ĆWICZENIE 2: OPAKOWANIA Z WYTWORÓW PAPIERNICZYCH

1 WYDZIAŁ NAUKI O ŻYWNOŚCI KATEDRA MLECZARSTWA I ZARZĄDZANIA JAKOŚCIĄ ĆWICZENIE 2: OPAKOWANIA Z WYTWORÓW PAPIERNICZYCH Przewodnik metodyczny do ćwiczeń z przedmiotu Podstawy opakowalnictwa artykułów spożywczych Studia stacjonarne Studia niestacjonarne Rok II Dr inż. Marek Juśkiewicz

2 WPROWADZENIE Tworzywa papiernicze od wielu lat stanowią najpopularniejszy materiał stosowany w opakowalnictwie towarów. Do podstawowych zalet opakowań papierowych zaliczyć należy ich małą masę, dobre właściwości mechaniczne, łatwość zadrukowywania, a przede wszystkim podatność do przerobu i łatwą utylizację zużytych opakowań. Do wad opakowań papierowych zalicza się natomiast ich silną wodochłonność, przepuszczalność gazów i tłuszczu, a także ograniczone możliwości łączenia tworzyw papierniczych. Wymienione wady są jednak obecnie powszechnie eliminowane poprzez stosowanie zabiegów uszlachetniających takich jak: powlekanie (najczęściej tworzywem sztucznym), laminowanie (łączenie za pomocą czynnika wiążącego dwu lub kilku warstw papieru lub papieru z innym tworzywem np. tworzywem sztucznym, folią aluminiową, itp.) czy impregnowanie (nasycanie masy papierniczej odpowiednimi substancjami w trakcie przerobu). Wg PN-92/P-50000 do tworzyw papierniczych zalicza się, w zależności od gramatury (masa 1 m 2 ): papier (poniżej 225 g/m 2 ) i tekturę (225 g/m 2 i powyżej). Jednakże papier od tektury odróżnia się przede wszystkim na podstawie charakterystyki tych materiałów, a w niektórych przypadkach, także zastosowania. Wiele materiałów o gramaturze niższej niż 225 g/m 2, takich jak niektóre rodzaje papieru na pudełka składane i półprodukty do wyrobu tektury falistej określa się na ogół jako tekturę, natomiast wiele materiałów o gramaturze wyższej niż 225 g/m 2, takich jak niektóre rodzaje bibuły chłonnej, papiery do nasycania i papiery rysunkowe określa się na ogół jako papier. Przyjmuje się, że papiery sa wytworami jednowarstwowymi, natomiast tektury - wielowarstwowymi. Do produkcji wytworów papierniczych stosuje się przetworzone roślinne surowce włókniste w postaci masy celulozowej, szmacianej, makulaturowej i ścieru drzewnego oraz substancje pomocnicze takie jak wypełniacze, kleje i barwniki. Jakość surowców podstawowych zależy od rodzaju, długości i kształtu włókien celulozowych oraz od obecności towarzyszących im zanieczyszczeń. Najlepszym surowcem papierniczym, służącym do wyrobu papierów najwyższej jakości, odznaczających się dużą wytrzymałością mechaniczną i trwałością, jest masa szmaciana. Największe ilości wytworów papierniczych produkuje się z masy celulozowej. Do produkcji papierów niższej jakości stosuje się ścier drzewny, a także masę makulaturową.

