Глава 6 Бумажная и картонная упаковка

• Бумага и картон для упаковки

• Свойства бумаги и картона

• Конструирование бумажной и картонной упаковки

• Виды бумажной и картонной упаковки

В индустрии упаковки используется большое количество картонно-бумажной упаковки – от очень легких пакетиков для чая и кофе до тяже­лого прочного картона, применяемого в дистрибьюции. Около 10% всей производимой бумаги и картона приходится на упаковку, из которой примерно половина применяется в пищевой промышленности.

Упаковка на основе бумаги и картона применяется для фасования всех основных видов пищевых продуктов:

• сухих смесей, зерновых завтраков, печенья, хлеба и хлебобулочных изделий, чая, кофе, сахара, муки и т. п.;

• замороженных и охлажденных продуктов, в том числе мороженого;

• жидких пищевых продуктов и напитков – фруктовых соков, молока и молоч­ных продуктов;

• шоколадных и сахарных кондитерских изделий;

• снэков и закусок;

• не переработанных пищевых продуктов – овощей и фруктов, мяса и рыбы и т. п.

Одним из наиболее ранних свидетельств использования бумаги для упаковки пи­щевых продуктов является патент, полученный Чарльзом Хильдейердом (Charles Hildeyerd) 16 февраля 1665 г. – «Способ и искусство получения синей бумаги, ис­пользуемой кондитерами и другими». Во второй половине XIX века использование упаковочных бумаги и картона воз­росло с развитием бумажной промышленности.

Упаковка на основе бумаги и картона используется как по месту реализации продуктов (первичная упаковка), так и на складах, и при транспортировке (вторичная и третичная упаковка).

Бумага и картон – это волокнистые материалы в виде листа, состоящие из переплетенных волокон целлюлозы. На материалы можно наносить печать, а физические свойства волокон позволяют изготавливать из бумаги и картона различные типы гибкой, полужесткой и жесткой упаковки.

К основным видам упаковки на основе бумаги и картона относятся:

• бумажные пакеты и мешки, оберточная и влагопрочная бумага (для изготов­ления пакетов для чая и кофе, пакетиков-саше, внешней обертки, пакетов для сахара и муки), а также бумажные пакеты с ручками;

• многослойные бумажные мешки;

• складные и жесткие картонные коробки;

• тара из гофрированного и коробочного картона, включая транспортные гофрокороба;

• тубы и комбинированная тара на основе бумаги;

• картонные бочки;

• упаковка для жидкостей;

• формованная ячеистая тара;

• этикетки; упаковочная лента;

• амортизационные материалы (всякого рода прокладки);

• прокладки для винтовых колпачков и мембраны.

Бумажную и картонную упаковку можно использовать в широком температурном диапазоне – от хранения замороженных пищевых продуктов до температур кипения воды и подогрева в микроволновых и традиционных печах.

Применение изготовленной исключительно из бумаги и картона упаковки допускается в условиях непосредственного ее контакта со многими пищевыми продуктами, однако такая упаковка проницаема для воды, водяного пара, водных растворов и эмульсий, органических растворителей, жирных веществ (кроме жиронепроницае­мой бумаги), газов (таких, как кислород, углекислый газ и азот), агрессивных хими­ческих веществ, летучих соединений и запахов.

Бумага и картон при нагревании не склеиваются, но их можно соединять с помощью различных клеев (адгезивов).

Бумаге и картону можно придать барьерные и другие дополнительные функциональные свойства – например, с помощью нанесения покрытий, ламинирования и пропитки обеспечить склеивание при нагревании, термоустойчивость, жиронепро-ницаемость, способность не прилипать к упаковываемому продукту и т. п. Для этого используют нанесение экструзионных покрытий из полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), полиэтилентерефталата (ПЭТ или ПЭТФ), поливинилового спирта (ПВС), ламинирование полимерной пленкой или алюминиевой фольгой; обработка воском, силиконом или фторуглеводородами.

Упаковка из картона может также обеспечить широкий диапазон барьерных свойств, если ламинировать ее полимерной пленкой (например, из поливинилиденхлорида (ПВДХ) или ориентированного полипропилена (ОПП, БОПП).

• Бумага и картон для упаковки

В настоящее время выпускается более 600 различных видов бумаги и картона, удовлетворяющих потребностям рынка и отличающихся композицией по волокну (беленая или небеленая целлюлоза, или древесная масса, первичное или вторичное волокно), видом обработки и добавками, используемыми на этапе подготовки бумажной массы.

Различные виды упаковочного материала описаны ниже.

В лагостойкая бумага. Бумажные мешки и пакеты для использования в условиях повышенной влажности должны сохранять не менее 30% своей прочности в сухом состоянии. Для достижения такой прочности во влажном состоянии в размолотую массу вносят мочевино- и меламинофор-мальдегидные смолы. При сушке эти химические вещества «сшивают» макромолекулы и откладываются на поверхности целлюлозных волокон, повышая их влагостойкость.

Микрокрепированная бумага. При использовании такой бумаги для изготовления пакетов и мешков это свойство повышает способность бумаги противостоять динамическим напряжениям, возникающим, например, при падениях.

Ж иронепроницаемая бумага. В производстве жиронепрони-цаемой бумаги размол волокон, их фибриллирование на стадии приготовления бумажной массы проводят значительно дольше, чем обычно. Волокна обрабатываются так, что они становятся почти гелеобразными.

П ергамин. Пергамин – это суперка-ландрированная жиронепроницаемая бумага. В результате каландрирования получается очень плотный лист с высокой гладкостью и лоском (глянцем). В пергамине практически отсутствуют поры, он жиронепроницаем и может быть использован для ламинирования картона. Пергамин выпускают нео­крашенным и цветным (например, шоколадно-коричневого цвета).

