material insolubil i infuzibil (cu o structura 3D)Nu pot fi reciclati.
rini poliesterice nesaturate, epoxidice, vinil esterice
a) termoplastici - polimeri solizi la temperatura ambiant (n domeniul de utilizare), care pot fi topii prin nclzire i resolidificai prin rcire, fr a fi n pericol de reticulare.Aceste cicluri topire/solidificare pot fi repetate (teoretic) la infinit. Acesti polimeri pot fi reciclati.
PE, PP, PVC, PS, PET, PA, PC
2Polimeri pentru ambalajeAvantajele utilizrii polimerilor pentru ambalaje:
- proprieti optice variate: de la foarte bune la slabe, de la transparent la mat, pot fi colorate
- domeniu larg de proprieti de barier pentru gaze i vapori: de
la slabe la foarte bune
- domeniu larg de proprieti fizico-mecanice
- de obicei au o rigiditate sczut, sunt flexibile i n unele cazuri pot fi ndoite
Polimeri pentru ambalaje
Avantajele utilizrii polimerilor pentru ambalaje:
- pot fi reciclate usor de obicei, cu consum. specifice reduse
- pot fi utilizate ntr-un domeniu larg de temperaturi (ridicate sau sczute), in funcie de materialul ales.
- pre de producie mic
- slabe conductoare de cldur
- rezisten chimic ridicat
3Polimeri pentru ambalaje
Dezvantajele utilizrii polimerilor pentru ambalaje:
- se ncarc cu electricitate static
- instabilitate dimensional datorat umiditii, temperaturii
- sunt inflamabile (provenind din produse petroliere)
- sufer procesul de mbtrnire - proprietile fizico-mecanice scad
- nu sunt biodegradabili (polimerii uzuali)
Polietilena (PE)n CH2 CH2 (CH2 CH2)n
4Polietilena (PE)Proprietile polietilenei
- Temperatura de topire: TtHDPE = 120-125C. TtLDPE = 105-110C.
- proprietile PE depind de gradul de cristalinitate variaz ntre 40% (LDPE) i 92% (HDPE)
- Solubilitate: polimer puin solubil. La temp. camerei - insolubil.La T.ridicate se dizolv n solveni nepolari: xilen, decalina, tetralina
- Rezisten chimic. La T40C este atacat rapid de acizi oxidani (HNO3, H2SO4).
- Proprieti mecanice - medii - mai bune pentru HDPE dect LDPE.
Polietilena (PE)Proprietile polietilenei
- Permeabilitatea la gaze/vapori. Caracter nepolar impermeabil pentru vaporii substanelor polare (ex. vapori de ap); permeabil pentru O2 i CO2.
- pre sczut
- claritate rezonabil a filmului- nu este toxic, nu are miros, nu modifica gustul/mirosul prod. ambalate
- Proprieti electrice: caracter nepolar foarte bun izolator electric
- mbtrnirea PE - sub aciunea concomitent a luminii i O2 (factori atmosferici) polietilena se degradeaz.
- Termosudabila
5Polietilena (PE)Utilizrile polietilenei in domeniul alimentar
HDPE - sticle pentru lapte, butelii pentru lichide alimentare, cutii
pentru margarin, pungi pentru deeuri menajere
LLDPE - rezisten la traciune superioar LDPE - filme foartesubiri pentru ambalaje, pungi pentru ghea i alimente congelate
LDPE - containere, folii pentru ambalaje, placri rezistente chimic
MDPE - saci, folii contractibile, filme pentru ambalaje
Polipropilena (PP)
Proprietile polipropilenei:
- proprieti mecanice mai bune (rezisten mai mic la sfiere)
- insolubila la rece n orice solvent, dar la temperaturi de peste 80C devine solubil n ciclohexan i solventi aromatici
- bune proprieti de izolator electric.
- bune proprieti de barier la umiditate se mbuntesc prin orientarea polimerului; barier la gaze mai bun ca PE
- densitatea mai mic (0,90 g/cm3)
- temperatura de topire mult mai ridicat (165C)
n CH2 CHCH3
(CH2 CH)nCH3
6Polipropilena (PP)Dezavantajele PP:- mult mai sensibil la oxidare (mbtrnire) dect PE, datorit prezenei grupei metil
Utilizri- filme i folii simple sau complexe sub form de
homopolimer sau copolimer cu etena.
