Содержание
Введение в проблему запаха упаковки
Неприятные запахи от упаковочных материалов представляют серьезную проблему для пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. Эти нежелательные ароматы могут мигрировать в продукт, влияя на его качество, вкус и восприятие потребителем. По данным международных исследований, остаточные растворители в концентрации от 1 до 100 частей на миллион легко обнаруживаются человеческим обонянием и могут вызвать отторжение продукта.
Проблема запаха особенно актуальна для гибких упаковочных материалов, где используются клеи, краски и покрытия на основе растворителей. Международные стандарты устанавливают максимальный уровень остаточных растворителей менее 5 мг/м², при этом бензольные соединения должны полностью отсутствовать.
Основные источники неприятных запахов
Остаточные растворители
Остаточные растворители из красок и клеев являются основным фактором возникновения запахов в ламинированных гибких упаковочных материалах. При печати флексографией и глубокой печатью с использованием красок на основе растворителей всегда остается небольшое количество растворителя в финальной упаковке.
| Тип растворителя | Источник | Характеристика запаха | Сложность удаления |
|---|---|---|---|
| Этилацетат | Краски, клеи | Сладковатый, фруктовый | Средняя |
| Толуол | Краски для глубокой печати | Резкий, химический | Высокая |
| Изопропанол | Краски, чистящие средства | Спиртовой | Низкая |
| Метилэтилкетон | Клеи, краски | Ацетоноподобный | Средняя |
| Ксилол | Краски | Ароматический, сильный | Высокая |
| Этанол | Водные системы | Характерный спиртовой | Низкая |
Миграция добавок из полимеров
Пластиковые пленки содержат различные добавки для улучшения эксплуатационных характеристик. Эти добавки могут мигрировать и создавать запахи:
- Пластификаторы — обеспечивают гибкость, но могут выделять запах при высоких температурах
- Антистатики — имеют сильный резкий запах и не должны использоваться в низко-запаховой упаковке
- Антиблокирующие агенты — карбонат кальция предпочтительнее диоксида кремния по запаховым характеристикам
- Антиоксиданты — фенольные соединения также имеют характерный запах
- Скользящие агенты — стеараты и воски в мастербатчах могут быть источником запаха
Термическое разложение материалов
При экструзионном ламинировании и термозапечатывании высокие температуры могут вызвать разложение полимеров и выделение летучих соединений. Добавки в материале могут разлагаться и испаряться, а различные компоненты красок и клеев — испаряться и разрушаться с образованием запахов.
Механизмы миграции летучих веществ
Контактная миграция
Происходит при прямом контакте упаковочного материала с продуктом. Химические вещества из упаковки растворяются и переходят в продукт. Этот механизм особенно актуален для жиросодержащих продуктов, так как многие добавки упаковки являются жирорастворимыми.
Газофазная миграция
Летучие химические вещества высвобождаются и распространяются в воздухе, потенциально контактируя с продуктом. Летучие соединения из минеральных масел и растворителей в печатных красках могут мигрировать из пористых упаковочных материалов в продукт через газовую фазу.
Механизм газофазной миграции:
1. Испарение летучих химических веществ из упаковочного материала при изменении температуры или других условий
2. Летучие вещества превращаются в газообразное состояние и распространяются в воздушном пространстве
3. При контакте с более холодными поверхностями (например, продукт) происходит конденсация
4. Сконденсированные вещества постепенно проникают в продукт
Проникающая миграция
Химические вещества или примеси из упаковки проникают через структуру материала в продукт. Этот процесс происходит при прямом контакте продукта с упаковкой, позволяя загрязняющим веществам, таким как остаточные химикаты, тяжелые металлы, пластификаторы или красители, растворяться в продукте.
Окисление полимеров и образование запахов
Окисление полимеров является значительным источником неприятных запахов в упаковке. Этот процесс может происходить на разных этапах жизненного цикла материала и приводит к образованию множества летучих соединений с характерными запахами.
Продукты окисления и их запахи
При окислении полиолефинов образуются альдегиды и кетоны с длиной цепи от 6 до 9 атомов углерода, которые являются основными источниками запаха. Исследования показывают, что ненасыщенные кетоны и альдегиды обладают наиболее сильными запаховыми характеристиками.
| Продукт окисления | Химический класс | Характер запаха | Порог обнаружения |
|---|---|---|---|
| Гексаналь | Альдегиды | Прогорклый, жирный | Очень низкий |
| Октаналь | Альдегиды | Цитрусовый, жирный | Низкий |
| Нонаналь | Альдегиды | Восковой, цветочный | Низкий |
| Транс-2-ноненаль | Ненасыщенные альдегиды | Жирный, картонный | Очень низкий |
| Окт-1-ен-3-он | Кетоны | Грибной, землистый | Низкий |
| Карбоновые кислоты | Кислоты | Кислый, прогорклый | Средний |
Факторы, влияющие на окисление
Коронная обработка и окисление:
Для улучшения адгезии красок и клеев пластиковые пленки подвергают коронной или пламенной обработке. Во время этого процесса окислительные реакции повышают поверхностное натяжение пленки. Если интенсивность обработки увеличивается, это не только повышает поверхностное натяжение, но и увеличивает степень деградации полимера, что приводит к образованию летучих низкомолекулярных соединений — альдегидов и кетонов. Эти летучие вещества и являются источниками неприятных запахов.