Пергамент растительного происхождения. Такая бумага характеризуется высокой жиронепроницаемостью и прочностью во влажном состоянии.

Тонкие виды бумаги. Виды бумаги с нейтральным значением pH и с низким содержанием остаточных хлоридов и сульфатов покрывают алюминиевой фольгой. Пакетики для чая и кофе, запечатываемые термосваркой, требуют наличия определенной доли термосвариваемых волокон (например, полипропилена). Бумага для порционных пакетиков с чаем, запечатываемые другими методами, характеризуется массой 1 м² от 12 до 17 г/м². Самую тонкую бумагу (для пакетиков с чаем или кофе, которые должны быть прочными и пористыми) изготавливают из целлюлозы с длинными волокнами (например, из манильской пеньки).

Этикеточная бумага. Этикеточная бумага может быть мелованная, обработанная на лощильном цилин­дре или каландрированная на машинном каландре. Масса 1 м² этикеточной бумаги составляет 70-90 г/м². Нанесение меловального покрытия может осуществляться на меловальной установке, встроенной в бумагоделательную машину, или на отдельно стоящей установке — например, «литое мелование», обеспечивающее получение глянцевой мелованной бумаги.

Бумажные пакеты. Для производства бумажных пакетов используют небеленую крафт-целлюлозу (90-100% сульфатную), однако применяется также беленая крафт-целлюлоза. Более тонкие сорта такой бумаги иногда покрывают алюминиевой фольгой и полиэтиленом для последующего использования на формующих и фасовочно-упаковочных машинах.

М ешочная крафт-бумага.Для производства мешочной крафт-бумаги используют небеленую крафт-целлюлозу (90-100% сульфатную), однако применяется также беленая крафт-целлюлоза. Диа­пазон массы 1 м² мешочной бумаги — от 70 до 100 г/м².

Пропитанная бумага. Бумагу, пропитанную воском и подвергнутую обработке фторуглеродами в целях повышения жиронепроцаемости, изготавливают на бумагоделательных машинах.

Ламинированная бумага.Мелованную и немелованную бумагу на основе сульфатной и сульфитной целлюлозы (масса 1 м² ламинированных видов бумаги — 40-80 г/м²) можно ламинировать (соединять) с алюминиевой фольгой и покрывать полиэтиленом методом экструзии.

Картон из беленой целлюлозы (картон хромовый, SBB, solid bleached board). Такой картон (рис. 5.1) обычно изготавливают исключительно из беленой целлюлозы. Верхнюю сторону обычно покрывают меловальным покрытием, причем у некоторых сортов им покрывают и нижнюю сторону. Для названия этого картона иногда используют термин «картон целлюлозный хромовый» (SBS, solid bleached sulphate).

Рисунок 5.1 Картон из беленой целлюлозы

Такой картон имеет поверхность высокого качества и отличные печатные свойства. Он легко подвергается высечке, биговке, тиснению, его легко резать, сгибать, складывать и клеить, что позволяет конструировать из него разнообразную упаковку. его широко применяют для упаковки изделий, чувствительных к запахам и привкусам — шоколада, замороженных и охлажденных продуктов, чая, кофе, разогреваемых продуктов, а также в качестве основы для упаковки жидкостей.

Картон из небеленой целлюлозы (SUB, solid unbleached board) Такой картон (рис. 5.2) изготавливают исключительно из небеленой целлюлозы, он имеет коричневатый цвет. Этот материал называют также картоном из небеленой сульфатной целлюлозы. Картон из небеленой целлюлозы применяют при наличии высоких требований к прочности – к сопротивлению проколам и разрыву и/или хорошей прочности во влажном состоянии (например, у групповой тары для бутылок или банок, или при его использовании в качестве основы в производстве упаковки для жидкостей).

Рисунок 5.2 Картон из небеленой целлюлозы

Коробочный картон из беленой целлюлозы и древесной массы (хром-эрзац) (FBB, folding boxboard). Коробочный картон хром-эрзац (рис. 5.3) состоит из нескольких слоев: из беленой целлюлозы и расположенных между ними слоев из древесной массы. Сорта такого картона с меловальным покрытием характеризуются гладкой поверхностью и прекрасными печатными свойствами. Коробочный картон используют для упаковки замороженных, охлажденных и сухих пищевых продуктов, чая, кофе, кондитерских и хлебобулочных изделий.

Рисунок 5.3 Коробочный картон из беленой целлюлозы

Макулатурный картон (WLC, white lined chipboard) Такой картон называют также газетно-макулатурным (макулатурным, переплетным) картоном. Белизна нижнего слоя этого картона обычно достигается за счет введения в композицию беленой целлюлозы, нанесением меловального покрытия или полиэтиленового покрытия белого цвета (рис. 5.4).Существуют и другие сорта макулатурного картона, в том числе со специально окрашенными слоями. В состав макулатурного картона входит около 80-100% вторичного волокна (в зависимости от вида волокно используется в различных слоях). Такой картон широко используется для упаковки сухих, замороженных и охлаж­денных пищевых продуктов, а также для изготовления коробок для кондитерских изделий.

Рисунок 5.4 Макулатурный мелованный картон

• Функциональные свойства бумаги и картона

Все свойства бумаги и картона зависят от компонентов, использованных при их изготовлении, – например, от композиции по волокну (различного типа и количества волокна), волокнистых полуфабрикатов и других материалов, а также от применяемых технологическихпроцессов.

Внешний вид.Внешний вид определяет визуальное воздействие упаковки и описывается терми­нами, обозначающими цвет, гладкость и глянец поверхности.

