Производство многослойных упаковочных материалов в условиях реального производства ОАО «Снежинка»

В современной жизни упаковка прочно вошла в наш быт и сопровождает человека на всех стадиях его деятельности. Она во многом изменила наш жизненный уклад, позволила по-новому взглянуть на многие проблемы, например, питания. По состоянию развития упаковочной индустрии стали судить об экономическом и техническом уровне той или иной страны,.

Еще 5 лет назад российский продовольственный рынок не превышал $ 100 миллиардов, то есть средний покупатель на продукты питания тратил не более $ 50−60 в месяц. Для сравнения: средний житель Германии тратит на продукты около $ 200 в месяц, средний житель Великобритании — $ 300, а средний американец — около $ 450.

За 5 лет траты среднего жителя России на продукты питания выросли в 2−2,5 раза, достигнув $ 100−140 на человека в месяц. В результате в 2005 году российский продовольственный рынок вышел на одно из первых мест в Европе, достигнув $ 240−250 миллиардов за год (рис. 1).

Рис. 1.1. Динамика развития российского продовольственного рынка в 1991-2006 годах

Если постараться коротко сформулировать происходящие изменения, то их можно свести к следующим трем моментам.

Во-первых, в последние 5 лет российский продовольственный рынок ежегодно растет примерно на 20%, то есть выходит на первое место в Европе и на четвертое-пятое место в мире. Это означает, что настоящая борьба за лидерство начинается именно сейчас, однако при росте рынка в разы перед компаниями, с одной стороны, постоянно открываются новые ниши и возможности, а с другой — новые риски и угрозы.

Во-вторых, рентабельным и оправданным сегодня становится использование на российском рынке дорогих современных технологий.

В-третьих, растет число богатых потребителей, готовых платить более высокую цену за качественные продукты. По опросам россиян, есть два основных момента, за которые они готовы платить: полезность для здоровья и удобство приготовления / потребления продукта. При этом речь идет не только о самих продуктах, но и о более дорогой и качественной упаковке. Требования покупателей к упаковке сегодня резко изменились, растет число россиян, готовых платить за упаковку, сохраняющую первоначальные свойства продукта. Кроме того, растет число людей, готовых платить за удобную расфасовку продукта и упаковку, которую можно использовать при приготовлении продукта.

С ростом российского продовольственного рынка на него пришли все мировые лидеры. При этом они рассматривают российский рынок как один из базовых для своего развития. Часто это означает создание специальной методики продвижения компании и ее продукции, включая разработку особенной упаковки.

В настоящее время на полках российских магазинов появляется все больше товаров, упаковку для которых создавали лучшие мировые специалисты. Продвигаться эти товары будут с помощью маркетинговых механизмов — комплексов маркетинговых коммуникаций, созданных на самых высококонкурентных рынках мира. В этих комплексах упаковка выступает одним из каналов развития позиционирования товара. И очень четко согласована с другими каналами продвижения.

Компании, работающие сегодня на рынке питания, стоят перед сложным вопросом: соответствует ли упаковка их товаров изменившимся требованиям потребителей и растущему уровню конкуренции,.

Упаковочный бум в нашей стране повлёк за собой проблему производства и продажи некачественной, контрафактной и даже испорченной продукции. Часто упаковка не выполняет свои основные функции (защитная, хранения, транспортная, дозирующая, маркетинговая, нормативно-законодательная, экологическая, эксплуатационная, информационная), и товар не доходит в должном качестве или полном объеме до потребителя. Причины тому можно указывать разные, но среди них немаловажную роль играет несоблюдение технологии упаковывания и неправильный выбор самой упаковки, [И2].

Упаковочный бум в нашей стране повлёк за собой проблему производства и продажи некачественной, контрафактной и даже испорченной продукции. Часто упаковка не выполняет свои основные функции (защитная, хранения, транспортная, дозирующая, маркетинговая, нормативно-законодательная, экологическая, эксплуатационная, информационная), и товар не доходит в должном качестве или полном объеме до потребителя. Причины тому можно указывать разные, но среди них немаловажную роль играет несоблюдение технологии упаковывания и неправильный выбор самой упаковки, [И2].

Очень большое значение в производстве упаковки имеет выбор материала, а если это комбинированный материал, то состав и чередование составляющих его слоев. Именно от этого будет зависеть качество продукта, упаковываемого в данную упаковку. Поэтому очень важно также проводить входной контроль исходных материалов, входящих в состав комбинированного.

Также, большое значение имеет сама технология упаковывания продукта в упаковку. Несоблюдение технологии упаковывания зачастую приводит к порче продукта, потому как упаковка не обеспечивает надлежащую сохранность продукта. Необходимо отслеживать некачественную упаковку, чтобы избежать порчи продукта.

1. Обзор рынка упаковочной отрасли

1.1 Потребление тары и упаковки российскими предприятиями

На сегодняшний день общий объем тары и упаковки, потребляемой российскими предприятиями, составляет 42 575 тысяч тонн в год. Стоит отметить, что большая часть тары и упаковки относится к производственной таре, имеющей несопоставимо большую массу. Общий объем потребления производственной тары составляет 32 828,2 тысяч тонн, потребительской упаковки — 221 729 тонн.

Затраты отечественных производителей на упаковку своих товаров на август 2003 года составили 17,9 миллиардов долларов США. Для сравнения, согласно данным Всемирной организации упаковщиков (World Packaging Organization — WPO), величина мирового товарооборота упаковочной промышленности составила в 2002 году 785 миллиардов долларов США. Доля российского упаковочного рынка составляет 2%.

Удельный вес импорта упаковочной продукции в Российской Федерации составляет 4%.

