ПОЛИМЕРНАЯ РЕТОРТ-УПАКОВКА ДЛЯ АВТОКЛАВНОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ ПРОДУКТОВ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ

Полезная модель относится к области тары для упаковки продуктов длительного хранения, подвергающихся нагреву или охлаждению в этой упаковке, а именно автоклавной стерилизации или пастеризации, и фасуемых на автоматических либо полуавтоматических линиях, работающих с использованием готовых реторт-упаковок. Примером применения подобной упаковки является порционная фасовка блюд длительного хранения, например овощных и мясоовощных блюд для индивидуальных рационов питания), фасовка овощных консервов, фасовка кормов для домашних животных и т.п. Оборудование для фасовки и запайки реторт-упаковок можно разделить на два типа: машины, которые раскрывают пакет, дозируют продукт и сваривают верхний шов, используя при этом уже готовые упаковки, и автоматические линии, которые сами формируют пакет из рулона, дозируют в него продукт и заваривают верхний шов. Последние являются весьма высокопроизводительным (250 и более упаковок в минуту) и дорогостоящим оборудованием, которое целесообразно использовать только при постоянном выпуске крупных партий одного-двух наименований продукции. Кроме того, автоматические линии подобного типа экономически доступны только крупным предприятиям. В связи с этим, значительно большее распространение в РФ получили машины, в которых используются готовые упаковки. Они позволяют намного быстрее и с меньшими потерями осуществлять переход с выпуска одного вида продукции на выпуск следующего, не требуют столь крупных первоначальных вложений и эксплуатационных расходов.
При использовании на фасовочной машине реторт-упаковка сначала фиксируется за края со стороны открытой части специальными зажимами, затем раскрывается, раздувается и транспортируется к дозатору для заполнения и последующей запайки. Для успешного выполнения указанных операций, помимо своих основных рабочих качеств, как то газобарьерные свойства, прочность, эластичность и хорошая свариваемость, реторт-упаковка должна обладать определенной жесткостью, чтобы держать форму после раскрывания, раздувания, транспортировки и наполнения. В противном случае могут иметь место неточная фасовка продукта, плохая запайка готовой упаковки, потери продукта и загрязнение фасовочной линии. Традиционно, для изготовления реторт-упаковок используются фольгированные многослойные материалы.
Известна упаковка для стерилизации продуктов питания, описанная в патенте ["Door verhitting gesteriliseerde, verpakte levensmiddelen met een laminaatvormige verpakking" NL 7315373, приоритет 10.11.1972, МПК B65D 81/34], выбранном в качестве аналога. Указанная упаковка выполняется в виде пакетов из многослойных ламинированных материалов, состоящих из, как минимум, термосвариваемого слоя полипропилена, термостойкого наружного полимерного слоя, и расположенного между ними дополнительного слоя алюминиевой фольги, обеспечивающего барьерные свойства по отношению к кислороду. Между слоем алюминиевой фольги и слоем полипропилена может дополнительно размещаться амортизирующий слой термопластичного полимера, в частности полиамида, поликарбоната, полиэстера или полиэстер-полилактона. Слои ламинированного материала могут соединяться между собой адгезивом на основе термоусадочных полимеров.
Данная упаковка, будучи пригодной для автоклавной стерилизации и длительного хранения продуктов, обладает рядом недостатков, а именно:
- упаковки по данному изобретению непрозрачны, что исключает возможность визуальной идентификации продукта;
- такие упаковки непригодны для разогрева в микроволновых печах;
- использование алюминиевой фольги обуславливает высокую стоимость упаковок;
- не исключена возможность повреждения нестойкого к заломам слоя алюминиевой фольги при автоклавной стерилизации.
Недостатки аналога частично отсутствуют в упаковке, описанной в патенте на изобретение [«Способ консервирования продуктов в пластиковых упаковках и пластиковая упаковка», RU 2247519, приоритет 26.09.2002, МПК В65В 0055/14], выбранном в качестве прототипа. В указанном техническом решении пластиковая упаковка для стерилизации и пастеризации растительных продуктов выполнена из ламинированного материала, последовательно содержащего слои полипропилена, полиамида и полиэтилентерефталата.
