3.7. Trendy rozwojowe w produkcji opakowań

Pierwsza informacja o opakowaniach pochodzi z 1035 roku, kiedy to perski podróżnik trafił na targowisko w Kairze i odnotował, że owoce oraz warzywa są pakowane w papier. Od tego czasu opakowania przeszły ogromną ewolucję. Kiedyś tylko chroniły towary przed uszkodzeniem oraz ułatwiały ich transport. Obecnie to ważny składnik każdego produktu. Czy domyślasz się, dlaczego?

Już wiesz: 

  • co to jest szkło i jakie ma zastosowanie;
  • czym jest celuloza, jakie ma właściwości i co jest jej źródłem;
  • co to jest korozja.

Nauczysz się: 

  • opisywać trendy rozwojowe w technice opakowań towarów;
  • określać zalety i wady opakowań z różnych materiałów;
  • dzielić tworzywa sztuczne na polimeryzacyjne i polikondensacyjne.

1. Wpływ zmieniających się uwarunkowań w życiu gospodarczym na rozwój opakowań

Praktycznie każdy produkt dostępny na rynku ma charakterystyczne dla niego opakowanie. Branża opakowań to dynamicznie rozwijający się sektor gospodarki, podlegający nieustannym zmienom.Wielkość produkcji ma w tym przypadku ścisły związek z rozwojem cywilizacyjnym państwa. Koniunkturą na rynku opakowań interesują się nie tylko producenci i użytkownicy, ale także ekonomiści, ekolodzy i artyści. Sprzedaż samoobsługowa, zakupy przez Internet, preferencje klienta, wymagania związane z ochroną środowiska i duża konkurencja na rynku powodują, że dzisiaj opakowanie jest nie tylko dodatkiem do produktu, lecz często samo jest produktem.

2. Opakowania szklane

Najstarsze szklane opakowania – amfory i flakony odnalezione przez archeologów – mają ponad 3500 lat. Butelki były towarem luksusowym do czasu, aż człowiek nauczył się wytwarzać szklane przedmioty za pomocą piszczeli szklarskich. Jednak dopiero opanowanie sztuki odlewania szkła upowszechniło używanie opakowań z tego materiału. Wyprodukowane z surowców naturalnych: piasku, sody i wapienia – szkło jest najbardziej ekologicznym materiałem używanym do pakowania żywności, napojów oraz produktów przemysłu farmaceutycznego i kosmetycznego. Łatwość formowania i barwienia masy szklanej pozwala na tworzenie opakowań o bardzo wyszukanych kształtach i kolorach. Szklane opakowania nie wchodzą w reakcje z produktami, które są w nich przechowywane, ich przejrzystość pozwala konsumentowi ocenić jakość towaru, a ciemna barwa chroni niektóre produkty przed światłem. Ze względu na możliwość wielokrotnego użycia pojemników szklanych oraz łatwość recyklingu szkło jest materiałem przyjaznym dla środowiska, choć nie jest również pozbawione wad.

Polecenie 3.7.1.

Dlaczego producenci żywności dla niemowląt korzystają głównie z opakowań szklanych?

Wskazówka

Zwróć uwagę na zachowanie się szkła względem artykułów, które znajdują się w opakowaniach z tego materiału. Czy jest możliwość wniknięcia z zewnątrz jakiejś substancji do zamkniętego pojemnika?

3. Opakowania papierowe

Papier to genialny materiał wynaleziony w Chinach na początku naszej ery. Głównym surowcem do jego produkcji jest celuloza – najważniejszy składnik budulcowy roślin, a pod względem chemicznym – polisacharyd (wielocukier). Tworzą go reszty cząsteczek glukozy (C IndeksDolny 6 KoniecIndeksów H IndeksDolny 12 KoniecIndeksów O IndeksDolny 6 KoniecIndeksów), połączone ze sobą wiązaniami glikozydowymi w długie, nierozgałęzione łańcuchy.
Czynnikiem niszczącym wiązania glikozydowe są kwasy. Celuloza jest substancją stałą, białą, włóknistą, bez smaku i zapachu. Nie rozpuszcza się w wodzie ani w rozpuszczalnikach organicznych. Jest palna. Najwięcej celulozy zawierają włókna bawełny, lnu, konopi, juty – nawet ponad 90% – oraz drewno – ok. 45–50% (procenty masowe). Jakość papieru i jego trwałość zależą od surowców użytych do jego otrzymania oraz od technologii produkcji.