Окисление усиливается при повышенных температурах и присутствии катализаторов, таких как металлы и ионы металлов. В результате образуются многочисленные продукты окисления: пероксиды, спирты, кетоны, альдегиды, кислоты, перкислоты, сложные эфиры и гамма-лактоны.
Методы тестирования запахов упаковки
Инструментальные методы
Газовая хроматография с масс-спектрометрией
Базовый метод ГХ-МС позволяет идентифицировать и количественно определить летучие органические соединения в упаковке. Однако этот метод имеет ограничение: многие летучие химические вещества присутствуют в концентрациях ниже предела инструментального обнаружения, а информация о человеческом восприятии не предоставляется.
Газовая хроматография с ольфактометрией
ГХ-О объединяет аналитические возможности газовой хроматографии с человеческим обонянием. Обученный эксперт-одорант оценивает эффлюент ГХ и определяет интенсивность запаха и его характер. Эта сенсорная информация, вместе с временем удерживания запаха, записывается и согласуется с пиками хроматограммы полного ионного тока с помощью программного обеспечения.
Сенсорные методы
Стандарты тестирования
Международные стандарты регламентируют проведение сенсорных испытаний упаковочных материалов:
| Стандарт | Область применения | Требования к панели | Методология |
|---|---|---|---|
| ASTM E1870 | Полимерные пленки | Обученная панель | Оценка передачи запаха в воду |
| ASTM E2609 | Жесткая упаковка | Опытная панель с шкалой интенсивности | Передача запаха в симуляторы пищи |
| DIN 10955 | Пищевые контактные материалы | Минимум 6 экспертов | Тест различия от контроля |
| EN 13725 | Динамическая ольфактометрия | 6-8 членов панели | Использование н-бутанола |
| ISO 16000-28 | Строительные материалы | Минимум 15 необученных | Оценка качества воздуха |
Требования к оценщикам
Для обеспечения репрезентативности результатов оценщики должны иметь среднюю обонятельную чувствительность к эталонному одоранту. Например, для EN 13725 используется н-бутанол, и оценщики не должны реагировать слишком чувствительно или нечувствительно к этому веществу.
Влияние запахов на продукцию
Неприятные запахи от упаковки могут серьезно повлиять на качество и восприятие продукта потребителями. Последствия включают:
- Изменение вкуса и аромата пищевых продуктов — остаточные растворители могут мигрировать в пищу, влияя на ее вкусовые характеристики
- Отзывы продукции — серьезные проблемы с запахом могут привести к дорогостоящим отзывам партий продукции
- Жалобы потребителей — даже слабые посторонние запахи могут вызвать недовольство покупателей
- Ущерб репутации бренда — проблемы с качеством упаковки негативно влияют на имидж компании
- Снижение срока хранения — некоторые запаховые соединения указывают на процессы окисления, которые сокращают срок годности
Практический пример:
Крупная компания по производству снэков столкнулась с проблемой неприятного запаха от новой партии упаковочной пленки. Анализ ГХ-МС показал превышение уровня этилацетата — 8 мг/м² при норме менее 5 мг/м². Продукция с такой упаковкой получила многочисленные жалобы потребителей на химический привкус чипсов. Проблема потребовала дополнительной дегазации всей партии пленки в течение 72 часов, что привело к задержке выпуска продукции и финансовым потерям.
Особо чувствительные применения
Для премиальных продуктов, косметики и фармацевтики требования к отсутствию запахов особенно строгие. В этих сегментах даже минимальные посторонние ароматы могут быть недопустимы и влиять на восприятие качества бренда потребителем.
Решения для устранения запахов
Дегазация и выдержка материалов
Воздушная выдержка является эффективным методом удаления остаточных летучих соединений. Готовые изделия помещают в условия контролируемого воздушного потока в специальных камерах выдержки. Этот процесс позволяет летучим органическим соединениям, захваченным в материале, испариться до упаковки и отгрузки.