По мнению аналитиков Abercade Consulting, на внутреннем потребительском рынке РФ продолжаются процессы импортозамещения. Это стимулирует развитие отечественного упаковочного машиностроения. Несмотря на то, что неудовлетворенный спрос на упаковку постепенно сокращается за счет местных производств, он все еще остается достаточно большим. К примеру, потребность в упаковочной продукции удовлетворяется за счет внутреннего производства на 28% в пищевой промышленности и на 26% в косметической. Присутствие иностранных производителей весьма ощутимо. Они занимают до 17% объема внутреннего рынка по отдельным категориям пленочных изделий.

Почти четверть (24%) потребляющих компаний имеют собственное упаковочное производство. Из этих компаний каждая пятая выпускает два вида упаковочных изделий, почти каждая десятая — три вида.

Помимо 9000 тысяч тонн упаковочных изделий, используемых отечественными производителями, значительный объем потребительской упаковки поступает из-за рубежа непосредственно с товаром. Согласно данным Государственного комитета по статистике РФ, удельный вес импорта в пищевой отрасли (основном потребителе упаковки) — в 2002 году составил 28,6%, или 2520 тысяч тонн. Таким образом, общий уровень потребления упаковочных изделий конечным потребителем равен 11 520 тысячам тонн. Учитывая, что по данным Государственного комитета по статистике РФ численность населения РФ на 1 декабря 2002 года составила 144,0 миллионов человек, получаем значение среднедушевого уровня потребления упаковки, равное 80 кг (64,28 кг — потребление упаковки с отечественными продуктами и товарами, 15,72 кг — потребление упаковки с импортными продуктами и товарами). Для сравнения: согласно данным WPO годовое потребление упаковки на душу населения в США составляет в среднем 230 кг.

Структура потребления производственных упаковочных изделий

Наиболее распространенные материалы для изготовления производственной тары и упаковки — бумага / картон, полимеры, металлы, стекло, дерево. Чаще всего потребители тары используют бумагу и картон — 73,9% от общего объема потребления, стеклянную упаковку — 19,4%, упаковку из полимеров — 5,9%, металлическую упаковку — 0,6%, деревянную упаковку — 0,1%.

Таблица 1.1. Распределение общего объема потребления производственной тары по материалам

Тенденции и прогнозы развития российского рынка упаковки

Основной проблемой рынка упаковочной бумаги является негативная тенденция перехода потребляющих отраслей на другие упаковочные материалы — полимерную пленку, фольгу и пр. Эта тенденция ведет к снижению спроса на оберточную бумагу. Оптимистичные прогнозы ограничиваются ежегодным приростом емкости рынка в 2−3%, консервативные склоняются к тому, что роста рынка не ожидается и важно удержать те объемы производства, которые уже достигнуты. Конкуренция в данном сегменте рынка довольно высока, поэтому производители активно ищут выход из сложившейся ситуации, повышая качество производимой продукции и оперативно отслеживая конъюнктуру рынка.

Рынок мешочной бумаги считается одним из наиболее перспективных в сегменте упаковочных бумаг. Здесь прослеживается обратная тенденция — вытеснение полимерных материалов. Основные отрасли потребления мешочной бумаги — пищевая промышленность и промышленность строительных материалов. По результатам проведенных исследований, эксперты Abercade Consulting прогнозируют ежегодный рост рынка мешочной бумаги со среднегодовым темпом 8−10%.

Распределение потребляющих предприятий в сторону использования технологически более сложных пленок (полипропилен и многослойные пленки), на которые приходится 45% от общего числа потребляющих предприятий, свидетельствует о наличии определенной тенденции применения полимерных материалов с высокими потребительскими свойствами, которые не всегда обеспечивают остальные виды пленок. В ближайшие несколько лет прогнозируется увеличение доли «сложных» пленок в общем объеме потребления.

С развитием новых технологий упаковка из чистого металла, отличительными свойствами которой являются высокая механическая прочность, устойчивость к воздействию внутреннего давления, ударостойкость и хорошая сохраняемость товаров, в течение десятилетий сдавала свои позиции, и сегодня ее доля на мировом рынке тары опустилась до уровня 10% и подает признаки стабилизации. Чаще всего металл заменяется полимерами и комбинированными многослойными материалами, [И6].

1.2 Обзор рынка многослойных полимерных материалов

Упаковка, производимая на основе полимерных материалов, является вторым по величине сегментом российского упаковочного рынка; на ее долю приходится 35−40% общего потребления упаковки в целом и 60% в пищевой промышленности. Емкость рынка полимерной упаковки по разным оценкам составляет $ 1,2−1,3 миллиардов в год.

Полимерная упаковка имеет целый ряд преимуществ перед другими видами упаковочных материалов:

1) более низкая стоимость;

2) возможность варьирования характеристик упаковки (прочность, прозрачность, гибкость) в зависимости от специфики продукта;

3) компактность полимерной упаковки и отходов.

Кроме того, большинство полимерных материалов, применяемых в производстве упаковки (полиолефины, полипропилен, полиэтилентерефталат (PET), полистирол), являются безопасными для человека и при утилизации не наносят ущерба окружающей среде.

Сырье для полимерной упаковки

Основными видами сырья для производства полимерной упаковки являются: полиэтилен, полихлорвинил, полипропилен, полистирол и полиэтилентерефталат (PET).

В 2001 году выпуск данных видов сырья увеличился на 4,2% (в 2000 году прирост составил 26,8%). Отечественные предприятия произвели 1,83 миллионов тонн базовых полимеров

Дальнейший рост производства полимерного сырья сдерживается действием целого ряда факторов:

1) изношенность основных фондов крупных предприятий химической промышленности;

2) значительная конкуренция со стороны импорта, возрастающая по мере реального укрепления обменного курса рубля;

3) понижения цен на полимерное сырье на мировом рынке.