Ciekawostka

Papier bezkwasowy, zwany archiwalnym, to papier najbardziej odporny na starzenie się. Wykonane z niego opakowania są stosowane do długoterminowego przechowywania, np. ważnych dokumentów. Papier taki produkuje się z surowców, których pH jest większe od 7 (najlepiej, jeśli mieści się ono w przedziale 8–9,5), co osiąga się, dodając składnik neutralizujący związki o odczynie kwasowym, np. węglan wapnia (Ca CO IndeksDolny 3 KoniecIndeksów), który zapewnia przechowywanym zbiorom skuteczną ochronę. W skład takiego papieru powinna wchodzić jak najmniejsza ilość substancji o właściwościach utleniających, ponieważ działają one na niego destrukcyjnie.

4. Opakowania drewniane

Opakowania drewniane są używane od dawna, głównie do sprzedaży płodów rolnych oraz przechowywania artykułów spożywczych. Do produkcji takich opakowań nie nadają się odmiany drewna pozyskiwanego z drzew, które wydzielają duże ilości żywicy. Ponadto gatunek drewna ma wpływ na rodzaj przechowywanych towarów, np. do kiszenia kapusty i ogórków stosuje się dębinę lub buczynę, do przechowywania octu – modrzew, do wina można używać beczek dębowych lub akacjowych, a w beczkach świerkowych przechowuje się solone śledzie. Opakowania z drewna coraz częściej pełnią funkcję ozdobną. Ponadto są stosowane jako opakowania zbiorcze i transportowe. Obecnie drewno zastępuje się innymi materiałami, ze względu na to, że opakowania z niego trudno utrzymać w czystości, wymagają częstej renowacji, są drogie, a ich produkcja wiąże się z koniecznością wycinania drzew.

Ciekawostka

Matrioszki to znane na całym świecie rosyjskie zabawki wykonane z drewna lipowego lub brzozowego, malowane ręcznie. Włożone jedna w drugą lalki różnią się wielkością. Pierwsza matrioszka powstała ok. 1890 roku i była prawdopodobnie wzorowana na japońskiej lalce przedstawiającej Fukurumę – bożka mądrości i patrona erudytów. To opakowanie w opakowaniu, a jednocześnie przykład tego, że jednocześnie może być ono towarem.

5. Opakowania metalowe

Opakowań metalowych używa się do przechowywania produktów spożywczych, które wymagają hermetycznego zamknięcia, np. konserw mięsnych i rybnych, konserwowanych warzywa i owoców. Poza żywnością w puszkach można kupić również inne artykuły, np. farby, lakiery, kosmetyki, środki ochrony roślin, skroplone gazy itd. Do produkcji opakowań metalowych wykorzystywanych do przechowywania żywności, stosuje się głównie blachę stalową ocynowaną i aluminium. Inne artykuły można składować w pojemnikach z blachy stalowej czarnej, stalowej ocynkowanej, chromowanej czy niklowanej. W związku z tym, że między metalem a produktem spożywczym może dojść do niepożądanych reakcji chemicznych, blachę pokrywa się cyną lub lakierem akrylowym. Obecnie rynek opakowań metalowych został zdominowany przez puszki z napojami, głównie gazowanymi.

Polecenie 3.7.2.

W jaki sposób można odróżnić puszkę aluminiową od puszki stalowej?

Wskazówka

Sprawdź denka obu opakowań. Jaki przyrząd do rozdzielania tych opakowań stosują punkty skupu puszek aluminiowych?

6. Opakowania z tkaniny

Tkaniny należą do najstarszych opakowań. Włókna bawełny, lnu, juty i konopi są zbudowane z celulozy – podobnie jak papier. Worki z włókien celulozowych mogą być stosowane do przechowywania i transportu zbóż, kawy, warzyw, owoców, nasion. Są one najlepszym rodzajem opakowań na towary sypkie, którym należy zapewnić dostęp powietrza. Choć mają małą masę, są biodegradowalne i można ich wielokrotne używać, to jednak coraz częściej zastępuje się je dużo tańszymi opakowaniami z włókien syntetycznych, głównie poliamidowych i poliestrowych, oraz opakowaniami z tworzyw sztucznych.

