Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Января 2015 в 21:43, контрольная работа
Проблема получения экологически чистой упаковки для продукции особенно актуальна в последнее десятилетие в связи с усиленным использованием полимерных материалов в ряде отраслей народного хозяйства и опасностью серьезного загрязнения окружающей среды. Одним из перспективных направлений в решении глобальной экологической проблемы, связанной с загрязнением среды обитания человека отходами полимерных материалов, является интенсификация исследований в области создания и применения экологически безопасных видов тары и упаковки.
Содержание
Любой товар, представленный на современном рынке, нуждается в соответствующей упаковке. Задача упаковочных материалов состоит не только в том, чтобы сохранить товар и доставить его до потребителя в удобной форме, но и в том, чтобы привлечь внимание покупателя, дать необходимую информацию.
Требования современности к упаковке таковы, что все большее значение имеет ее возможность как можно дольше сохранять продукт годным к употреблению. Большое значение при выборе упаковки для производителей имеет также ее пригодность к термообработке использованию на автоматических фасовочных линиях.
В настоящее время основными видами упаковочных материалов являются стекло, жесть, картон, разного рода пластики и полиэтиленовая пленка.
Проблема получения экологически чистой упаковки для продукции особенно актуальна в последнее десятилетие в связи с усиленным использованием полимерных материалов в ряде отраслей народного хозяйства и опасностью серьезного загрязнения окружающей среды. Одним из перспективных направлений в решении глобальной экологической проблемы, связанной с загрязнением среды обитания человека отходами полимерных материалов, является интенсификация исследований в области создания и применения экологически безопасных видов тары и упаковки.
Решить проблему утилизации пластиковых отходов специалисты предлагают с помощью полимерных фото-, био- и водоразлагаемых упаковок.. Вывезенные на свалки эти материалы под воздействием различных факторов окружающей среды превращаются в низкомолекулярные соединения, которые не могут нанести вреда ни природе, ни здоровью человека.
Еще одним решением является создание «съедобной» упаковки.
Сегодня из специальных полимерных материалов изготавливают фото-, био- и водоразлагаемые упаковки. Их общее название - саморазлагающиеся. На свалках такие упаковки под воздействием факторов окружающей среды: солнечного света, влаги, температуры, микроорганизмов почвы - в течение нескольких недель или месяцев деструктируют до низкомолекулярных соединений, не наносящих вреда ни природе, ни здоровью человека. В виде мелких фрагментов они могут быть переработаны бактериями.
Среди тароупаковочных полимерных материалов наиболее распространены полиолефины (ПО), к которым относятся полиэтилен высокого давления или низкой плотности (ПЭВД или ПЭНП), полиэтилен низкого давления или высокой плотности (ПЭНД или ПЭВП), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), полипропилен (ПП) и его различные модификации (биаксиально-ориентированная пленка БОПП и др.). Наряду с полиолефинами очень часто применяются полистирольные (ПС) и поливинилхлоридные (ПВХ) пластики. В последние десятилетия к этим традиционным полимерным упаковочным материалам прибавились другие, которые обладают более высокими физико-механическими, прочностными, барьерными свойствами, а также стойкостью к агрессивным средам и повышенной жиростойкостью, что очень важно при упаковке мясных и молочных продуктов. К таким материалам можно отнести, прежде всего, полиамиды алифатической и ароматической структуры (ПА), поликарбонат (ПК), полиэтилентерефталат (ПЭТФ или ПЭТ).
Замечательные свойства высокомолекулярных соединений объясняются тем, что молекула полимера состоит из низкомолекулярных фрагментов-мономеров, соединенных химическими связями. Число мономерных звеньев в полимере, называемое степенью полимеризации, может принимать очень большие значения - десятки и сотни тысяч, даже до миллиона. Такая молекула полимера, называемая макромолекулой, характеризуется цепным строением, высокой молекулярной массой и гибкостью макромолекулярной цепи. Это и определяет уникальность свойств полимерных упаковочных материалов. Однако со временем в полимерной таре и упаковке при эксплуатации и хранении под воздействием тепла, солнечного света, различных излучений, кислорода, озона, механических воздействий может происходить разрушение макромолекул с разрывом молекулярных цепей. Такой процесс, называемый деструкцией (распадом) полимера, приводит к образованию продуктов со значительно пониженной молекулярной массой или к образованию низкомолекулярных веществ. В результате полимер стареет, меняются его структура и свойства, что выражается в сокращении срока службы изделий. С таким явлением борются, добавляя ингибиторы старения в процессах синтеза и переработки полимеров.
С другой стороны, именно способность макромолекул подвергаться деструкции под воздействием различных факторов и послужила научной основой для создания саморазлагающихся упаковок.
