Mitkä ovat korkean esteen pakkausmateriaalit?

Mitä ovat korkeaesteiset pakkausmateriaalit?

Korkeasulkuiset pakkausmateriaalit ovat erikoiskalvoja tai laminaatteja, jotka on suunniteltu estämään hapen, kosteuden, valon ja muiden kaasujen siirtymisen erittäin alhaisilla nopeuksilla. pidentää näin tuotteen säilyvyyttä ja säilyttää laatu. Näitä materiaaleja käytetään laajasti elintarvikkeiden, lääkkeiden, elektroniikan ja lääkinnällisten laitteiden pakkauksissa, joissa ympäristön altistuminen johtaa tuotteen nopeaan hajoamiseen.

Käytännössä pakkausmateriaali luokitellaan "korkeaksi esteeksi", kun sen hapen läpäisynopeus (OTR) laskee alle 1 cc/m²/päivä ja sen vesihöyryn läpäisynopeus (WVTR) on alle 1 g/m²/päivä . Näiden kynnysarvojen saavuttaminen edellyttää joko luontaisesti runsassulkuisten polymeerien valitsemista tai useiden materiaalikerrosten yhdistämistä koekstruusio- tai laminointiprosessien avulla.

Tärkeimmät esteominaisuudet ja mitä ne suojaavat

Eri pakkaussovellukset vaativat suojaa eri uhkia vastaan. Oikean materiaalin valinnassa auttaa ymmärtäminen, mitkä esteominaisuudet ovat tärkeitä:

Useimmat tosielämän sovellukset vaativat sulkuominaisuuksien yhdistelmän. Esimerkiksi tyhjiöpakattu tuorelihatuote tarvitsee molempia erinomaiset happi- ja kosteussulut samanaikaisesti , jota yksikerroksiset kalvot eivät yleensä pysty toimittamaan.

Yleiset korkean esteen materiaalit ja niiden ominaisuudet

Useita peruspolymeerejä ja pinnoitteita käytetään korkean sulkukyvyn saavuttamiseksi. Jokaisella on omat vahvuudet ja kompromissit:

EVOH (etyleenivinyylialkoholi)

EVOH on yksi tehokkaimmista saatavilla olevista happisulkumateriaaleista, joka pystyy saavuttamaan niinkin alhaiset OTR-arvot kuin 0,01–0,1 cc·mm/m²/päivä/atm kuivissa olosuhteissa. Sen sulkukyky kuitenkin laskee merkittävästi korkeassa kosteudessa, minkä vuoksi EVOH on lähes aina kerrostettu kosteutta kestävien kerrosten väliin monikerroksisissa rakenteissa. Sitä käytetään yleisesti elintarvikepakkauksissa tuotteissa, kuten kastikkeet, mehut ja jalostetut lihat.

PVDC (polyvinylideenikloridi)

PVDC tarjoaa erinomaiset yhdistetyt happi- ja kosteussulkuominaisuudet ja säilyttää suorituskyvyn erilaisissa kosteusolosuhteissa – etu EVOH:hon verrattuna. Sitä käytetään yleisesti pinnoitteena suunnatuille kalvoille. PVDC-pinnoitteiden OTR-arvot vaihtelevat tyypillisesti välillä 0,5-2 cc/m²/päivä . Sen käyttöä tarkastellaan yhä enemmän klooripitoisuuden ja kierrätettävyyden vuoksi.

PA (polyamidi / nylon)

Nailon tarjoaa kohtalaiset happisulkuominaisuudet ja erinomaisen mekaanisen lujuuden, puhkaisun kestävyyden ja lämpömuovattavuuden. Sitä käytetään usein rakennekerroksena monikerroksisissa muodostuskalvoissa. PA6 ja PA6,6 ovat yleisimmät laatuluokat elintarvikepakkauksissa.