3 Proces produkcji papieru obejmuje: otrzymywanie masy papierniczej, czyli zawiesiny odpowiednio rozdrobnionych w wodzie włókien, formowanie wstęgi papieru na maszynie papierniczej, składającej się z sita, części odwadniająco-prasującej i suszącej. Do produkcji wielowarstwowych kartonów i tektur służą maszyny wielositowe, zwane kartoniarkami. Do wytworów papierniczych przeznaczonych bezpośrednio do pakowania lub produkcji opakowań należą: - b i b u ł k i - jest to miękki i stosunkowo mocny papier o gramaturze 12-30 g/m 2, stosowany głównie do ochronnego pakowania delikatnych artykułów; a także do wyrobu papierów uszlachetnionych, głównie przez parafinowanie lub laminowanie; - p a p i e r y p a k o w e - mają zastosowanie do bezpośredniego zawijania produktów, do wyrobu torebek, pudełek, worków, itp. Wśród papierów pakowych wyróżnić można: papiery pakowe zwykłe: - siarczanowy, zwany także Natron lub Kraft, wyrabiany z masy celulozowej siarczanowej, bielonej lub niebielonej, w gramaturze od 31,5 do 140 g/m 2. Jest to najmocniejszy papier pakowy. - siarczynowy, zwany potocznie Jawa, wyrabiany z masy papierniczej bielonej lub niebielonej, w gramaturze od 31,5 do 125 g/m 2, - celulozowo-makulaturowy, zwany także Manilla, w gramaturze od 63 do 140 g/m 2. Papier ten nie może być stosowany do bezpośredniego kontaktu z żywnością, a tylko na owinięcia zewnętrzne, - makulaturowy, tzw. Szrenc. Jest to papier mało wytrzymały mechanicznie,a ze względu na możliwość występowania w nim substancji toksycznych lub bakterii przetrwalnikujacych nie wolno go stosować do bezpośredniego kontaktu z żywnością. papiery pakowe typu pergaminów są to dość mocne wyroby papiernicze, mniej lub bardziej przezroczyste, które stosuje się jako owinięcia produktów tłustych i wilgotnych, np. masła i twarogów. Wyróżnia się: - pergamin sztuczny (o gramaturze 40-90 g/m 2 ), zwany także kwasowym lub roślinnym, wyrabiany z czystej, bielonej celulozy, która poddawana jest kilkusekundowej kąpieli w kwasie siarkowym.

4 - papier pergaminowy (o gramaturze 40-80 g/m 2 ), wyrabiany jest z drobno zmielonej masy celulozowej siarczanowej lub siarczynowej, bielonej lub niebielonej. Nie jest poddawany kąpieli w kwasie siarkowym. Jest nieco mniej wytrzymały mechanicznie i bardziej przesiąkliwy dla tłuszczów aniżeli pergamin sztuczny. - papier półpergaminowy; wyrabiany podobnie jak papier pergaminowy ale z masy nieco mniej zmielonej. Jest najmniej odporny na przesiąkanie tłuszczów i wilgoci oraz ma najsłabsze właściwości mechaniczne spośród papierów pakowych typu pergaminów. papiery uszlachetnione: - powlekane materiałami w postaci płynnej: parafiną, woskiem, masami topliwymi (hot melty), warstwą tworzyw sztucznych, przy czym powstałe powłoki w niewielkim stopniu penetrują w sam wytwór papierniczy; - impregnowane substancjami w stanie ciekłym np. parafiną tak aby wniknęły one w pilśń papierową; - metalizowane, produkowane przez napylanie na powierzchnię papieru warstewki metalu (najczęściej aluminium); - laminaty powstałe przez połączenie za pomocą czynnika wiążącego (np. mikrowosku czy klejów dekstrynowych) dwu lub kilku warstw papieru albo papieru z innym tworzywem np. folią aluminiową lub polietylenową. - k a r t o n y - jedno- i wielowarstwowe (duplex, triplex, multiplex) o gramaturze od 161 do 315 g/m 2, znajdują zastosowanie do wyrobu pudełek. Najczęściej używany jest karton natronowy o gramaturze około 224 g/m 2. Obecnie, w przemyśle spożywczym, pudełka kartonowe z kompleksowych materiałów trój- i pięciowarstwowych znajdują powszechne zastosowanie do automatycznego pakowania napojów i soków owocowo-warzywnych, mleka i innych płynnych produktów mleczarskich (systemy Tetra Pak i Combibloc). Kartony opakowaniowe mogą być uszlachetniane przez parafinowanie lub laminowanie; - t e k t u r y o gramaturze powyżej 315 g/m 2, stosuje się do produkcji pudeł jednostkowych i transportowych. W zależności od barwy wyróżnia się tekturę białą, brązową (ze ścieru drzewnego) i szarą (makulaturową). Według składu masy natomiast, tekturę dzieli się na drzewną, makulaturową itd. Ze względu na strukturę wyróżnia się tekturę litą i falistą (zwykłą - dwuwarstwową, wzmocnioną - trójwarstwową, pancerną: pięcio- i siedmiowarstwową).