Эксплуатационные свойства. Эксплуатационные свойства зависят от эффективности процессов изготовления упаковки, печати, резки и бигования, склеивания и собственно наполнения. Экс­плуатационные свойства зависят также от прочности упаковки на сжатие при транс­портировке, хранении, реализации и в домашних условиях.Другие эксплуатационные свойства связаны с содержанием влаги, воздухопроницаемостью, влагопоглощением, прочностью поверхности к истиранию, способностью впитывать печатные краски и т. п. К химическим свойствам относятся значение pH, поскольку содержание остаточных хлоридов и сульфатов важно для ламинирования бумаги или картона алюминиевой фольгой. Важными эксплуатационными свойствами упаковочных материалов, контактирующих или находящих в непосредственной близости к пищевым продуктам, является отсутствие у них запаха и вкуса, а также безопасность для здоровья потребителя.

Дополнительные функциональные свойства бумаги и картона. Дополнительные барьерные и функциональные свойства бумаги и картона, предназначенных для упаковки пищевых продуктов, можно обеспечить с помощью применения перечисленных ниже технологических процессов (одного или нескольких).

Обработка в ходе изготовлении бумаги и картона

Проклейка. Проклейкой называют обработку, в результате которой снижается скорость влагопоглощения (как через кромки, так и поверхностного). К целлюлозной массе на стадии размола, еще до отлива, добавляют определенные химические вещества (так называемая проклейка в массе). Традиционно такими веществами являлись получа­емые из древесины канифоль в сочетании с квасцами, а также натуральные смолы. В настоящее время применяют и синтетические вещества. Сильная проклейка применяется для упаковочных материалов, используемых для упаковки замороженных, охлажденных и жидких продуктов.

Парафинирование. Парафинирование проводят на бумагоделательной машине.

Акриловое покрытие. Термосвариваемое акриловое покрытие на водной основе, обладающие средними барьерными свойствами относительно влаги и кислорода, наносят на одну сторону на бумагоделательной машине.

Фторуглеродное покрытие. Фторуглеродное одностороннее покрытие с высокой жиронепроницаемостыо наносят на бумагоделательной машине.

Л аминирование. Ламинированием называют процесс нанесения на упаковочный материал другого (рулонного или листового) материала с определенными функциональными или декоративными свойствами. Этот дополнительный материал закрепляется на поверхности бумаги или картона с помощью адгезивов. Примерами таких материалов могут служить следующие.

Алюминиевая фольга, наносимая на одну или обе стороны листа и обеспечивающая барьерные свойства относительно влаги, вкусоароматических соединений, газов (в частности, кислорода), а также УФ-излучения.Бумага и картон, ламинированные алюминиевой фольгой, разрешены к использованию в контакте с пищевыми продуктами и позволяют предусмотреть легкое вскрытие упаковок с продуктами, предназначенными для приготовления и разогрева в микроволновых печах.Алюминиевую фольгу используют также для придания упаковке «металлического» внешнего вида (например, у коробок с шоколадными кондитерскими изделиями).

Картон, ламинированный жиронепроницаемой бумагой, обеспечивает хорошие барьерные свойства относительно жиров и масел в упаковке жиросодержащих про­дуктов и выдерживает нагревание до 180 °С (что важно для упаковки, допускающей приготовление и разогрев блюд). Если на жиронепроницаемую бумагу нанести до­полнительно покрытие, облегчающее выемку продукта из упаковки, то полученный материал можно использовать для упаковки вязких и липких продуктов.

Картон, ламинированный пергамином, обеспечивает высокие барьерные свойства относительно масел и жиров и применяется для упаковки пищевых продуктов со средним содержанием жира (например, мучных кондитерских и хлебобулочных изделий) и для изготовления форм для выпечки.

При ламинировании применяют такие адгезивы, как эмульсии типа ПВА, клеи на основе крахмала, смолы на основе растворителей, компоненты для сшивки поли­меров, расплавы воска или полиэтилена (в зависимости от требуемых свойств кон­кретного ламината). Воск и полиэтилен, кроме того, повышают барьерные свойства по отношению к водяному пару.

При использовании в качестве адгезива полиэтиле­на процесс называют экструзионным ламинированием.

Экструзионное ламинирование полимерными материалами. Полиэтилен (ПЭ). Покрытие из полиэтилена обеспечивает упаковочному материалу барьерные свойства относительно влаги. Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) широко используется в качестве покрытия при экструзионном ламинировании бумаги и картона. При модифицировании ПЭ этиленвинилацетатом (ЭВА) припрессовка осуществляется более эффективно. Полиэтилен средней и высокой плотности по сравнению с ПЭНП более термостоек, у него более высокая стойкость к истиранию и повышенные барьерные свойства. Покрытие наносят на одну или обе стороны (рис. 5.5).

Рисунок 5.5 Экструзионное ламинирование с нанесением покрытия

Полипропилен (ПП) обеспечивает припрессовывание покрытия с повышенными барьерными свойствами относительно влаги и жиров. Он выдерживает температу­ры до 140 °С и может использоваться для упаковки, предназначенной для продук­тов, разогреваемых в духовке. Покрытие наносят на одну или обе стороны

Полиэтилентерефталат (ПЭТ) дает припресовываемое покрытие с хорошими барьерными свойствами относительно влаги и жиров. Он выдерживает температуры до 200 °С и может использоваться при разогреве продуктов в микроволновых печах и обычных духовках. Покрытие наносят только на незапечатанную сторону.

Этиленвиниловый спирт (EVOH) с полиамидом (ПА) дают припрессовываемое покрытие с хорошими барьерными свойствами относительно жиров, кислорода и света. EVOH чувствителен к действию влаги, в связи с чем его необходимо располагать между гидрофобными материалами (например, ПЭ). Такое покрытие используют как альтернативу фольгированию алюминиевой фольгой.