Metalloidut kalvot (AlOx-, SiOx-pinnoitteet)

Ohuet epäorgaaniset oksidipinnoitteet – alumiinioksidi (AlOx) ja piioksidi (SiOx) – kerrostetaan PET- tai OPP-kalvoille, antavat sulkuominaisuudet, jotka ovat verrattavissa alumiinifolioon, mutta niiden etuna on optinen läpinäkyvyys . Näitä käytetään yhä enemmän retorttipusseissa ja seisovissa pusseissa, joissa tuotteen näkyvyydellä on merkitystä.

Alumiinifolio

Kalvolaminaatit tarjoavat olennaisesti täydellisen esteen hapelle, kosteudelle, valolle ja aromeille. Niitä käytetään ehdotonta suojaa vaativissa sovelluksissa, kuten pitkäkestoisissa steriileissä lääkkeissä, kahvipakkauksissa ja retorttipusseissa. Kompromissi on opasiteetti ja vähentynyt kierrätettävyys.

Monikerroksinen koekstruusio: kuinka korkean esteen muodostavia kalvoja rakennetaan

Yksi polymeeri harvoin tuottaa kaikkia vaadittuja ominaisuuksia. Monikerroksinen koekstruusio on hallitseva teknologia korkean suorituskyvyn pakkauskalvojen valmistuksessa yhdistämällä eri hartsien vahvuudet yhdeksi integroiduksi rakenteeksi.

Tyypillinen Korkean esteen muodostava kalvo lämpömuovaussovelluksissa käytettävät voivat koostua 7-9 kerrosta , joista jokaisella on tietty toiminto:

• Ulkorakennekerrokset (esim. PA tai PP): mekaaninen lujuus, lävistyskestävyys, lämpömuovattavuus
• Keskimmäinen estekerros (esim. EVOH): happisulku
• Sido kerrokset (liimahartsit): sitoa yhteensopimattomat polymeerit toisiinsa ilman delaminoitumista
• Tiivistekerros (esim. PE tai PP): kuumasauman eheys ja tuotteen kosketusvaatimustenmukaisuus

9-kerroksinen koekstruusioarkkitehtuuri mahdollistaa kalvon kokonaispaksuuden tarkan säätämisen (tyypillisesti 100-400 mikronia kalvojen muodostamiseen), esteen suorituskyky ja muovauskäyttäytyminen. Laminoituihin rakenteisiin verrattuna koekstrudoidut kalvot tarjoavat paremman kerrosten välisen tarttuvuuden, ei liiman siirtymisriskiä ja virtaviivaisemman tuotantoprosessin.

Lämpömuovausluokan korkean esteen muodostavien kalvojen tärkeimmät suorituskyvyn vertailuarvot ovat:

• OTR: < 5 cc/m²/päivä (usein < 1 cc/m²/päivä premium-luokissa)
• WVTR: < 3 g/m²/päivä
• Muotoilusyvyys: jopa 80-120 mm rakenteesta riippuen
• Käyttölämpötila-alue: sopii sekä jäähdytettyihin että pakastettuihin sovelluksiin

High Barrier -pakkausmateriaalien sovellukset teollisuudessa

Elintarvikkeiden pakkaus

Tämä on suurin sovellussegmentti. Korkeasuojakalvoja käytetään tuoreen lihan ja äyriäisten tyhjiöpakkauksiin (VSP), valmisruokien modifioidun ilmakehän pakkauksiin (MAP), lämpömuovattuihin tarjottimiin delituotteille sekä joustaviin pusseihin kastikkeita ja keittoja varten. Säilyvyys pidentyy 5–7 päivästä 21–28 päivään saavutetaan yleisesti korkean esteen tyhjiöpakkauksella tuoreelle punaiselle lihalle.

Lääkepakkaukset

Tablettien ja kapseleiden läpipainopakkaukset edellyttävät tiukkaa kosteuden ja hapen hallintaa lääkkeen stabiilisuuden ja säännösten noudattamisen ylläpitämiseksi. Sekä kylmämuovattuja kalvolaminaatteja että korkean suojan lämpömuovattavia kalvoja käytetään, ja valinta perustuu lääkkeen herkkyysprofiiliin.