Оказалось, что прочные ковалентные связи полимерной макромолекулы можно разрушить воздействием энергии, превышающей величину энергии этих связей. Например, с помощью солнечного света. Молекула, поглотившая квант света, становится энергетически "возбужденной". Если энергия возбуждения превышает величину энергии, необходимой для разрыва ковалентной связи, молекула распадается. В результате множества таких "энергетических атак" образуются низкомолекулярные фрагменты, которые в конце концов превращаются в вещества, легко "поедаемые" микроорганизмами почвы.
Однако следует отметить, что при кажущейся простоте этот способ уничтожения использован ной упаковки является дорогостоящим и трудоемким. Дело в том, что большинство полимеров содержат в своей структуре прочные ковалентные связи С-С, С-Н, С-О, С-N, С-Сl, не поглощающие света с длиной волны более 190 нм. А ультрафиолетовые лучи, достигающие поверхности Земли, имеют длину волны от 280 до 400 нм. Способность промышленных полимерных материалов поглощать световые волны с длиной волны более 290 нм объясняется наличием в них примесей либо специально вводимых хромофорных групп, например карбонильных.
В фоторазлагаемых полимерных упаковочных материалах макромолекулярные цепи распадаются на более короткие звенья и сегменты под воздействием солнечных лучей; в биоразлагаемых - при участии ферментов, содержащихся в грибах и бактериях почвы; в водоразлагаемых - благодаря влаге.
Как правило, добавки для получения фоторазлагаемых полимерных материалов синтезировать очень сложно, дорого, и процесс этот весьма трудоемок для промышленного производства. Вот почему работы, проводимые в этом направлении во всем мире еще с 70-х годов прошлого века, получили свое промышленное завершение сравнительно недавно. В настоящее время ряд зарубежных фирм (американских, японских и европейских) выпускают такие упаковки в промышленном масштабе.
Одним из первых природных полимеров, на основе и с участием которого стали производить биоразлагаемые упаковочные материалы, был крахмал. Благодаря своей полисахаридной природе он легко подвергается биоразложению, к тому же недорог.
Первые пластики с использованием крахмала (в пределах 10-40%), а также веществ, повышающих адгезию между полимером и крахмалом, получены в Англии еще в 1970-е годы. Выпускаемая из биодеструктируемого ПЭВД пленка под названием Bioplastic широко использовалась в производстве пакетов для упаковки бакалейно-гастрономической продукции. Такая пленка, в отличие от обычного ПЭВД, менее прозрачна из-за наполнения крахмалом. Материал сохраняет свои свойства под воздействием прямых солнечных лучей, воды, но достаточно быстро разрушается под воздействием почвенных бактерий. Скорость разрушения зависит от количества и типа крахмала, его предварительной обработки, наличия других добавок. Использование крахмала снижает стоимость упаковки и отвечает требованиям экологии: качество почвы после разложения такой пленки только улучшается.
В 1990-х годах биоразлагаемые пластики, состоящие уже на 40-70% из крахмала, стали выпускать во всем мире (более 20 000 т в год в США, 5000 т в год в Японии), в том числе и в виде вспененных материалов. Наиболее известные упаковочные полимерные материалы на основе ПЭВД и различных крахмалов - полимерные пленки под торговыми наименованиями Polyclean, Ecostar и Ampacet (производства США и Канады). В них кроме крахмала вводят антиоксиданты для торможения процесса биоразложения при изготовлении упаковки и в течение времени ее эксплуатации.
В России на основе крахмала в конце прошлого века был создан полимерный упаковочный материал Биодем. Он предназначен для пищевой продукции с небольшим сроком хранения, а также для одноразовой посуды. Перерабатывается традиционными для пластмасс методами: литьем под давлением, экструзией, термоформованием. По механическим характеристикам близок к ПЭВД, а по химической стойкости даже превосходит его. Изделия из этого материала хорошо впитывают воду .. и за полгода разлагаются на 40%, а полное разложение на углекислый газ и воду происходит примерно через 18 месяцев.
Сегодня крахмал вытесняют другие биоразлагаемые добавки. В США на основе поликапролактона с добавлением необходимого катализатора биодеструкции выпускают биодеструктируемый полимерный упаковочный материал TONE. Он быстро разлагается на открытом воздухе под действием биологических факторов, хорошо совмещается с такими распространенными полимерами, как полиэтилен различного давления, ЛПЭНП, ПП, ПС, ПВХ, ПЭТ, ПК и др. Пленка TONE, производимая из смеси ЛПЭНП и поликапролактона, используется в производстве мешков для сбора городского мусора. Такие мешки разрушаются сразу же после выбрасывания их на свалку благодаря быстрому воздействию микроорганизмов на молекулы капролактона.
