Металізований пакувальний матеріал та спосіб його одержання

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использовано при изготовлении металлизированного материала на волокнистой основе, применяемого для упаковки продукции пищевой, фармацевтической, табачной, парфюмерной промышленности, а также других изделий и материалов. Наиболее эффективно заявляемый материал может быть использован для упаковки продукции с продолжительным сроком хранения, которая при этом должна быть защищена от действия не только оптического излучения, но также от кислорода, воздуха, други х газов, влаги, иных нежелательных воздействий. Известен металлизированный упаковочный материал, состоящий из бумаги-основы, кашированной тонкой алюминиевой фольгой, описанный, например, в статье В.А.Таничева, Б.Н.Вильчур, Л.И.Голубиной и В.В.Бондарева "Комбинированный упаковочный материал на основе жиростойких видов бумаги" [Ж. Бумажная промышленность, № 6-7, 1991, с. 32-33]. Материал получают путем наклеивания (кэширования) металлической фольги на поверхность бумаги при помощи специального клея (водного или термопластичного). Изготовление такого материала является сложным и дорогостоящим процессом, т.к. для его производства необходимы кроме дорогостоящего оборудования особо тонкая пищевая фольга, специальный пищевой клей и бумага-основа со специальными свойствами (жиро- и влагостойкая). В мировой практике в качестве бумаги-основы при изготовлении описанного выше упаковочного материала, в основном, используют пергамент и подпергамент(в зависимости от назначения комбинированного материала), которые непосредственно контактируют с затариваемыми пищевыми продуктами и, являясь сами по себе жиро- и влагостойкими материалами, выполняют в комбинированном металлизированном материале соответствующую функцию. В пергаменте и подпергаменте не нормируются показатели, характеризующие их структур у объема и поверхности - относительный объем пор целлюлозных волокон и гладкость, определяющие служебные свойства металлизированного материала и качество процесса металлизации. Однако, следует отметить, что и пергамент, и подпергамент достаточно дорогостоящие виды бумаги, причем из-за сложности их изготовления, в особенности пергамента и необходимости регенерации стоков, содержащих концентрированные кислоты, и их (стоков) глубокой очистки стоимость металлизированного материала, изготовленного на указанной основе весьма существенно возрастает. Кроме того, целостность защитного слоя металла при изгибе упаковки с использованием такого материала может нарушаться, что ведет к его расслаиванию, что снижает надежность упаковки. Применение такого материала в качестве упаковки связано также с неоправданно большим расходом на его изготовление цветного металла, например, алюминия, составляющим 20-50 г на 1 м поверхности и сложностью утилизации отходов. Известен металлизированный материал, применяемый для упаковки широкого ассортимента потребительских товаров и бытовых изделий, описанный в статье Г.Кручер "Упаковочные материалы, алюминированные в вакууме" [Ж. Тара и упаковка, № 4, 1991, с. 26]. Известный материал получают методом трансферной металлизации. Он содержит бумажную или картонную основу, на которую нанесен достаточно тонкий слой металла. Для получения такого материала используют метод, т.н. трансфера (передачи), а именно: вначале на отдельно взятую полимерную пленку наносят слой алюминия в вакууме, затем на поверхность бумаги или металлизированную поверхность наносят особый клеющий агент и при помощи специализированного оборудования склеивают металлизированную пленку с бумагой-основой при их совместной намотке. Комбинированный материал "пленка-алюминий-клей-бумага" с целью схватывания клея выдерживают в смотанном состоянии (в рулоне), при этом металлический слой переносится и закрепляется на поверхности бумаги-основы. Затем осуществляют операцию деламинирования, т.е. материал разделяют по границе "пленка-алюминий" в процессе его размотки, при этом полимерная пленка освобождается от алюминия, а металлическое покрытие остается на поверхности бумаги-основы. Полимерная пленка при таком способе получения металлизированного материала может быть использована в течение нескольких производственных циклов. Однако не все полимерные пленки легко освобождаются от алюминированного слоя, при работе с пленкой, например, из полиэфира на ее поверхность перед металлизацией наносят разделительный слой, а пленка из биорентированного полипропилена легко освобождается от металлического слоя только после выдерживания в рулоне комбинированного материала "пленка-алюминийбумага" при определенных температурных условиях в течение суток. Для изготовления описанного материала обычно используется бумага-основа более низкого качества, чем для материала, получаемого кэшированием бумажной основы алюминиевой фольгой, т.