IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Тенденции в упаковке

В розничной торговле растет доля магазинов самообслуживания. Такая форма торговли предполагает предварительную упаковку товаров. Теперь упаковка и все, что на ней изображено, выполняет функцию информирования покупателя о продукте. Рисунок на упаковке выполняет функцию бренда товара. Кроме того, упаковка становится одноразовой и благодаря этому более гигиеничной.

По мере увеличения спроса на упакованные товары растет потребность и в упаковочных материалах. Логистика и потребители нуждаются в стандартизации типов упаковки в международных масштабах.

Качество упаковки повышают также и в целях создания более привлекательного вида товаров. Входит в моду упаковка из прозрачного пластика, которая, наряду с высоким стандартом гигиены, позволяет покупателю видеть товар.

Для упаковочной промышленности основной задачей остается повышение производительности. Реализована интеграция операций дозирования и взвешивания в едином процессе упаковки, однако скорость работы упаковочных машин все еще недостаточна.

В марте 1958 года успешно прошла первая выставка interpack в Дюссельдорфе, на которой свои экспозиции представили 225 компаний из 9 стран. Число посетителей составило 32 544 из 42 стран мира.

Разновидности упаковочных материалов

Складная картонная коробка

Производство коробок из дерева и картона в Европе и США стало отдельным ремеслом еще в конце XVIII – начале XIX века. Картонные заготовки вырезались и складывались вручную. Готовые коробки, как правило, имели круглую или овальную форму, потому что этот гибкий материал легче было изогнуть, чем сложить и придать ему квадратную форму. Заказывали такие коробки – ювелиры, аптекари и производители конфет. Однако, коробки поставляемые заказчику в собранном виде, занимали на складах место, предназначенное для готовой продукции. Проблему со складированием готовой упаковки отчасти удалось решить, когда в 1850 году появилась первая складная коробка. Проект был не слишком удачен, так как продавцу приходилось самому делать коробку из заготовки, непосредственно в присутствии покупателя, сгибая картон вокруг деревянной формы.Первая по-настоящему удобная складная коробка была изобретена в 1879 году Робертом Гейром, владельцем бруклинской типографии, специализировавшейся на печати на пакетах

Великолепная «жестянка» и консервная банка

Первые «жестянки» - табакерки, сделанные из листовой латуни и меди, подарил миру XVI век. Эти изделия стали прототипом жестяных банок и коробок, ставших популярными в XVIII–XIX веках. Массовое производство упаковки из жести стартовало в середине XIX века в старой доброй Англии. Сначала это были серийные коробки для бисквита. Затем в «жестянках» стали продавать чай, печенье, леденцы и другие продукты питания. Жестяные коробки и банки так искусно декорировали, что они с успехом выполняли сразу две функции – упаковки и предмета кухонного интерьера. Постепенно украшение внутреннего пространства кухни нарядными «жестянками» стало традицией для многих стран, которая отчасти сохранилась и поныне.

В России производство металлических упаковочных коробок началось в 80-е годы XIX века. Первоначально коробки украшались бумажными этикетками, позднее рисунок и рекламную информацию стали печатать методом хромолитографии непосредственно на жести.

Наиболее известными российскими предприятиями, специализировавшимися на производстве «жестянок» были акционерное общество В.В. Бонакер, печатня «А. Жако и К», фабричное жестяное издательство торгового дома «Жестянка», «Хромолитография по жести фабричного торгового товарищества Н.С. Растеряев», «Фабрика металлических коробок Генерального общества французской ваксы в Москве».

В 1810 году англичанин Питер Дюранд предложил использовать жестяную банку для упаковки консервированных продуктов. Так появилась консервная банка.

Эра пластмасс

В 1907 году немецкий ученый Фредерик Киппинг открыл силикон, а его бельгийский коллега Лео Хендрик Бэкленд изобрел фенолоформальдегидную смолу - эти открытия, перевернули мир, положив начало эре пластмасс. Долгое время пластмассу использовали в качестве заменителя натуральных материалов при производстве разнообразных бытовых приборов и утвари. Пластмассы хорошо подходили для создания обтекаемых, изящных форм, которых требовал стиль модерн. Однако в упаковочном производстве возможности пластмассы до второй мировой войны не нашли должного применения, если не считать декоративных крышек, бесплатных приложений и окошек в складных картонных коробках.