Иономерная смола Сурлин (Surlyn ™) представляет собой полиолефин с высокими ба­рьерными свойствами относительно жиров и масел, в том числе цитрусовых эфирных масел, а также относительно влаги и хорошо подходит для герметичной укупорки; ис­пользуют его также в качестве связывающего слоя между алюминиевой фольгой и ПЭ.

Биопластик в качестве экструзионного покрытия теперь доступен в качестве альтернативы ПЭ. Этот материал на основе крахмала является устойчивым и отвечает стандарту EN13432 для компоста (Упаковка Новости, 2008).

Процесс экструзии зачастую дополняют экструзионным ламинированием, так что сложную структуру (бумага или картон / ПЭ / алюминиевая фольга / ПЭ) можно получить в ходе одного процесса на одном экструдере с двумя экструзионными головками.

Примечание. Путем использования специально подобранных полимеров можно изготовить легко открываемые припрессовываемые крышки (например, для лотков, стаканчиков и т. п.)

Нанесение печати и лакирование. К необходимым функциональным свойствам красок и лаков относятся их соответствие цветовым стандартам, стойкость к действию света, к истиранию, возможность нанесения печати на уже нанесенную печать и на собственно упаковку, а также стабильность свойств в условиях, характерных для использования данной упаковки. При упаковке некоторых пищевых продуктов печать оказывается в непо­средственной близости от продукта (например, в случае шоколадных кондитерских изделий), и в этом случае очень важно избежать присутствия частиц растворителя или других взаимодействий между печатью и пищевым продуктом.

Послепечатное нанесение лака и покрытий. Послепечатное нанесение лака и покрытий обычно придает бумаге высокий глянец и осуществляется в некоторых случаях с помощью лаков, отверждаемых УФ-излучением. Аналогичным образом наносят различные функциональные по­крытия, наиболее распространенным примером которых является нанесение при­прессовываемых покрытий на блистерную упаковку.

Другим примером может служить воск. Парафинированный картон обладает высокими барьерными свойствами по отношению к влаге и водяному пару и может подвергаться термосварке. Первые пакеты для жидкостей (появившиеся в 1920-е гг.) были именно парафинированными. Воск обладает также хорошими барьерными свойствами по отношению к газам, в связи с чем успешно препятствует потере продуктом вкусоароматических свойств и его контаминированию.

Основными областями применения таких материалов в пище­вой отрасли являются упаковка хлебобулочных изделий, сахарных кондитерских изделий (бумага), замороженных продуктов и мороженого (картонные коробки), а также свежие овощи и фрукты (коробки и лотки из гофрокартона). Для улучшения внешнего вида картона с уже нанесенной на него печатью применяют его ламинирование ацетатом целлюлозы и ОПП.

• Конструирование бумажной и картонной упаковки

При разработке поверхности следует учитывать цвет, наличие текста и изображений, тип декорирования и отделки (матовость или глянец), а также ее структуру.

Бумага и картон – это материалы, предоставляющие разработчику известную свободу в удовлетворении потребностей заказчика, что обусловливается следующими возможностями:

• большим выбором типов поверхности (по цвету и отделке);

• большим диапазоном по прочности, определяемой типом волокна, толщиной бумаги и картона и способом производства бумаги и картона;

• наличием разных функциональных покрытий, способов ламинирования, эле­ментов декорирования, способов печати и т. п.;

• простотой сборки упаковки из заготовок благодаря предварительным резке, рилевке, фальцовке, склеиванию, термосвариванию, наличию «замков» и т. д.;

• наличием нового оборудования для сборки упаковки и собственно фасовоч­ных операций.

• Виды бумажной и картонной упаковки

Пакетики для чая и кофе. Пакетики для чая и кофе изготавливают из очень тонкой пористой бумаги. Типичная термосвариваемая бумага характеризуется массой 17 г/м² и помимо длинных целлюлозных волокон содержит термосвариваемые волокна термопластичного по­лимера (например, полипропилена). Все эти пакетики изготавливают на специальном оборудовании, где пакетики формуются, наполняются и заделываются. Все пакетики могут быть снабжены нитью и ярлыком. Оборудование можно встроить в линию с обертывающими машинами, где применяется простая или ламинированная бумага, а также бумага с покрытием, необ­ходимым для обеспечения барьерных свойств по отношению к влаге и газам. В состав оборудования для упаковывания чая или кофе в пакетики могут входить машины для упаковки отдельных пакетиков в коробки и более крупные пакеты.

Бумажные пакеты и оберточная бумага. Традиционным видом упаковки, в которую товар (фрукты, овощи, хлебобулочные изделия и др.) фасуют по месту реализации (обычно в магазине или на рынке), являются бумажные пакеты или кульки из оберточной бумаги. Для упаковки приобретенных товаров в магазинах, а также для упаковки дорогих товаров и подарков используют бумажные пакеты с ручками и особым образом декорированную бумагу для подарочной упаковки.

Пакетики-саше, трехшовные пакеты, оберточные материалы В этих видах гибкой упаковки гибкие бумажные материалы сочетаются с полимерными материалами, чаще с полиэтиленом. При необходимости придать упаковке дополнительные барьерные свойства используют алюминиевую фольгу и металлизированный ПЭТ. Эти виды упаковки обычно ассоциируются с применением формовочно- фасовочно-укупорочных автоматов. Горизонтальные машины бывают двух основ­ных типов, в том числе с горизональным формованием упаковки и вертикальным фасованием (рис. 5.6), которые могут использоваться для изготовления склады­ваемых бумажных пакетов.