Последнее достижение в области биоразлагаемых полимеров - термопласт Biopol на основе сополимера полигидро-ксибутирата (ПГБ) и полигидроксивалерата (ПГВ), получаемого путем ферментации сахарозы. Он хорошо перерабатывается экструзией с раздувом в пленку и бутылочную тару. Саморазлагается достаточно быстро (от 6 до 36 недель) как в аэробных, так и в анаэробных условиях.
Полимерные материалы из природного сырья можно повторно перерабатывать в другие изделия бытового и промышленного назначения, а также сжигать с получением тепла и электроэнергии.
Водоразлагаемые упаковки делают из водорастворимых полимеров на основе поливинилового спирта (ПВС), а также сополимеров на основе ПВС и винилацетата (Vinex). Большой популярностью в Европе пользуются полимеры под названием Бланозе. В их основе высокоочищенная натриевая карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ). Пленки Бланозе применяют в косметической промышленности, для упаковки лекарств, хлебобулочных изделий, напитков, соусов, замороженных молочных продуктов и других.
На основе полиамидных соединений выпускают материалы Novon. Из Novon 2020 получают вспененный амортизирующий материал в виде частиц размером 3-10 мм для хрупких изделий. После вскрытия такую упаковку можно выбросить в воду или канализацию, где она быстро растворится и исчезнет. Этот материал можно также использовать для изготовления одноразовой посуды, коробок для яиц, оберточных пленок для одежды и текстильных изделий, детских подгузников, гигиенических тампонов и косметических принадлежностей.
Хотя количество и ассортимент саморазлагающихся упаковок год от года увеличиваются, тем не менее их процент в упаковочных материалах, поступающих на российские свалки и мусороперерабатывающие заводы, пока не такой большой. А без увеличения выпуска именно таких упаковочных материалов рассчитывать на лучшее не приходится.
В настоящее время в пищевой промышленности особое внимание уделяется созданию принципиально новых упаковочных материалов – нетоксичных, легко утилизируемых, способных обеспечить эффективную защиту продуктов от микробных поражений и воздействия кислорода воздуха, предотвратить их усушку в процессе производства и хранения. В этой связи ученые всего мира обращают внимание на создание и расширение ассортимента съедобных упаковочных материалов, употребляемых вместе с пищевыми продуктами, упрощающими дозирование и порционирование продукции, не засоряющими внешнюю среду. Кроме того, съедобная упаковка, полностью безупречная с экологической точки зрения, может обладать рядом уникальных функциональных свойств и эксплуатационных характеристик за счет введения в ее состав витаминов, ароматизаторов, антиоксидантов и т.д.
Известно, что съедобные упаковочные пленки и покрытия в течение многих веков уже используются для сохранения качества пищевых продуктов. Например, еще в XVIII веке в Японии была запатентована одноразовая посуда, изготовленная из прессованной рисовой муки, после использования, которой по назначению ее можно было съесть. В течение длительного времени широко используется съедобная упаковка, выпекаемая из вафельного теста в форме стаканчиков, тарелочек, чашек, коробочек и др., которые получают в результате термической обработки смеси сахара, муки, жира, различных пряных смесей и пищевых добавок. Такие формочки выпекаются, как правило, в обычных вафельных печах и служат для упаковки мороженого, йогуртов, мягких и плавленых сыров и некоторых других продуктов питания. Съедобные покрытия на основе желатина применяются на протяжении двух столетий в пищевых производствах Европы для увеличения срока хранения мясных изделий.
Большие успехи в этом направлении достигнуты в Германии, где созданы самые разнообразные деструктурируемые полимерные вещества из различных съедобных материалов: крахмала, желатина, природных целлюлоз. Из этих пищевых ингредиентов производят многочисленные виды пищевой тары: лотки, банки, тарелки, чашки, которые можно съедать вместе с такими пищевыми продуктами, как супы, лапша, десерты, мясные, овощные, рыбные блюда. Легкая съедобная тара имеет вспененную структуру, проницаема для микроволнового нагрева, может быть различного размера – от самой мелкой до крупной (450 × 270 мм). Продукт в такой упаковке употребляется как разогретым, так и сваренным (в этом случае материал тары растворяется в варочной среде и служит загустителем).
По пищевой ценности съедобные пленки и покрытия условно подразделяют на усвояемые и неусвояемые. К первым относятся пленки и покрытия на основе таких компонентов пищи, как белки, жиры, углеводы, а ко вторым – покрытия на основе восков, парафинов, водорастворимых природных и синтетических камедей, водорастворимых производных целлюлозы, поливинилового спирта, поливинилпирролидона и др. В этой связи хотелось бы подчеркнуть, что некоторые производители современной упаковки в борьбе за рынок, забывая порой о последствиях, называют съедобными пленками и покрытиями те упаковки, которые корректней было бы отнести, на наш взгляд, к биоразлагаемым упаковочным материалам, например, восковые или парафиновые покрытия.
В настоящее время основными пленкообразующими компонентами в составе съедобной упаковки являются: