ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΑ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΠΟΛΥΣΤΡΩΜΑΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΣΥΣΚΕΥΑΣΊΑΣ Τμήμα Χημείας, Παν/μιο Ιωαννίνων Αναστασία Μπαδέκα, PhD. Χημικός Λέκτορας Ιωάννινα, 2014

ΦΡΑΓΜΟΣ - ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Η διάλυση και η μεταφορά ενώσεων μικρού μοριακού βάρους μέσω του υλικού συσκευασίας είναι ένας παράγοντας που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά το σχεδιασμό της συσκευασίας. Είναι πορεία δύο δρόμων: Απώλεια υγρασίας ή αρωματικών ενώσεων του τροφίμου (προς το περιβάλλον) Πρόσληψη ανεπιθύμητων οσμών ή υγρασίας από το περιβάλλον.

Οι πορείες με τις οποίες περνούν τα αέρια και οι ατμοί μέσω των πολυμερικών υλικών είναι: Μέσω πόρων – τα αέρια και ατμοί ρέουν μέσω μικροσκοπικών πόρων, οπών και σπασιμάτων των υλικών Διαλυτοποίηση-διάχυση – αέρια και ατμοί διαλύονται στην μία επιφάνεια του πολυμερούς, διαχέονται μέσα στο υλικό λόγω διαφοράς συγκέντρωσης και εξατμίζονται στην άλλη πλευρά του πολυμερούς (διαπερατότητα)

ΠαραγοντεΣ που επηρεαζουν τΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ

Χημική δομή πολυμερούς (αριθμός και είδος δεσμών μακρομοριακών αλυσίδων) Κρυσταλλικότητα (προσανατολισμός) Υγρασία (παρουσία άλλων ενώσεων) Φύση της επιφάνειας του πολυμερούς (σύσταση ένωσης) Πρόσθετα (πλαστικοποιητής) Συγκέντρωση διεισδυτικού Θερμοκρασία

Ρυθμοί διαπερατότητας οξυγόνου και υδρατμών διαφόρων υλικών πάχους 25μm Υλικό OTR (cm3/m2day atm) 25oC & 50% RH WVTR (g/m2 day) 25oC & 75% RH PVDC 2 1 EVOH 0,5-10* 40 PVDC-PVC 15 9 Nylon 6 50-150* Polyester 80 8 PVC 200 20 HDPE 1400 OPP 1500 LDPE 8000 5 HIPS 4500 30

Γενικά ισχύει ότι οι διαπερατότητες των πολυμερικών υλικών σε Ν2, Ο2 και CO2 έχουν λόγο 1:4:24 Ένα υλικό χαρακτηρίζεται ως υψηλός φραγμός ανάλογα με τη τιμή της διαπερατότητάς του στο Ο2 < 2-4 cm3/m2 day atm

Όταν ένα πολυμερικό υλικό έχει υψηλό φραγμό στο οξυγόνο συνήθως έχει καλό φραγμό στις οσμηρές ενώσεις εκτός από τις περιπτώσεις που υπάρχει αλληλεπίδραση με το διεισδυτικό Εάν ένα πολυμερικό υλικό έχει υψηλό φραγμό στο Ο2 δεν συνεπάγεται ότι θα έχει καλό φραγμό στους υδρατμούς

ΠΟΛΥΣΤΡΩΜΑΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Ανάγκη για προστασία των ευαίσθητων στην υγρασία υλικών. PS – (90,6oC) – διαύγεια, ακαμψία, χαμηλό κόστος PP – (127oC) – retortable, άριστη διαύγεια HDPE – (110oC) LDPE – (77oC) – εσωτερικό στρώμα, ευκαμψία Θερμοπλαστικός PET (>127oC) PC – (>127oC) – αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες

ΕΥΚΑΜΠΤΑ ΠΟΛΥΣΤΡΩΜΑΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΑΣ

Χαρτί Λεπτά φύλλα χαρτιού (#8), kraft (#70), χαρτί γλασέ και επιστρωμένο με πηλό (#26-50). Μεμβράνη PVDC, BOPP, PET, κερί κλπ. Δομή Εφαρμογή 16-18# χαρτί/10-15#/LDPE Συσκ. ζάχαρης και γλυκαντικών υλών 25-30# MGBK/LDPE Εσωτερικό κουτιών δημητριακών (flakes) και κέικς για καλή προστασία έναντι της υγρασίας Κερί-χαρτί γλασέ/κερί/χαρτί γλασέ-κερί Κερί-χαρτί γλασέ-κερί Εσωτερικό κουτί δημητριακών για μέτρια προστασία έναντι υγρασίας Διαφανής μεμβράνη-PR/ADH Συσκ. Προϊόντων snacks Χαρτί γλασέ-PVDC BOPP/ADH/AF/PE/χαρτί γλασέ-PVDC Συσκ. Μεγάλων ποσοτήτων snacks

