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