1

Curs 3

Polimeri pentru ambalaje

Ambalaje si design in

industria alimentara

Clasificare polimeri in funcţie de comportarea termică:

b) termoreactivi (răşini polimerice) - polimeri ce reticulează la cald

sau în prezenţa unui agent de reticulare, transformându-se într-un

material insolubil şi infuzibil (cu o structura 3D)

Nu pot fi reciclati.

răşini poliesterice nesaturate, epoxidice, vinil esterice

a) termoplastici - polimeri solizi la temperatura ambiantã (în domeniul de

utilizare), care pot fi topiţi prin încãlzire şi resolidificaţi prin rãcire, fără a

fi în 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

2

Polimeri pentru ambalaje

Avantajele utilizării polimerilor pentru ambalaje:

- proprietăţi optice variate: de la foarte bune la slabe, de la

transparent la mat, pot fi colorate

- domeniu larg de proprietăţi de barieră pentru gaze şi vapori: de

la slabe la foarte bune

- domeniu larg de proprietăţi fizico-mecanice

- de obicei au o rigiditate scăzută, sunt flexibile şi în unele cazuri

pot fi îndoite

Polimeri pentru ambalaje

Avantajele utilizării polimerilor pentru ambalaje:

- pot fi reciclate usor de obicei, cu consum. specifice reduse

- pot fi utilizate într-un domeniu larg de temperaturi (ridicate sau

scăzute), in funcţie de materialul ales.

- preţ de producţie mic

- slabe conducătoare de căldură

- rezistenţă chimică ridicată

3

Polimeri pentru ambalaje

Dezvantajele utilizării polimerilor pentru ambalaje:

- se încarcă cu electricitate statică

- instabilitate dimensională datorată umidităţii, temperaturii

- sunt inflamabile (provenind din produse petroliere)

- suferă procesul de îmbătrânire - proprietăţile fizico-mecanice scad

- nu sunt biodegradabili (polimerii uzuali)

Polietilena (PE)

n CH2 CH2 (CH2 CH2)n

4

Polietilena (PE)

Proprietăţile polietilenei

- Temperatura de topire: TtHDPE = 120-125°C. TtLDPE = 105-110°C.

- proprietăţile PE depind de gradul de cristalinitate

→ variază între 40% (LDPE) şi 92% (HDPE)

- Solubilitate: polimer puţin solubil. La temp. camerei - insolubilă.

La T.ridicate se dizolvă în solvenţi nepolari: xilen, decalina, tetralina

- Rezistenţă chimică. La T<40°C - rezistenţă bună la solvenţi, acizi şi

baze. La T>40°C este atacată rapid de acizi oxidanţi (HNO3, H2SO4).

- Proprietăţi mecanice - medii - mai bune pentru HDPE decât LDPE.

Polietilena (PE)

Proprietăţile polietilenei

- Permeabilitatea la gaze/vapori. Caracter nepolar → impermeabilă pentru

vaporii substanţelor polare (ex. vapori de apă); permeabilă pentru O2 şi

CO2.

- preţ scăzut

- claritate rezonabilă a filmului

- nu este toxică, nu are miros, nu modifica gustul/mirosul prod. ambalate

- Proprietăţi electrice: caracter nepolar → foarte bun izolator electric

- Îmbătrânirea PE - sub acţiunea concomitentă a luminii şi O2 (factori

atmosferici) polietilena se degradează.

- Termosudabila

5

Polietilena (PE)

Utilizările polietilenei in domeniul alimentar

HDPE - sticle pentru lapte, butelii pentru lichide alimentare, cutii

pentru margarină, pungi pentru deşeuri menajere

LLDPE - rezistenţă la tracţiune superioară LDPE - filme foarte

subţiri pentru ambalaje, pungi pentru gheaţă şi alimente

congelate

LDPE - containere, folii pentru ambalaje, placări rezistente chimic

MDPE - saci, folii contractibile, filme pentru ambalaje

Polipropilena (PP)

Proprietăţile polipropilenei:

- proprietăţi mecanice mai bune (rezistenţă mai mică la sfâşiere)

- insolubila la rece în orice solvent, dar la temperaturi de peste 80°C devine

solubilă în ciclohexan şi solventi aromatici

- bune proprietăţi de izolator electric.

- bune proprietăţi de barieră la umiditate → se îmbunătăţesc prin orientarea

polimerului; barieră la gaze mai bună ca PE

- densitatea mai mică (0,90 g/cm3)

- temperatura de topire mult mai ridicată (165°C)

n CH2 CH

CH3

(CH2 CH)n

CH3

6

Polipropilena (PP)

Dezavantajele PP:

- mult mai sensibilă la oxidare (îmbătrânire) decât PE, datorită

prezenţei grupei metil

Utilizări

- filme şi folii simple sau complexe sub formă de

homopolimer sau copolimer cu etena.