Упаковка для стерилизации по прототипу имеет ряд преимуществ перед аналогом, обусловленных отсутствием в базовом материале слоя алюминиевой фольги. Упаковка становится прозрачной, пригодной для использования в микроволновой печи, снижается вероятность повреждения барьерного слоя из-за заломов, несколько понижается стоимость упаковки.
Недостатками указанного решения являются:
- невысокие газобарьерные качества упаковки, обусловленные газопроницаемостью полиэтилентерефталата и полиамида;
- высокая стоимость материала, обусловленная использованием дорогостоящей двуосноориентированной полиамидной пленки и двумя циклами ламинации.
Техническим результатом, достигаемым в полезной модели, является сочетание прочности, эластичности и жесткости, которые необходимы в реторт-упаковке для продуктов длительного хранения, фасуемых на машинах, работающих с использованием готовых реторт-пакетов. Упаковка, обладающая указанным комплексом свойств, экономически доступна, не содержит алюминиевой фольги, а следовательно, пригодна для использования в микроволновых печах. Газобарьерные и светозащитные свойства упаковки могут регулироваться в зависимости от типа упаковываемого и стерилизуемого продукта и требований к длительности и условиям его хранения.
Указанный технический результат достигается тем, что в полимерной реторт-упаковке для автоклавной стерилизации продуктов длительного хранения, выполненной в виде пакета из многослойной ламинированной полимерной пленки, содержащей последовательно расположенные от внутреннего к наружному слой неориентированного полипропилена и слой полиэтилентерефталата, между указанными слоями расположен слой устойчивого к автоклавной стерилизации адгезива на основе полиуретана. При этом слой полипропилена выполнен толщиной 30-150 мкм, слой полиэтилентерефталата выполнен двуосноориентированным, толщиной 35-50 мкм, а слой адгезива на основе полиуретана выполнен толщиной 4-7 мкм, при общей толщине пленки 69-207 мкм.
Структура многослойной ламинированной полимерной пленки для реторт-упаковки по полезной модели представлена на Фиг. 1, где
1 - слой неориентированного полипропилена;
2 - слой устойчивого к автоклавной стерилизации адгезива на основе полиуретана;
3 - слой двуосноориентированного полиэтилентерефталата.
Экономическая доступность упаковки обусловлена использованием относительно недорогих пленочных материалов, входящих в ее состав, и одностадийностью процесса ее изготовления. Прочность и эластичность реторт упаковки обусловлена слоем из неориентированного полипропилена толщиной 30-150 мкм. Жесткость упаковки обеспечивается использованием двуоснооориентированной полиэтилентерефталатной пленки толщиной 35-50 мкм. Использование этого материала обеспечивает также прозрачность готовой упаковки. Отсутствие в составе упаковки слоя алюминиевой фольги обуславливает ее пригодность к использованию в микроволновых печах. Упаковка по полезной модели допускает возможность регулировки газобарьерных и светозащитных свойств в зависимости от типа упаковываемого и стерилизуемого продукта и требований к длительности и условиям его хранения. Указанная регулировка осуществляется нанесением специальных покрытий на слой двуосноориентированного полиэтилентерефталата или введением в слой полипропилена специальных добавок.
Выбор толщин слоев и общей толщины многослойной ламинированной полимерной пленки для изготовления реторт-пакетов обусловлен следующим.
Экспериментально доказано, что термосвариваемый слой полипропилена толщиной менее 30 мкм не обеспечивает достаточной прочности сварных швов для сохранения целостности упаковки в ходе прохождения процесса автоклавной стерилизации, охлаждения, транспортировки и хранения. Кроме того, для обеспечения достаточной прочности сварных швов и эластичности многослойной пленки, термосвариваемый слой должен быть из неориентированного полипропилена. Он может быть выполнен из неориентированной полипропиленовой пленки, изготавливаемой, например, на линии раздувной экструзии с водяным охлаждением или на линии плоскощелевого типа. Пленки, изготовленные по любой из указанных технологий, обладают достаточной термопластичностью, хорошей свариваемостью и обеспечивают необходимую прочность сварных швов.