е. не обладающая такими специфическими показателями назначения, как влаго-, жиростойкость и др. Описанный материал не обладает требуемыми барьерными свойствами, которые необходимы для упаковки (фасовки) масла, маргарина, других пищевых продуктов, сигарет и други х изделий. Материал, получаемый методом трансферной металлизации, используют для изготовления ярлыков, наружных. этикеток, наружной упаковки (коробок, подарочных пакетов и т.п.), с пищевой продукцией он непосредственно не контактирует. Известен металлизированный упаковочный материал на основе бумаги с непосредственно нанесенным на ее специально подготовленную поверхность слоем металла (алюминия, латуни и др.), описанный также в статье Г.Кручер "Упаковочные материалы, алюминированные в вакууме" [Ж. Тара и упаковка, № 4,1991, с. 24-26]. Такой материал получают методом прямой металлизации, т.е. методом вакуумного испарения и конденсации слоя металла, преимущественно, алюминия толщиной 0,02-0,03 мкм на соответствующим образом подготовленную подложку, которая обязательно подвергается грунтовке, проклейке, лакированию или ламинированию. Однако и в этом случае полученный материал не обладает высокими барьерными свойствами, как и в случае трансфера. Такой материал используют только для изготовления наружных этикеток, кульков или коробок. При изготовлении металлизированных материалов, получаемых как методом прямой, так и трансферной металлизации, достигается значительная экономия алюминия в сравнении с обычным кэшированием. Для металлизации, например, 100 м 2 бумаги нужно не более 30-40 г алюминия. Однако поскольку при изготовлении материала, получаемого методом прямой металлизации, обязательно требуется предварительная обработка поверхности подложки (бумаги), это усложняет и удорожает производство металлизированного материала, а сам процесс лакировки или другой обработки поверхности кроме того создает весьма серьезные проблемы в области экологии и охраны окружающей среды. Металлизированный упаковочный материал, состоящий из волокнистой основы с нанесенным на ее поверхность слоем металла путем прямой металлизации в вакууме и способ изготовления такого материала взят нами в качестве прототипа как наиболее близкий по назначению и по технической сущности. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования металлизированного упаковочного материала путем использования волокнистой основы с такими показателями, которые обеспечивают получение материала с высокими барьерными свойствами при упрощении способа его получения, повышении экологичности процесса за счет исключения стадии лакирования поверхности основы и при одновременном снижении стоимости материала. Поставленная задача решается тем, что в металлизированном упаковочном материале, состоящем из пористой волокнистой основы с нанесенным на ее поверхность слоем металла, согласно изобретению относительный объем пор в материале не превышает 35%, электрическое сопротивление 1 см 2 металлизированной поверхности материала составляет не более 5 Ом при гладкости его поверхности не ниже 800 с, Поставленная задача решается также и тем, что в способе получения металлизированного упаковочного материала, включающего нанесение на пористую волокнистую основу металлического покрытия путем прямой металлизации в вакууме, согласно изобретению в качестве пористой волокнистой основы используют основу с плотностью не менее 1000 кг/м 3 при гладкости ее (основы) поверхности не менее 150 с. Бумага после бумагоделательной машины имеет плотность 500-700 кг/м 3 и влажность около 8%. При использовании такой бумаги в качестве волокнистой основы для металлизации из-за достаточно высокого содержания в ней влаги затруднено поддержание высокого вакуума в камере при напылении металла, поэтому требуется предварительная сушка бумаги для снижения остаточной влажности до 1-5% (в зависимости от условий металлизации) и лакирование ее поверхности грунтовочным лаком с последующей сушкой бумаги до остаточного содержания растворителя менее 0,01 %. Слой лака предохраняет от выделения водяных паров в вакуумной камере, а также устраняет неровности поверхности бумаги. Бумага является капиллярно-пористым материалом, поэтому при ее уплотнении часть влаги удаляется (испаряется), влажность бумаги снижается, снижается в ней и объем микропор, происходит их частичное закрытие. При уплотнении бумаги снижаются также микронеровности поверхности бумаги, она приобретает повышенную гладкость. При использовании в качестве волокнистой основы бумаги с плотностью не менее 1000 кг/м 3 и гладкостью не менее 150 с снижается паровыделение при напылении металла на бумагу, что дает возможность исключить