5 Wg PN-87/P-50007 wytwory papiernicze dzieli się ze względu na: - skład surowcowy na 4 odmiany: Odmiana Skład surowcowy Symbol Nazwa BD Bezdrzewna Masa celulozowa lub/i masa długowłóknista PD Półdrzewna Masa celulozowa z dodatkiem ścieru lub/i masy półchemicznej D Drzewna Ścier i makulatura z dodatkiem masy celulozowej M Mieszana Włókna różne - sposób wykończenia powierzchni na : matowe, jednostronnie gładkie satynowane, gładzone (tylko dla tektury), prążkowane, marszczone, karbowane i tłoczone - zabarwienie na: białe, kremowe, żółte, pomarańczowe, różowe, czerwone, zielone, seledynowe, brązowe, szare, niebieskie, fioletowe, czarne i naturalne. Intensywność zabarwienia może występować w dwóch odcieniach: jasna i ciemna. - formę handlową na: wytwory arkuszowe (arkusze, arkusiki) i wytwory wstęgowe (zwoje, zwoiki, bobiny) - poziom wskaźników użytkowych oraz wad dopuszczalnych wyróżnia się 2 gatunki : pierwszy i drugi. Do opakowań jednostkowych z papieru, stosowanych w przemyśle spożywczym, zalicza się: - torby, stosowane głównie w handlu detalicznym do pakowania produktów sproszkowanych i granulowanych lub jako opakowania zbiorcze produktów stałych o niewielkich wymiarach jak cukierki, ciastka itp. Torby wytwarzane są jako jedno-, dwu- lub trzywarstwowe z papieru pakowego siarczanowego lub siarczynowego, papierów pergaminowych i półpergaminowych, papierów powlekanych, laminowanych itp. Ze względu na konstrukcję wyróżnia się torby płaskie: sklejane podłużnie (bez fałd) lub poprzecznie (z fałdami bocznymi lub bez fałd), krzyżowe i klockowe.

6 - Owinięcia z papierów zwykłych, powlekanych lub laminowanych są formowane ręcznie lub mechanicznie na gotowym wyrobie i mogą stanowić opakowanie bezpośrednie lub zewnętrzne (np. pudełek). - Pudełka tekturowe, wykonywane z wykroju (składane lub nie składane): otwarte, klapkowe, szufladkowe, przegubowo-wieczkowe i wieczkowe, zwijane (cylindryczne lub stożkowe) lub wytłaczane. - Tacki, zwykle prostokątne, mogą być dwu- lub trzywarstwowej konstrukcji, do pakowania świeżego mięsa, drobiu, ryb itp., produkowane z masy papierniczej (65-80% stanowi ścier drzewny) metodą formowania odlewów włóknistych pod próżnią. - Wytłaczanki do jaj i owoców, produkowane podobnie jak tacki do żywności. - Worki, które stanowić mogą jednocześnie opakowanie transportowe. Stosowane są najczęściej do pakowania (max. 50 kg) produktów sproszkowanych lub ziarnistych jak mąka, cukier itp. Worki wykonuje się z papieru workowego, niekiedy powlekanego polietylenem. W zależności od konstrukcji wyróżnia się worki otwarte (klejone i szyte): 2-6 warstwowe oraz wentylowe (klejone i szyte): 3-6 warstwowe. Worki wentylowe zamyka się samoczynnie po napełnieniu na skutek nacisku produktu na tuleję wentyla. Worki otwarte zaś zamyka się przez zszycie lub wiązanie. Najczęściej stosowanymi opakowaniami transportowymi produktów spożywczych zapakowanych uprzednio w opakowania jednostkowe (butelki, puszki, pudełka, torebki itp.) są pudła z tektury falistej o różnej konstrukcji. Opakowania takie zamyka się różnymi sposobami: przez zaklejanie klejem, oklejanie taśmą samoprzylepną lub taśmą powleczoną klejem lub przez spinanie zszywkami stalowymi. Do wyposażenia dodatkowego opakowań wytwarzanych z papieru i tektury zalicza się etykiety, taśmy klejące oraz elementy wzmacniające i amortyzacyjne do pudeł.