- la temperaturi scăzute (congelare) poate deveni casantă

- sacoşe, saci împletiţi din fire de PP

- tuburi flexibile

- cutii, caserole

- greu termosudabilă

Policlorura de viniliden (PVDC)

n CH2 C

Cl

Cl

CH2 C

Cl

Cln

Proprietăţi:

- material plastic transparent

- permeabilitatea extrem de scăzută pentru gaze şi arome

- Ttopire (200°C) este foarte apropiată de Tdescompunere.

Utilizări - filme barieră în structurile multistrat (ex poliolefine,

poliamide, PET) – indicate pentru ambalarea produselor alimentare

cu conţinut ridicat de grăsimi şi arome: fructe uscate, peşte afumat,

ceai, cafea, mirodenii.

7

Policlorura de viniliden (PVDC)

Copolimeri ai PVDC:

- cu acrilonitrilul, metacrilonitrilul şi metilmetacrilatul → straturi

barieră semirigide în containere termoformate

- cu acrilat de metil sau metilmetacrilat → latexuri de acoperire

pentru hârtie, containere rigide, foi din plastic şi celofan

- cu clorura de vinil (“Saran”) → straturi barieră în foliile

multistrat obţinute prin turnare sau suflare

Polistirenul (PS)

nCH2 CHn CH2 CH

Proprietăţile polistirenului

Solubilitate - solubil în majoritatea solvenţilor organici:

hidrocarburi aromatice, derivaţi halogenaţi, esteri, cetone.

- insolubil în alcooli şi hidrocarburi alifatice

Rezistenţa chimică: - rezistent la baze şi acizi diluaţi.

- atacat puternic de acizii conc.: H2SO4, HNO3, ac. clorsulfonic.

- îmbătrânire mai lentă decât în cazul polietilenei

8

Polistirenul (PS)

Proprietăţile polistirenului

Proprietăţi mecanice: - rezistenţă mare la tracţiune şi compresiune.

- rezistenţă la şoc foarte slabă → obiectele din PS sunt casante.

Proprietăţi electrice - foarte bun izolator electric.

Termostabilitate - slabă (comparativ cu alţi polimeri) - peste 70 -

75°C polimerul începe să-şi piardă proprietăţile mecanice bune

Polistirenul (PS)

Polistiren de uz general: rezistenţă scăzută la şoc şi termostabilitate

scăzută → ambalaje pentru uleiuri vegetale, sucuri de fructe, soluţii

acide sau alcaline.

Polistiren antişoc: compoundare cu cauciuc polibutadienic sau prin

grefarea stirenului pe cauciuc butadien-stirenic sau polibutadienic

→ recipiente pentru brânză, creme, iaurt, dulceaţă, prin formare sub

vacuum; recipiente multistrat obţinute prin suflare-matriţare

Polistiren cu termostabilitate ridicată: copolimerizarea stirenului cu

acrilonitril (SAN) → containere pentru alimente

9

Polistirenul (PS)

Polistirenul expandat obţinut din polistirenul gazeificat.

- prin extrudare: expandarea finală are loc simultan cu extruderea.

Se pot obţine plăci expandate care se transformă apoi în

produse finite prin termoformare.

Expandarea polistirenului:

- în matriţe prin injectarea aburului prin pereţii perforaţi ai matriţei

- agenţi solizi (azodicarbonamida, azoizobutironitrilul,

carbonat de amoniu)

Agenţi de expandare:

- hidrocarburi volatile (pentan, butan)

Polistirenul (PS)

Proprietăţile PS expandat

- proprietăţile mecanice (mai slabe decât ale PS compact) depind de

densitatea materialului (0,015 - 0,3 g/cm3): cresc în anumite limite

liniar cu densitatea

Utilizări: Cutii, caserole, pahare, straturi de protecţie cu rol de:

- protecţie la şoc / - izolare termică

- bun izolator termic: conductibilitatea termică scade de la

0,12 (PS compact) la 0,03 kcal/m·h·°C

- mai sensibil la acţiunea solvenţilor decât PS compact

10

Polietilentereftalat (PET)

CH2 CH2O OOC CO

Proprietăţile PET:

- bună rezistenţă chimică

- bună reciclabilitate

- permeabilitate scăzută pentru gaze

- bună stabilitate la agenţi atmosferici

- claritate şi luciu, bună stabilitate a culorii

- bună stabilitate dimensională

- bună procesabilitate

Utilizare: folii multistrat şi flacoane ptr produse alimentare

Policarbonat (PC)

Proprietăţi

- proprietăţi mecanice foarte bune, inclusiv rezistenţă la impact

- temp. de tranziţie sticloasă = 150°C, după care se înmoaie treptat până la

temp. de curgere (300°C)

C

CH3

CH3

O C O

O n

Problemă: - eliminarea de bisfenol A (descompunere) → efect nociv asupra

organismului – efect estrogen, obezitate

- în multe ţări UE – interzis contactul cu alimentele (ex. biberoane) 2008-2009

Utilizări ca ambalaj: biberoane, sticle reutilizabile pentru activitati sportive

http://www.petresin.org/

11

Poliacetat de vinil (PAcV)

n CH2 CH

OCOCH3

CH2 CH

OCOCH3

n

- prezintă fenomenul de curgere la rece → nu se pot obţine obiecte finite

Utilizări

- se obţine prin procedeele soluţie (metanol sau etanol) sau emulsie.