Рисунок 5.6 Схема вертикальной фасовочно-упаковочноймашины для сухих смесей (супов, соусов и т.п.) , паст и жидкостей

Вертикальные машины используют для фасования сыпучих пищевых продуктов и жидкостей. В этом случае применяют плоские пакеты или пакеты с плоским дном (рис. 5.7).

Рисунок 5.7 Вертикальная формовочно-фасовочно-упаковочная машина для сухих сыпучих продуктов (снэков и т.п.)

Кроме того, применяется обертывание (завертывание) – способ упаковки инди­видуальных твердых изделий в горизонтальной плоскости, например, шоколадных плиток или отдельных изделий, размещенных на картонных лотках (рис. 5.8).

Рисунок 5.8 Горизонтальная завертывающая формовочно- фасовочно-упаковочная машина для твердых изделий

Существуют также машины, формирующие пакеты вокруг оправки и запечатывающие их с помощью клеящих веществ. Такие пакеты имеют прямоугольное дно (эти машины могут также на той же оправке оборачивать бумагой картонные коробки).Рулонные завертывающие машины упаковывают изделия рядами (например, печенье и сахарные кондитерские изделия). Отдельные изделия иногда завертывают в вощеную бумагу, защищающую их от действия влаги и препятствующую слипанию.Применяется также обертывание квадратных и прямоугольных картонных коробок (например, с конфетами) бумагой, ламинированной ПЭ или воском, с термо­склеиванием торцевых клапанов.

Многослойные бумажные мешки (пакеты). В многослойные мешки фасуют многие типы пищевых продуктов – сахар, сухое молоко, сухую молочную сыворотку, кофе в зернах, муку, арахис, картофель и прочие овощи (Рис.5.9). Традиционно этот вид упаковки применяют для насыпной транспортировки продуктов. Для розничной торговли в настоящее время выпускаются многослойные пакеты меньшего размера. Иногда конструкцией предусмотрены ручки для переноски и окошко, позволяющее покупателю видеть расфасованный продукт, например, картофель или корм для домашних животных.

Рисунок 5.9Многослойные мешки

Складные картонные коробки. Складные коробки широко используются при упаковке широкого ассортимента пищевых продуктов в розничной торговле — от круп, замороженных и охлажденных продуктов, мороженого, шоколадных и карамельных конфет, мучных кондитерских изделий, кофе, чая, смесей для быстрого приготовления блюд (в частности, супов), сухофруктов (в частности, изюма) до пищевых добавок, реализуемых через аптеки. Заготовки картонных коробок поступают в упаковочный аппарат в плоском или в плоскосложенном виде.Выбор картона для изготовления складных коробок зависит от особенностей упаковываемого продукта, его транспортировки, хранения и потребления, а также от особенностей конструкции коробки.

В случае необходимости барьерные свойства картона можно повысить, применив ламинирование, мелование, нанесение экструзионных покрытий из полимерных материалов и других вышеописанных способов обработки.Складные коробки находят в упаковочной индустрии самое разное применение и могут иметь разнообразные конструкции (рис. 5.10). Большинство картонных ко­робок в сечении прямоугольные или квадратные.

Рисунок 5.10 Складные коробки

Из картона можно изготавливать и лотки. В зависимости от конструкции и назначения используют термосварку, замковые конструкции с язычкми и прорезями, а также термосклеивание. Из картона с ПЭТ-покрытием лоток глубиной 25 мм или 45-50 мм получают в две стадии. Лотки такого типа используют для фасования го­товых блюд, транспортируемых в охлажденном или замороженном виде и разогре­ваемых при температуре до 200 °С в микроволновых печах или обычных духовках (рис. 5.11).

Рисунок 5.11 Картонные лотки с покрытием из ПЭТ для хранения в режиме глубокой заморозки и разогрева в микроволновой печи

Иногда такие лотки закрывают термосклеенной съемной крышкой из картона или полимерного материала с надпечаткой. Кроме того, такие лотки можно упаковывать дополнительно во вторичную картонную упаковку (рукавного типа или коробку).Уже первые разработки в области микроволновой кулинарии доказали удобство этого метода, но до недавних пор его нельзя было использовать для приготовления блюд, которые должны получаться хрустящими или с румяной корочкой. В настоящее время разработаны рецептуры и методы, позволяющие достичь желаемого результата и в микроволновой печи, а использование в упаковке специальных сусцепторов позволило расширить ассортимент продуктов, приготавливаемых в микроволновых печах.

Эти сусцепторы поглощает микроволновую энергию и в результате контакта с ними блюдо быстро разогревается, становится хрустящим и покрывается румяной корочкой. Как правило, эти сусцепторы изготавливают из бумаги или картона, ламинированных металлизированной (алюминием) полимерной пленкой (в частности, ПЭТ-пленкой). Еще более высокие температуры можно получить с помощью сусцепторов из хромоникелевого сплава. Подобное применение сусцепторов может служить примером активной упаковки.

Упаковка для жидких продуктов. Идея фасования жидкостей в упаковку на основе картона превратилась в реаль­ность лишь с появлением технической возможности комбинировать картон с другими термосвариваемыми или термосклеиваемыми материалами, обладающими повышенными барьерными свойствами по отношению к влаге и данному пищевому продукту. Это привело к созданию герметичной упаковки для жидкостей (рис. 5.12) – первым вариантом стала остроконечная упаковка для молока Pure-Pak, запатентованная в США в 1915 г. Необходимые барьерные свойства по отношению к влаге обеспечивались воском, сделавшим также возможным термосклеивание.

