Impact van thermovormen op de gasbarrière van verpakkingen

Logobalk VC

Uit een recent Flanders’ Food project1 aan de Universiteit van Hasselt blijkt dat het thermovormingsproces een grote impact heeft op de zuurstofbarrière van verpakkingsmaterialen. Keuze van het materiaal, dieptrekdiepte, rechte of ronde hoeken; het maakt een verschil. Zeker voor verpakkingen onder gemodificeerde atmosfeer (MAP) kan dit relevant zijn.

Tijdens het thermovormen vergroot de oppervlakte van de folie en wordt deze ook dunner, waardoor de gasbarrière van de tray vermindert ten opzichte van de gasbarrière van de folie. Wetenschappelijke studies hebben echter aangetoond dat de oxygen transmission rate (OTR) van een folie niet zomaar mag geëxtrapoleerd worden naar een gethermoformeerde verpakking2-4. Eén van de redenen is dat de verdunning van het materiaal in de wanden, hoeken en bodem moeilijk controleerbaar is bij thermovormen. In sommige materialen is er bovendien een verandering in kristalliniteit die de passage van zuurstofmoleculen kan beïnvloeden5. Dit alles is materiaalafhankelijk en maakt het voor bedrijven niet makkelijk om een juiste inschatting te doen over de uiteindelijke OTR van de tray op basis van OTR gegevens van de folie.

In deze context startte Flanders’ FOOD i.s.m. de onderzoeksgroepen VerpakkingsCentrum en Toegepaste en Analytische Chemie van IMO-IMOMEC van de UHasselt in nauwe samenwerking met 11 bedrijven en Pack4Food, het onderzoeksproject MaProDe_Ox1.

Indeze studie werden o.a. 5 folies gethermoformeerd in 3 trays met bovenafmeting 190x132 mm en een variabele diepte van 25 en 50 mm en een variabele hoekradius van 1 of 5 mm. De verdunning van de folie werd op diverse locaties in de gethermoformeerde trays gemeten en de resultaten werden voor elke tray gevisualiseerd in de MaProDe_Ox tool (binnenkort beschikbaar via http://www.uhasselt.be/verpakkingscentrum). Tabel 1 geeft de vermindering van de gasbarrière in functie van de diepte van de tray. De zuurstofbarrière bleek in het geval van PP en APET/PE ook sterk gerelateerd aan het design van tray. Ronde hoeken hebben duidelijk een gunstig effect!

Tabel 1. OTR van de gethermoformeerde trays uitgedrukt in [cc/verpakking×dag]

Materialena

OTR [cc/verpakking×dag]b


Tray 25 mm

radius 1 mm

Tray 50 mm

radius 5 mm

Tray 50 mm

radius 1 mm

PP

6,5 ± 0,4

9,3 ± 0,2

11,0 ± 0,5

APET/PE

0,52 ± 0,06

0,87 ± 0,01

0,97 ± 0,07

PP/EVOH/PP

0,067 ± 0,001

0,161 ± 0,002

0,152 ± 0,007

APET/PE/EVOH/PE

0,088 ± 0,019

no data

0,120 ± 0,005

PS/EVOH/PE

0,053 ± 0,007

no data

0,095 ± 0,010

aDikte van PP, PP/EVOH/PP en PS/EVOH/PE folies (RPC Cobelplast): ~400 µm. Dikte APET/PE en APET/PE/EVOH/PE folies (EuralPack): ~350 µm. Thermovorming trays: RPC Cobelplast, Lokeren. EVOH gehalte (EVAL) in de 3 multilayers: ~3%.

bOTR data gemeten conform ASTM F-1307, bij 23°C, 50% RV buiten de tray, 90% RV in de tray en 20,9% zuurstofdruk en herrekend naar 100% O2 druk (n=2-3).

Deze studie bevestigt ook de uitstekende barrière-eigenschappen van EVOH. Bij het meten van de individuele laagdikte bleek EVOH proportioneel mee te verdunnen in de geteste condities. Uit tabel 1 kan afgeleid worden dat de OTR in het geval van de 25 en 50 mm (radius 1 mm) PP trays respectievelijk 96x en 73x verbetert door de aanwezigheid van een EVOH laagje. In het geval van APET/PE/EVOH/PE was de OTR respectievelijk 6x en 8x beter vergeleken met de APET/PE trays.

Meer gedetailleerde resultaten geven aan dat een theoretisch berekende OTR - uitgaande van de OTR van de folie en in de veronderstelling dat het volume van het materiaal tijdens het thermovormen constant blijft - kan gebruikt worden als een ruwe inschatting van de werkelijke OTR. Om de afwijking van de gemeten OTR ten opzichte van de voorspelde te verklaren, blijft een gedetailleerde analyse van de ongelijke materiaalverdunning in de tray en de potentiële heroriëntatie van de polymeermoleculen echter noodzakelijk.

De betekenis van de bekomen OTR waarden moet verder vertaald worden in termen van zuurstof in de verpakking, hetgeen uiteindelijk bepalend is voor de houdbaarheid van een product in een MAP verpakking.

Ondertussen loopt het IWT TETRA project OptiThe_Ox2, dat de trends uit het FF project verder uitdiept en focust op nieuwe aspecten. Zo wordt gestreefd naar een verdere vertaling van OTR gegevens van folies, nu naar meer complexe, reële trays met ribben. Vernieuwend is ook het onderzoeken van een biomateriaal naast conventionele plastics, het kwantificeren van het effect van een warmtebehandeling op de OTR van geselecteerde trays en het in kaart brengen van additieven met potentiële invloed op de OTR. Daarnaast wil deze studie een methode ontwikkelen die gegevens van diktemetingen, van oriëntatie en kristallisatie en inzicht in stresslijnen met elkaar relateert, voor een beter inzicht in de relatie tussen de procesparameters en de gasdoorlaatbaarheid van de gethermoformeerde tray.

Voor meer info i.v.m. beide projecten kan u terecht bij Mieke Buntinx (mieke.buntinx@uhasselt.be)

Bronnen:

[1] FF project : MaProDe_Ox ‘Impact van Materiaal, Proces en Design op de zuurstofdoorlaatbaarheid van gethermoformeerde verpakkingen’ (http://www.flandersfood.com/projecten/maprodeox).

[2] Pettersen et al. [2004]. Oxygen barrier properties of thermoformed trays manufactured with different drawing methods and drawing depths, Packaging Technology and Science, 17,1, 43-52.

[3] Pettersen et al. [2004]. Prediction of oxygen transmission rate for thermoformed trays, Packaging Technology and Science, Vol 17, 6, 321-332.

[4] Crippa et al. [2008]. Evaluation of Multilayer Thermoformed Films for Food Packaging, Polymer-Plastics Technology and Engineering, 47, 10, 991-995.

[5] Robertson [2013]. Orientation. In: Food Packaging: Principles and Practice, 3th edition. CRC press, 152-155.


Keer terug