7 WYKONANIE ĆWICZENIA 1. Zapoznanie się z wyglądem zewnętrznym badanej próbki materiału opakowaniowego Wykonanie: określić wygląd wytworu papierniczego: postać, barwę, przezroczystość itp. 2. Oznaczanie gramatury badanych próbek wytworów papierniczych Gramatura, czyli masa w gramach 1 m 2 jest jednym z kryteriów podziału wytworów papierniczych i jednocześnie wskaźnikiem grubości. Oznaczyć ją można np. za pomocą wagi kwadrantowej. Dla tektur oprócz gramatury podaje się tzw. numer, wyrażający liczbę arkuszy składających się na paczkę o ciężarze 25 kg. Wykonanie: na wadze analitycznej z dokładnością do 0,001 g zważyć arkusik materiału opakowaniowego o wymiarach 10 X 10 cm. Obliczyć masę 1 m 2 wytworu papierniczego i zaklasyfikować je do odpowiednich grup wytworów papierniczych. 3. Określenie rodzaju surowca użytego do produkcji wytworów papierniczych Wykonanie: badane próbki wytworów papierniczych zwilżyć poprzez naniesienie bagietką kropli świeżo przygotowanego roztworu siarczanu aniliny ( 0,5 g rozpuścić w 50 cm 3 wody i zakwasić jedną kroplą stężonego kwasu siarkowego o gęstości 1,84 g/cm 3 ). Zaobserwować czy wystąpiło żółte zabarwienie i na tej podstawie wywnioskować, z jakiego surowca zostały wykonane próbki. Interpretacja wyników: zabarwienie żółte w reakcji z roztworem siarczanu aniliny daje lignina, zawarta w ścierze drzewnym. Szybkość powstawania i intensywność zabarwienia mogą być miarą zawartości ścieru. Podział wytworów papierniczych w zależności od składu surowcowego przedstawia tabela powyżej. 4. Oznaczanie przepuszczalności tłuszczu i porowatości papierów typu pergaminów Przenikanie tłuszczu przez wytwory papiernicze można oznaczać kilkoma metodami. W przemyśle papierniczym najbardziej rozpowszechniona jest metoda polegająca na określeniu ilości oleju parafinowanego (mg), przesiąkającego w określonym czasie i warunkach przez krążek badanego tworzywa o średnicy 80 mm, na podłożony krążek pochłaniający. Pomiaru dokonuje się w aparacie Saffle-Gjuteri. Maksymalna przenikalność zależy od odmiany i gramatury papieru i wg BN-67/7326-- 02 wynosi dla: pergaminu sztucznego 2-8 mg w ciągu 60 minut papieru pergaminowego 5-10 mg w ciągu 60 minut papieru półpergaminowego 100-400 mg w ciągu 10 minut.