7. Opakowania z tworzyw sztucznych

Tworzywa sztuczne, tzw. tworzywa polimerowe, to związki wielkocząsteczkowe. Materiały te otrzymuje się w reakcji polimeryzacji, która polega na łączeniu się wielu cząsteczek związków nienasyconych (monomerów) w jedną dużą cząsteczkę (polimer), w wyniku pękania wiązań wielokrotnych, np.:
Polietylen, szczególnie o dużej gęstości, jest używany do produkcji opakowań produktów żywnościowych, nadaje się do ponownego użycia i zalicza się do najbezpieczniejszych tworzyw opakowaniowych.
Inną metodą produkcji tworzyw sztucznych jest reakcja polikondensacji, czyli proces, który zachodzi na skutek łączenia się wielu monomerów w makrocząsteczkę z jednoczesnym wydzieleniem się prostego związku chemicznego, np. wody. Tworzywem, które otrzymuje się w ten sposób, jest m.in. PET:
PET to tworzywo odporne na działanie kwasów i części rozpuszczalników organicznych. Charakteryzuje się dużą wytrzymałością mechaniczną. Na rynku opakowań można spotkać głównie wykonane z niego butelki do napojów i tłuszczów roślinnych. Nowoczesne opakowania, np. do stosowania w kuchenkach mikrofalowych, wykonuje się ze sztywnej folii PET i pokryte cienką krystaliczną warstwą tego materiału, nadającą mu dużą wytrzymałość na wysokie temperatury oraz doskonałą przezroczystość.

Doświadczenie 3.7.1. Odróżnianie PE od PET

Problem badawczy:  
Porównanie wybranych właściwości fizycznych i chemicznych polietylenu i poli(tereftalanu etylenu).
Hipoteza: 
PE i PET to tworzywa, które wykazują pewne podobieństwa i różnice we właściwościach fizycznych i chemicznych.
Co będzie potrzebne: 
  • 2 zlewki z zimną wodą,
  • 2 probówki z acetonem,
  • 2 probówki z tetrachloroetanem,
  • 2 probówki ze stężonym roztworem ΝaOH,
  • 2 probówki ze stężonym roztworem H IndeksDolny 2 KoniecIndeksów SO IndeksDolny 4 KoniecIndeksów,
  • próbka z PE,
  • próbka PET,
  • metalowe szczypce,
  • palnik,
  • szkiełko zegarkowe.
Instrukcja: 
  1. 1.
    Sprawdź gęstość PE i PET względem wody poprzez umieszczenie badanych próbek w zlewkach z wodą.
  2. 2.
    Zaobserwuj zachowanie się próbek w: acetonie, tetrachlorometanie oraz stężonych roztworach ΝaOHH IndeksDolny 2 KoniecIndeksów SO IndeksDolny 4 KoniecIndeksów.
  3. 3.
    Za pomocą metalowych szczypiec umieść każdą z próbek w płomieniu palnika, a pod próbką umieść szkiełko zegarkowe. Sprawdź, czy próbki palą się również po wyjęciu z płomienia palnika.

Ważne

Pamiętaj o zachowaniu szczególnej ostrożności podczas wykonywania tego doświadczenia.
Podsumowanie: 
Polietylen jest tworzywem o gęstości mniejszej od gęstości wody, odpornym na działanie stężonych kwasów i wodorotlenków oraz w większości rozpuszczalników organicznych. Pali się żółtym płomieniem, topi się i spływa palącymi się kroplami, czemu towarzyszy zapach parafiny. Poli(tereftalan etylenu) ma gęstość większą od wody. W odróżnieniu od PE rozpuszcza się w stężonych roztworach: H IndeksDolny 2 KoniecIndeksów SO IndeksDolny 4 KoniecIndeksówΝaOH .Spala się kopcącym płomieniem, nie kapie, a zapach, który towarzyszy temu procesowi, jest aromatyczny. Płomień szybko gaśnie po wyjęciu próbki PET z palnika.