Полиэтилен является наиболее широко применяемым материалом в производстве пленок и изделий из полимеров. На него приходится 42% выпуска полимерного сырья в России. В 2001 году производство полиэтилена выросло на 2,9% к предыдущему году и составило 950 тысяч тонн. Уровень загрузки производственных мощностей, занятых в производстве полиэтилена в 2001 году, достиг 87,9% (85,3% в 2000 году).

Россия экспортирует значительные объемы полимерного сырья. Основными покупателями выступают Китай и Турция.

В то же время существенная доля полимеров импортируется, несмотря на недозагрузку мощностей отечественных производителей.

Большая часть импорта приходится на сырьевой полиэтилентерефталат (PET), поставки которого в Россию в 2001 году составили 239 тысяч тонн (45% общего импорта полимеров). Импорт других видов полимерного сырья увеличивается быстрыми темпами: большинство импортируемых материалов, в том числе применяемых в упаковке, не производятся в России.

Производство полимерных упаковочных пленок

Полимерная пленка применяется в качестве гибких упаковочных материалов. В 1990;1997 годах выпуск полимерных пленок в России снизился с 275 до 97 тысяч тонн в год, что стало следствием спада в отраслях-потребителях полимерной пленки, а также значительно возросшей доли импорта.

Начиная с 1998 года, в данном сегменте российской промышленности наблюдается уверенный рост; в среднем производство полимерных пленок увеличивалось на 13% в год. По предварительным результатам, российский выпуск полимерных пленок в 2001 году составил 175 тысяч тонн. Эксперты рынка прогнозируют дальнейшее увеличение производства пленок, но меньшими темпами (+4−5% в течение ближайших 2−3 лет).

Таблица 1.2. Производство полимерных пленок из различных полимеров в России

Таблица 1.3. Структура Российского рынка упаковочных полимерных пленок

Крупнейшими регионами-производителями полимерных пленок являются: Нижегородская область — 12,79%, Республика Башкортостан — 12,79%, Самарская область ;

12,34%, Московская область — 11,1%, Ярославская область — 5,37%.

В 2001 году структура российского производства полимерных пленок по типу применяемого материала выглядела следующим образом:

1) 55% - полиолефиновые пленки (включая полиэтиленовые);

2) 27% о — полихлорвиниловые пленки;

3) 2% - РЕТ-пленки;

4) 16% - другие.

В России более половины произведенных полимерных пленок используется в качестве упаковки, более четверти — в упаковке пищевых продуктов.

В 2001 году объем российского рынка полимерных упаковочных пленок составил 158 тысяч тонн; рост рынка — 8,2% к предыдущему году. В то же время отечественные производители занимали лишь 48,4% российского рынка. Импорт упаковочных пленок в 2001 году вырос на 15,4%, тогда как отечественное производство на 1,5%.

Увеличение импорта может быть объяснено тем фактом, что большинство отечественных производителей пленок не ориентированы на упаковочный рынок. Многие упаковочные материалы, популярные среди производителей готовой упаковки, не производятся в России в достаточных количествах.

Основной тенденцией на российском рынке упаковочных пленок в настоящий момент является повышение доли комбинированных и многослойных материалов и снижение доли простых однослойных полиэтиленовых пленок, которые традиционно были широко распространены в России.

Производство тары из полимеров

Полимерные материалы применяются в производстве различных видов упаковочных изделий и тары, таких, как контейнеры, мешки, ящики, бочки и др.

Таблица 1.4. Производство отдельных видов полимерной тары

Также как и в сегменте полимерных пленок, производство тары из полимеров существенно снизилось в 1990;1998 годах, а с 1999 года показывало уверенные темпы роста. Однако уже в 2001 году прирост в данном сегменте замедлился, а в производстве пластиковых ящиков и бочек был отмечен спад. Данная тенденция может быть связана с тем, что спрос предприятий переключился на более современные виды упаковки, такие, как гофрокартон и гибкая упаковка.

Производство пластиковой тары характеризуется низкой концентрацией; более 3 тыс. предприятий из разных отраслей выпускают данный вид продукции. Многие компании из различных секторов производят пластиковую тару для собственных нужд.

Основными производителями упаковочных изделий из полимеров являются ОАО «Ярославский завод нефтяной тары» (9,06% отечественного производства), ЗАО «Урал-пластик» (8,15%), ОАО «Полимерконтейнер» (6,43%).

Инвестиции в данный сегмент упаковочной отрасли могут столкнуться с целым рядом проблем в связи со снижением спроса на некоторые виды пластиковой тары и высоким уровнем конкуренции. В то же время есть целый ряд перспективных направлений в секторе тары из полимеров (например, пластиковая посуда для общественного питания, упаковка для йогуртов и молочных продуктов).

Гибкая полимерная упаковка с печатью

Многослойные материалы изготовляются на основе различных комбинаций полимеров, бумаги, пергамента и фольги; они популярны в целом ряде потребительских отраслей, таких, как производство продуктов питания, косметики, лекарств и т. д. Основной характеристикой данного вида упаковочных материалов является качество печати (обычно применяется флексографский способ печати). Производство упаковки с печатью является наиболее перспективным сегментом упаковочного рынка. По оценкам экспертов, объем потребления данного вида упаковки российскими компаниями составил $ 366 миллионов в 2001 году. Еще $ 220 миллионов пришлось на закупки различных видов этикетки. Российские компании занимают 50−60% рынка упаковки с печатью.

В данном сегменте работает много новых компаний, оснащенных высококачественным полиграфическим оборудованием ведущих западных производителей. Основными потребителями упаковки с печатью являются ведущие западные и российские компании, работающие на российском потребительском рынке.

С дальнейшим повышением доходов населения и потребительского спроса будет усиливаться значение качественной упаковки, что даст существенные возможности развития для лидеров упаковочного рынка.