Lääketieteellisten laitteiden pakkaus

Kirurgisten instrumenttien ja implanttien steriilien suojajärjestelmien on säilytettävä steriiliys koko tuotteen ilmoitetun säilyvyysajan, joka voi olla 3-5 vuotta tai kauemmin . Tässä käytettyjen korkeasulkukalvojen on myös oltava yhteensopivia sterilointimenetelmien, kuten EO-kaasun, gammasäteilytyksen tai höyryn, kanssa.

Elektroniikka

Kosteudelle herkät komponentit, kuten OLEDit, anturit ja piirilevyt, vaativat pakkauksen erittäin alhaisella WVTR-arvolla, joskus alle 10⁻⁴ g/m²/päivä . Tässä segmentissä käytetään erikoistuneita monikerroksisia sulkukalvoja epäorgaanisilla pinnoitteilla.

Tekijät, jotka on otettava huomioon valittaessa korkeaesteisiä pakkausmateriaaleja

Oikean korkean suojamateriaalin valinta edellyttää useiden teknisten ja kaupallisten tekijöiden tasapainottamista:

1. Vaadittu esteen taso : Yhdistä OTR/WVTR-tavoitteet tuotteen todelliseen herkkyyteen ja tavoitesäilyvyysaikaan – liiallinen suunnittelu lisää kustannuksia tarpeettomasti.
2. Käsittelymenetelmä : Lämpömuovaus, VFFS, HFFS ja pussien valmistus asettavat kalvolle erilaisia mekaanisia vaatimuksia.
3. Lämpövaatimukset : Retortti, pastörointi tai pakastinsäilytys edellyttävät kukin erilaista polymeerikemiaa.
4. Säännösten noudattaminen : Elintarvikkeiden kosketukseen, lääkkeisiin ja lääkinnällisiin laitteisiin liittyvät määräykset vaihtelevat alueittain, ja ne on vahvistettava jokaiselle materiaalille.
5. Kestävyysprofiili : Yksimateriaalirakenteet tai kierrätettävät monikerroksiset kalvot asetetaan yhä enemmän etusijalle laajennetun tuottajavastuun (EPR) vaatimusten täyttämiseksi.
6. Optiset ominaisuudet : Se, onko pakkauksen oltava läpinäkyvä, läpikuultava tai läpinäkymätön, vaikuttaa materiaali- ja pinnoitusvalintoihin.
7. Tiivistettävyys : Kuumasaumausalue, tiivistyslujuus ja kuoriutumisominaisuudet on sovitettava täyttölinjan ja loppukäytön vaatimuksiin.

Kestävän kehityksen trendit korkean esteen pakkauksissa

Perinteiset monikerroksiset sulkurakenteet ovat joutuneet tarkastelun kohteeksi, koska sekapolymeerilaminaatteja on vaikea kierrättää tavallisissa kunnallisissa virroissa. Tämän ratkaisemiseksi kehitetään useita lähestymistapoja:

• Täysin polyolefiinisuojakalvot : PA- ja PET-kerrosten korvaaminen sulkufunktionalisoidulla PE- tai PP-kerroksella monomateriaalisten kierrätysrakenteiden luomiseksi.
• Ohuemmat sulkupinnoitteet : Edistyneet AlOx- ja SiOx-pinnoitustekniikat vähentävät tarvittavan sulkumateriaalin määrää samalla kun suorituskyky säilyy tai paranee.
• Biopohjaiset sulkuhartsit : Bio-EVOH- ja PLA-pohjaiset sulkupinnoitteet ovat tulossa kaupalliseen käyttöön, vaikka suorituskyky mittakaavassa on vielä kehittymässä.
• Alentaminen : Esteen tehokkuuden parantaminen yksikköpaksuuskohtaisesti vähentää materiaalin kokonaiskäyttöä tinkimättä säilyvyyden suojasta.