- la temperaturi sczute (congelare) poate deveni casant
- sacoe, saci mpletii din fire de PP- tuburi flexibile- cutii, caserole
- greu termosudabil
Policlorura de viniliden (PVDC)n CH2 C
Cl
ClCH2 C
Cl
Cln
Proprieti:
- material plastic transparent
- permeabilitatea extrem de sczut pentru gaze i arome
- Ttopire (200C) este foarte apropiat de Tdescompunere.
Utilizri - filme barier n structurile multistrat (ex poliolefine, poliamide, PET) indicate pentru ambalarea produselor alimentarecu coninut ridicat de grsimi i arome: fructe uscate, pete afumat, ceai, cafea, mirodenii.
7Policlorura de viniliden (PVDC)Copolimeri ai PVDC:
- cu acrilonitrilul, metacrilonitrilul i metilmetacrilatul straturi
barier semirigide n containere termoformate
- cu acrilat de metil sau metilmetacrilat latexuri de acoperire
pentru hrtie, containere rigide, foi din plastic i celofan
- cu clorura de vinil (Saran) straturi barier n foliilemultistrat obinute prin turnare sau suflare
Polistirenul (PS)n
CH2 CHn CH2 CH
Proprietile polistirenului
Solubilitate - solubil n majoritatea solvenilor organici: hidrocarburi aromatice, derivai halogenai, esteri, cetone.
- insolubil n alcooli i hidrocarburi alifatice
Rezistena chimic: - rezistent la baze i acizi diluai.
- atacat puternic de acizii conc.: H2SO4, HNO3, ac. clorsulfonic. - mbtrnire mai lent dect n cazul polietilenei
8Polistirenul (PS)
Proprietile polistirenului
Proprieti mecanice: - rezisten mare la traciune i compresiune.
- rezisten la oc foarte slab obiectele din PS sunt casante.
Proprieti electrice - foarte bun izolator electric.
Termostabilitate - slab (comparativ cu ali polimeri) - peste 70 -75C polimerul ncepe s-i piard proprietile mecanice bune
Polistirenul (PS)
Polistiren de uz general: rezisten sczut la oc i termostabilitate
sczut ambalaje pentru uleiuri vegetale, sucuri de fructe, soluii acide sau alcaline.
Polistiren antioc: compoundare cu cauciuc polibutadienic sau prin
grefarea stirenului pe cauciuc butadien-stirenic sau polibutadienic recipiente pentru brnz, creme, iaurt, dulcea, prin formare sub vacuum; recipiente multistrat obinute prin suflare-matriare
Polistiren cu termostabilitate ridicat: copolimerizarea stirenului cu
acrilonitril (SAN) containere pentru alimente
9Polistirenul (PS)Polistirenul expandat obinut din polistirenul gazeificat.
- prin extrudare: expandarea final are loc simultan cu extruderea.Se pot obine plci expandate care se transform apoi n produse finite prin termoformare.
Expandarea polistirenului:
- n matrie prin injectarea aburului prin pereii perforai ai matriei
- ageni solizi (azodicarbonamida, azoizobutironitrilul, carbonat de amoniu)
Ageni de expandare:
- hidrocarburi volatile (pentan, butan)
Polistirenul (PS)Proprietile PS expandat
- proprietile mecanice (mai slabe dect ale PS compact) depind dedensitatea materialului (0,015 - 0,3 g/cm3): cresc n anumite limite liniar cu densitatea
Utilizri: Cutii, caserole, pahare, straturi de protecie cu rol de:
- protecie la oc / - izolare termic
- bun izolator termic: conductibilitatea termic scade de la 0,12 (PS compact) la 0,03 kcal/mhC
- mai sensibil la aciunea solvenilor dect PS compact
10
Polietilentereftalat (PET)CH2 CH2O OOC CO
Proprietile PET:
- bun rezisten chimic
- bun reciclabilitate
- permeabilitate sczut pentru gaze
- bun stabilitate la ageni atmosferici- claritate i luciu, bun stabilitate a culorii
- bun stabilitate dimensional
- bun procesabilitate
Utilizare: folii multistrat i flacoane ptr produse alimentare
Policarbonat (PC)
Proprieti- proprieti mecanice foarte bune, inclusiv rezisten la impact- temp. de tranziie sticloas = 150C, dup care se nmoaie treptat pn la
temp. de curgere (300C)
CCH3
CH3O C O
O n
Problem: - eliminarea de bisfenol A (descompunere) efect nociv asupraorganismului efect estrogen, obezitate
- n multe ri UE interzis contactul cu alimentele (ex. biberoane) 2008-2009
Utilizri ca ambalaj: biberoane, sticle reutilizabile pentru activitati sportive
http://www.petresin.org/
11
Poliacetat de vinil (PAcV)n CH2 CH
OCOCH3
CH2 CHOCOCH3
n
- prezint fenomenul de curgere la rece nu se pot obine obiecte finite
Utilizri
- se obine prin procedeele soluie (metanol sau etanol) sau emulsie.