В настоящий момент полимерные и комбинированные гибкие материалы занимают около 50−55% рынка упаковки с печатью (40−45% приходится на упаковку из бумаги и картона, 5% на упаковку из фольги). Емкость сегмента полимерной гибкой упаковки с печатью оценивается в $ 170−180 миллионов или в 70−75 тысяч тонн упаковки. Импорт занимает 20% данного рынка. Большинство производителей применяют флексографский метод печати.

Основными потребительскими товарами, для упаковки которых используются гибкие полимерные и комбинированные материалы с нанесением флексопечати, являются:

1) молоко и молочные продукты — 19%;

2) корма для животных — 19%;

3) бытовая химия — 15%;

4) кондитерские изделия — 13%;

5) мороженое — 12%;

6) другие продукты питания — 15%;

7) прочие — 7%.

Большинство перечисленных сегментов демонстрировали высокие темпы роста в течение последних 3 лет.

Наиболее популярными видами полимерного материала для гибкой упаковки с печатью являются двухслойный полипропилен (30% общего выпуска), PET (16%), полипропилен+ полиэтилен (15%), РЕТ+полиэтилен+фольга (8%), двухслойный полипропилен+фольга (8%).

Большинство компаний из данного сегмента применяют импортное широкорулонное флексографское оборудование для печати на упаковке. Средняя цена на подержанную флексографскую печатную машину варьируется от $ 200 до $ 300 тысяч.

В целом сегмент полимерной упаковки за последние два-три года увеличивался быстрыми темпами; по различным оценкам, прирост составляет 5−7% ежегодно.

В то же время в данном секторе существует ряд проблем, связанных с изношенностью производственного оборудования крупных российских производителей полимеров. Некоторые виды упаковочных материалов, особенно современные материалы высокого качества, не производятся в достаточных количествах в России и импортируются.

Но существует значительный потенциал развития отечественного производства полимерной упаковки в силу действия следующих факторов:

1) рост пищевой промышленности и других потребительских отраслей, которые являются основными потребителями полимерной упаковки. Данные сектора предъявляют спрос на высококачественную упаковку с печатью;

2) значительная доля импорта полимерной упаковки, которая может быть снижена за счет отечественного производства;

3) быстрая оборачиваемость инвестиций в упаковочное производство;

4) производство полимерной упаковки можно разделить на два крупных сегмента:

— производство полимерных пленок;

— производство полимерной тары (мешки, ящики, контейнеры и т. д.), [И2].

1.3 Актуальность проблемы. Цели и задачи

Актуальность проблемы

В нашей стране наблюдается настоящий упаковочный бум. Рост этого рынка по разным оценкам составляет от 18 до 27% в год. За последние пять лет в стране появилось более 7 тысяч упаковочных предприятий, было установлено более 15 тысяч единиц упаковочного оборудования и машин для производства упаковки.

Наиболее перспективным и быстро развивающимся направлением упаковочной индустрии, по оценкам экспертов, является производство гибких комбинированных материалов на основе многослойных пленок. Не стоит забывать, что потребитель многослойной пленки — это не только молокозавод, кондитерская фабрика или мясоперерабатывающий комбинат, упаковывающий свою продукцию. Это, прежде всего покупатель, постоянный клиент магазина, супермаркета или рыночной палатки, так называемый «конечный пользователь». К сожалению, рост и развитие рынка продуктов питания породил крайне негативное, повсеместно набирающее силу, явление. Волна производства и продажи контрафактной, некачественной или даже испорченной продукции, наполнившей наши прилавки, захлестнула все отрасли пищевой промышленности.

Кто-то видит причину в недостаточном государственном контроле, плохой работе служб по защите прав потребителей и органов санэпидемнадзора, кто-то считает, что покупатель сам должен быть более разборчив в выборе того или иного продукта, кто-то пеняет на кризис сельскохозяйственной отрасли. Но существует еще одна важнейшая причина, влияющая на срок жизни, качество и свежесть продукта — четкое и правильное соблюдение технологии упаковывания и правильный выбор самой упаковки.

Рассмотрим две группы потребителей упаковки — производители продуктов питания, упаковывающие свой продукт, и его потребители — оптовые и розничные.

Производитель продуктов как потребитель упаковки

Для производителя продуктов питания важен не только внешний вид упаковки, ее привлекательность, запоминаемость и дизайн, но и потребительские свойства самого товара, его срок годности, сохранение его товарного вида, формы, цвета и полезных свойств. Государственное регулирование технологии производства упаковочных материалов в нашей стране берет свое начало с 1960;х годов, когда полимеры составляли всего 3% общего объема производства упаковочных материалов. Технические условия (ТУ) производства пленки разрабатывались и утверждались ленинградским научно-производственным объединением «Пластполимер» и распространялись в основном на полимеры, мало используемые в «пищевке» сегодня. К ним относится полиамид, полиэтилентерефталат и целлофан. Полиэтилен, как таковой, мало применялся в советской пищевой промышленности и занял свое достойное место лишь в начале 1990;х годов.

С 1996 года в страну хлынул поток дешевого тайваньского и турецкого экструзионного оборудования для выпуска пленок, зачастую не обеспечивающего хорошее качество получаемой продукции. Деятельность «Пластполимера» была практически приостановлена в 2001 году, на смену государственному регулированию качества гибкой упаковки пришла диктатура потребителя. Основные параметры пленки, критически сказывающиеся на качестве упаковки — разнотолщинность, физико-механические свойства, оптические свойства, экологическая безопасность. ГОСТ 1970;х годов, регулирующий все эти показатели, сегодня стал неактуальным. Процесс модернизации производств на российских предприятиях, в том числе появление новых упаковочно-фасовочных автоматов привел к тому, что требования к разнотолщинности пленки со стороны потребителей (не более +/ - 5%) стали гораздо жестче, чем раньше. Связано это и с качеством сварного шва (многие пакеты, изготовленные из пленки с большой разнотолщинностью, просто не «варятся»), и с нанесением рисунка, и с равномерностью проклейки слоев при ламинировании комбинированных материалов. Хорошие физико-механические свойства упаковки — особенно это касается термоусадочной и стретч-пленок — имеют также существенное значение. Стойкость пленки на раздир и на прокол позволяет доставлять в сохранности грузы, зафиксированные на европаллетах, не допускать проникновения влаги и газов в пищевую упаковку, продлять жизнь продуктов питания.