Параметры дегазации:
Время выдержки: от 24 до 72 часов в зависимости от типа материала и уровня загрязнения
Температура: комнатная температура или слегка повышенная до 35-40°C для ускорения процесса
Вентиляция: хорошая циркуляция воздуха для эффективного удаления испарившихся веществ
Эффективность: снижает концентрацию летучих веществ на 70-90%
Использование активированного угля
Активированный уголь эффективно поглощает органические соединения благодаря своей высокопористой структуре. В упаковке он применяется несколькими способами:
- Включение в состав кислородопоглотителей — активированный уголь добавляется в саше-поглотители для двойной функции: удаления кислорода и поглощения запахов
- Слои контроля запахов — специальные слои с активированным углем размещаются между основным материалом и барьерным слоем
- Фильтрация воздуха — угольные фильтры устанавливаются в производственных помещениях для удаления летучих соединений из воздуха
- Регенерируемые системы — некоторые конструкции позволяют регенерировать уголь путем термообработки для повторного использования
Кислородные поглотители
Современные кислородопоглощающие системы не только продлевают срок хранения, но и помогают контролировать запахи путем предотвращения окислительных процессов.
| Тип поглотителя | Состав | Преимущества | Применение |
|---|---|---|---|
| Железосодержащие | Порошок железа, NaCl, активированный уголь | Высокая эффективность, низкая стоимость | Большинство пищевых продуктов |
| Безжелезные | Аскорбиновая кислота, сульфит натрия | Безопасность при металлодетекции, без запаха | Продукты с металлоконтролем |
| Полимерные | Окисляемые полимеры в пленке | Встроены в упаковку, безопасность | Премиальная упаковка |
| Ферментные | Глюкозооксидаза, каталаза | Специфичность, безопасность | Органические продукты |
Переход на альтернативные технологии
Бесрастворительное ламинирование
Переход с растворительного на бесрастворительное ламинирование существенно снижает проблему запахов. Бесрастворительные клеи представляют собой 100% твердые композиции, которые наносятся непосредственно на подложку без необходимости в растворителе. Это устраняет основной источник остаточных запахов.
Сравнение технологий:
Растворительное ламинирование: Остаточные растворители 3-8 мг/м², требует обширной сушки, риск миграции запаха высокий, необходим контроль выбросов летучих органических соединений.
Бесрастворительное ламинирование: Остаточные вещества менее 1 мг/м², минимальная сушка, риск миграции низкий, экологически безопасно, меньшее энергопотребление.
Водные системы
Краски и клеи на водной основе заменяют органические растворители водой как основным носителем. Хотя водные системы также могут содержать некоторые летучие компоненты, их запаховые характеристики значительно лучше, чем у растворительных систем.
Использование антиоксидантов и поглотителей альдегидов
Для борьбы с окислением и его продуктами применяются специальные добавки. Антиоксиданты, такие как бутилгидроксианизол, бутилгидрокситолуол и витамин Е, добавляются в полимеры для снижения уровня альдегидов и других продуктов окисления. Поглотители альдегидов целенаправленно связывают эти соединения в газовой фазе упаковки, уменьшая запах.
Профилактические меры
Контроль производственного процесса
Эффективная профилактика запахов начинается с контроля параметров печати и ламинирования:
- Скорость печати — умеренное снижение скорости линии улучшает испарение растворителей
- Температура сушки — оптимальная температура обеспечивает удаление растворителей без деградации материала
- Эффективность сушильных систем — регулярное обслуживание и проверка воздуховодов предотвращает накопление остаточных растворителей
- Время выдержки — достаточное время между печатью и ламинированием для испарения растворителей
- Параметры клея — правильное соотношение компонентов двухкомпонентных клеев критично для минимизации запаха
Выбор качественного сырья
Профилактика начинается с правильного выбора материалов. Низкозапаховые пленки изготавливаются из высокочистых смол с минимальным содержанием низкомолекулярных веществ. Смолы, полученные методом в растворе, обычно имеют лучший запаховый профиль по сравнению с газофазным методом, поскольку многие низкомолекулярные вещества удаляются в процессе синтеза.
Контроль качества поставщиков
Проблемы с запахом часто возникают при смене поставщиков или когда поставщики изменяют состав материалов без уведомления. Рекомендуется:
- Устанавливать четкие спецификации по остаточным растворителям и запаховым характеристикам
- Проводить входной контроль каждой партии материалов
- Требовать от поставщиков сертификаты соответствия стандартам
- Запрашивать результаты ГХ-анализа на остаточные растворители
- Проводить органолептическую оценку образцов перед запуском в производство
Оптимизация условий хранения
Правильное хранение материалов предотвращает развитие нежелательных запахов:
Рекомендуемые условия хранения:
Температура: 15-25°C, избегать перепадов температуры
Влажность: 40-60% относительной влажности
Вентиляция: хорошая циркуляция воздуха, избегать замкнутых пространств
Защита от света: исключить прямое солнечное и УФ-излучение
Изоляция: хранить вдали от источников сильных запахов
Срок хранения: использовать принцип FIFO, контролировать сроки годности