На войне пластмассовые упаковки получили большее распространение. Одним из самых ярких примеров стала производившаяся для американских солдат этилцеллюлозная фляга с завинчивающейся крышкой. В пластмассовые емкости упаковывалось оружие, медикаменты и продукты. Целлофановые обертки на американских сигаретных пачках и термоформованные блистер-упаковки для лекарств появились также во время второй мировой войны. После победы союзников пластмассовая упаковка постепенно стала входить в жизнь мирных граждан по обе стороны океана.

Tetra Pak: от идеи к воплощению

«Еще ни разу в истории человечества математическая идея не находила столь удачного практического воплощения», - так отозвался о знаменитом тетраэдре Tetra Pak великий датский физик Нильс Бор. Действительно, история упаковки Tetra Pak началась с того, что шведу Рубену Раусингу пришла идея о создании принципиально новой экономичной и гигиеничной упаковки для молока и молочных продуктов. Но путь от идеи до воплощения оказался длиной в 24 года.

В 1929 году Рубен вместе со своим другом и единомышленником Эриком Окерлундом основал небольшое предприятие «Окерлунд и Раусинг». Предприятием не без успеха было создано несколько вариантов упаковки для муки, сахарного песка, других сыпучих продуктов. Однако с упаковкой для молока пришлось изрядно повозиться.Знаменитая упаковка в форме тетраэдра была изобретена в только 1944 году

Технологии и свойства биодиградируемых упаковочных материалов

Новизна предложенной технологии упаковочных материалов состоит во включении в синтетическую полимерную структуру гидрофильных компонентов натурального полимера, что позволяет получить материал, способный быстро деградировать при попадании в почву под действием микроорганизмов. Ключевые слова: биоразлагаемая упаковка, биопленка, микробная деградация. Современные технологии упаковки пищевых продуктов создали острую проблему ликвидации безвозвратных отходов синтетических упаковочных материалов из-за трудности утилизации после применения. В результате происходит накопление полимерных упаковок в окружающей среде, что ухудшает экологическую обстановку. Поэтому вопросы, связанные с переработкой отслуживших срок упаковок, необходимо решить в начале ее производства. Одним из таких путей является создание биодеградируемой упаковки [1]. Разработанное нами новое поколение биоразру-шаемых в почве упаковочных материалов позволяет решить эту проблему за счет имплантации в матрицу синтетических полимеров натуральных, родственных природе компонентов [2]. Предлагаемый к промышленному внедрению биодеградируемый в почве материал содержит ориентированный синтетический полимер высокого давления в сочетании с различными видами природных полимеров - модифицированного крахмала, каррагинана, пектина, зоостерина, хитозана - и бактерицидными СО2-экстрактами [3].

Присутствие природных полимеров - заместителей в полимерной синтетической цепи - способствует повышению биодеструкции упаковки после ее использования. При контакте с окружающей средой поверхность биополимера, не имеющая гидрофобных свойств, присущих первичному полимерному материалу, легко подвержена действию воды и микрофлоры. Как показали проведенные нами исследования, в почве при участии микроорганизмов с полимерами происходят взаимосвязанные процессы. Сначала под действием катализатора окисления - биологической добавки - полимерная молекула распадается на множество низкомолекулярных фрагментов. Затем низкомолекулярные фрагменты природных полимеров ассимилируются почвенными микроорганизмами, что приводит к образованию диоксида углерода, воды и биомас- сы. Наиболее активными деструкторами биоразрушае-мых упаковочных пленок в условиях почв Краснодарского края являются бактерии, представленные родом Pseudomonas, актиномицеты рода Rhodococcus, а также микромицеты рода Penicillium.

Биоразлагаемая упаковка спасет мир от загрязнения

Все знают, что мы живем в эпоху пластиков. В современном производстве упаковки пластики, т.е. полимеры, применяются повсеместно: для упаковки пищевых продуктов, лекарств, электроники, опасных жидкостей… Такое широкое применение пластика в производстве упаковки объясняется его качествами:

• универсальностью применения (позволяет создать бесконечное количество цветов и форм, что очень важно при создании дизайна);

• возможностью получения полимерных материалов с широким набором необходимых физических свойств;

• дешевизной сырья;

• легкостью;

• малой энергоемкостью производства (по сравнению с производством стекла, металла, бумаги).