Ламинирование таких пленок толщиной менее 30 мкм технически трудноосуществимо. Использование полипропиленовой пленки толщиной более 150 мкм экономически нецелесообразно, а кроме того изготовление реторт-упаковки, в особенности типа «дой-пак», из многослойного материала с толщиной сварного полипропиленового слоя более 150 мкм технически затруднительно.
Экспериментально доказано, что двуосно-ориентированная полиэтилентерефталатная пленка толщиной менее 35 мкм не обеспечивает достаточной для успешной работы фасовочного оборудования жесткости реторт-упаковки, а кроме того, при использовании более тонкой пленки резко падают газобарьерные и прочностные (в особенности, на прокол и излом) характеристики многослойной полимерной пленки. Использование пленки толщиной более 50 мкм делает упаковку излишне жесткой, а также технически затрудняет изготовление пакета.
Экспериментально доказано, что при толщине термостойкого адгезивного слоя на основе полиуретана менее 4 мкм невозможно достичь достаточной для успешного прохождения цикла автоклавной стерилизации адгезии, вследствие чего в ходе прохождения цикла возможно расслоение упаковки по адгезионному слою. Применение слоя толщиной более 7 мкм технологически и экономически нецелесообразно.
При необходимости в слой полипропилена могут быть введены добавки для повышения его потребительских качеств, а именно:
- для улучшения свариваемости и повышения пластичности пленки - сополимер пропилена с этиленом в количестве 5.0-50.0 мас. %, например, известных марок 22015 либо 22030. Экспериментально доказано, что введение в состав полипропиленового слоя сополимера пропилена с этиленом в количестве менее 5.0 мас. % не оказывает воздействия на способность слоя к свариванию и его пластические качества. При введении в полипропиленовый слой более 50% сополимера пропилена с этиленом резко падает стойкость упаковки к условиям автоклавной стерилизации.
- для снижения коэффициента динамического трения - добавка в количестве 0.1-3.0 мас. %, например, известная добавка на основе эрукамида или олеамида AKKAT PP/F 104321» производства компании «Aksoy Plastik». Экспериментально доказано, что введение в полипропиленовый слой добавки для снижения коэффициента динамического трения в количестве менее 0.1 мас. % не снижает коэффициента динамического трения, а введение ее в количестве более 3.0 мас. % оказывает отрицательное воздействие на прочность сварных швов готовой упаковки.
- для предотвращения слипания по поверхностям пленок при их контакте - добавка на основе кремниевой кислоты в количестве 0.1-3.0 мас. %, например, известная добавка на основе кремниевой кислоты и эрукамида марки «Akkat PP/F 101121» компании «Aksoy Plastik». Экспериментально доказано, что введение в полипропиленовый слой добавки для предотвращения слипания при их контакте в количестве менее 0.1 мас. % не предотвращает слипания по поверхности, а введение добавки в количестве более 3.0 мас. % экономически нецелесообразно и оказывает отрицательное воздействие на прочность сварных швов готовой упаковки.
- для поглощения пленкой ультрафиолетового излучения и тем самым защиты от воздействия света - добавка в количестве 0.1-6.0 мас. %, например, известная добавка на базе пространственно-затрудненных аминов марки «Akkat PP/F 101121» компании «Aksoy Plastik». Экпериментально доказано, что введение в полипропиленовый слой добавки для поглощения ультрафиолетового излучения в количестве менее 0.1 мас. % не влияет на поглощение упаковкой ультрафиолетового излучения, а в количестве более 6.0 мас. % экономически неоправданно, так как уровень поглощения ультрафиолета не возрастает.
