Почему ПЭТ широко используется в упаковке пищевых продуктов? Каковы его преимущества?

ПЭТ (полиэтилентерефталат) стал одним из наиболее часто используемых материалов в упаковке пищевых продуктов благодаря своему уникальному сочетанию свойств. Ниже подробно описывается логика его широкого использования в упаковке пищевых продуктов, уделяя особое внимание его основным характеристикам, преимуществам применения, потенциальным недостаткам и соображениям, а также методам обработки.

Прозрачный пластиковый лист AHD PET

I. Основные характеристики ПЭТ: основа пищевой упаковки

ПЭТ представляет собой полукристаллический полиэфир с регулярной молекулярно-цепочечной структурой (-O-CH2-CH2-O-CO-C₆H₄-CO- повторяющиеся звенья). В сочетании с физическими и химическими свойствами, он, естественно, хорошо подходит для упаковки пищевых продуктов:

Отличная прозрачность: молекулярные цепи плотно упакованы и не имеют явной кристалличности (или степень кристалличности можно контролировать). Его высокий коэффициент пропускания света (более 90%) позволяет потребителям непосредственно наблюдать за содержимым (например, соками, напитками, приправами).

Легкий вес и высокая прочность: его плотность составляет примерно 1,38 г/см³ (намного ниже, чем у стекла), а высокая механическая прочность на единицу веса (прочность на разрыв примерно 50-70 МПа, прочность на изгиб примерно 90-120 МПа) снижает энергопотребление при транспортировке и затраты на упаковку.

Сильная химическая стабильность: он устойчив к большинству пищевых кислот, щелочей, масел (таких как цитрусовый сок и растительные масла) и органических растворителей и вряд ли вступит в реакцию с содержимым (например, выщелачивание вредных веществ или порча пищевых продуктов).

Умеренные барьерные свойства: он обеспечивает превосходные барьерные свойства для кислорода (O₂) и водяного пара (H₂O) по сравнению с PE и PP (полиэтиленом и полипропиленом), эффективно задерживая окисление пищевых продуктов или воздействие влаги на короткие периоды (несколько месяцев). Однако его барьерные свойства по отношению к маслам и жирам (например, при длительном контакте с жареной пищей) и углекислому газу (CO₂) слабы (требуется ламинирование с другими материалами).

Высокая безопасность: он соответствует основным мировым стандартам материалов, контактирующих с пищевыми продуктами, и не выделяет токсичных веществ при нормальном использовании (например, чрезвычайно низкая миграция сурьмы и олигомеров).

Отличная технологичность: он демонстрирует отличную текучесть расплава (температура обработки примерно 250-280°C) и может быть получен с использованием различных процессов, включая литье под давлением, выдувное формование и экструзию, что делает его пригодным для крупномасштабного автоматизированного производства.

Очистить лист ПЭТ

II. Основные преимущества широкого использования ПЭТ в упаковке пищевых продуктов

Основываясь на вышеупомянутых характеристиках, преимущества ПЭТ в упаковке пищевых продуктов можно резюмировать как тройной баланс «функциональности, экономичности и адаптируемости»:

1. Функциональная адаптируемость: удовлетворение разнообразных потребностей в упаковке

Упаковка для напитков: Прозрачность демонстрирует цвет напитка (например, соков и чайных напитков); высокие барьерные свойства замедляют рост микробов и потерю вкуса (например, бутылки из-под колы должны сохранять пузырьки и сладость в течение длительного времени); легкие бутылки сокращают расходы на доставку и устойчивы к поломке.

Упаковка для готовых к употреблению пищевых продуктов: например, лотки для сэндвичей и коробки для фруктов, ПЭТ сочетает свою устойчивость к низким температурам (отсутствие растрескивания при -40°C) и маслостойкость (кратковременное воздействие растительных масел) в сочетании с термосвариваемым слоем (например, полиэтиленовым композитом) для достижения герметичного эффекта сохранения свежести.

Упаковка галантерейных товаров/хлебобулочных изделий: высокие барьерные свойства для кислорода замедляют окисление и порчу печенья и орехов, а прозрачная пленка облегчает идентификацию продукта.

2. Экономика: баланс затрат и производительности

Цены на сырье из ПЭТ ниже, чем на такие материалы, как стекло и алюминий, а эффективность его обработки высока (например, процесс литья с вытяжкой и раздувом обеспечивает короткое время цикла), что делает его пригодным для крупномасштабного производства.

3. Экологический потенциал: возможность вторичной переработки поддерживает экономику замкнутого цикла.

ПЭТ в настоящее время является одним из наиболее перерабатываемых пластиков (в мире примерно 20–30%, а в Китае примерно 30–40%). Его можно физически переработать (очистка, гранулирование из расплава) в новую упаковку (например, волокна, непищевую упаковку) или химическую переработку (деполимеризация в мономеры для повторной полимеризации).

III. Потенциальные недостатки ПЭТ и вопросы использования

Хотя листы полиэтилентерефталата имеют значительные преимущества, следует избегать их ограничений:

1. Ограниченная термостойкость.

Температура стеклования (Tg) ПЭТФ составляет примерно 78°С, а температура его длительной эксплуатации не должна превышать 60-70°С (краткосрочная стойкость 80-90°С). Если его использовать для горячих напитков или подвергнуть высокотемпературной стерилизации, он размягчится, деформируется и даже высвободит олигомеры.

Примечание. ПЭТ-бутылки в упаковке пищевых продуктов в основном используются для холодных напитков (например, минеральной воды и газированных напитков) или пищевых продуктов, имеющих температуру окружающей среды (например, приправ). Для горячих напитков вместо этого следует использовать устойчивые к высоким температурам материалы (например, ПП).

