EN
Věda o materiálech: Proč PET nabízí výjimečné bariérové vlastnosti
Přirozená tuhost, průhlednost a molekulární hustota zajišťují strukturální integritu a nízkou propustnost
Rychlost přenosu vlhkosti je také velmi nízká ve srovnání s jinými obalovými materiály díky PET/EVOH a PET/PE. Například PET/EVOH a PET/PE mají rychlost přenosu vlhkosti nižší než 0,8 g/m²/den. Tato nízká rychlost přenosu pomáhá udržet obsah vlhkosti baleného ovoce a zeleniny a omezuje růst bakterií. Kromě nízké rychlosti přenosu vlhkosti patří mezi další vlastní a žádoucí materiálové vlastnosti PET mechanická pevnost, bariérové vlastnosti a průhlednost, díky nimž lze PET využít v široké škále aplikací. Jednou z takových povrchových bariérových aplikací je například obalování z PET ve tvaru klamshellu a PET kartony používané jako obaly. Pokud jde o krystalickou strukturu PET, má PET v krystalickém stavu nízkou rychlost přenosu vlhkosti i kyslíku. Právě tyto rychlosti přenosu kyslíku jsou důvodem, proč se kontejnery z PET ve tvaru klamshellu nemusí kombinovat s jinými plastovými materiály, aby byla zachována integrita obsažených produktů. Vzorky PET mají hodnotu OTR (rychlost přenosu kyslíku) 0,5 cm³/m²/den, což je desetkrát méně než OTR polypropylenu určeného pro domácnosti.
Výkon bariéry proti kyslíku a vlhkosti PET vs. rPET: vliv obsahu recyklovaného materiálu
Kromě překonávání bariér nových materiálů se rPET na praktické úrovni zdá, že stejný efekt nedosahuje. Nezávislé testování nového PET a rPET odhalilo rozdíly v průtoku kyslíku (OTR) a průtoku vodní páry (MVTR), které byly obecně nižší než 5 %. Je to způsobeno tím, že rPET (získaný mechanickým recyklováním) nedeformuje monomer polyesteru (ethylentereftalát), který je původně zodpovědný za tyto bariérové vlastnosti. Toto je důležitý fakt zejména v souvislosti s více propustnými překážkami, jako jsou například plastové krabičky pro domácí mazlíčky (tzv. pet clamshells). A právě zde je háček. Opakované recyklování může paradoxně zvýšit propustnost materiálů pro kyslík až o 12 %, pravděpodobně ještě více, pokud je teplota zpracování udržována nad 280 °C. Většina současných recyklačních zařízení se tomuto jevu snaží vyhnout pomocí nových a inovativních konstrukcí filtrů, které minimalizují obtížné kontaminanty, jež dříve způsobovaly problémy s bariérovými vlastnostmi. Současný rPET potravinářské kvality má požadované bariérové vlastnosti proti vlhkosti s hodnotou MVTR 0,1 až 0,3 gramu na metr čtvereční za den, i v případě rPET obsahujícího až 30 % recyklovaného materiálu. To znamená, že firmy mohou dosáhnout svých ekologických cílů, aniž by kompromitovaly trvanlivost svých produktů.
Funkce bariéry v akci: řízení přenosu kyslíku a vlhkosti
Referenční míra přenosu kyslíku (OTR) pro PET krabičky typu clamshell a srovnání s jinými materiály
Pokud jde o obaly typu klamshell, polyethylentereftalát (PET) má konkurenční výhodu díky propustnosti pro kyslík, která činí 5 až 10 cm³ na metr čtvereční za den. Jedná se o výrazné zlepšení ve srovnání s většinou obalových materiálů. Například standardní kontejnery z polypropylenu mají propustnost 50 až 150 cm³/m²/den a výrobky z polystyrenu mají ještě vyšší propustnost 200 až 400 cm³/m²/den. Díky této nízké propustnosti pro kyslík dochází k menšímu poškození sušených potravin uvnitř obalu. Ovoce, jako jsou bobuloviny, nehnědnou tak rychle, a zelenina, jako například listová zelenina, neztrácí tolik živin – například množství vitamínu C se v průběhu času výrazně méně snižuje. Co tedy u PET způsobuje tak významné zlepšení? Odpověď spočívá v jeho krystalické struktuře. Tato struktura vytváří mikroskopické otvory v bariéře, díky nimž mají molekuly kyslíku obtížnější průchod bariérou. Výsledkem je potravina, která si déle uchovává chuť i výživovou hodnotu. To činí PET optimální volbou pro méně stabilní potravinové výrobky, které vyžadují vyšší stupeň ochrany.
Rychlost přenosu vodní páry (MVTR) a její role při řízení dýchání a kondenzace zeleniny a ovoce
Rozsah hodnot MVTR pro PET je přibližně 1–2 g/m²/den a v tomto případě pomáhá regulovat vlhkost u obalů typu clamshell. Ovoce při dýchání uvolňuje 20–50 mg vodní páry na kilogram ovoce za hodinu. Pokud není úroveň vlhkosti řízena, potraviny zkazí a dojde k nežádoucím změnám. PET je vynikající, protože je odolný vůči vodě a pomáhá minimalizovat smršťování a ztrátu hmotnosti. Například nádoby s třešňovými rajčaty a hrozny se nezvlhnou a nezměknou.
