عنوان مقاله : کاربرد انواع پلیمرها در صنعت بسته بندی

خلاصه مقاله :

پلیمرها مواد خام اولیه می باشند، هم اکنون پلیمرهایی که در اینجا به آن اشاره می کنیم در صنعت بسته بندی به نام پلیمرهای پرمصرف شناخته می شوند.

شرح مقاله :

در بین پلیمرهای بسته بندی تنها PE و PP به صورت دائمی غیر قطبی هستند، قطبیت بسیاری از خواص ماده را تحت تاثیر قرار می دهد، قطبیت حلالیت را نیز تحت تاثیر قرار می دهد.

 ( ماده ای که قطبیت بالاتری دارد نقطه ذوب آن نیز بالاتر است، زیرا انرژی بیشتری برای غلبه بر نیروهای جاذبه بین مولکولی نیاز دارد)

پلی اتیلن، نوعی پلیمر است که پایین ترین نقطه ذوب را برابر با 80 درجه سانتیگراد داراست . سطح PE با آب خیس نمی شود .

PE در برابر نفوذ بخار آب مقاومت عالی دارد اما در برابر اکسیژن مقاوم نمی باشد. PE به راحتی پاره می شود و نفوذ پذیری اش در برابر حلال ها زیاد است. همچنین به سختی می توان روی آنها چاپ کرد . در بسته بندی هایی که باید در دماهای پایین نگهداری شوند معمولا از PE استفاده می شود .

درب های SNAP-ON برای ظروف PP معمولا با PE ساخته می شوند تا تغییر طول لازم برای کاربرد آسانتر را داشته باشند .

 PE به سه گروه تقسیم می شود:

  LLDPE یک کوپلیمر پلی اتیلن سبک خطی می باشد . LDPE پلیمر با چگالی پایین می باشد و HDPE پلیمر با چگالی بالا می باشد

 این پلیمرها با وجود آنکه فرمول شیمیایی یکسانی دارند ولی مجموعه ویژگی های آن از نقطه نظر کاربردی کاملا متفاوتند.

LDPE پلی اتیلن سبک یا همان پلی اتیلن با چگالی پایین ( 910%) تا (925%) می باشد این پلیمر بسیار شفاف است .

فرایند پذیری آسان و نفوذپذیری کم در برابر رطوبت، شفافیت بالا، تغییر طول زیاد و نرمی دیگر ویژگی هایش است، همچنین نفوذناپذیری کم آن در برابر گازها، نرمی، نقطه نرمی پایین و جریان سرد نسبتا بالا؛ LDPE دارای استحکام پارگی، مقاومت ضربه، کشش و انعطاف پذیری است اما به تنهایی نمی تواند خلاء را نگه دارد زیرا گاز را از خود عبور می دهد . مقاومت خراش پایین ، نفوذ بالای بو، جذب گرد و غبار( استاتیک) و مقاومت کم در برابر روغن .

هرچه چگالی بالاتر رود و به سمت HDPE سوق پیدا کند تمام این خواص کاهش می یابند .

در مواردی از بسته بندی مواد غذایی که شفافیت و مقرون به صرفه بودن از نظر اقتصادی لازم باشد مانند کیسه های نان یا کیسه های مخصوص حمل و نقل از LDPE و LLDPE استفاده می شود.

   LDPE معمولا به صورت فیلم های نازک انعطاف پذیر مورد استفاده قرار می گیرد. دو ویژگی مهم آن که کاربرد وسیع تر آن را به ویژه در صنعت بسته بندی محصول غذایی موجب می شود عبارتند از:
1. خنثی بودن آن یعنی عدم واکنش با محصول
2.  قابلیت دوخت حرارتی آن

به همین دلیل لازم است حداکثر بسته بندی های چند لایه به عنوان لایه درونی و در تماس مستقیم با محصول ازفیلم نازک LDPE استفاده می شود. این فیلم شفاف بوده و قابل نفوذ به نوراست بنابراین در موارد نیاز به همراه آلومینیوم فویل به کاربرده می شود. کاربرد مشخص LDPE در بسته بندی های تتراپک Tetra Pack برای شیر استریل و آب میوه، پیورپک برای بسته بندی شیر پاستوریزه و ماست، تری پک برای بسته بندی های کیسه ای، سه لایه برای شیر پاستوریزه و پنج لایه برای شیر استریل است.