- PAcV soluie lac pentru acoperirea hrtiei, cartonului i recipientelor metalice.
- PAcV emulsie nlocuiete cauciucul inelul de cauciuc al cutiilor metalice de conserve sau al capacelor metalice pentru recipieni din sticl.
Alcool polivinilic (APV) !!! se obine printr-o reacie polimer-analoag, alcooliza PVAc
CH2 CH
OCOCH3NaOH
CH3OHn
+ n CH3COCH3CH2 CH
OHn
Proprietile APV depind de: caracteristicile precursorului (PVAc): - masa molecular
- gradul de ramificare parametrii procesului de alcooliz: - gradul de alcooliz
- distribuia unitilor acetat reziduale n catena polimer statistic cataliz acid blocuri cataliz bazic
12
Alcool polivinilic proprieti- solubil n ap: solubilitatea depinde de gradul de alcooliz (GA).
GA > 95% se gonfleaz n ap rece i se dizolv la 90-100C GA = 90-95% se dizolv la 65-100CGA = 85-90% se dizolv la temperatura camerei i nclzireGA = 70-80% se dizolv la 20C
- peliculele de APV - excelente proprieti de barier la oxigen i substane toxice (cresc cu GA)
- rezistenta la uleiuri, grasimi si solventi
- gruprilor OH polare n fiecare US numr mare de legturi de hidrogen intercatenare:
- Ttop (180-200) > Tdesc (220) nu poate fi prelucrat din topitur- rezisten ridicat la traciune
Alcool polivinilic utilizri
aplicaii speciale datorate solubilitii n ap
ambalaje alimentare- strat barier de CO2 n buteliile PET, n filme multistrat
- n agricultur: ncapsulri de pesticide ce se introduc ntancurile de stropire
- n medicin: saci pentru articole contaminate ce merg la sterilizare sau splare
- n menaj: ncapsulri de detergenti ce se introduc directdozati n masina de spalat
13
Poliamide (Nylon) NH (CH2)x C
On
NH (CH2)x NH CO
(CH2)y CO
n
- temperatur ridicat de topire - termoformabil- nu este termosudabil
- rezistene mecanice ridicate (datorit legturilor de H)- flexibilitate
- transparen ridicat- bun printabilitate
- bune proprieti de barier la O2, arome- bun rezisten chimic la acizi i baze Utilizri
- sacose, saci- flacoane alimentare
- folii, filme flexibile, multistrat- plci multistrat ptr termoformare
Celofanul
celuloz
xantogenat de celuloz (viscoz)
- extrudare printr-o filier cu fant lat ntr-o baie de precipitare ce conine acid sulfuric diluat i sulfit de sodiu reconversia viscozei n celuloz.
- celuloza este dizolvat ntr-o solutie alcalin cu sulfur de carbonProcedeu de obtinere puternic poluant:
14
Celofanul
- plastifierea peliculei cu soluie apoas de glicerin (7% glicerin), la 25-30C micorarea fragilitii i mrirea rezistenei la flexiuni repetate.
- desulfurarea peliculei transparent cu soluie de hidroxid de sodiu (2-2,5 g/L) la 80-90C / splare cu ap la 50-60C.
- albirea peliculei cu soluie de hipoclorit de sodiu (2,5-3,5 g/L) la 25C / splare / acidulare / splare.
Tratamente ulterioare:
Celofanul
- resurs regenerabil
- polimer biodegradabil
- filme colorate proprieti de barier pentru radiaiile UV
- excelente proprieti de barier pentru oxigen
- permeabilitate ridicat fa de ap uneori este necesara hidrofobizareasuprafeei lcuire cu soluii pe baz de nitroceluloz, PVdC, SARAN [P(VC+VdC)].
Utilizari:- filme individuale sau strat n ambalaj multistrat- pentru mpachetarea tigaretelor, permite tutunului sa respire
Proprietati:
15
Polimeri coduri de identificare