Krótka charakterystyka folii barierowych z powłoką tlenkową w aplikacjach opakowaniowych, Dariusz Marchlewicz

30 Sep 2014 14:02

Rynek opakowań charakteryzuje się obecnie wysokimi wymaganiami estetycznymi oraz nowatorskimi rozwiązaniami struktury wizualnej opakowania, jednak funkcjonalność opakowań, a w szczególności dopasowanie rodzaju opakowania do właściwości pakowanego produktu jest celem nadrzędnym. Nowatorska ceramiczna powłoka tlenku glinu AlOx znajduje coraz większe zastosowanie jako materiał barierowy w strukturach ściany opakowania. Szczególnie ważne są jej właściwości obejmujące wysoką przezroczystość, bardzo dobre własności barierowe oraz stabilność w obróbce termicznej. Termiczna obróbka, stosowana powszechnie w opakowaniach w branży medycznej w celu uzyskania sterylnych produktów, wykorzystuje głównie dwie metody oparte na sterylizacji suchej oraz sterylizacji parą wodną. Obróbka termiczna w autoklawach wymaga temperatury 120°C przez okres co najmniej 20 minut. W tych warunkach opakowanie musi spełniać wszystkie wymogi bezpieczeństwa, zapewniać trwałość spoin zgrzewanych oraz trwałość wymiarową, jak również barierowość takiego opakowania musi być bezwzględnie zachowana po zakończeniu procesu sterylizacji. Obecnie na rynku europejskim oraz w USA coraz większym zainteresowaniem cieszą się nowe materiały barierowe oparte na niestechiometrycznych ceramicznych powłokach tlenków glinu AlOx. Na rynku opakowań zawierających w strukturze warstwy foliowe powlekane tlenkami glinu sprawdzają się zarówno orientowane folie poliestrowe BOPET lub poliamidowe OPA, jak i produkowane w kraju metodą cast barierowe folie nieorientowane TRINIFLEX cast PET ALOX. Folie te w porównaniu z dawniej stosowanymi foliami aluminiowymi lub foliami metalizowanymi mają istotną zaletę: są transparentne, odporne na działanie wysokich temperatur, a przy tym zachowują wymaganą barierę dla wody i tlenu. Dla przykładu, folia TRINIFLEX cast PET ALOX o grubości 25 µm charakteryzuje się następującymi właściwościami barierowymi: WVTR – 1,018 g/m2/24h OTR – 1,809 cm3/m2/24h Po przebadaniu laminatu o strukturze TRINIFLEX cast PET ALOX/OPA/TRINIFLEX cPP pod względem przenikalności tlenu oraz pary wodnej nie zaobserwowano istotnych różnic w barierowości przed sterylizacją i po niej. W ostatnim czasie obserwuje się, że struktura dwuwarstwowego laminatu TRINIFLEX cast PET ALOX /TRINIFLEX cPP nabiera coraz większego znaczenia w aplikacjach opakowaniowych. Należy również wspomnieć o tym, że warunki sterylizacji są czynnikami agresywnymi temperaturowo, a zatem w strukturach laminatów, w których nie zastosujemy odpowiednich gatunkowo polimerów propylenu, możemy stwierdzić zmiany struktury krystalicznej polimeru na skutek cyklów podgrzewania i chłodzenia opakowania. W konsekwencji polipropylen może się kurczyć i rozszerzać. W dwuwarstwowych laminatach jedynie cienka warstwa kleju oddziela polipropylenową folię od folii TRINIFLEX cast PET ALOX, co przy skurczach folii polipropylenowej indukuje silne napięcia w laminacie. W strukturach trójwarstwowych: TRINIFLEX cast PET ALOX/OPA/TRINIFLEX cPP warstwa OPA jest „amortyzatorem” naprężeń między warstwą poliestru i polipropylenu. Drugim krytycznym czynnikiem procesu sterylizacji jest ciśnienie. Jeżeli produkt w opakowaniu zawiera wodę, należy się spodziewać nadciśnienia w opakowaniu. Nadciśnienie musi być zrównoważone przeciwciśnieniem kontrolowanym w autoklawie, aby zapobiec pęknięciu opakowania, a zatem projektując strukturę laminatu pod opakowanie przeznaczone do sterylizacji należy brać pod uwagę dobór polipropylenu o odpowiednim stopniu elastyczności. Nowa generacja powłok ceramicznych uzyskuje coraz bardziej korzystne opinie w zastosowaniach w maszynach pakujących produkty medyczne. Folie z tą powłoką są odpowiednie zarówno do sterylizacji termicznej, jak i gamma oraz beta sterylizacji. Stosowane są również w opakowaniach aseptycznych. Ważna