Несоблюдение перечисленных требований к качеству упаковочных материалов приводит к следующим нежелательным последствиям:

1) порче и уменьшению срока годности продуктов питания;

2) появлению разрывов и нарушению сохранности упаковки;

3) ухудшению внешнего вида упаковки;

4) разрушению упаковочного материала.

Как следствие, пищевой продукт проигрывает в глазах потребителя, торговая марка теряет его привязанность, а компания-производитель утрачивает конкурентные преимущества на рынке.

Повышенные требования к качеству упаковочных материалов породили дополнительные требования к конструктивному исполнению оборудования. Прежде всего, это касается современных систем управления процессом экструзии: например, систем управления разнотолщинностью, позволяющих достигать ее минимальных значений. Второй важный конструктивный момент — система намотки и особенности работы намотчика экструдера. Большинство производителей предъявляют особые требования к плотности намотки, отклонениям по кромке рулона, отсутствию складок и механических повреждений на пленке.

На данный момент качество отечественного полимерного сырья оставляет желать лучшего. В этой связи проблема переработки материала в червячных прессах, качество перемешивания экструдата и равномерное смешение добавок значительно влияет на конечное качество пленки.

Перед заключением сделки на поставку многослойных ламинированных или запечатанных материалов стоит подробнее ознакомиться со следующим важными характеристиками производства будущего партнера:

1) конструктивные особенности и страна происхождения оборудования;

2) сырье, используемое в производстве упаковки;

3) опыт производителя и стаж работы на рынке;

4) референции и список клиентов;

5) технические возможности оборудования (производительность / объем производства, максимальная и минимальная ширина, диаметр рулона, красочность и производитель флексографской машины и т. д.).

Конечный пользователь как потребитель упаковки

Вполне естественное стремление производителя продуктов питания сэкономить на себестоимости процесса зачастую заставляет его игнорировать интересы конечного потребителя этой продукции. Новый, быстро развивающийся рынок упаковки не остался без внимания индустрии подделок и банального мошенничества. К примеру, около 30% всех потребителей биаксиально ориентированного полипропилена, привезенного из Индии и Китая и используемого для упаковки чипсов, мороженого, снеков, хлеба и круп, на самом деле покупают обычный полипропилен, не имеющий уникальных потребительских свойств БОПП. А большинство молокозаводов не подозревают о том, что разливают молоко в двух-, а не трехслойную молочную пленку, что вызывает быстрое разложение витамина, А и просто порчу продукта. Мясоперерабатывающие предприятия часто фасуют колбасные нарезки в однослойные пленки вместо трехи пятислойных с барьерными свойствами. Потребитель же, покупающий эту нарезку в магазине, не обязан знать, что барьерные слои в упаковке необходимы для защиты от проникновения кислорода или ультрафиолета, ведущих к разложению белков.

Интересен тот факт, что доля упаковки в стоимости самого продукта почти всегда ничтожна. К примеру, вакуумный пакет под сосиски стоит порядка 35−45 копеек за штуку. При этом оптовая цена пачки сосисок составляет 33−38 рублей. Для любого покупателя не столь принципиально, купить эту пачку за 38 рублей или 38 рублей 70 копеек. Таким образом, даже двукратное увеличение цены упаковки, призванное улучшить ее качество, обеспечить надежное хранение продукта, не ударит по кошельку потребителя и не увеличит стоимость потребительской корзины в стране, [И2].

Цели и задачи дипломного проекта

Ш Изучить производство многослойных материалов

Ш Исследовать физико-механические свойства исходных материалов, применяемых для производства многослойных материалов

Ш Изучить методы контроля качества многослойных материалов, полученных методом каширования

Ш Исследовать качество многослойных материалов, полученных методом каширования

Ш Изучить теории адгезии

2. Технология каширования

2.1 Основные понятия и определения

Каширование — получение многослойных материалов методом склеивания.

Фольга кашированная — упаковочный материал, состоящий из алюминиевой фольги и бумаги со специальными влагопрочными свойствами. Они соединены между собой слоем полиэтилена или клея. Подобная структура обеспечивает высокую светозащиту и увеличение срока годности продукта, прочность и непромокаемость упаковки, отсутствие жировых пятен на ее поверхности.

Физико-механические свойства — складываются из двух составляющих: физические — свойства, присущие материалу в состоянии покоя (масса, плотность, вес); и механические — свойства, которые проявляются в материале под действием различных нагрузок (сопротивление разрыву, разрывная длина, поверхностная впитываемость, влагопрочность и т. д.)

2.2 Материалы, используемые для производства многослойных материалов методом каширования

Бумага

Исторический экскурс

Одним из изобретателей бумаги считается Цай Лунь, придворный советник императора Хо, живший во II веке н.э. Он предложил изготавливать бумагу из волокнистых растений с помощью каменной ступы, деревянного пестика и сита. С шелковицы (распространенное в Китае дерево) срезали сучья, внутреннюю волокнистую часть размачивали в воде, рубили на мелкие части и толкли в ступе до получения в кашицу, которую потом собирали водой. Массу вычерпывали ситом, вода стекала, и на поверхности оставался ровный тонкий слой будущей бумаги. Ее опрокидывали на гладкую доску. Доски с волокнистой массой складывали в стопу одна на другую и прижимали грузом. Окрепшие под прессом листы сушили. Полученная бумага была легкой, прочной и удобной для письма.