Αλουμινόφυλλο (Alu) Άριστες ιδιότητες φραγμού. Πάχος 6,4-150μm, συνήθως 6,4-37μm. (φάρμακα). Χαρτί, cellophane, πλαστικά. Πολύ λεπτό φύλλο συνδυάζεται με ΡΕ Δομή Εφαρμογή 28,5-35ga AF/κερί/χαρτί Περιτύλιγμα μαστίχας 28,5-35ga AF/ADH/χαρτί Περιτύλιξη τσιγάρων 35ga AF/ADH/χαρτί Περιτύλιξη βουτύρου και μαργαρίνης Κερί-χαρτί γλασέ-κερί Εσωτερικό κουτί δημητριακών για μέτρια προστασία έναντι υγρασίας 30-35ga AF/κερί/12-15# χαρτί/κερί/8# πορώδες χαρτί Εσωτερικό στρώμα κουτιών δημητριακών και προϊόντων ευαίσθητων στην υγρασία

Cellophane Υγρασία – μαλακώνουν. Χαμηλή υγρασία – εύθραυστα. PVDC (ενδιάμεσα cello εκτυπωμένη) Συνδυάζεται και με μέταλλο. Δομή Εφαρμογή PVDC-CELLO-PVDC/ADH/PVDC-CELLO-PVDC Καραμέλες, μπισκότα PVDC-CELLO-PVDC/ΡΕ/PVDC-CELLO-PVDC Πάγος, ΜΑΡ ξηροί καρποί, κρέατα, κονιορτοποιημένα τρόφιμα κ.α.

ΒΟΡΡ Διαξονικά προσανατολισμένο πολυπροπυλένιο. Ευρέως χρησιμοποιούμενο. ΡΕ, PVDC, Alu Εξωτερικό, όχι θερμοσυγκόλληση. Καλός φραγμός στην υγρασία, όχι στα αέρια. Μπισκότα, σοκολάτα, καραμέλες.

ΡΕΤ Σταθερός, αντοχή σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες, καλή εκτύπωση. Π.χ. PET-PVDC-στρώμα εκτύπωσης-PE ή ιονομερές. Μπέηκον, λουκάνικα. ΡΕΤ χωρίς επίστρωση – boil-in-bag με εσωτερικό στρώμα ΡΕ Δομή Εφαρμογή PET-PVDC/LDPE Κατεργασμένα κρέατα, σακούλες για υγρά PET/ADH/MDPE LLDPE Σακούλες boil-in-bag για κατεψυγμένα κηπευτικά PET/LDPE/AF/LDPE Σακούλες για υψηλής ταχύτητας συσκευαστικές μηχανές

Nylon (μη προσανατολισμένο) Στο Ο2, όχι στην υγρασία. Nylon 6 & nylon 6.6 Λαμινάρεται με LDPE, EVA ή ιονομερή. Nylon (προσανατολισμένο) Βελτίωση στο Ο2, καλύτερες μηχανικές ιδιότητες. Λαμινάρεται με LDPE, PVDC, ιονομερή. Μεταλλοποιείται.

ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΠΟΛΥΣΤΡΩΜΑΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΑΣ

Συμβατικό λαμινάρισμα α) Λαμινάρισμα με κόλλα (adhesive lamination) Επάλειψη του ενός υλικού με κόλλα και επαφή με το δεύτερο. Οι κόλλες έχουν βάση το νερό ή οργανικούς διαλύτες (εξάτμιση – θέρμανση) (wet bonding – dry bonding)

β) Λαμινάρισμα με θέρμανση (thermal lamination) Το ένα ράουλο θερμαίνεται (θερμοσυγκολλητική επικάλυψη) (cellophane//saran, cellophane//cellophane κλπ)

γ) Λαμινάρισμα με τη χρήση ουσιών χαμηλού σ.τ. (hot melts lamination) Θερμή κόλλα – ψυχρά τύμπανα. Παραφίνη, κεριά, πολυμερή κλπ δ) Λαμινάρισμα με εξώθηση (extrusion lamination) Συνεχής εξώθηση των υλικών τη στιγμή της επαφής συγκόλληση (500m/min)

Επίστρωση (coating) Προσθήκη ενός λεπτού στρώματος ενός υλικού επάνω σε άλλο. Φτηνή διεργασία λόγω της ποσότητας του υλικού που χρησιμοποιείται.