Рисунок 5.12 Пакеты для упаковки жидких продуктов

Позже были разработаны и другие виды упаковки жидких продуктов. Наполнение большинства из них осуществлялось через полностью открытую горловину, ко­орую затем закрывали и герметизировали. Поперечное сечение таких пакетов было разным – квадратным, прямоугольным, круглым, а стенки могли сужаться кверху. Заготовки коробок подавались в установку розлива или в виде плоских заготовок и формовались уже в ней, или в виде готовых к фасованию вставленных один в другой пакетов. Еще в 1950-е гг. на смену воску пришел полиэтилен, и появились формовочно- фасовочно-укупорочные автоматы, в которые упаковочный материал подавался в ру­лонном виде, а выходил оттуда в виде тетраэдров (упаковка Tetra-Pak).

Срок годности расфасованного пищевого продукта во многом зависит от того, как продукт был обработан до фасования, от условий при наполнении и дистрибьюции. Например, до фасования пищевые продукты могут быть пастеризованы, а фасование может проводиться методом горячего розлива, или продукт может быть подвергнут УФ-стерилизации, а розлив проводиться в асептическую упаковку, то есть может применяться метод асептического розлива. В зависимости от требуемого срока годности для сохранения качества продукта необходимо правильно подобрать материал для ламинирования картона.

Для продуктов с коротким сроком годности при дистрибьюции в условиях охлаждения (при 0- 4°С), например, свежего молока, используют картонную упаковку с двусторонним полиэтиленовым покрытием. При длительном сроке годности продуктов, расфасованных методом горячего розлива и хранящихся при ком­натной температуре, а также для свежих соков, хранящихся в условиях охлаждения, барьерные свойства покрытия повышают с помощью тонкого слоя алюминиевой фольги. В этом случае ламинат выглядит как последовательность слоев ПЭ / картон / ПЭ / алюминиевая фольга / ПЭ.

Технология асептического упаковывания, когда стерилизованный продукт фасу­ется в стерильную тару и герметизируется в стерильных условиях, признана Институтом пищевых технологов (InstituteofFoodTechnologists) «важнейшим научным достижением в пищевой промышленности за последние 50 лет». Она с успехом применяется для фасования жидких продуктов в картонную упаковку и позволяет увеличить срок годности продуктов при их хранении при комнатной температуре. Вместо слоя алюминиевой фольги иногда используют полимер EVOH, обладающий прекрасными барьерными свойствами по отношению к кислороду и легче подвер­гающийся вторичной переработке при утилизации бытового мусора.

В результате совершенствования методов упаковки, переработки, дистрибьюции и реализации жидких пищевых продуктов появился широкий их ассортимент в картонной упаковке – это молоко и молочные продукты, соки, супы, негазированные напитки и вино. Жидкие пищевые продукты с присутствующими в них твердыми ча­стицами (например, мякоти) обычно фасуют через открытый верх для исключения возможности прилипания частиц к поверхности будущего герметизируемого шва.

Размеры упаковки могут быть самыми разными – от порционных пакетов в форме тетраэдра (TetraClassic) объемом 20-65 мл, пакетов с квадратным и прямоуголь­ным сечением объемом 0,2, 0,3, 0,5, 1,0 л до пакетов объемом 1,5-2 л. Фирмой Walkiразработана конструкция порционного пакета с трубочкой и цилиндрического па­кета объемом 250 мл с легко вскрываемой системой укупорки. Линейка размеров упаковок Pure-Pak включает даже пакеты объемом 4 и 5 л.

Среди возможных конструкций такой упаковки доминируют пакеты прямоугольного сечения с крышеобразным верхом, однако выпускаются упаковки и другой формы: шестиугольные, четырехгранные, клинообразные пакеты, пакеты типа «подушка», пакеты квадратного сечения со скругленными углами.

Основная область инноваций – это системы облегчения вскрытия упаковки, возможность многократной укупорки и контроль несанкционированного вскрытия. Уже вполне привычны­и стали разнообразные приспособления: это и соломинки со скошенным концом для протыкания герметизирующей мембраны, и пластмассовые завинчивающиеся колпачки с индикацией несанкционированного вскрытия, и отслаиваемые язычки из фольги, и пластмассовые крышки для повторной укупорки, и многое другое.

Производство и реализация жидких пищевых продуктов в картонной упаков­ке – один из наиболее ярких примеров системного подхода к упаковыванию, когда каждый аспект, связанный с упаковкой, ее наполнением и реализацией, тщательно прорабатывается фирмами-производителями упаковки в тесном сотрудничестве с пищевыми предприятиями и представителями торговли.

Для упаковки жидкостей используют картон из беленой и небеленой целлюлозы. Такой картон наиболее пригоден для нанесения печати, резки, рилевания и фальцовки. Кроме того, поскольку его получают только из целлюлозного волокна, исключается воздействие упаковочного материала на вкус и аромат расфасованного продукта. Молоко и молочные продукты, вино и соки легко приобретают побочные вкус и аромат и требуют особой внимательности при выборе упаковочных материа­лов и печатных красок, способов ламинирования и экструзионных покрытий – применяемые материалы и технологии не должны влиять на вкус и аромат продукта. (Крупные картонные коробки с крышеобразным верхом в настоящее время применяют также для упаковки сухих сыпучих пищевых продуктов – круп, замороженных овощей для ресторанного бизнеса, и т. д.)

Жесткие (нескладные) картонные коробки и ящики Жесткие картонные коробки в отличие от складных поступают на предприятие, занимающееся упаковыванием, уже в собранном виде. Область применения таких коробок в пищевой промышленности ограничена в основном изделиями класса «премиум» и подарочными наборами (например, шоколадных конфет), пресервами, дорогими винами и крепкими алкогольными напитками.