HDPE : پلی اتیلن سنگین یا همان پلی اتیلن با چگالی بالا (941%) تا (959%) می باشد، مات و غیر شفاف است .

  HDPE پلی اتیلن با چگالی سنگین نوعی پلیمر می باشد که هزینه پایین، فرآیندپذیری آسان و نفوذناپذیری خوب در برابر رطوبت، نفوذپذیری بالای آن در برابراکسیژن، هیدرکربن، بو، عطرها، نرمی، نقطه نرمی پایین و جریان نسبتا بالای آن کاربردش را در برخی موارد محدود می کند.

در ساخت پاکت های چند لایه به عنوان لایه داخلی برای جلوگیری از نفوذ رطوبت بکار می رود . محصولات منجمد مانند بستنی با HDPE بسته بندی می شوند چرا که در دماهای پایین شکننده نمی باشد  HDPE مقاومتش در برابر روغن بسیار بالاست .

در دوخت حرارتی HDPE مشکلاتی دیده می شود که با استفاده از یک روکش LDPE یا آلیاژ کردن آن با LDPE یا EVA این مشکل برطرف می گردد.

نمونه بارز کاربرد HDPE انواع بطری شیر است که جهت بهبود ممانعت کنندگی در مقابل نفوذ نور، رنگ سفید (تینانیوم دی اکساید) به آن اضافه می شود.

PP (پلی پروپیلن) یک نوع پلیمر است که از آن به عنوان یک افزودنی برای بهبود شفافیت استفاده می شود. PP در دماهای پایین تر شکننده می شود که برای رفع این مشکل آن را با HDPE  لمینیت می کنند.PP کاربردهای محدودی دارد،مثلا چسب. هزینه تولیدش پایین است، چگالی کم و فرآیند آسانتر از PE مقاومتش در برابر جریان سرد بهتر است و در دمای بالا تغییر شکل آن نیز کمتر است. سختی و استحکام کششی و سختی سطح خوبی دارد. مقاومتش در برابر نور UV کم بوده لذا برای محصولاتی که در برابر UV قرار می گیرد بازدارنده UV نیاز دارد .

 PP در شرایط یکسان از PE اقتصادی تر است و مزیتش این است که نقطه نرمی بالاتری دارد، لذا در ساخت بطری هایی که با مواد داغ پر می شوند یا در معرض حرارت قرار می گیرند استفاده می شود .

 PP به صورت روکش داده نشده و مسطح، خواص نوری بهتری دارد، نفوذ ناپذیری آن بسیار عالی است، پایداری ابعادی خوبی دارد و استحکام دوخت حرارتی آن مناسب است، از طرفی استحکام کششی و ضربه پایین دارد، نفوذپذیری گاز در آن زیاد است، مقاومتش در دماهای پایین کم است، مقاومت شیمیایی بالایی دارد، مقاومت سایشی و کارآیی دستگاهی آن نیز مناسب است .

وقتی PP را جهت یافته (ORIENTING) می کنیم استحکام کششی، سختی، نفوذناپذیری در مقابل روغن و رطوبت، مقاومت در دماهای پایین، شفافیت و خاصیت صیقلی آن را بهبود می بخشد، اما مشکلی که هست دیگر نمی توان آن را دوخت حرارتی کرد که این مشکل نیز با روکش دهی آن با یک ماده قابل دوخت مانند PE ، PVDC، EVA یا اکریلیک یا با اصلاح رزین فیلم و با کواکستروژن آن با یک ماده قابل دوخت رفع می شود .

برخی از مقواها نیز با PP روکش دهی اکستروژنی می شوند که به عنوان نگهدارنده مایعات برای محصولات غذایی قابل استفاده در مایکروویو بکار می روند .

انواع P.P  :
 1 .Plan P. P : برای تولید انواع درب پلاستیکی بطری ها از آن استفاده می شود. برای تولید بطری ها نیز در بعضی موارد از این P.P استفاده می شود.
 2 . Biorient P.P : خطی شده این ماده در حین فرایند تولید تحت نیروی کششی در دو جهت عمود بر هم قرار داده می شود و در نتیجه فیلم نازک شفاف و با ویژگی ممانعت کنندگی مناسب تر تولید می گردد که برای بسته بندی انواع چیپس، پفک، ماکارونی، بادام زمینی و مجموعا Snack Foods مناسب می باشد.

