Целлюлоза - основной продукт для производства целлофана, бумаги, картона. Она образуется в растениях в результате биохимических превращений, началом которых служит фотосинтез простейших углеводородов. Целлюлоза составляет основную часть растительных материалов (хлопка, древесины, соломы, стеблей растений и т.д.) Наряду с целлюлозой, в растениях содержатся такие вещества, как лигнин, гемицеллюлоза, пентазаны, пектиновые вещества, жиры и смолы.
Большое количество гидроксильных групп в молекуле целлюлозы придает ей характер спирта, а сильные внутри- и межмолекулярные взаимодействия обуславливают высокую степень упорядоченности молекул в надмолекулярных образованиях. Вследствие того, что целлюлоза является труднорастворимым полимером, у которого температуры фазовых переходов превышают температуру разложения, она непригодна для непосредственного получения из нее пленочных материалов.
Целлофан
Целлофан является наиболее дешевым и распространенным упаковочным пленочным материалом. Формование целлофановой пленки происходит путем коагуляции и последующего химического разложения ксантогената целлюлозы, представляющим собой сложный эфир целлюлозы и дитиоугольной кислоты. В процессе этих операций регенерированной целлюлозе придают форму длинного тонкого полотна. Полученную после двусторонней коагуляции пленку, тщательно промывают, освобождают от серы, образовавшейся при разложении ксантогената, и в случае необходимости отбеливают. Затем снова многократно промывают, пластифицируют и высушивают. Промышленные сорта целлофана содержат 10-13 % глицерина, 7-10 % воды и 74-78 % целлюлозы. Целлофановая пленка устойчива к жирам, имеет низкую газопроницаемость. Недостатком ее является повышенная гигроскопичность и набухаемость в воде. Поэтому с целью повышения влагостойкости и улучшения эксплуатационных свойств, (например, термосвариваемости) целлофановые пленки покрывают лаком. В качестве лаков для этих целей используют эфиры целлюлозы, винилацетат, поливинилхлорид. Большое практическое значение имеет сочетание обычного и лакированного целлофана между собой или с другими синтетическими пленочными материалами.
Эфиры целлюлозы
Сложные эфиры целлюлозы - диацетат и триацетат, ацетопропионат, пропионат и другие, являются перспективными экологически безопасными тароупаковочными материалами.
Свойства эфиров целлюлозы зависят от типа и степени замещения гидроксильных групп, а также типа и количества пластификатора. Диацетат целлюлозы (ДАЦ) используется в виде пластифицированных материалов, потребительской тары, пленочных материалов и других изделий. Пленки на основе ДДЦ обладают уникальным комплексом свойств: они прочны, жиростойки, устойчивы к действию высоких и низких температур, высокопрозрачны, имеют блеск, воспринимают печать и легко окрашиваются. Однако чувствительны к действию влаги, но обладают высокими барьерными свойствами по отношению к газам и парам. Триацетат целлюлозы обладает большей устойчивостью к действию влаги. Герметизацию материалов на основе эфиров целлюлозы осуществляют либо сваркой токами высокой частоты либо путем склеивания. Обязательное применение пластификатора требует осторожности при выборе марок полимера и пластификатора при эксплуатации материала в контакте с продуктами питания.
Материалы на основе эфиров целлюлозы используют в виде наружного слоя многослойных материалов (ламинатов) в качестве износостойкого покрытия. Из рулонных материалов на основе ДАЦ методами термоформования получают тару различных типоразмеров, пригодную для упаковки широкого ассортимента пищевых продуктов (высокожирные, сухие, плодоовощные, замороженные, кондитерские изделия, мед, джемы и т.п.).
Бумажные материалы
Ассортимент бумаги и картона, применяемый в производстве картонно- бумажной потребительской тары, очень велик.
Химической основой бумаги и картона является целлюлоза с различными добавками. Целлюлозу производят из древесины различных пород путем механического и химического воздействия на нее. При механическом воздействии получают короткие волокна низкого качества; химическое воздействие позволяет получать высококачественную длинноволокнистую целлюлозу. Полученный продукт называется бумажной массой, из которой после сушки вырабатывают различные типы бумаги. Основным полуфабрикатом для получения картона является сульфатная и сульфитная целлюлоза, древесная масса и макулатура. Качество бумаги и картона характеризуется физическими, химическими и механическими показателями. К физическим свойствам относятся: масса 1 кв.м., толщина, объемная масса, просвет, прозрачность, воздухопроницаемость (пористость), лоск и гладкость, цвет, оттенок, влажность и влагопрочность; к химическим - зольность, род и степень проклейки, кислотность и щелочность; к механическим - упругость, сопротивление разрыву при растяжении, излому при перегибе, раздиру и скручиванию, удлинение в момент разрыва.