На рубеже II и III веков новой эры бумага, изготовленная из растительных волокон, не считалась в Китае редким материалом. В III веке она полностью вытеснила из употребления деревянные таблички, используемые для письма. Бумагу изготовляли определенного формата, цвета, веса, пропитывали специальными веществами, которые отпугивали вредных насекомых. Китайская бумага хранилась очень долго. С давних времен в Китае существовал оригинальный способ размножения текстов с помощью печаток. Первоначально оттиски делали на глиняных и бамбуковых дощечках, позже для этих целей стали использовать бумагу. Бумага позволила расширить копирование рукописей священных книг. Из бумаги делали всевозможные украшения, зонты, веера, в нее заворачивали продукты, она вставлялась в окна. В начале 9-го века в Китае появились «летающие монеты» — бумажные деньги. В течение многих веков китайцы единолично владели секретами изготовления бумаги, ревностно оберегая тайны ремесла.

Появление бумаги в России датируется XII-XIII столетиями. Первые бумажные мельницы появились вначале XVII века. Технический переворот в бумажном производстве России произвела бумагоделательная машина, начавшая работать с 1816 году в Петербурге. В 1916 году в России уже действовало 55 целлюлозно-бумажных предприятий. Средняя ширина бумагоделательных машин не достигала и 2 м, а их скорости не превышали 100 м/мин.

Бумага — это многокомпонентная система, состоящая из специально обработанных растительных волокон, тесно переплетенных между собой и связанных химическими связями. Это капиллярно-пористый материал. Помимо волокнистых компонентов, формирующих структуру бумаги и ее основные свойства, в состав бумаги могут вводиться минеральные наполнители (проклеивающие вещества, красители и др. специальные добавки). Основными волокнистыми полуфабрикатами являются: древесная целлюлоза, получаемая химической обработкой древесины и древесная масса, то есть механически измельченная древесина — дешевый и широко используемый компонент бумаги. Особое место занимает бумага из хлопковых и синтетических волокон.

Бумага различается по толщине или по массе одного квадратного метра (например 80г/м² — самая распространенная бумага для офисной техники). По принятой классификации масса 1 м² печатной бумаги может составлять от 40 до 250 граммов. При большей массе материал бумагу называют картоном.

Свойства бумаги

По способу печати бумага обычно подразделяется на офсетную, типографскую и для глубокой печати. Печатные свойства бумаги — это свойства, определяющие ее поведение до печати (т.е. прохождение ее через бумагопроводящую систему печатной машины), во время печати (взаимодействие бумаги с печатной краской и процесс закрепления изображения) и после печати (операции фальцовки, брошюровки, подрезки, а также эксплуатационные характеристики готовой продукции). Все эти свойства, можно объединить в следующие группы:

1. физические: гладкость, толщина и масса 1 м², плотность и пористость;

2. оптические: белизна, непрозрачность, лоск (глянец);

3. показатели однородности структуры, бумаги: равномерность просвета, разносторонность;

4. механические (прочностные и деформационные): прочность поверхности к выщипыванию, разрывная длина или прочность на разрыв, прочность на излом, влагопрочность, мягкость и упругость при сжатии и т. д.;

5. сорбционные: гидрофобность (стойкость к действию воды), впитывающая способность растворителей печатных красок.

Физические свойства бумаги:

Гладкость бумаги, микрорельеф ее поверхности определяет «разрешающую способность» бумаги — т. е. способность передавать без разрывов и искажений тончайшие красочные линии, точки и их комбинации. Это одно из важнейших печатных свойств бумаги. Чем выше гладкость бумаги, тем больше контакт между ее поверхностью и печатной формой, тем меньшее давление нужно приложить при печатании, тем выше качество изображения. Гладкость бумаги определяется в секундах с помощью пневматических приборов или с помощью профилограмм, дающих наглядное представление о поверхности бумаги. Различные способы печати предъявляют к бумаге разные требования по гладкости. Так каландрированная типографская бумага должна иметь гладкость от 100 до 250 секунд, а офсетная бумага той же степени отделки может иметь гладкость гораздо ниже — 80−150 секунд. Бумага для глубокой печати отличается повышенной гладкостью, которая составляет от 300 до 700 секунд. Газетная бумага не может быть гладкой из-за пористости. Существенно улучшает гладкость поверхности нанесение любого покровного слоя, — поверхностная проклейка, пигментирование, мелование (которое, в свою очередь, может быть различным, — односторонним и двухсторонним, однократным, многократным и т. д.).

Пористость. Она непосредственно влияет на впитывающую способность бумаги (то есть на ее способность воспринимать печатную краску) и вполне может служить характеристикой структуры бумаги. Бумага является пористо-капиллярным материалом, при этом различают макрои микропористость. Макропоры, или просто поры — это пространства между волокнами, заполненные воздухом и влагой. Микропоры, или капилляры — мельчайшие пространства неопределенной формы, пронизывающие покровный слой мелованных бумаг, а также образующиеся между частичками наполнителя или между ними и стенками целлюлозных волокон у немелованных бумаг. Капилляры есть и внутри целлюлозных волокон. Все немелованные, не слишком уплотненные бумаги (например, газетная) — макропористые. Общий объем пор в таких бумагах достигает 60% и более, а средний радиус пор составляет около 0.16−0.18 мкм. Такие бумаги хорошо впитывают краску, благодаря своей рыхлой структуре. Мелованные бумаги относятся к микропористым (капиллярным) бумагам. Они тоже хорошо впитывают краску, но уже под действием сил капиллярного давления. Здесь пористость составляет всего лишь 30%, а размер пор не превышает 0.03 мкм. Остальные бумаги занимают промежуточное положение. Плотность печатных бумаг колеблется, в среднем, от 0.5 г./ см³ для рыхлых (пористых) и до 1.35 г./см³ для высокоплотных капиллярных бумаг.

