EN
Материалознание: Защо PET осигурява превъзходна бариерна производителност
Вродената твърдост, прозрачност и молекулярна плътност осигуряват структурна цялост и ниска проницаемост
Скоростите на пренос на влага също са много ниски в сравнение с други опаковъчни материали поради PET\/EVOH и PET\/PE. Например, PET\/EVOH и PET\/PE имат скорости на пренос на влага по-малки от 0,8 г\/м2\/ден. Тази ниска скорост на пренос помага за поддържане на съдържанието на влага в опакованите плодове и зеленчуци и ограничава растежа на бактериите. Освен ниските скорости на пренос на влага, другите вродени и желани материални свойства на PET, като механична якост, бариерни свойства и прозрачност, позволяват използването му в широк спектър от приложения. Едно такова приложение с повърхностна бариера е опаковката от PET във формата на кламшел и картоните от PET, използвани за опаковане. Във връзка с кристалната структура на PET, в кристалното състояние PET има ниски нива на пренос на влага и пренос на кислород. Тези скорости на пренос на кислород са причината контейнерите от PET във формата на кламшел да не изискват допълнително използване на други пластмаси, за да се запази цялостта на продуктите вътре. Пробите от PET имат OTR (скорост на пренос на кислород) от 0,5 см3\/м2\/ден, което е 10 пъти по-малко от OTR на PP за домашна употреба.
Перформанс на PET и rPET за бариера срещу кислород и влага: Ефект от съдържанието на рециклиран материал
Освен че преодолява барьерите на новите материали, rPET изглежда не постига същото и в практиката. Независими изследвания на нов PET и rPET показаха разлики в коефициента на проникване на кислород (OTR) и коефициента на проникване на водна пара (MVTR), които обикновено са по-малки от 5 %. Това се дължи на факта, че rPET (чрез механично рециклиране) не уврежда мономера полиестер (етилен терефталат), който от своя страна е отговорен за тези барие́рни свойства. Това е важен факт, особено при по-пропускливи пречки, като например капакчетата за домашни любимци от тип „кламшел“. И тук е капанът. Многократното рециклиране може парадоксално да увеличи пропускливостта на материалите към кислород до 12 %, а вероятно и повече, когато температурата на процеса се поддържа над 280 °C. Повечето от днешните рециклиращи заводи се опитват да избягнат този проблем, като използват нови и иновативни филтрационни конструкции, за да минимизират онези досадни примеси, които преди са причинявали проблеми с барие́рните свойства. Днешният rPET за хранителни цели притежава необходимите барие́рни свойства спрямо влага с MVTR от 0,1 до 0,3 грама на квадратен метър на ден, дори и когато съдържанието на рециклиран материал достига до 30 %. Това означава, че компаниите могат да постигнат своите екологични цели, без да жертват сроковете на годност на продуктите.
Функция на бариера в действие: контрол на преноса на кислород и влага
Еталонна скорост на пренос на кислород (OTR) за PET-кутии от тип „раковина“ и сравнение с други материали
Когато става дума за кламшелови опаковки, пропилен-терефталатът (PET) има конкурентно предимство с проникване на кислород от 5 до 10 cc на квадратен метър на ден. Това е значително подобрение в сравнение с повечето опаковъчни материали. Например, стандартните контейнери от полипропилен имат скорост на проникване от 50 до 150 cc/m²/ден, а продуктите от полистирол имат още по-висока скорост на проникване – от 200 до 400 cc/m²/ден. Поради тази ниска проницаемост за кислород в опаковката се причинява по-малко увреждане на изсушени храни. Например, плодовете като ягодите не потъмняват толкова бързо, а зеленчуците като листните зеленчуци не губят толкова много от хранителната си стойност – например, значително по-малко витамин С се разрушава с течение на времето. Така какво именно в PET осигурява такова значително подобрение? Отговорът се крие в неговата кристална структура. Тази структура създава микроскопични отвори в бариерата, поради което молекулите кислород имат по-голяма трудност да преминат през нея. Резултатът е по-вкусна и по-хранително ценна храна, която остава прясна по-дълго време. Това прави PET оптимален избор за по-нестабилни храни, които изискват по-голяма защита.
Скорост на пренос на водна пара (MVTR) и нейната роля при управлението на дишането на плодовете и образуването на конденз
Диапазонът на MVTR за PET е около 1–2 g/m²/ден и в този случай той помага за контролиране на влажността в кламшеловите опаковки. Плодовете при дишането си произвеждат 20–50 mg водна пара на килограм плодове на час. Ако нивото на влажност не се контролира, продуктите ще се развалят и ще претърпят нежелани промени. PET е отличен, защото е устойчив на вода и помага да се минимизират смръщването и загубата на тегло. Например контейнерите с черешови домати и грозде няма да станат мокри и меки.
