Come progettare lo strato barriera delle scatole di carta per alimenti per garantire proprietà di resistenza all'olio, all'umidità e alla conservazione della freschezza per diversi tipi di alimenti

Scatole di carta alimentare sono una tendenza dominante nel settore degli imballaggi alimentari e la loro competitività principale risiede nella tecnologia barriera. Gli strati barriera devono essere personalizzati in base alle proprietà fisiche e chimiche dei diversi alimenti per garantire la sicurezza alimentare, prolungare la durata di conservazione e mantenere il gusto. Ciò richiede una scienza dei materiali sofisticata, processi di rivestimento e metriche di test specializzate (come i valori MVTR, OTR e Cobb).

La sfida della "barriera petrolifera" per gli alimenti ad alto contenuto di grassi: test sulla migrazione del petrolio

Gli alimenti ricchi di grassi, come pizza, pollo fritto, pasticcini e prodotti a base di carne contenenti grassi animali, rappresentano la sfida principale per le scatole di carta: le proprietà di barriera all'olio. Gli oli hanno un tasso di migrazione elevato e possono penetrare rapidamente nel normale cartone, provocando l'ammorbidimento dell'imballaggio e la fuoriuscita di macchie, compromettendo gravemente l'aspetto e la resistenza strutturale.

1. Alternative chimiche fluorurate (prive di PFAS)

La soluzione tradizionale è quella di utilizzare rivestimenti PFAS (sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche), che resistono efficacemente alla penetrazione dell'olio grazie alle loro eccellenti proprietà superficiali a bassa energia. Tuttavia, a causa delle normative ambientali e di sicurezza alimentare sempre più rigorose, il mercato si sta spostando verso tecnologie di barriera antiolio prive di PFAS.

Rivestimenti polimerici a base acqua: utilizzando emulsioni polimeriche a base acqua appositamente modificate, questi rivestimenti bloccano fisicamente olio e grasso formando una struttura filmica densa e a bassa porosità. Questi rivestimenti sono compatibili con le apparecchiature di stampa flessografica o rotocalco esistenti, consentendo un rivestimento di alta precisione.

Rivestimenti a base di cera naturale: utilizzare cera biologica modificata (come cera di soia o cera d'api) come sistema di dispersione. L'idrofobicità delle cere fornisce una fondamentale idrorepellenza e oleorepellenza, in particolare per applicazioni con contenuto di olio da basso a medio. Presentano inoltre un'eccellente macerabilità, il che li rende riciclabili.

Indicatori professionali: le prestazioni di blocco dell'olio vengono valutate principalmente utilizzando il kit test. I rivestimenti per cartoni per alimenti di alta qualità devono raggiungere i livelli kit 8-12.

Requisiti di resistenza all'umidità per alimenti contenenti/ad alto contenuto di umidità: controllo del valore WVTR e COBB

Gli alimenti contenenti/ad alto contenuto di umidità, come cibi surgelati, insalate fresche, latticini refrigerati e tazze di bevande calde da asporto, richiedono cartoni con eccellente resistenza all'umidità e ai liquidi.

1. Rivestimento in PE tradizionale e alternative rispettose dell'ambiente

Rivestimento in polietilene (PE): questo è attualmente lo strato barriera contro l'umidità più utilizzato. Si ottiene facendo aderire saldamente la pellicola PE al cartone attraverso la tecnologia di laminazione per estrusione. Il PE ha un MVTR (tasso di trasmissione del vapore acqueo) estremamente basso, che impedisce efficacemente la penetrazione del vapore acqueo, mantiene l'integrità strutturale del cartone e previene il collasso della scatola a causa dell'assorbimento di umidità. Tuttavia, la riciclabilità del PE rimane controversa.

Rivestimento PLA/PHA: per soddisfare la tendenza al compostaggio, materiali di origine biologica come l’acido polilattico (PLA) e i poliidrossialcanoati (PHA) sono emersi come alternative al PE. Questi materiali sono biodegradabili in determinate condizioni offrendo allo stesso tempo proprietà di barriera all'umidità simili al PE. Tuttavia, va notato che il PLA richiede generalmente condizioni di compostaggio industriale.

Metriche professionali:

WVTR (tasso di trasmissione del vapore acqueo): misura la velocità con cui il vapore acqueo penetra nello strato barriera, tipicamente espresso in g/(m²/24h). L'imballaggio degli alimenti congelati richiede un WVTR estremamente basso per evitare bruciature da congelamento.

COBB (tasso di assorbimento dell'acqua): questo valore misura la capacità del cartone di assorbire l'acqua in un determinato periodo di tempo ed è un indicatore diretto della sua resistenza all'acqua superficiale.

Strategie di barriera all'ossigeno per alimenti che richiedono freschezza a lungo termine: OTR e barriere al gas

Per i chicchi di caffè, la frutta secca, le zuppe disidratate e alcuni alimenti preparati soggetti a ossidazione e perdita di sapore, le proprietà di barriera all'ossigeno sono cruciali, oltre alla resistenza di base all'umidità e all'olio. Ciò è direttamente correlato alla conservazione del sapore e dei nutrienti.

1. Polimeri barriera ad alte prestazioni e laminazioni multistrato

EVOH/PVDC: il copolimero di alcol etilene-vinilico (EVOH) e il cloruro di polivinilidene (PVDC) sono riconosciuti nel settore come materiali barriera all'ossigeno ad alte prestazioni. EVOH offre eccellenti proprietà di barriera all'ossigeno ed è uno strato chiave in molti imballaggi compositi di fascia alta a base di carta, come Tetra Pak. Tuttavia, questi materiali spesso richiedono una struttura multistrato o la laminazione con un foglio di alluminio per affrontare le sfide legate alla macerabilità.

Rivestimento in PVA/caolino: questo sistema di rivestimento combina alcol polivinilico (PVA) con un minerale inorganico (come caolino nanogrado o cellulosa microfibrillata (MFC)). Il PVA presenta eccellenti proprietà barriera OTR (velocità di trasmissione dell'ossigeno) in condizioni asciutte ed è solubile in acqua, il che facilita la macerabilità. Tuttavia, le proprietà barriera del PVA sono influenzate dall'umidità, rendendo necessario un ulteriore strato barriera contro l'umidità per garantire prestazioni stabili.

Metriche professionali:

OTR (tasso di trasmissione dell'ossigeno): misura la velocità con cui l'ossigeno penetra nello strato barriera, tipicamente espresso in cc/(m²⋅24h⋅atm). Più basso è il valore, migliore sarà la prestazione della barriera contro l'ossigeno e più lunga sarà la durata di conservazione.