Συνεξώθηση (coextrusion) Ταυτόχρονη εξώθηση 2 ή περισσοτέρων υλικών από εξωθητές σε κοινή κεφαλή. Χαμηλό κόστος, ένα στάδιο, μη αποκόλληση των φύλλων. Δύο τεχνικές: (α) συνεξωθημένο «χυτό» φιλμ

(β) συνεξωθημένο «φυσητό» φιλμ

Μεταλλοποιημένα υλικά συσκευασίας Πλαστική μεμβράνη, χαρτί (κατεργασμένη επιφάνεια) επιστρώνεται με πολύ λεπτό στρώμα μετάλλου (Alu). Μεταλλοποίηση υπό κενό (vacuum metallizing). Μεταλλοποιητική μηχανή. Α. ρολό περιτυλίγματος, Β. ψυχόμενο ρολό, C. Ρολό ξετυλίγματος, Ε. τροφοδοασία αλουμινίου, F. εξάχνωση

Θέρμανση του Alu στους 1300-1400οC, χαμηλή πίεση της τάξης 10-5atm, εξάχνωση και εναποθέτηση σε ομοιόμορφο και λεπτό στρώμα. Πάχος 1,5-3,0 OD (οπτικές μονάδες). Εξαρτάται από τη θερμοκρασία του αλουμινίου και την ταχύτητα κίνησης των ρολών (5m/sec). Φραγμός στα αέρια, υδρατμούς, φως. Βελτίωση 10 με 20 φορές ο φραγμός. Μπορεί να μεταλλοποιηθεί και συνεξωθημένο υλικό.

Διαφανή «υαλώδη» υλικά συσκευασίας Μειονέκτημα των μεταλλοποιημένων: Μη δυνατότητα χρήσης σε φούρνο μικροκυμάτων Αδιαφάνεια Ρύπανση από μέταλλα Μη δυνατότητα καύσης (συσσώρευση Alu)

SiOx (1.5  x  1.8). SiO υπό ελεγχόμενη οξείδωση δίνει SiOx (το SiO2 δεν έχει ιδιότητες φραγμού). Απαιτείται υψηλή θερμοκρασία για την εξάχνωση (1800οC) απαιτείται πηγή ηλεκτρονικής ακτινοβολίας (ηλεκτρονικό πυροβόλο –electron bean gun). Χρησιμοποιείται για την εξάχνωση του Alu και του SiO (καλύτερος φραγμός, μεγαλύτερες ταχύτητες επίστρωσης σε σύγκριση με τη συμβατική πηγή θερμικής εξάχνωσης – thermal evaporation).

Το πάχος του «υαλώδους» στρώματος έχει πάχος 600-800Å Το πάχος του «υαλώδους» στρώματος έχει πάχος 600-800Å. Πάνω από 800Å δεν βελτιώνεται ο φραγμός. Είναι μίγμα SiO, Si2O3 & SiO2 – κίτρινο χρώμα. Δομή άμορφη σε αντίθεση με το Alu. Η ποσότητα του Ο2 για την οξείδωση έχει πρωταρχική σημασία. Αύξηση του x οδηγεί σε αύξηση της διαπερατότητας. Δεν επηρεάζονται από την υγρασία 28

Μειονεκτήματα Υψηλότερη διαπερατότητα σε σχέση με τα μεταλλοποιημένα Κίτρινο χρώμα. Οξείδια μετάλλων (Al2O3, MgO). Υψηλό κόστος (ταχύτητα επίστρωσης – εξαρτάται από τη πηγή εξάχνωσης)

(α) Πηγή θερμικής εξάχνωσης Υπόστρωμα Πλάτος επίστρωσης Θερμοκρασία εξάχνωσης Χρόνος προθέρμανσης Χρόνος ψύξης Ρυθμός εξάχνωσης Πάχος επίστρωσης Ταχύτητα ρολού Μήκος ρολού ΡΕΤ, 12μm 1650mm 1350o-1400oC 20 min 60-120 min >100 g/min 800-1200Å 100-200 m/min (2-3 m/sec) 10.000-15.000 m (β) Ηλεκτρονικό πυροβόλο 2100 mm Περίπου 5 min 800-1200 Å 250-360 m/min (4-6 m/sec)

Διαπερατότητα ΡΕΤ (12μm) Met PET (12μm) PET (12μm) SiOx PO2 (cm3/m2 d) 140 < 0.8 2.0 PH2O (g/m2 d) 15 < 0.1