Жесткие коробки изготавливают из твердого картона, тип и толщина которого подбирается в зависимости от потребностей заказчика. Для создания особого визуального эффекта используют самые разные технологии – тиснение, горячее фольгирование, отделку тканью и т. д. Конструкция коробки зачастую бывает дополнена шарнирными крышками, ручками для переноски, специальными вырезами для облегчения захвата, окошками, пластмассовыми и картонными деталями. Большинство операций с такими коробками выполняется вручную или с помощью средств малой механизации, что позволяет применять самые разные отделочные материалы и конструкционные элементы.

Комбинированные емкости

Тубы. Узкие тубы цилиндрической формы на основе бумаги используют для упаковки конфет; днища могут быть пластмассовыми или картонными.

Стаканчики для мороженого. Упаковка для мороженого должна предохранять от утечек продукта, быть стойкой к его воздействию и позволять хранить и реализовывать мороженое при температурах холодильного хранения. Этим требованиям отвечает бумага с экструзионным покрытием полиэтиленом или вощеная бумага.

Комбинированные емкости. Такую упаковку обычно изготавливают с круглым поперечным сечением, хотя иногда можно встретить и емкости с квадратным или прямоугольным сечением (рис. 5.13). Используют ее под сухие пищевые продукты: чай, сыпучие продукты и гранулированные смеси, закусочные продукты, а также жидкости, например, негазированные напитки. Корпус контейнера состоит из слоев картона и ламината, кон­цы изготовлены из пластика или наваренного металла. Крышки бывают рычажного типа, прифальцованные, нажимные, а также с кольцом и клапаном.

Рисунок 5.13 Конструкция боковых стенок комбинированных емкостей: а – спиральная навивка; б –прямая навивка

Картонные бочки. Картонные бочки используют для транспортировки пищевых продуктов и ингредиентов в сухом, пастообразном и жидком виде. Обычно такие бочки имеют форму цилиндра с параллельными стенками.

Используют также полиэтиленовые вкладыши в бочку; иногда внутреннюю поверхность цилиндра полностью ламинируют полимерным материалом, уплотняя днище специальными материалами. В зависимости от типа продукта в конструкции используют специальные защитные слои с требуемыми барьерными свойствами и покрытия, облегчающие опорожнение бочки.

В зависимости от типа пищевого продукта и способов его дистрибьюции и реализации используют бочки различной вместимости – от совсем небольших («ведерок») до 280-литровых. Внешнюю поверхность стенок можно этикетировать и наносить на нее требуемую маркировку.

Упаковка из гофрокартона. Упаковка из гофрокартона по объемам производства занимает самый большой сектор картонно-бумажной упаковки и предназначена прежде всего для транспортировки и хранения изделий.В розничной торговле коробки и лотки из гофрокартона используют в качестве вторичной (групповой) упаковки. В пищевой промышленности в них осуществляют пакетную укладку 6, 12 и более единиц первичной упаковки, предназначенных для хранения и последующей реализации.Гофрокартон обычно состоит из трех слоев (так называемый трехслойный картон, рис. 5.14). При этом два внешних плоских слоя (лайнера) разделены гофрирован­ным внутренним слоем (флютингом). Слои лайнера приклеены к вершинам гофров флютинга. Такой материал обладает повышенной жесткостью при изгибе относительно своей массы, а в виде коробки со склеенными или укрепленными скотчем боковыми швами, дном и крышкой – большим сопротивлением торцевому сжатию. (В пищевой промышленности использовать для крепления боковых швов, днища и крышки металлические скобы обычно запрещено.)

Рисунок 5.14 Структура трехслойного гофрокартона

Пятислойный гофрокартон состоит из трех лайнеров и двух флютингов (и, соответственно, он более прочен), однако для групповой упаковки пищевых продуктов такая прочность обычно является чрезмерной. Семислойный гофрокартон еще более толстый и, соответственно, прочный материал. Его применяют в сочетании с по­лиэтиленовыми вкладышами-мешками для упаковки насыпью сыпучих пищевых продуктов и ингредиентов.Наиболее распространенным материалом для изготовления плоских слоев (лайеров) является коричневая крафт-бумага*. Для изготовления флютинга (гофрированного слоя) используют волокно разных видов – термомеханическую массу, целлюлозу, а также вторичное (макулатурное) волокно или полуцеллюлозу (5.15).

Рисунок 5.15 Производство трехслойного (двухслойного) гофокартона

К другим типам транспортной упаковки из гофрокартона относятся оборачивание изделий гофрокартоном (вокруг оправки) на упаковочной линии, а также раз­нообразные лотки (поддоны, подложки и т. п.) (рис. 5.16). Некоторые из них затем обертывают стретч- или термоусадочной пленкой, а другие обертывают вокруг первичной упаковки, увеличивая тем самым их сопротивление торцевому сжатию, а также позволяя покупателю видеть содержимое групповой упаковки без примене­ния полимерных пленок.

Рисунок 5.16 Транспортная (групповая) упаковка из гофрокартона с определением числом товарных единиц (первичных упаковок)

Упаковка из формованной бумажной массы. Наиболее распространенным видом упаковки из формованной бумажной массы (бумажного литья) являются лотки для яиц и бугорчатые прокладки для яблок и прочих овощей и фруктов. Обычно бумажная масса из вторичного волокна имеет серый цвет. Если требуются более светлые оттенки, используют беленую целлюлозу (также из вторичного волокна). При необходимости бумажную массу можно окрашивать. Вместо нанесения печати иногда используют этикетирование.

Этикетирование. При упаковке пищевых продуктов этикетки наносят на:

первичную упаковку — металлические банки, бутылки, другую стеклотару, стаканчики, тубы, коробки из гофрокартона, картонные бочки, упаковку из формованной бумажной массы;

вторичную (транспортную) упаковку – на ящики или упаковки, обернутые стретч- или термоусадочной пленкой;

на третичную упаковку – на паллеты (поддоны) с товарными единицами;

непосредственно на продукт –в частности, на фрукты.