8 Ocenę przepuszczalności tłuszczu przez papier typu pergaminów można także przeprowadzić na podstawie przenikania alkoholowego roztworu fuksyny, którym powleka się jednostronnie badaną próbkę papieru i liczy plamki widoczne po drugiej stronie. Metoda ta umożliwia jednocześnie wykrycie porowatości papieru. Jest to możliwe dzięki temu, że roztwór fuksyny przedostaje się przez otworki w badanym papierze barwiąc tło podłoża pod próbką. Wykonanie: arkusik badanego papieru o wymiarach 10 X 10 cm położyć na białym papierze (podłoże) i umocować w rogach pineskami. Następnie tamponem z waty nasyconym w 1% alkoholowym roztworze fuksyny zwilżyć całą powierzchnię arkusika (po 2 razy w każdym z 2 prostopadłych kierunków) i pozostawić do wyschnięcia. Interpretacja wyników: przepuszczalność tłuszczu ocenić na podstawie jasnoczerwonych plamek pojawiających się na odwrocie próbki, ale nie dających odbicia na podłożu. Porowatość papieru określić na podstawie ilości plamek powstałych na podłożu. Wyniki obu pomiarów przeliczyć na 1 m 2 badanego wytworu papierniczego. 5. Oznaczanie zanieczyszczeń cząstkami żelaza i miedzi Oznaczanie zanieczyszczeń żelazem i miedzią oraz ich związkami przeprowadza się działając na badaną próbkę kwasem azotowym i żelazocyjankiem potasu, a następnie licząc ilość powstałych barwnych plamek. 4Fe 3+ + 3K 4 [Fe(CN) 6 ] Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 + 12K Tworzy się żelazocyjanek żelazowy (błękit pruski) o niebieskim zabarwieniu. 2Cu 2+ + K 4 [Fe(CN) 6 ] Cu 2 [Fe(CN) 6 ] + 4K Tworzy się żelazocyjanek miedziowy o zabarwieniu czerwonobrunatnym. Wykonanie: badany arkusik papieru o wymiarach 10 X 10 cm zanurzyć w 4% HNO 3 na okres 5 min., po czym wyjąć go szczypcami plastikowymi, umieścić na płytce szklanej i suszyć przez 10 min. w temperaturze 65-70 o C. Wysuszony arkusik zanurzyć następnie na 2-3 min. w 5% roztworze żelazocyjanku potasu, po czym położyć na czystej płytce szklanej. Po 5 min. policzyć po obu stronach badanego arkusika liczbę plamek czerwonobrunatnych (zanieczyszczenia miedzią) i niebieskich (zanieczyszczenia żelazem). Obliczyć ilość plamek każdego rodzaju przypadających na 1 m 2 badanego wytworu papierniczego. Interpretacja wyników: pergamin sztuczny nie powinien zawierać więcej niż 46 plamek żelaza i 16 plamek miedzi na 1 m 2 powierzchni.

9 6. Odróżnienie pergaminu sztucznego od papierów pergaminowych Wykonanie: badaną próbkę papieru typu pergamin poddać oddzielnie dwóm różnym oznaczeniom: a) gotować kilka minut w 3% roztworze NaOH i b) zanurzyć we wrzącej wodzie. Interpretacja wyników: pergamin sztuczny w przeciwieństwie do papieru pergaminowego nie rozpada się podczas gotowania w roztworze ługu i nie ma zmniejszonej wytrzymałości na przedarcie po zanurzeniu do wrzącej wody. 7. Ocena gotowych opakowań jednostkowych, zbiorczych i transportowych wykonanych z wytworów papierniczych Wykonanie: zapoznać się z eksponatami różnych opakowań: określić formę opakowania, formę konstrukcyjną, rodzaj użytego materiału posługując się odpowiednimi normami. 8. Ocena papierowych opakowań do płynnych produktów spożywczych Wykonanie: a) zapoznać się z eksponatami różnych opakowań do płynnych produktów spożywczych: określić ich formę konstrukcyjną i rodzaj użytego materiału. c) określić masę i pojemność całkowitą kilku różnych opakowań. Pojemność określić przez zważenie lub zmierzenie za pomocą cylindra miarowego wody o temp. 20 o C mieszczącej się w opakowaniu, c) określić stosunek masy opakowania (tara) do masy produktu - wody (netto). 9. Oznaczanie nasiąkliwości wagowej wytworów papierniczych Nasiąkliwość wagowa jest to przyrost masy badanej próbki produktu w wyniku nawilżenia lub moczenia w cieczy, wyrażony w procentach w stosunku do pierwotnej masy próbki. Oznaczenie nasiąkliwości wagowej polega na umieszczeniu próbki badanego tworzywa papierniczego na powierzchni cieczy i obliczeniu nasiąkliwości w wodzie. Wykonanie: z arkusza wytworu papierniczego wyciąć próbkę o wymiarach 100 mmx100 mm i wysuszyć do stałej masy w temp. 105±2 o C, po czym zważyć z dokładnością do 0,005 g przy masie do 2 g lub 0,01 g przy masie powyżej 2 g. Do porcelanowej parownicy wlać taką ilość wody destylowanej, aby jej poziom osiągnął wysokość co najmniej 30 mm. Zważoną próbkę należy położyć stroną górną za pomocą szczypczyków na powierzchni cieczy. Czas nasiąkania powinien wynosić 1 minutę, po czym próbkę wyjąć i odczekać 5 sekund aż ocieknie woda. Następnie

