|
Современные методы и приборы для контроля
газопроницаемости упаковочных материалов
Чтобы обеспечить пищевым продуктам надежную защиту, иногда важно точно знать, каковы барьерные свойства упаковочного материала. Если Вы не уверены в степени проницаемости используемой или производимой упаковки - проверьте это сами.
Александр Овсянников,
компания «Сигма Микрон Интернешнл»
Для упаковочных материалов очень важными, а иногда и определяющими, являются барьерные свойства. Они определяют проницаемость материалов по отношению к различным веществам - газам и жидкостям. Начнем с газов. В настоящее время материалу недостаточно иметь высокую или низкую газопроницаемость, она должна быть избирательной, соответствующей оптимальным условиям хранения упаковываемого продукта. Ведь в некоторых случаях необходима стабильная газовая среда, в других - интенсивный газообмен с воздухом. Очевидно, что если продукт дорогой и скоропортящийся, упаковочный материал необходимо тестировать на проницаемость по отношению к газам, присутствие и определенная концентрация которых важны в данном конкретном случае (см. авт. справку).
Вопрос определения барьерных свойств упаковки актуален еще и потому, что стоимость упаковки иногда достигает 30% и более от стоимости продукта. Сэкономив на контроле барьерных свойств материала, можно потерять часть прибыли из-за снижения срока хранения и порчи продуктов. А неконтролируемое излишнее повышение барьерных свойств неоправданно увеличивает цену конечного продукта. За границей для приведенных случаев существуют даже соответствующие термины - under-packaging (недоупаковка) и over-packaging (переупаковка).
При разработке упаковки, обеспечивающей заданные сроки хранения, важно знать методы определения газопроницаемости и иметь соответветствующие приборы для этого предназначенные. Перед тем, как перейти к короткому обзору современных приборов для контроля проницаемости различных материалов, рассмотрим кратко теоретическую сторону вопроса.
Что есть проницаемость
Современная упаковка с хорошими барьерными свойствами представляет собой, как правило, многослойную структуру, где каждый слой обладает определенными свойствами. Число слоев при этом иногда достигает шести и даже больше. В этом случае требуется исследование как каждого слоя по отдельности, так и готового упаковочного материала либо уже сформированной из него упаковки.
Мы рассматриваем диффузионную* проницаемость непористых материалов. Отметим, что уделять внимание свойствам пористых материалов, обладающих так называемой эффузионной проницаемостью, нет необходимости, так как они не используются для изготовления барьерных слоев упаковки. Проницаемость материала - интенсивность переноса молекул другого вещества через этот материал. При этом у одного и того же материала она может быть различна по отношению к разным веществам (газам) и определяется по отношению к какому-либо конкретному. Она зависит от большого количества факторов, таких как химическая структура используемого полимера, степень его кристаллизации, влажность окружающего воздуха и др. В связи с этим, материал, обладающий хорошими барьерными свойствами при нормальных условиях, может не подходить для конкретных условий применения. Все это делает актуальной необходимость измерять и контролировать проницаемость используемого полимерного материала на различных стадиях его производства и в реальных условиях применения.
* Диффузия - процесс установления равновесия концентраций в системе в результате беспорядочного движения молекул. В системе, подчиняющейся закону Фика, коэффициент диффузии - не зависит от концентрации газа.
Заметное влияние
На проницаемость материала влияют следующие факторы:
Его химическая структура, которая у полимеров имеет свои особенности:
полимерные цепочки «отводят в сторону» молекулы газа или «открываются», пропуская их;
силы связи в молекулах полимера и между молекулярными цепочками зависят от структуры полимера;
чем слабее связи между цепочками, тем быстрее молекулы газа будут проходить через полимер;
связи между молекулярными цепочками сильно зависят от степени поляризованности молекул полимера.
Степень кристаллизации и пространственная ориентация молекул полимера. В результате кристаллизации происходит уменьшение межмолекулярного пространства, вследствие чего улучшаются барьерные свойства. Пространственная ориентация молекул повышает барьерные свойства, создавая более извилистые пути для диффузионного потока.
Восприимчивость молекул полимера к влаге и другим средам. Взаимодействие некоторых полимеров с молекулами воды часто приводит к ослаблению связей между цепочками, и тем самым к ухудшению барьерных свойств полимера. Молекулы воды влияют только на те полимеры, которые имеют водородные связи между цепочками (например, углеводороды и амиды). Молекулы воды не будут оказывать влияния на барьерные свойства полимеров, не зависящих от прочности водородных связей (эфиры и цианиды).
Состояние поверхности полимера может определять его проницаемость. Пример углеводородной проницаемости через полиэтилен: вследствие своей низкой поляризованности полиэтилен - очень плохой барьер в отношении неполярных субстанций, например жидких углеводородов. Однако, если поверхность полиэтилена обработать газообразным фтором, атомы фтора закрепятся в поверхностном слое, и благодаря своему объему и полярности будут служить хорошей преградой жидким углеводородам.
Наличие в полимере модифицирующих добавок. В зависимости от своей природы наличие модификаторов может улучшить или ухудшить барьерные свойства материала.
|