Этикетки на упаковке для пищевых продуктов обеспечивают идентификацию и продвижение изделий, информирование покупателей о способах использования данных продуктов, а иногда (например, при наклеивании этикеток поверх крышки) они служат и средством защиты от несанкционированного вскрытия упаковки.

Некоторые виды этикеток без клеевого слоя крепят к упаковке без использования адгезива – имеются в виду различные ярлычки на нитке, кольеретки вокруг горлышка бутылок и т. п. Подобные этикетки чаще всего используют для оформления дорогих пищевых продуктов, кондитерских изделий и напитков.

Рулонные этикетки с уже нанесенным клеевым слоем называются самоклеющимися. Клеевой слой на этикетке защищают с помощью пергамента или беленой крафт- бумаги с силиконовым покрытием.

Адгезив для самоприклеивающихся этикеток выбирают в зависимости от особенностей упаковки и режимов хранения и реализации изделий – определяют, например, должна ли этикетка быть полностью смываемой или неудаляемой, ожидаются ли перепады температуры (в частности, при хранении замороженных продуктов) и т. п.

Бумажные и картонные так называемые «вплавляемые» этикетки ассоциируются, главным образом, с упаковкой из полимерных материалов. Этикетку помещают в пресс-форму для литья под давлением, выдувного формования или термоформования. На обратную сторону таких вплавляемых этикеток нанесено термосвариваемое покрытие, совместимое с данным полимерным материалом, и в процессе формования упаковки этикетка как бы «сплавляется» с контейнером.

Такой метод «этикетирования в форме» дает ряд преимуществ. Во-первых, можно обеспечить высокое качество печати при меньших затратах, чем при прямой печ­ати на цилиндрических, конусообразных и иных стенках емкостей различной формы. Во-вторых, бумажные и картонные этикетки, ламинированные алюминиевой фольгой, обеспечивают дополнительные барьерные свойства упаковки. В-третьих, некоторые конструкции емкостей с «вплавляемыми» этикетками могут быть облегчены без ущерба для защиты расфасованного в них продукта и без снижения сопротивления контейнера торцевому сжатию.

Впоследние годы, произошли значительныеизменениявинтеллектуальных, умныхиличиповыхметок, которые используются для идентификации,отслеживания, отслеживания иприложений для смарт-логистики. Многие из этихприложений используютRFIDтехнологии(радиочастотной идентификации).

Липкие ленты. Липкие ленты поступают в узких рулонах, где на подложку нанесено клеящее вещество, равномерно распределенное по ее поверхности. Липкие ленты используют для запечатывания и укупорки коробок из гофрокартона, картонных бочек, жестких и складных коробок. Липкими лентами оклеивают также боковые швы коробок из гоф­рокартона, а также углы жестких картонных коробок, укрепляя их конструкцию.Традиционным и наиболее распространенным материалом для подложки служит сильно проклеенная крафт-бумага, как небеленая (коричневого цвета), так и беленая (белого цвета). Склеивание осуществляется благодаря нанесению на крафт-бумагу клеящего вещества на основе модифицированного крахмала; клеи животного происхождения, как правило, уже не применяют. Ленты-самоклейки используют для всех видов упаковки – от картонно-бумажной до металлической, стекляной и пластиковой тары. На термосклеиваемые ленты на основе крафт-бумаги адгезив наносят в виде термопластичной эмульсии, которая реактивируется при нагревании. Такая лента апплицируется на запечатываемую поверхность под действием давления. Липкие ленты бывают без нанесенной печати (обычные), с предварительно нанесенной на них печатью и запечатываемые в момент апплицирования.

Амортизирующие материалы. В качестве амортизирующих материалов на основе бумаги используют:

резаную бумагу, засыпаемую в пустоты упаковки

соединенные между собой разделители (например, разделители бутылок в картонных коробках);

нарезанные фасонные куски гофрокартона различной формы, используемые для поддержки, фиксации и защиты легкоповреждаемых изделий прокладки из бумажного литья

Уплотнители и прокладки. Герметичность крышек стеклянных банок, кронен-пробок бутылки и иных анало­гичных жестких емкостей обеспечивается несколькими способами.

С помощью прокладок из многослойного картона. Простейший тип прокладки для пластикового колпачка – это диск из многослойного картона, полученного термо­механическим способом, располагаемый внутри колпачка. Он должен быть сжимаемым и инертным по отношению к содержимому контейнера. Если продукт не должен соприкасаться с картоном, то прокладку защищают алюминиевой фольгой или полиэтиленовой пленкой.Прокладки, закрепляемые методом индукционного нагрева. Такие прокладки представляют собой слои картона, алюминиевой фольги, термосвариваемого покрытия или лака.

Когда потребитель отвинчивает колпачок, сцепление между картоном и фольгой разрывается, и фольга остается на контейнере. Тем самым данный способ позволяет защитить продукт и от порчи, и от несанкцио­нированного вскрытия. В тех случаях, когда требуется не допустить контакт картона с содержимым емкости, картон ламинируют алюминиевой фольгой (в более простом варианте вместо картона используют бумагу, а прокладку покрывают воском).

Заключение

Таким образом, при производстве упаковки на основе бумаги и картона для пищевых продуктов следует учитывать: свойства упакованных продуктов;насколько упаковка на основе бумаги и картона и сами упаковочные материалы соответствуют этим свойствам; возможности фасовочно-упаковочного оборудования;возможности технологической интеграции производства пищевых продук­тов, их упаковывания, хранения и каналов сбыта.