jest też możliwość druku rewersowego dwunastokolorowego w technice roto, co ma ogromne znaczenie wizualne. Bardzo ważnym elementem jest możliwość detekcji metalu w opakowaniu, co w opakowaniach zawierających folię aluminiową Al jest niemożliwe. Transparentność umożliwia również czytnikom optycznym kontrolę jakości spoin po zgrzewie. Możliwość łatwego otwierania tego typu opakowań z warstwą ceramiczną jest uzależniona od doboru właściwego gatunku folii stanowiącej warstwę wewnętrzną laminatu. Większość przezroczystych elastycznych folii barierowych, powlekanych, dostępnych obecnie na rynku zawiera warstwę barierową w postaci EVOH lub PVDC. Grubość tych warstw ma zakres od kilku do kilkudziesięciu mikrometrów. Obróbka termiczna opakowań z produktem ma niszczący wpływ na właściwości barierowe tych warstw. Dla porównania: grubości warstw tlenkowych są ok. tysiąckrotnie mniejsze. Barierowa folia poliestrowa TRINIFLEX cast PET ALOX zawiera warstwę tlenkową o grubości zaledwie ok. 10 nm. Wyróżniamy dwa główne sposoby osadzania powłoki AlOx: 1. Termiczne osadzanie par glinu w środowisku tlenu. 2. Plazmowe osadzanie par glinu na powierzchni folii. Należy zwrócić uwagę, że jest możliwe pokrycie warstwą AlOx również folii polipropylenowych, jednak słaby wpływ grup węglowodorowych na atomy aluminium ma istotny wpływ na jakość tej powłoki – jest ona mniej stabilna od powłoki AlOx na powierzchni poliestrowej, gdzie występują silne wiązania grup karbonylowych z aluminium. Ponadto nierówność powierzchni folii polipropylenowej, jak również dodatki środków modyfikujących powodują osłabienie stabilności powłoki AlOx. Proces laminowania podłoża z AlOx chroni powłokę tlenkową przed uszkodzeniami mechanicznymi, również w procesie przetwarzania folii oraz wzmacnia barierę na tlen i wilgoć. Typowymi materiałami do laminacji podłoża AlOx są CPP oraz LDPE. Wartości WVTR (przenikalność pary wodnej) (g/m2/24h) dla laminatów < 0,5. Wartości OTR (przenikalność tlenu) (cm3/m2/24) dla laminatów < 0,8. Przykłady zastosowania w opakowaniach n Sery i produkty mleczarskie – TRINIFLEX cast PET AlOX/OPA/TRINIFLEX cPP PEEL n Kawa – BOPET/TRINIFLEX cast PET AlOX/TRINIFLEX cPP PEEL n Przetworzone mięso – BOPET/TRINIFLEX cast PET AlOX/TRINIFLEX cPP ANTI-FOG n Kosmetyki – BOPET/ TRINIFLEX cast PET AlOX / TRINIFLEX cPP n Batoniki czekoladowe – OPP/ TRINIFLEX cast PET AlOX / TRINIFLEX cPP n Zastosowanie folii TRINIFLEX cast PET AlOX w opakowaniach ryb – szybkość transmisji tlenu może być uzależniona od dwóch mechanizmów, a mianowicie: wad materiałowych (mikrokanały, mikropęknięcia) oraz dyfuzji tlenu przez powłokę. Jednak mimo tych mechanizmów powłoki AlOx skutecznie zabezpieczają produkt przed utlenianiem charakterystycznych lipidów zawartych w rybach; ich skuteczność sięga poziomu w foliach Al. Również wartości aromatyczne zawartości opakowania zostają perfekcyjnie zachowane, jeżeli porównujemy je z wartościami w opakowaniu z folii Al. Opakowania retortowane W opakowaniach do retortowania nie stosuje się folii Al (stosowanie powoduje pojawienie się wyładowań elektrostatycznych), z powodzeniem możemy zastosować kompozycję laminatów z AlOx zachowując wartości WVTR i OTR na poziomie folii Al. Przykłady kompozycji laminatów: n TRINIFLEX cast PET AlOX /OPA/ TRINIFLEX cPP n TRINIFLEX cast PET AlOX /OPA/ TRINIFLEX cPP W opakowaniach medycznych oraz tam, gdzie wymagane jest szczelne opakowanie, ale i łatwe otwieranie (np. opakowania soczewek kontaktowych), zastosowanie właściwej folii polipropylenowej TRINIFLEX cPP PEEL jest elementem niezbędnym w celu sprostania specyficznym warunkom. Ze względu na szerokie spektrum zastosowań, doskonałe właściwości termiczne, mechaniczne oraz unikatowe własności estetyczne folie zawierające barierowe warstwy tlenkowe budzą coraz większe zainteresowanie wśród producentów opakowań. Jest to jeden z najszybciej rozwijających się segmentów opakowań giętkich.