- для предотвращения налипания механических загрязнений, в том числе пыли, - суперконцентрат антистатической добавки в количестве 0.5-3.0 мас. %, например, известную добавку марки «VLA66» или «ASPA 2446» на основе эпоксидных аминов производства компании «SISAN». Экспериментально доказано что введение в полипропиленовый слой антистатической добавки в количестве менее 0.5 мас. % не предотвращает налипание механических загрязнений, а введение добавки в количестве более 3.0 мас. % отрицательно сказывается на прочности сварных швов готовой упаковки и ее внешнего вида.
- для придания пленке определенного цвета - суперконцентраты красителей на основе полиэтилена или полипропилена в количестве 0.5-8.0 мас. %, например, производства компаний «Schulmann», «Aksoy Plastik». Введение в полипропиленовый слой суперконцентрата красителя в количестве менее 0.5 мас. % не обеспечивает достаточной окраски слоя, а введение его в количестве более 8.0 мас. % экономически нецелесообразно.
3
2
Для повышения газобарьерных свойств пленки по кислороду до величины 1,0 см/(м⋅24 ч⋅1 атм), на полиэтилентерефталатную пленку толщиной 35-50 мкм со стороны слоя адгезива нанесен слой оксида алюминия, или оксида кремния толщиной 50-100 нм. Такие пленки также являются коммерчески доступными. При толщине оксидного покрытия менее 50 нм не обеспечивается достаточная гомогенность оксидного слоя, в его структуре могут присутствовать сквозные поры и микротрещины, что отрицательно сказывается на газобарьерных свойствах пленки. Использование оксидного слоя толщиной более 100 нм технически и экономически нецелесообразно, т.к. газобарьерные свойства пленки при дальнейшем увеличении толщины оксидного слоя не улучшаются.
При изготовлении реторт-упаковки для продуктов, требующих защиты от воздействия света, на двуосноориентированную полиэтилентерефталатную пленку со стороны слоя адгезива нанесен нанослой алюминия или нержавеющей стали толщиной 20-200 нм на ионно-плазменном или магнетронном металлизаторе. Такие пленки также являются коммерчески доступными. Нанослой металла толщиной менее 20 нм не обеспечивает достаточной светопроницаемости пленки, а нанесние слоя толщиной более 200 нм технически и экономически нецелесообразно.
При необходимости одновременного увеличения газобарьерных качеств пленки и обеспечения защиты от воздействия света, возможно одновременное нанесение на двуосноориентированную полиэтилентерефталатную пленку со сторны слоя адгезива нанослоя оксида алюминия или оксида кремния толщиной 50-100 нм с дополнительным нанесением на указанный слой алюминия или нержавеющей стали толщиной 20-200 нм на ионноплазменном или магнетронном металлизаторе. Такие пленки являются коммерчески доступными. Нанослой металла толщиной менее 20 нм не обеспечивает достаточной светопроницаемости пленки, а нанесение слоя толщиной более 200 нм технически и экономически нецелесообразно.
Еще одним вариантом изготовления реторт-упаковки, обеспечивающим защиту упакованного продукта от воздействия света, является нанесение на пленку из двуосноориентированного полиэтилентерефталата со стороны слоя адгезива слоя термостойкой, выдерживающей условия автоклавной стерилизации, краски на полиуретановой основе толщиной 2-7 мкм. Слой краски толщиной менее 2 мкм не обеспечивает достаточной защиты от воздействия света, а нанесение слоя толщиной более 7 мкм традиционными методами ротационной печати технически затруднительно, экономически не оправдано, и может ухудшить адгезионное взаимодействие между пленками.
Реторт-упаковка для автоклавной стерилизации продуктов длительного хранения может изготавливаться как в виде плоских трехшовных пакетов, так и в виде стоячих пакетов «дой-пак» с донышком. Пакеты обоих видов могут производиться как традиционной прямоугольной формы, так и со скругленными углами, фигурной формы. В швах пакетов могут выполняться вырубки и насечки различной формы (например, для легкого вскрытия упаковки, подвешивания на стеллажи и т.п.).