10 próbkę należy położyć stroną górną (moczoną) na dwóch arkuszach bibuły nałożonych na płytce szklanej, przykryć trzecim arkuszem bibuły i drugą płytką szklaną oraz obciążyć próbkę ciężarkiem o masie 1 kg. Po 3 minutach próbkę wyjąć i zważyć ponownie z podaną wyżej dokładnością. Nasiąkliwość wytworu papierniczego obliczyć w % według wzoru: N = (b-a)/a X 100, gdzie: a masa próbki przed nasiąknięciem, g b masa próbki po nasiąknięciu, g Oznaczenie wykonać w 2 powtórzeniach a za wynik końcowy przyjąć średnią arytmetyczną z tych oznaczeń. LITERATURA Bohdan M. 2008. Nowoczesne zastosowania papieru w opakowaniach giętkich. Opakowanie, 8: 21-23. Chuchlowa J., J. Dąbrowski, J. Matuszewski. 1978. Ćwiczenia z opakowań i materiałów pomocniczych. Skrypty SGGW AR Warszawa. Chuchlowa J. 1996. Materiały pomocnicze i dodatki do żywności. WSiP Warszawa. Cichoń M. 1996.Opakowania w towaroznawstwie, marketingu i ekologii. Ossolineum Wrocław - Warszawa - Kraków. Cichoń Z. 1990. Przyczyny szkód towarowych w przemyśle mleczarskim. Opakowanie, 6: 12-16. Drzewińska E. 2008. Tendencje w produkcji opakowań z tektury falistej. Opakowanie, 7: 13-15 Drzewińska E. 2009. Papiery tłuszczoszczelne. Opakowanie, 7: 16-19 Jakowski S. 2008. Rodzaje i charakterystyka tektur falistych. Opakowanie, 7: 6-9 Jakucewicz S. 2000. Wodo- i ługotrwaość czy odporność lub przepuszczalność? Opakowanie, 7: 38-39 Jakucewicz S. 2008. Tektury wielowarstwowe. Opakowanie, 7: 18-27. Juśkiewicz M., H.Panfil-Kuncewicz. 1999. Materiały opakowaniowe i opakowania stosowane w przemyśle spożywczym. Wydawnictwo ART Olsztyn. Opakowania żywności. Pod redakcją B.Czerniawskiego i J.Michniewicza. 1998. Agro Food Technology Czeladź. Panfil-Kuncewicz H., A. Kuncewicz, M. Juśkiewicz. 2012. Wybrane zagadnienia z opakowalnictwa żywności. Wydawnictwo UWM w Olsztynie PN-92/P-50000. Papier, tektura, masa włóknista i określenia związane. Terminologia. PN-87/P-50007. Wytwory papiernicze. Podział. PN-91/P-79003. Torby papierowe. PN/EN 26590-1/ISO 6590-1. Opakowania. Worki. Terminologia i typy. Część 1: Worki papierowe.

PN-76/P-79005. Opakowania transportowe. Worki papierowe. PN-92/O-79402. Opakowania transportowe tekturowe. Pudła. PN-89/P-50801. Opakowania transportowe tekturowe. Podstawowe formy konstrukcyjne. Symbole. PN-89/P-50803. Opakowania jednostkowe papierowe i tekturowe. Podstawowe formy konstrukcyjne. Symbole. PN-O-79401. Opakowania jednostkowe tekturowe. Pudełka. Poradnik inżyniera opakowaniowca. 1987. Stowarzyszenie Naukowo-techniczne Inżynierów i techników Przemysłu Spożywczego. Warszawa. 11