3 . Pearlized Borient P.P : این فیلم، فیلم نازک انعطاف پذیری است به رنگ سفید صدفی جایگزین مناسبی است. برای کاغذ در بسته بندی ویفر، شکلات، پودر سوپ مورد استفاده قرار می گیرد تا حدودی پوشاننده لکه چربی است و از این نقطه نظر کاربرد بیشتری در چنین محصولات دارا می باشد.

  PET (پلی اتیلن ترفتالیت) نوعی پلیمر بسیار سبک است که باعث حفظ گاز و مانع انتقال رطوبت می شود . در برابر ضربه قوی و مقاوم است، بطور طبیعی دارای رنگ و شفافیت بالاست .

دمای PET برابر با 249 درجه سانتیگراد می باشد که در بین پلیمرهای بسته بندی بالاترین دمای ذوب را دارد .
 در بسته بندی نوشابه و روغن مایع به شکل بطری مورد استفاده قرار می گیرد و شیوه خاص شکل دهی این نوع بطری ها باعث ویژگی های زیر می شود:
 1- شفافیت بطری
 2- ویژگی ممانعت کنندگی برتر آن به خصوص در مقابل نفوذ گازها.
 3- سبک بودن بطری و مقاومت مکانیکی زیاد آن تامین می گردد.
 از این ماده پلیمری به صورت فیلم نازک نیز استفاده می گردد و در این مورد فیلم PET استحکام لازم بسته را تامین می کند. نمونه آن در بسته بندی آب میوه جات مانند محصولات ساندیس و گلدیس است.

PS (پلی استایرن) هموپلیمری سخت با شفافیتی عالی و شکنندگی بالا می باشد و به عنوان پلی استایرن بلوری شناخته می شود، دارای سطحی صیقلی است و به راحتی رنگی می شود مقاوم در برابر ضربه می باشد، ارزان است و به راحتی فرآیند می شود .

PS  خواص نوری عالی دارد و در مقابل اسیدها و بازهای غذایی مقاومت شیمیایی خوبی دارد و ویژگی های چاپی آن نیز مناسب است؛ می توان آن را با یک لایه بسیار نازک صیقلی کرد و مهمترین کاربردش برای لفاف تنفس پذیر برای محصولات غذایی تازه می باشد .

مقاومت پارگی، ضربه، کشش، استحکام و دوخت (sill) حرارتی پایین دارد، نفوذپذیری اش در برابر گازها و بخار آب بسیاربالا است. مقاومتش در برابر بسیاری از حلال ها پایین است، لذا این خاصیت برای تولید چسب حلالی PS استفاده می شود .

ورق PS به اشکال مختلف جهت نمایش محصولات، محافظت و نگهداری محصولات و ضخیمتر آن برای بسته بندی محصولات لبنی استفاده می شود.

EPS  (Expanded polystyrene)  مقاوم در برابر ضربه با رنگ مات سفید، برای نگهداری گوشت و مرغ بکار می رود.

پلی استایرن به صورت ساده و شفاف بوده و نیز شکننده است و برای تولید ظروف یکبار مصرف یا سینی به کاربرده می شود و در عین حال نوع خاصی از پلی استایرن ضربه پذیر یا مقاوم به ضربه یا می باشد که در تولید این نوع پلی استایرن از نوعی پلاستیک به نام H.I.PS  استفاده می شود که باعث مقاومت در مقابل ضربه می شود.
 از این نوع برای تولید ظروف ماست و مرباهای یک نفره استفاده می گردد. نوع دیگر آن به نام پلی استایرن حجیم شده Foomeel Poly Styren است که بعضی اوقات به آن Expanded نیز گفته می شود. در فرایند تولید این ماده بسته بندی از گازهای فراری استفاده می شود که موجب انبساط بافت پلیمری و ایجاد سلول های بسته توخالی در بافت ماده پلیمری می گردد. چنین بافتی اولا ضربه را به محصول منتقل نمی کند بنابراین برای محصولات شکننده مناسب می باشد مثل تخم مرغ؛ ثانیا عایق حرارتی خوبی است و برای عرضه محصولات گرم آماده مناسب می باشد. ثالثا سبک بودن ماده پلیمری، آن را در موارد حمل و نقل مناسب تر می کند.