Процесс создания полимерной реторт-упаковка для автоклавной стерилизации продуктов питания длительного хранения, выполненной в виде пакета по полезной модели включает следующие технологические стадии.
2
1. Стадия изготовления многослойной ламинированной полимерной пленки для производства реторт-упаковки. Для соединения двух исходных пленочных материалов (термосвариваемой пленки из неориентированного полипропилена с вышеописанными присадками, или без них, и двуосно-ориентированной полиэтилентерефталатной пленки с описанными выше покрытиями или без них) используют метод сухой сольвентной ламинации. В качестве адгезива используют двух компонентные клеевые полиуретановые композиции, предназначенные специально для автоклавной стерилизации, например «Novacot 250/350» производства компании "Coim". Адгезив наносится растровым валом с поверхностной плотностью нанесения по сухому остатку 4,0-7,0 г/м. В качестве растворителя применяют этилацетат марки «А». После ламинирования материал сушат в условиях, рекомендуемых производителем адгезива. После прохождения цикла сушки производят продольную резку готовой многослойной ламинированной полимерной пленки в размер, требующийся для изготовления конкретного реторт-пакета, на бобинорезательной машине.
2. Стадия изготовления реторт-пакета для автоклавной стерилизации продуктов питания длительного хранения. Реторт-пакеты нужной формы и размера производятся на традиционных пакетоделательных машинах с постоянным, либо импульсным термическим нагревом продольных и поперечных сварочных элементов. При изготовлении плоских трехшовных пакетов прямоугольной формы, изготовленная на первой стадии многослойная ламинированная полимерная пленка в виде полотна подается на термосварочные элементы с одинарного, либо с двойного размоточного устройства. Изготовление пакетов происходит в один или в несколько тактов, а также в один, или в несколько потоков, в зависимости от геометрических размеров пакета и пакетосварочной машины. Температура сварки швов - 135-160°С, время контакта - 0.3-1.5 с, в зависимости от толщины материала и индивидуальных особенностей оборудования. Далее происходит продольная резка пакетов лезвийным ножом (при их изготовлении в несколько потоков), поперечная рубка на гильотинном ножевом узле, и выкладка на стол с транспортером.
Пакеты типа дой-пак с вварным донышком изготавливаются по аналогичной схеме, с одинарного, либо с двойного размоточного узла, в один, или в два потока. Дополнительно присутствует стадия вваривания донной ленты, изготовленной из такого же многослойного ламинированного пленочного материала, что и сам пакет.
Пакеты типа дой-пак с донышком-складкой изготавливаются по аналогичной плоским трехшовным пакетам схеме с одинарного размоточного узла в один поток. Дополнительно присутствует стадия закладки донышка-складки.
Пакеты со скругленными углами производятся по аналогичной схеме. После изготовления сварных швов добавляется стадия скругления углов специальными вырубными штампами. Также может использоваться система двойного срабатывания узла гильотинной рубки.
Для производства пакетов с насечками и вырубками различной формы в сварных швах, также используются вырубные штампы соответствующей формы.
Для производства пакетов произвольной формы, вместо узла поперечной гильотинной рубки используется устройство фигурной вырубки («Томпсон-пресс»).
В пакеты любого из перечисленных типов на пакетосварочной машине может ввариваться застежка «зип-лок» для многократного повторного закрывания пакета после его первоначального вскрытия.
Таким образом, техническое решение по данной полезной модели позволяет создать прочную, эластичную и в то же время жесткую полимерную реторт-упаковку для автоклавной стерилизации продуктов длительного хранения, фасуемых на машинах, работающих с использованием готовых реторт-пакетов. Упаковка, обладающая указанным комплексом качеств экономически доступна, не содержит алюминиевой фольги, а следовательно, пригодна для использования в микроволновых печах. Газобарьерные и светозащитные свойства упаковки могут регулироваться в зависимости от типа упаковываемого и стерилизуемого продукта, и требований к длительности и условиям его хранения.