Alan yksimielisyys on tämä ruokahävikin vähentäminen tehokkaan suojapakkauksen avulla tuottaa nettohyötyä ympäristölle vaikka otettaisiin huomioon pakkausmateriaalin oma jalanjälki – tämä tosiasia tunnustetaan yhä enemmän elinkaariarviointitutkimuksissa (LCA).

FAQ: High Barrier Pakkausmateriaalit

Q1: Mitä eroa on suojapakkausten ja vakiopakkausten välillä?

Vakiopakkaus tarjoaa perusfyysisen suojan. Estepakkaus estää lisäksi kaasujen (O2, CO2), kosteuden, valon ja aromien siirtymisen mitattavan alhaisilla nopeuksilla, mikä pidentää merkittävästi tuotteen säilyvyyttä ja säilyttää laadun.

Q2: Mikä tekee EVOH:sta niin tehokkaan happisulun?

EVOH:n molekyylirakenne sisältää hydroksyyliryhmiä, jotka muodostavat tiheän, kiteisen verkoston, jonka vapaa tilavuus on erittäin pieni, mikä tekee happimolekyylien tunkeutumisesta erittäin vaikeaksi. Sen OTR kuivissa olosuhteissa on alhaisimpia kaikista kaupallisesti saatavilla olevista polymeereistä.

Kysymys 3: Voidaanko korkeasulkukalvoja käyttää kuumatäyttö- tai retorttisovelluksiin?

Kyllä, mutta polymeerin valinta on sovitettava lämpöprosessiin. Retorttiluokan rakenteet käyttävät tyypillisesti PP-pohjaisia ​​tiivisteitä ja lämmönkestäviä sulkukerroksia, jotka kestävät 121 °C:n tai korkeampia lämpötiloja ilman delaminaatiota tai esteen hajoamista.

Q4: Mihin korkean esteen muodostavaa kalvoa käytetään?

Se on suunniteltu erityisesti lämpömuovausprosesseihin – kalvo kuumennetaan ja muotoillaan alustaksi, kupiksi tai onteloiksi automatisoiduilla pakkauslinjoilla. Siinä yhdistyvät syvävetokyky sekä korkea happi- ja kosteussulkukyky, jota käytetään yleisesti tuoreen lihan, juuston ja valmisruokien pakkauksissa.

Q5: Kuinka monta kerrosta korkean esteen muodostavassa kalvossa yleensä on?

Kaupallisissa korkean esteen muodostavissa kalvoissa on yleensä 5-9 kerrosta. Yhdeksänkerroksiset koekstrudoidut rakenteet mahdollistavat sulku-, mekaanisten ja tiivistysominaisuuksien tarkimman virityksen yhdessä integroidussa kalvossa.

Q6: Ovatko korkean suojan pakkausmateriaalit elintarviketurvallisia?

Niiden on noudatettava sovellettavia elintarvikkeiden kanssa kosketuksiin joutuvia säädöksiä (kuten EU:n asetus 10/2011 tai FDA 21 CFR Yhdysvalloissa). Hyvämaineiset toimittajat toimittavat täydelliset säädöstenmukaisuusasiakirjat jokaisesta materiaalista. Varmista aina tietyn tuotteen ja markkinoiden vaatimustenmukaisuus.

Q7: Mistä tiedän, minkä OTR- tai WVTR-tason tarvitsen?

Tämä riippuu tuotteen happi- ja kosteusherkkyydestä, tavoitesäilyvyysajasta, säilytysolosuhteista ja ylätilan tilavuudesta. Pakkausteknologit käyttävät tyypillisesti tuotekohtaista läpäisymallinnusta tai säilyvyystutkimuksia määrittääkseen vaaditun sulkuerittelyn.