2. Проблемы деградации и переработки

Хотя ПЭТ подлежит вторичной переработке, его разложение в естественной среде занимает сотни лет. Смешивание его с другими пластиками (такими как полиэтилен и полипропилен) снижает ценность его переработки. Некоторые виды переработанного ПЭТ низкого качества могут не соответствовать стандартам, касающимся контакта с пищевыми продуктами, из-за остаточных загрязнений (таких как моющие средства и микроорганизмы).

Примечание. Требуется строгая классификация вторичной переработки и использование соответствующих процессов переработки (например, rPET ЕС должен соответствовать сертификации EFSA, касающейся контакта с пищевыми продуктами).

3. Риск ухудшения оптических характеристик

Длительное воздействие ультрафиолетового (УФ) света или высоких температур может вызвать фото- или термическое окисление ПЭТ, что приводит к разрыву молекулярных цепей и пожелтению (например, ПЭТ-бутылки для соевого соуса могут пожелтеть после длительного хранения).

Решение: добавьте поглотители УФ-излучения или нанесите покрытие, блокирующее УФ-излучение, для повышения устойчивости к атмосферным воздействиям.

IV. Технология переработки ПЭТ-контейнеров для упаковки пищевых продуктов

ПЭТ требует особых процессов для формирования упаковочной тары. Общие процессы включают в себя:

1. Инжекционное формование с раздувом и вытягиванием (ISBM)

Применение: бутылки для напитков (например, бутылки с минеральной водой) и прозрачные бутылки для масла.

Процесс:

① Литье под давлением заготовок бутылок (заготовок): гранулы ПЭТ нагреваются до 260-280°C для плавления и впрыскиваются в форму для формирования прозрачной заготовки (толщина стенок примерно 1-3 мм).

② Вытягивание + выдувное формование: преформа нагревается выше температуры Tg (приблизительно 90–110°C) с использованием инфракрасного излучения. Затем его растягивают в осевом направлении (коэффициент растяжения примерно в 3–5 раз) с помощью растягивающего стержня, одновременно нагнетая в бутылку воздух под высоким давлением (0,5–1,5 МПа), чтобы сориентировать молекулярные цепи и сформировать окончательную форму бутылки (равномерную толщину стенок и чрезвычайно высокую прозрачность).

Основные элементы управления: Температура и коэффициент растяжения напрямую влияют на прочность и прозрачность бутылки (чрезмерное растяжение может привести к кристаллизации и побелению).

2. Экструзионно-выдувное формование (ЭБМ).

Применение: ПЭТ-контейнеры большой емкости (например, большие бутылки для напитков и бутылки для приправ).

Процесс:

① Экструзия трубных заготовок: гранулы ПЭТ плавятся в экструдере и экструдируются через круглую матрицу с образованием трубчатой заготовки.

② Выдувное формование: заготовка зажимается в форме, вставляется выдувной стержень и подается сжатый воздух. Заготовка расширяется и принимает форму стенки формы. После охлаждения его вынимают из формы и формируют контейнер.

Ограничения: Прозрачность немного ниже, чем при литье с вытяжкой и раздувом (из-за более медленной скорости охлаждения может произойти незначительная кристаллизация). Чаще всего он используется в приложениях, где прозрачность не является приоритетом.

3. Термоформование

Применение: одноразовые подносы для пищевых продуктов (например, коробки для фруктов и коробки для завтрака) и крышки для коробок для завтрака.

Процесс:

① Подготовка листа: гранулы ПЭТ плавятся в экструдере и экструдируются через Т-образную матрицу в толстые листы (толщиной примерно 0,2–1 мм). Каландрирование осуществляется с помощью охлаждающих валков.

② Нагрев и размягчение: лист нагревают в печи (излучающим или контактным нагревом) до температуры выше Tg (приблизительно 100-120°C), размягчая его до пластичного состояния.

③ Формование: размягченный лист помещается в форму и формируется с использованием вакуума или всасывания под давлением (например, формование блистеров). После остывания лист обрезают до получения готового изделия.

Оптимизация: Для улучшения барьерных свойств и термостойкости его часто ламинируют полиэтиленом или CPP (литым полипропиленом) (например, лотки из ПЭТ/ПЭ).

4. Литье под давлением

Применение: небольшие аксессуары для упаковки пищевых продуктов (например, крышки для бутылок, держатели этикеток), жесткие подносы для пищевых продуктов (например, формы для выпечки).

Процесс: гранулы ПЭТ нагреваются и плавятся, затем впрыскиваются в полость формы через шнек литьевой машины. Затем достигаются охлаждение и затвердевание. Конструкция пресс-формы (например, контуры охлаждения) должна быть тщательно продумана, чтобы предотвратить коробление или пожелтение, вызванное кристаллизацией.

Краткое содержание

ПЭТ, благодаря своей высокой прозрачности, легкому весу, высокой прочности, химической стабильности, простоте обработки и безопасности при контакте с пищевыми продуктами, стал универсальным продуктом в упаковке пищевых продуктов, особенно доминирующим в упаковке напитков, готовых к употреблению и сухих товаров. Несмотря на такие недостатки, как ограниченная термостойкость и недостаточные барьерные свойства, его применение продолжает расширяться за счет ламинирования, модификаций, повышающих барьерность, и стандартизированной переработки. В будущем, с развитием технологий переработки (таких как химическая переработка) и новых модифицированных ПЭТ (таких как ПЭТ на биологической основе и высокобарьерный ПЭТ), устойчивость и функциональность ПЭТ в упаковке пищевых продуктов будут еще больше улучшены.