Оптические свойства бумаги:

Белизна — это способность бумаги отражать свет рассеянно и равномерно во всех направлениях. Высокая белизна желательна, так как четкость, удобочитаемость издания зависит от контрастности запечатанных и пробельных участков оттиска. При многокрасочной печати, цветовая точность изображения, ее соответствие оригиналу возможны только при печати на действительно белой бумаге. Для повышения белизны в дорогие высококачественные бумаги добавляют так называемые оптические отбеливатели — люминофоры, а также синие и фиолетовые красители, устраняющие желтоватый оттенок, присущий целлюлозным волокнам. Этот прием называют подцветкой. Мелованные бумаги без оптического отбеливателя имеют белизну не менее 76%, а с оптическим отбеливателем уже не менее 84%. Печатные бумаги с содержанием древесной массы должны иметь белизну не менее 72%, а вот газетная бумага может быть недостаточно белой. Ее белизна составляет около б5%.

Непрозрачность. Это особенно важно при двухсторонней печати. Для повышения непрозрачности подбирают композицию волокнистых материалов, комбинируют степень их помола, вводят наполнители.

Лоск или глянец. Лоск, или глянец — это результат отражения поверхностью бумаги падающего на нее света. Естественно, это тесно связано с гладкостью бумаги. Обычно с повышением гладкости лоск тоже увеличивается. Но такое происходит не всегда, так как гладкость определяется механическим способом, а лоск — это оптическая характеристика. Глянец глазированной бумаги может составлять 75−80%, а матовой — до 30%.

Механические свойства бумаги:

Деформационные свойства проявляются при воздействии на материал внешних сил и характеризуются временным или постоянным изменением формы или объема тела. Основные технологические операции полиграфии сопровождаются существенным деформированием бумаги. Бумага подвергается различным деформирующим воздействиям: растяжению, сжатию, изгибу. От того, как ведет себя бумага при этих воздействиях, зависит нормальное течение технологических процессов печатания и последующей обработки.

Сорбционные свойства бумаги:

Впитывающая способность. Впитывающая способность бумаги, в первую очередь, зависит от ее структуры. Если изобразить структуры бумаги в виде шкалы, то на одном из ее концов разместятся крупнопористые бумаги, состоящие целиком из древесной массы. Другой конец шкалы займут чистоцеллюлозные микропористые бумаги. Немного левее расположатся чистоцеллюлозные немелованные бумаги, тоже микропористые. А все остальные займут оставшийся промежуток, [И3].

Фольга

Алюминиевая фольга выпускается в виде тонких, равномерных по толщине листов (либо полотен) металлического алюминия или алюминиевых сплавов. Этот материал бывает и очень мягким, и твердым. Он широко применяется как в чистом виде, так и в комбинациях с синтетическими пленками, бумагой или картоном, причем в качестве клеящего вещества используются воск или синтетические клеи.

Большинство видов алюминиевой фольги, которые запечатываются флексографским способом и затем перерабатываются в упаковку, имеют толщину от 5 до 150 мкм.

Алюминиевая фольга в горячем или холодном состоянии прокатывается между упрочненными полированными стальными валками до требуемой толщины. Фольга толщиной менее 25 мкм обычно имеет с одной стороны блестящую, а с другой — матовую поверхность, так как тонкие ленты прокатываются сдвоенными. Сторона, обращенная к валкам, получается блестящей, а та, что прилегает к другой ленте, — матовой. Как только поверхность алюминия приходит в соприкосновение с воздухом, она сразу же окисляется. Образуется тонкая, прозрачная, почти мономолекулярная поверхностная пленка окиси алюминия. Она препятствует дальнейшему окислению металла и защищает его от коррозии. Фольга обладает теми же свойствами, что и чистый алюминий.

Непроницаемость. При толщине алюминиевой фольги в 0,025 мм и выше она практически непроницаема для паров и газов. Даже при толщине в 0,009 мм степень пропускания водяного пара составляет лишь 0,01 г./м² в сутки, что можно считать более чем приемлемым.

Рис. 2.1. Образцы фольги

Гладкая фольга, кашированная специальными жиростойкими сортами бумаги (пергамент и подпергамент), традиционно используется для упаковки масла, маргарина, сырковой массы и других жиросодержащих продуктов.

Синтетические материалы имеют в основе своей цепочкообразные макромолекулы, удерживаемые вместе благодаря силам сцепления. Однако в структуре вещества при этом остаются весьма существенные полые пространства. При разности давлений водяного пара на двух сторонах синтетической пленки создается парциальное давление. В результате происходит проникновение водяного пара с более влажной стороны пленки сквозь сетку макромолекул на более сухую и повторное испарение.

Фольга же имеет более упорядоченную сетку из атомов металла, расположенных так плотно, что никакой газ помимо водорода проникать через нее не может.

Это свойство фольги определило ее многолетнее применение в упаковке пищевых продуктов. Когда-то фарш, творожная масса, масло и другие скоропортящиеся продукты упаковывались исключительно в фольгу. Альтернативой служила лишь вощеная бумага или пергамент, который, конечно, не мог конкурировать с фольгой по срокам хранения продуктов. Потом появилось множество современных материалов, которые частично вытеснили фольгу с упаковочного рынка.

Исследование проницаемости различных материалов Институтом Технологий производства пищевых продуктов и упаковки были проведены исследования проницаемости для водяных паров различных полимерных материалов и алюминиевой фольги (при толщине материала 100 мкм).

Результаты исследований представлены на диаграмме (значения даны в г/м²). Можно заметить, что проницаемость алюминиевой фольги в несколько раз меньше, чем у любого полимерного материала и даже их комбинаций. Следовательно, по проницаемости фольга — вне конкуренции.