Použití obalů typu clamshell z PET pro delší skutečnou trvanlivost v praxi
Potvrzená studie případu: Výzkumná studie USDA a FDA s prokázaným prodloužením trvanlivosti jahod o 4–7 dní
Nedávná společná studie USDA a FDA ukázala, že jahody balené v PET skleničkách zůstávají na regálu o čtyři až sedm dní déle než při použití běžného balení. Výzkumníci poznamenali dvojí funkci PET skleniček. S mírou průniku kyslíku (OTR) nižší než 0,5 cm³/m²/den se snížila oxidace a současně vznik nepatrných hnědých skvrn. Zároveň je regulován mikroprosakující přenos vodní páry, čímž se udržuje optimální úroveň vlhkosti a obsah vody v balení. Tato regulace vedla k přibližnému snížení rychlosti mikrobiálního růstu o 60 % a prodloužila tak trvanlivost produktu. Tyto zjištění významně přispívají ke zmírnění obrovského problému potravinových odpadů. Podle zprávy Služby zemědělského výzkumu USDA z roku 2023 činí roční ztráta čerstvých bobulovin – plodin s tržbou 6,2 miliardy USD v USA – přibližně 30 % kvůli nedostatečnému nebo špatně navrženému balení. Prodejci rovněž poznamenali, že jahody balené v PET po deseti dnech skladování zachovaly o 15 % více vitamínu C, což přináší zdravotní výhodu. To dokazuje, že balení uchovává výživovou hodnotu, a ukazuje, že bariéry v balení nejsou jen číselnými údaji, ale mají reálný vliv na výživovou hodnotu. V případě jahod dosahuje PET většího efektu s menším množstvím materiálu.
Integrace návrhu: ventilace, těsnost uzavření a řízení vlhkosti v PET obalu typu klamshell
Kvalitní těsnění, ventilace a regulace vlhkosti je třeba při návrhu obalů z PET ve tvaru klamové skořápky vnímat a navrhovat jako složitý, bezproblémový systém, nikoli jako samostatné systémy. Malé otvory, které v různých místech vyřezáváme laserem, slouží jako mikroventilační otvory, které umožňují právě takové množství proudění vzduchu, aby se snížilo riziko vzniku kondenzace u produktů produkujících ethylen. Závěry typu „snap“ (rychlozávěr), které navrhujeme, jsou vyráběny pomocí křemičitanového nástrojového procesu, jenž vytváří uzavírací systémy, které se skutečně „zaklapnou“, a tím vytvoří trojnásobnou bariéru proti vnikání kontaminujícího prachu, unikání vzniklého plynu a předčasnému úniku vlhkosti. Definující vlastností PET obalů pro potravinářské zboží je jejich navržená rychlost přenosu vodní páry, která rovněž stabilizuje rovnovážný obsah vlhkosti v produktu. Jsou navrženy tak, aby dosáhly „ideálního“ poměru sucha a vlhka, čímž brání nežádoucímu růstu plísní, nadměrnému množství vlhkosti a koncovému hnilobnému poškození. Kontrolované mikroklimatické podmínky zpomalují dýchací rychlost zeleniny a ovoce. Obaly zpožďují začátek růstu plísňových spor a zachovávají nepříjemný, neatraktivní, smrštěný povrch jahod. Jedná se o dokonalý příklad obalu, který skutečně prodlužuje trvanlivost zboží.
Nejčastější dotazy
Co je PET a proč se používá pro balení?
PET je druh plastu zvaný polyethylentereftalát. Je velmi hustý a má patrnou polokrystalickou strukturu. To z něj činí vynikající bariéru proti plynu a vlhkosti. Je proto skvělý pro účely balení, protože udržuje výrobky čerstvé a chrání jejich viditelnost.
Jaké jsou bariérové vlastnosti recyklovaného PET (rPET) ve srovnání s novým PET?
U nového PET má rPET srovnatelnou bariérovou ochranu; jakékoli nedostatky se týkají výhradně rychlostí přenosu vlhkosti a kyslíku u rPET, které jsou obvykle o 5 % nebo méně nižší. Při recyklaci se bariérová ochrana obvykle snižuje. V současných technologiích recyklace je tento problém méně významný.
Jak pomáhají PET krabičky typu „clamshell“ udržet výrobky čerstvé po delší dobu?
PET skořápky mají nízkou propustnost jak pro kyslík, tak pro vlhkost. To pomáhá regulovat vlhkost a zpomaluje oxidaci, čímž se prodlužuje doba čerstvosti produktů. Úřad USDA-FDA provedl studii, jejíž závěr zněl, že jahody balené v PET skořápkách zůstaly čerstvé o 4 až 7 dní déle než jahody balené ve standardním obalu.