Уже есть такие отрасли, например, производство упаковки для лекарств и пищевых продуктов, где без применения пластиков уже не обойтись. Тем не менее, во всем мире все больше и больше обостряется беспокойство по поводу экологичности пластиков и обоснованности такого широкого их применения. Как известно, они изготавливаются из нефти, а ее количество на планете ограничено - при растущих уровнях ее потребления, запасов хватит меньше чем на 100 лет. И, главное, традиционные пластики, в основном сделанные из обычных полимеров, практически не разлагаются в естественных условиях (см. Приложение после статьи). Точнее, в процессе фотоокисления - под воздействием света и кислорода, полимеры разлагаются, но на это уйдет не одна сотня лет. Существуют различные способы переработки некоторых полимеров, но далеко не все из них можно переработать полностью, к тому же не везде системы утилизации отходов позволяют применять такие технологии. Тем не менее, несмотря на эти недостатки, отказаться от применения пластиков в современных условиях нельзя.

Выход из этой ситуации лежит в использовании биоразлагаемых материалов.

Получение биоразлагаемых материалов для производства упаковки и их разновидности

Биопластики могут быть получены двумя способами: из материалов органического происхождения, например, целлюлозы (из древесины и хлопка), каучука, зерна, молока, и с использованием биотехнологий - так получают вулканизат, фибру, целлулоид и др.

Самые распостраненные биополимеры: целлюлоза, микробные полиэфиры, полигидроаконаты, поливиниловый спирт, поликапролактон, полилактозная кислота, полиэтилен, полиуретаны.

Также важны следующие факторы: способы разложения, способы контроля за разложением и инициации его начала, способы оценки способности биоразложения, и способы практической реализации.

Упаковка из кукурузы

Большие перспективы - у материалов, сделанных из кукурузы. Около 2/3 зерна состоит из целлюлозы, образующейся при фотосинтезе. Пластики из кукурузы разлагаются полностью. Несмотря на то, что для полного внедрения технологии требуется провести еще ряд исследований, уже сейчас в упаковочной индустрии существует множество продуктов из этих материалов: в Европе распространены продуктовые и бытовые пакеты из подобных пластиков, бутылки из подобных материалов используются в Европе и Канаде. Количество инноваций в этой области постоянно растет. Например, недавно была представлена пленка "Greensack". Изготовленная из зерна кукурузы, она полностью разлагается в почве, превращаясь в удобрение. Итальянская компания Convex Plastics взяла эту технологию на вооружение и представила материал "New Greensack ", получаемый в основном из кукурузного крахмала. Этот материал полностью разлагается точно так же, как и все продукты органического происхождения и не токсичен даже при сжигании. "Greensack" применяю для обертки для журналов, пищевой упаковки в индустрии fast food, молочных упаковок и обычных пакетов-сумок. Благодаря тому, что он представлен в нескольких вариациях, его можно использовать для пайки, склейки, ламинирования картона и бумаги; на нем также выполняется высококачественная флексопечать.

Упаковка из молока

Ученый одного из ведущих государственных научно-исследовательских центров в США открыл метод извлечения материала для создания съедобной пищевой упаковки из молочного протеина – казеина, - который конвертируется в водонепроницаемое покрытие.

Это покрытие может кардинально изменить традиционные способы упаковки, которые используются при работе с определенными продуктами – молоком, сыром, йогуртом и т.д.

Предыдущие попытки создать подобное пленочное покрытие были неудачны, поскольку казеиновые производные не выдерживали контакта с водой. Однако Пегги Томасула, химический инженер US Agricultural Research Service (ARS), открыла метод экстракции казеина с помощью двуокиси углерода высокого давления. Этот способ позволяет воспользоваться природной способностью протеина формировать водонепроницаемые пленки.

Казеин может быть структурирован в виде листов, а более тонкие пленки могут наноситься непосредственно на продукт. Оба этих способа защищают продукт от повреждения и загрязнения, поскольку казеин выступает в роли барьера, защищающего от внешних воздействий. Пищевые казеиновые пленки поддерживают влажность продукта и могут использоваться для упаковки сыра, а ламинированный пленочный казеин – для йогуртов. При производстве упаковки из казеина в него могут добавляться витамины и отдушки для улучшения питательных и вкусовых качеств продуктов.