Рис. 2.2. Диаграмма проницаемости различных материалов

Сопротивляемость коррозии. Совместимость с различными химическими веществами. Естественная поверхностная окись, которой покрывается алюминиевая фольга в воздушной среде, служит своего рода барьером и в значительной степени предотвращает возникновение коррозии и воздействие химически активных веществ.

Для упаковки мороженого используется фольга, кашированная влагои жиростойкой сульфидной бумагой. Фольга может быть как гладкой, так и тисненой (с различными текстурами) Гигиеничность. Совместимость с любыми пищевыми продуктами. Алюминиевая фольга не токсична. Она не придает пищевым продуктам какого-либо постороннего запаха или привкуса, не пропускает воду и другие жидкости, не впитывает смазывающие вещества. В процессе производства фольга приобретает стерильность и не служит благоприятной средой для жизни бактерий. Она является материалом, инертным практически для любых пищевых продуктов, напитков, а также косметики и т. д. Этим объясняется и широкое применение фольги для упаковки медицинских препаратов, к условиям хранения которых предъявляются особенно жесткие требования. Обратите внимание: если производители косметической продукции все чаще выпускают средства по уходу за кожей в пластиковых тюбиках, то лечебные кремы и мази (как импортные, так и отечественные) традиционно продаются именно в алюминиевых тубах.

Для закупорки пластиковых стаканчиков используется фольга, покрытая термолаком, за счет которого и происходит приваривание к поверхности стаканчика. Сохранность продукта в стаканчике напрямую зависит от качества покрытия Способность приобретать и сохранять заданную форму. Фольгу можно изгибать и складывать как угодно. Это, наверное, единственный материал, которому с такой легкостью можно придать требуемую конфигурацию. Едва ли удастся упаковать во что-нибудь кроме фольги, например, шоколадного Деда Мороза или зайца, точно повторив форму изделия.

Для обертки конфет и других кондитерских изделий используется лакированная фольга. Лакировка осуществляется как с декоративными целями, так и для улучшения сохранности продукта Абсолютная непрозрачность. Опубликованные недавно результаты исследований, проведенных Институтом технологии продуктов питания и упаковки Фраунхофера (Германия), убедительно доказывают, что вкус и другие качества молочных продуктов могут довольно быстро ухудшаться под влиянием яркого света, который повсеместно используется в витринах-холодильниках магазинов.

В последнее время для конфет и других кондитерских изделий вместо двойной обертки из бумаги и фольги используется тонкая тисненая фольга, кашированная бумагой. Это позволяет существенно упростить процесс упаковки В качестве объекта исследования были взяты сливки 30-процентной жирности, разлитые в разные упаковочные емкости: полипропиленовые и полистироловые стаканчики с крышками из полипропилена, полистирола и алюминиевой фольги. Сливки в вышеназванных упаковках при температуре в 8 °C выдерживались в течение заданного времени под воздействием света разной интенсивности: 500, 950 и 1600 люкс. Параллельно контрольные образцы находились при той же температуре, но в полной темноте, чтобы испытатели могли произвести сравнение и выделить изменения, возникшие лишь под воздействием света.

В сериях тестов при освещенности в 950 люкс нежелательные изменения продукта (от легкого до сильного запаха прокисания и выраженной прогорклости) были обнаружены почти с самого начала. Что касается консистенции продукта, то прошла неделя, прежде чем было замечено разрушение гомогенности — свертывание. Тем не менее, упаковки с алюминиевыми крышками в целом показали существенно лучшие результаты. Нежелательные изменения их содержимого были вызваны воздействием лишь непрямого и рассеянного света, попадавшего на сливки через основную емкость. Изменения интенсивности освещения смещали сроки порчи продукта, но суть оставалась той же.

Заключение

экспертов было следующим: алюминиевые крышки обеспечивают для находящихся на свету сливок лучшую защиту, чем крышки, изготовленные из пластмассы.

Для упаковки медицинских препаратов и фармацевтических средств используется специальная, так называемая «блистерная» фольга с термосвариваемым слоем Результаты этих исследований подтвердили заключения, сделанные учеными того же института ранее на основании экспериментов, исследовавших воздействие света на йогурт.

Отсутствие способности к притягиванию. В отличие от широко используемых в настоящее время гибких пленок, фольга является материалом, практически исключающим возникновение статического электричества, что делает ее удобной при работе на упаковочном оборудовании.

Рис. 2.3. Возможные комбинации слоев в многослойном материале на основе фольги и области их применения

Конечно, у фольги есть и свои недостатки. Один из них — достаточно низкое сопротивление механическому воздействию. Для ликвидации этого и других недостатков были изобретены гибридные материалы, в которых фольга комбинируется в различных сочетаниях с лаком, бумагой, картоном, полимерными пленками.

Алюминиевая фольга в упаковке

В настоящее время алюминиевая фольга в чистом виде или в составе гибридных материалов используется едва ли не во всех областях упаковочной промышленности.

Упаковка для скоропортящихся продуктов. Здесь фольга занимает лидирующее положение, так как по срокам хранения ни один материал с ней в этом секторе конкурировать не может. Для упаковки используется неотожженная фольга, иногда снаружи в декоративных целях дополненная слоем полимера или бумаги.

Фольга для асептической упаковки жидкостей. На фоне насыщения некоторых секторов упаковочной отрасли можно отметить интенсивное расширение рынка эластичной асептической упаковки жидкостей. С помощью непроницаемой для микроорганизмов, света и кислорода структуры из картона, алюминиевой фольги толщиной 6−9 мкм и пластмассы можно предохранять от порчи в неохлажденном состоянии в течение 6−24 месяцев такие продукты как сгущеное молоко, фруктовые соки и даже столовые вина.