نایلون گونه ای دیگر از پلیمرهای پر مصرف شمرده می شود که خواص نوری و مقاومت شیمیایی عالی دارند. نایلون ها موادی ضمخت با مقاومت سایشی بالا، ضربه پذیر و مقاومت ترکیدگی و ترک خودگی بالا در خم شدن های متوالی دارند .

نایلون در بسته بندی وکیوم پنیر و گوشت به علت نفوذناپذیری خوب آن در برابر اکسیژن و مقاومت در برابر روغن ها و کشیده شدن آسان بر روی ظروف ترموفرم شده استفاده گسترده دارد .

نه نایلون جهت یافته و نه OPP را نمی توان ترموفرم کرد .  

 این ماده پلیمری از نظر ویژگی ممانعت کنندگی در مقابل نفوذ گازها و رطوبت بهترین نوع ماده پلیمری است. فیلم بسیار نازک از آن می تواند ممانعت کنندگی لازم را تامین کند. انعطاف آن بسیار خوب است. به همین دلیل برای بسته بندی فرآورده های گوشتی و به طور مشخص برای بسته بندی گوشت به صورت عمده فروشی کاربرد وسیعی دارد. به عبارت دیگر در بسته بندی های تحت خلاء، از نوعی که فیلم پلیمری کاملا به سطح محصول می چسبد از این ماده پلیمری استفاده می شود.

استفاده از PVC (پلی وینیل کلرید) بدون مواد افزودنی ممکن نمی باشد، زیرا شکننده و سخت است و پایداری حرارتی پایینی دارد. تولید فیلم های PVC سخت تر از PE و PP می باشد .

فیلم های PVC استحکام ضربه بالا، مقاومت خراش خوب، پایداری ابعادی مطلوب، خواص نوری مناسب و نفوذناپذیری بالا در برابر روغن ها را دارند اما نفوذ ناپذیری اش در برابر رطوبت در محدوده ضعیف می باشد .

فیلم های PVC که درصد نرم کننده بالاتری دارند خواص کششی عالی دارند .

جوش پلاستیکی و چسبندگی منحصر به فرد این فیلم آن را ماده ای مناسب برای لفاف پیچی دستی گوشت ها و محصولات غذایی تازه کرده .

PVC به روش پرتو افکنی اشعه گاما استریلیزه می شود.

PVDC (پلی وینیلیدن کلرید) نفوذپذیر بسیار کم در برابر آب و گازها بصورت خالص می باشد .

رزین های PVDC در بسته بندی مواد دارویی و غذایی جهت محافظت از آنها در برابر گازها، رطوبت و بوها استفاده می شود همچنین مقاومت خوبی در برابر روغن دارد.

PVDC  برای تولید فیلم های تک لایه و چند لایه یا به عنوان روکش به شکل محلولی و لاتکس استفاده می شود .

PVDC به عنوان لایه نفوذناپذیر و روکش دوخت پذیر حرارتی بکار می رود و دارای استحکام و سختی بالاست

این ماده پلیمری است که از نظر نرمی و انعطاف پذیری همانند مواد الاستومر بوده ولی از نظر قابلیت فرآوری مشابه با مواد ترموپلاستیک است. افزایش طول آن در حداکثر تنش ۷۵۰% و نقطه ذوب آن ۹۶ºC می باشد و سه برابر منعطف تر از پلی اتیلن با دانسیته پایین (LDPE) است. EVA در بسیاری از کاربردهای الکتریکی قابل رقابت با مواد لاستیکی و وینیلی می باشد. علاوه بر این به دلیل ویژگی های خود همچون وزن کم، نداشتن بوی زیاد، شکل پذیری در قالب، شفافیت و قیمت پایین تر در مقایسه با لاستیک طبیعی کاربردهای گسترده ای پیدا کرده است.

   *  ویژگی های آن ممانعت عالی در برابر نفوذ گازها ، چقرمگی در دمای پایین ، مقاومت در برابر شکنندگی، مقاومت دربرابر اشعه فرابنفش ، خواص چسبندگی مذاب بسیار خوب ، شفافیت زیاد ، بدون بو یا دارای بوی کم میباشد.

EVA  (اتیلن وینیل استات) نوعی پلیمر که شفافیت بالایی دارد و مقاومت ترک خوردگی خوبی دارد، برای تولید چسب بکار می رود.