В зависимости от назначения, к бумаге и картону предъявляются различные требования. Так, бумаги писчая №1 и литографская, отличаются белизной и чистотой, а большинство оберточных материалов этими свойствами не обладают. Одни виды бумаги должны быть непрозрачными (для печати), а другие, наоборот, прозрачными; некоторые виды бумаги должны иметь среднюю и даже высокую степень проклейки (литографская, писчая), а другие, наоборот, должны быть неклеенными (основа для парафинирования), чтобы бумажная продукция соответствовала определенным потребительским требованиям. Комитетом стандартов России утверждаются ГОСТы на тот или иной вид бумаги или картона.
Бумага и картон являются самыми распространенными материалами в упаковочной отрасли. Основной характеристикой бумажных материалов является вес одного квадратного метра в граммах. По этому показателю различают бумагу от 5 до 150 г/м2, тонкий картон от 151 до 400 г/м2 и картон от 401 до 1200 г/м2. По содержанию волокнистой смеси, бумагу подразделяют на следующие виды: тончайшую из макулатуры или специальной целлюлозы, тонкую из целлюлозы, полутонкую из целлюлозы и некоторого количества древесной массы, обычную из целлюлозы и некоторого количества древесной массы и макулатуры. Бумагу с повышенной плотностью (крафтбумага) используют для упаковки и транспортировки цемента, гашеной извести, удобрений, кормов, зерновой продукции.
Тонкий картон с плотностью от 141 до 400 г/м2 - часто используемый упаковочный материал как самостоятельно, так и в сочетании с другими материалами. Наибольшее распространение тонкий картон имеет в производстве складных коробок. При производстве тонкого картона помимо основного волокнистого материала используют вторичное сырье, красящие вещества, пигменты, склеивающие вещества (каустическая сода, квасцы и т.д.), крахмал для придания более качественного внешнего вида его поверхности. Часто тонкий картон лакируют с внешней стороны.
Гофрированный картон состоит из двух и более слоев, из которых по крайней мере один сформирован в виде волн (гофра) и приклеен к плоскому листу. Гофрокартон применяют для изготовления коробок для укладки различных предметов. Прочный картон (от 401 до 1200 г/м2) предназначен для изготовления ящиков с клеевым креплением боковых стенок или с применением металлических скрепок. Процесс производства прочного картона тот же самый, что и при производстве бумаги и тонкого картона: приготовление смеси, ее склеивание, добавление взвешенных веществ (глины или каолина), окраска при помощи минеральных пигментов или органических красителей.
Если бумажные материалы используются для изготовления потребительской тары, к ним предъявляются следующие требования:
- Бумага и картон, служащие для изготовления тары на ротационных машинах, должны иметь равномерную толщину по всей ширине, что обеспечит движение полотна бумаги (картона) на машине без перекосов и образования морщин.
- Листовая бумага (картон) должна иметь строго прямоугольную форму; косина допустима в пределах до 0,2%. Это обеспечит нормальную работу машин по заготовке закроя и выпуск изделий хорошего качества;
- Влажность бумаги должна быть в пределах 6-8%, а картона 6-12%.
- Бумага и картон, предназначенные для нанесения печати, должны иметь гладкую поверхность и зольность не менее 8%. Нормы гладкости и зольности устанавливаются стандартами, в зависимости от видов бумаги и способов печати.
- Механическая прочность бумажных материалов, применяемых для изготовления тары, должна соответствовать требованиям, предъявляемым к прочности изделий в зависимости от веса и свойств затариваемой в них продукции, способов ее транспортировки и условий хранения.
- Бумажные материалы, используемые для завертывания и изготовления тары, должны обладать водо-, паро-, аромато-, жиро- и газонепроницаемостью. Эти свойства бумажные материалы приобретают либо в технологическом процессе их производства за счет соответствующего размола волокнистых материалов, проклейки и добавки в массу синтетических смол, либо за счет специальной обработки уже готовых бумажных материалов, в результате чего получаются новые комбинированные материалы.