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