8. Inne typy opakowań

Obecnie zarówno producenci, jak i konsumenci stawiają opakowaniom coraz wyższe wymagania. Stąd też rynek zaskakuje ciekawymi rozwiązaniami, ułatwiającymi nam życie. Postęp dotyczy głównie opakowań żywności, które są zaprzeczeniem dotychczasowych rozwiązań, tzn. eliminowania oddziaływań między żywnością a pojemnikiem.
Opakowania aktywne charakteryzują się tym, że wraz z produktem i jego otoczeniem tworzą układ elementów wzajemnie na siebie oddziałujących. Prowadzi to, w przypadku żywności, do wydłużenia terminu przydatności do spożycia. Opakowania inteligentne pozwalają na kontrolę stanu bezpieczeństwa produktu w czasie przechowywania i przekaz tej informacji konsumentowi.
Opakowania wielowarstwowe to pojemniki wieloskładnikowe, które powstają przez połączenie dwóch lub większej liczby różnych materiałów. Najczęściej łączy się papier (zapewnia on odpowiednią sztywność i wzmacnia strukturę opakowania) z metalem (aluminium chroni produkt przed działaniem światła i tlenu) oraz tworzywem sztucznym (PE zapewnia szczelność oraz chroni opakowanie i jego zawartość przed wilgocią). Przykładem takiego opakowania są kartony do mleka, soków owocowych, warzywnych, sosów, zup itp.
Wymagania związane z ochroną środowiska oraz wysoki koszt recyklingu dużej liczby odpadów opakowaniowych skłoniły producentów do produkcji opakowań biodegradowalnych, czyli takich, które ulegają rozkładowi pod wpływem mikroorganizmów. Modyfikację tradycyjnych tworzyw sztucznych prowadzi się najczęściej za pomocą skrobi lub celulozy. Opakowania te mogą być kompostowane razem z odpadami organicznymi.

Podsumowanie

  • Opakowanie to ważny składnik produktu. Powinno zapewnić odpowiednią ochronę, umożliwić przechowywanie towarów, ich transport, sprzedaż oraz jakość konsumpcyjną.
  • Materiały, z których produkowane są opakowania, dobiera się, uwzględniając głównie: możliwość oddziaływania z produktem, odporność na warunki zewnętrzne, koszty materiału i produkcji opakowania oraz wpływ na środowisko naturalne.
  • Ze względu na rodzaj materiału, z którego są wykonane, opakowania można podzielić na: szklane, metalowe, celulozowe, z tworzyw sztucznych.
  • Przykładami tworzyw polimeryzacyjnych są: polietylen, polipropylen, polistyren, poli(chlorek winylu), poli(metakrylan metylu).
  • Poli(tereftalan etylenu) to przykład tworzywa polikondensacyjnego.
  • Zmieniające się uwarunkowania życia gospodarczego prowadzą do poszukiwania nowych materiałów i technologii stosowanych w produkcji opakowań.

Praca domowa

Polecenie 3.7.3.

Problem 1.
Szklaną butelkę o pojemności 0,5 litra napełniono 10-procentowym roztworem kwasu octowego o gęstości 1,05 g/cm3. Oblicz, ile gramów tego kwasu zawiera roztwór (ocet) znajdujący się w tej butelce?
Problem 2.
Wypisz zalety i wady torebek śniadaniowych wykonanych z różnych rodzajów materiału – z papieru i z PE-LD. Po którą chętniej sięgniesz, pakując kanapki?

Słowniczek

Definicja

opakowanie –
element produktu chroniący go przed działaniem czynników zewnętrznych, umożliwiający i ułatwiający jego transport, magazynowanie, sprzedaż, zawierający określone informacje i znaki kodowe

Definicja

piktogramy –
znaki graficzne, które pełnią ważną funkcję w komunikacji dzięki zastąpieniu słowa pisanego elementem graficznym

Definicja

polimery –
substancje wielkocząsteczkowe składające się z wielu powtarzających się jednostek zwanych merami; mer to najmniejszy, powtarzający się fragment łańcucha polimerowego

Definicja

reakcja polimeryzacji –
proces łączenia się wielu cząsteczek związków nienasyconych (tzw. monomerów) w dużą cząsteczkę (tzw. polimer), kosztem pękania wiązań wielokrotnych

Definicja

reakcja polikondensacji –
proces, który polega na łączeniu się wielu monomerów w makrocząsteczkę z jednoczesnym wydzieleniem się prostego związku chemicznego, np. wody

Definicja

tworzywa sztuczne –
materiały, których głównym składnikiem są makrocząsteczki; są wytwarzane z surowców naturalnych przez ich częściową modyfikację

Zadania

Zadanie 3.7.1.

Zadanie 3.7.2.

Zadanie 3.7.3.

Zadanie 3.7.4.

Zadanie 3.7.5.

Zadanie 3.7.6.

Zadanie 3.7.7.

Zadanie 3.7.8.