предварительную сушку бумаги перед металлизацией и лакирование ее поверхности. Изобретение иллюстрируется нижеприведенными примерами. Способ получения металлизированного упаковочного материала включает нанесение на поверхность пористой волокнистой основы, состоящей из целлюлозы, металлизированного покрытия путем металлизации испарением, например, алюминия в вакууме. Пример 1. Для изготовления металлизированного упаковочного материала используют бумагу-основу массой площади 1 м 49,7 г, которую получают из хвойной сульфатной беленой целлюлозы по ГОСТ 9571-89. Бумага имела плотность 1270 кг/м 3, гладкость поверхности под металлизацию 630 с, влажность 4,7%. На поверхность бумаги-основы путем металлизации (испарения) в вакууме на установке типа CBL-1210 (ф. Галилео, Италия) при остаточном давлении воздуха 7 · 10-2 Па наносят алюминий марки А97 по ГОСТ 1106974. Скорость движения полотна бумаги при его металлизации составляла 70 м/мин. В полученном металлизированном материале определяют гладкость, электрическое сопротивление 1 см материала и относительный объем пор. Последний показатель определяют с использованием физико-химических методов или упрощенно по формуле: где П - относительный объем пор в материале, %; g- плотность материала, кг/м ; gв - плотность волокнистого компонента материала (для целлюлозы этот показатель равняется 1,55 кг/м 3). В металлизированном упаковочном материале масса металлического покрытия составляет менее 0,1% и влияние его на показатель объемной пористости незначительно, поэтому для практических расчетов это влияние можно не учитывать. Характеристика бумаги-основы, используемой для металлизации и показатели полученного материала приведены в таблице. Пример 2. Металлизированный материал получают по способу, описанному в примере 1, однако в качестве волокнистой основы используют бумагу массой 1 м 2 45,5 г, плотностью 1050 кг/м 3 и гладкостью поверхности 280 с. Скорость металлизации составляла 150 м/мин. Пример 3. Металлизированный материал получают, как в примере 1, однако используемая бумага имела показатели: масса 1 м 2 51,1 г, плотность 1010 кг/м 3, гладкость 210 с. Металлизацию бумаги осуществляют при скорости 140 м/мин. Пример 4. Получение металлизированного материала отличается от описанного в примере 1 тем, что в качестве основы используют бумагу массой 1 м 2 61,6 г, плотностью 970 кг/м 3 и гладкостью 140 с, а скорость металлизации составила 150 м/мин. Пример 5. Способ получения металлизированного материала отличается от описанного в примере 1 использованием в качестве основы бумаги массой 1 м 2 57,0 г, плотностью 900 кг/м и гладкостью 107 с, скорость металлизации составила 150 м/мин. Пример 6. Для получения металлизированного материала используют бумагу массой 1 м 2 42 г, гладкостью 97 с и плотностью 910 кг/м 3, скорость металлизации составляла 170 м/мин. Пример 7. В качестве основы при металлизации используют бумагу массой 1 м 2 35,0 г, плотностью 1000 кг/м 3 и гладкостью 150 с. Металлизацию осуществляют при скорости 170 м/мин. Пример 8. Бумага, используемая в качестве основы при металлизации, имела следующие показатели: масса 1 м 2 21,0 г, плотность 1070 кг/м 3, гладкость 300 с. Скорость металлизации составила 210 м/мин. Пример 9. Для получения металлизированного материала в качестве основы используют бумагу массой 1 м 2 20,7 г, плотностью 1070 кг/м 3 и гладкостью 300 с. Скорость металлизации составила 150 м/мин. Пример 10. Получение металлизированного материала отличается от примера 1 тем, что в качестве основы используют бумагу массой 1 м 281,0 г, плотностью 1000 кг/м 3 и гладкостью 170 с, а скорость металлизации составила 140 м/мин. Оценка потребительских (барьерных) свойств металлизированного упаковочного материала по изобретению производилась по его способности обеспечивать сохранность упакованной пищевой продукции на примере сливочного масла, исходя из органо-лептической оценки качества упакованного масла после хранения в течение 20 суток при температуре не более +5°С (в соответствии с требованиями НТД на хранение масла). Поданным испытаний материал, полученный с использованием волокнистой основы плотностью не менее 1000 кг/м 3 и гладкостью не менее 150 с и имеющий показатели в соответствии с изобретением обеспечивает сохранность масла без его окисления, что определяется визуально по изменению цвета его поверхности (пожелтению) (примеры 1, 2, 3, 7, 9, 10). Материал, полученный при использовании бумаги-основы плотностью менее 1000 кг/м 3 и гладкостью менее 150 с, не обладал требуемыми показателями и не удовлетворял требованиям, предъявляемым к материалу для упаковки сливочного масла (примеры 4, 5, 6) также, как и материал по примеру 8, электрическое сопротивление поверхности которого превышало 5 Ом.