Използване на кламшелови опаковки от PET за по-дълъг реален срок на годност
Потвърден пример от проучване: изследване на USDA и FDA с увеличение на срока на годност на ягодите с +4–7 дни
Скорошно съвместно проучване на Министерството на земеделието на САЩ (USDA) и Управлението по храните и лекарствата (FDA) показва, че ягодите, опаковани в PET-кутии от тип „кламшел“, остават на рафта четири до седем дни по-дълго в сравнение с конвенционалната опаковка. Изследователите отбелязаха двойната функция, която осигуряват PET-кутиите от тип „кламшел“. При скорост на проникване на кислород (OTR) под 0,5 cc/m²/ден беше намалена скоростта на окисляване и съответно възникването на непривлекателни кафяви петна. Едновременно с това се контролира микровлагопропускливостта, което води до поддържане на оптимално ниво на влажност и влага в опаковката. Този контрол доведе до приблизително 60% намаляване на скоростта на микробен растеж, удължавайки сроковете на годност на продуктите. Тези резултати значително допринасят за намаляване на проблема с огромния обем хранителни отпадъци. Според изследване на Службата за земеделски изследвания към USDA от 2023 г. свежите ягоди – култура с обща стойност 6,2 млрд. щ.д. в САЩ – имат ежегодни загуби, оценени на около 30 % поради неадекватна или лошо проектирана опаковка. Търговците също отбелязаха, че ягодите, опаковани в PET, запазват с 15 % повече витамин С след 10 дни съхранение, което осигурява полза за здравето. Това демонстрира, че опаковката запазва хранителната стойност, и показва, че бариерите в опаковките не са просто числени показатели, а реална хранителна стойност. В случая с ягодите PET постига повече с по-малко.
Интеграция на дизайна: вентилация, цялостност на уплътнението и управление на влажността в PET-опаковки тип кламшел
Добре изпълнените уплътнения, вентилацията и контролът на влажността трябва да се разглеждат и проектират като сложна, непрекъсната система, а не като отделни системи, при проектирането на PET опаковки от тип „кламшел“ (clam shell). Малките отвори, които изрязваме с лазер на различни места, служат като микровентилационни отвори, които позволяват точно необходимото количество въздух да циркулира около продуктите, които отделят етилен, за да се намали вероятността от образуване на конденз. Затварящите механизми с щракане, които проектираме, се изработват чрез силиконова инструментална технология, която създава затварящи системи, които действително се затварят с щракане и формират тройна бариера срещу проникването на замърсяваща пръст, излизането на генериран газ и преждевременната загуба на влага. Определящата характеристика на PET опаковките за плодове и зеленчуци е тяхната проектирана скорост на преминаване на водна пара (MVTR), която еднакво стабилизира равновесното съдържание на влага в продукта. Те са проектирани така, че да поддържат „точно подходящото“ съотношение между сухо и мокро, за да се предотврати нежеланото образуване на плесен, излишната влага и крайното гниене. Контролираните микроклиматични условия забавят скоростта на дишане на плодовете и зеленчуците. Опаковката забавя началото на растежа на плесенни спори и запазва непривлекателния, смачкан и изсъхнал вид на ягодите. Това е перфектен пример за опаковка, която действително удължава срока на годност.
Често задавани въпроси
Какво е PET и защо се използва за опаковки?
PET е вид пластмаса, наречена полиетилен терефталат. Тя е много плътна и има забележима полукристална структура. Това я прави отличен барие́р срещу газове и влага. Следователно, тя е идеална за опаковъчни цели, тъй като запазва продуктите пресни и предпазва видимостта им.
Какви са бариерните свойства на рециклиран PET (rPET) в сравнение с новия PET?
За новия PET рециклираният PET (rPET) предлага сравнимо бариерно защитно действие, а евентуалните недостатъци се ограничават строго до скоростта на проникване на влага и кислород при rPET, която обикновено е 5 % или по-малко. При рециклирането бариерната защита обикновено намалява. Това е по-малък проблем с днешните рециклиращи технологии.
Как PET-опаковките тип „раковина“ помагат продуктите да остават пресни по-дълго?
Полиетилен-терефталатните (PET) кутии с формата на миди имат ниска скорост на проникване както на кислород, така и на влага. Това помага за контролиране на влажността и забавя скоростта на окисляване, което подпомага продуктите да остават по-дълго свежи. САЩ Министерството на земеделието и Управлението по храните и лекарствата (USDA-FDA) проведоха проучване, от което се установи, че ягодите, опаковани в PET кутии с формата на миди, остават свежи с 4 до 7 дни по-дълго в сравнение с ягодите, опаковани в стандартна опаковка.