- PAcV soluţie → lac pentru acoperirea hârtiei, cartonului şi

recipientelor metalice.

- PAcV emulsie → înlocuieşte cauciucul → inelul de cauciuc al cutiilor

metalice de conserve sau al capacelor metalice pentru recipienţi

din sticlă.

Alcool polivinilic (APV)

!!! se obţine printr-o reacţie polimer-analoagă, alcooliza PVAc

CH2 CH

OCOCH3

NaOH

CH3OH

n+ n CH3COCH3CH2 CH

OH

n

Proprietăţile APV depind de:

► caracteristicile precursorului (PVAc):

- masa moleculară

- gradul de ramificare

► parametrii procesului de alcooliză:

- gradul de alcooliză

- distribuţia unităţilor acetat reziduale în catena polimeră

♦ statistic – cataliză acidă

♦ blocuri – cataliză bazică

12

Alcool polivinilic – proprietăţi

- solubil în apă: solubilitatea depinde de gradul de alcooliză (GA).

•GA > 95% se gonflează în apă rece şi se dizolvă la 90-100°C

•GA = 90-95% se dizolvă la 65-100°C

•GA = 85-90% se dizolvă la temperatura camerei şi încălzire

•GA = 70-80% se dizolvă la 20°C

- peliculele de APV - excelente proprietăţi de barieră la oxigen şi

substanţe toxice (cresc cu GA)

- rezistenta la uleiuri, grasimi si solventi

- grupărilor OH polare în fiecare US → număr mare de legături de

hidrogen intercatenare:

- Ttop (180-200) > Tdesc (220)→ nu poate fi prelucrat din topitură

- rezistenţă ridicată la tracţiune

Alcool polivinilic – utilizări

► aplicaţii speciale datorate solubilităţii în apă

► ambalaje alimentare

- strat barieră de CO2 în buteliile PET, în filme multistrat

- în agricultură: încapsulări de pesticide ce se introduc în

tancurile de stropire

- în medicină: saci pentru articole contaminate ce merg la

sterilizare sau spălare

- în menaj: încapsulări de detergenti ce se introduc direct

dozati în masina de spalat

13

Poliamide (Nylon)

NH (CH2)x C

On

NH (CH2)x NH C

O

(CH2)y C

On

- temperatură ridicată de topire - termoformabilă

- nu este termosudabilă

- rezistenţe mecanice ridicate (datorită legăturilor de H)

- flexibilitate

- transparenţă ridicată

- bună printabilitate

- bune proprietăţi de barieră la O2, arome

- bună rezistenţă chimică la acizi şi baze Utilizări

- sacose, saci

- flacoane alimentare

- folii, filme flexibile, multistrat

- plăci multistrat ptr termoformare

Celofanul

celuloză

xantogenat de celuloză (viscoză)

- extrudare printr-o filieră cu fantă lată într-o baie de precipitare ce

conţine acid sulfuric diluat şi sulfit de sodiu → reconversia viscozei în

celuloză.

- celuloza este dizolvată într-o solutie alcalină cu sulfură de carbon

Procedeu de obtinere puternic poluant:

14

Celofanul

- plastifierea peliculei → cu soluţie apoasă de glicerină (7% glicerină),

la 25-30°C → micşorarea fragilităţii şi mărirea rezistenţei la

flexiuni repetate.

- desulfurarea peliculei → transparentă → cu soluţie de hidroxid de

sodiu (2-2,5 g/L) la 80-90°C / spălare cu apă la 50-60°C.

- albirea peliculei → cu soluţie de hipoclorit de sodiu (2,5-3,5 g/L) la

25°C / spălare / acidulare / spălare.

Tratamente ulterioare:

Celofanul

- resursă regenerabilă

- polimer biodegradabil

- filme colorate → proprietăţi de barieră pentru radiaţiile UV

- excelente proprietăţi de barieră pentru oxigen

- permeabilitate ridicată faţă de apă → uneori este necesara hidrofobizarea

suprafeţei → lăcuire cu soluţii pe bază de nitroceluloză, PVdC, SARAN

[P(VC+VdC)].

Utilizari:

- filme individuale sau strat în ambalaj multistrat

- pentru împachetarea tigaretelor, permite tutunului sa “respire”

Proprietati:

15

Polimeri – coduri de identificare