Тенденции на рынке упаковки

Несмотря на то, что стоимость такой упаковки больше обычной, многие крупные розничные сети, супермаркеты переходят на упаковку из биоразлагаемых материалов. Поэтому производители увеличивают производство биоразлагаемой упаковки и материалов для нее. Недавно компания BASF AG заявила, что планирует наращивание производственных мощностей биоразлагаемого пластика Ecoflex. В 2001 зафиксирован 35%-ый рост спроса на этот полимер, что является признаком успешной перспективы и популярности материала. Ecoflex представляет собой композицию полистирола с крахмалом или целлюлозой и предназначен для производства пищевой упаковки и сельскохозяйственной пленки. 60%-ая биодеструкция материала достигается через 50 дней, 90% - через 80. В настоящее время BASF выпускает 8000 тонн в год полимера Ecoflex на своем заводе в Германии (Ludwigshafen). Специалисты компании прогнозируют рост спроса на синтетические биоразлагаемые материалы в ближайший период до 100 тыс. тонн в год.

И, конечно, компании-производители продолжают совершенствовать технологии производства, чтобы уменьшить ее стоимость.

Но не все так безоблачно, как может показаться на первый взгляд.

Сейчас биоразлагаемые материалы стоят 4,5 - 8 долларов за килограмм (что в несколько раз дороже обычного пластика). Впрочем, специалисты прогнозируют снижение цены до 1,5 долларов за килограмм. Потребность в подобных материалах на данный момент составляет около 60 000 тонн в год, но эта цифра постоянно увеличивается. Тем не менее, сложно оценить, какую долю займут на рынке подобные материалы, и сколько будут занимать традиционные, сделанные из нефти.

Кроме того, многие биоразлагаемые материалы, например, из того же крахмала, все равно делаются с применением традиционных пластиков. Энергетические затраты (по сравнению с производством традиционных пластиков) также велики.

Видимо, выход в том, чтобы тем или иным образом экономически стимулировать производителей упаковки из подобных материалов, например, через налоговые послабления, и информировать общественность о достоинствах и недостатках той или иной упаковки. Кроме того, чтобы успешно решить проблему, нужна правильная утилизация подобных материалов, а с этим туго даже в некоторых европейских странах, не говоря уже о России, где об этом еще мало кто задумывается.

Очевидно, что проблема не решена до конца. Но в ближайшие годы в этой отрасли должны произойти крупные изменения - все предпосылки для этого уже есть. Будем надеяться, что российские производители упаковки не останутся в стороне - рано или поздно всем придется использовать биоразлагаемую упаковку и будет лучше, если это произойдет раньше.

Список литературы

1. Мишурина О. А., Чупрова Л. В., Муллина Э. Р. Исследование влияния химического состава углеводородной части различных видов целлюлозных волокон на физико-механические свойства бумаг для гофрирования // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. - 2013. - № 8. - С. 52–55.

2. Мишурина О. А., Чупрова Л. В., Муллина Э. Р., Ершова О. В. Исследование влияние качества исходного сырья на прочностные свойства картонных втулок // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 1. - С. 254. URL: www.science-education.ru/115–12226 (дата обращения: 12.09.2016).

3. Муллина Э. Р., Мишурина О. А., Чупрова Л. В., Ершова О. В. Влияние химической природы проклеивающих компонентов на гидрофильные и гидрофобные свойства целлюлозных материалов // Современные проблемы науки и образования. -2014. - № 6. - С. 250; URL: www.science-education.ru/120–16572 (дата обращения: 14.09.2016).

4. Медяник Н. Л., Мишурина О. А., Агеев А. Я., Родионова Н. И. Материалы, используемые в производстве упаковки на основе бумаги // Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова. Магнитогорск, 2009.

5. Аким Э. Л., Махотина Л. Г. Упаковка на основе бумаги - СПб.: Профессия, 2008. — 488 с.

6. Домнин В. Н. Новые технологии в России. - СПб., 2002. - 86 с.

7.Корниенко Н. Д., Лыгина Е. Г. Современные направления в области создания упаковки на основе бумаги // Молодой ученый. - 2015. - № 18. - С. 138-141.

Код для цитирования: Скопировать