EN
Nauka o materiałach: dlaczego PET zapewnia wyższą wydajność barierową
Wrodzona sztywność, przejrzystość i gęstość cząsteczkowa zapewniają integralność strukturalną oraz niską przepuszczalność
Współczynniki przepuszczalności pary wodnej są również bardzo niskie w porównaniu z innymi materiałami opakowaniowymi ze względu na warstwy PET/EVOH i PET/PE. Na przykład współczynniki przepuszczalności pary wodnej dla PET/EVOH i PET/PE wynoszą mniej niż 0,8 g/m²/dzień. Taka niska przepuszczalność pomaga zachować zawartość wilgoci w opakowanych owocach i warzywach oraz ogranicza wzrost bakterii. Oprócz niskiej przepuszczalności pary wodnej inne wrodzone i pożądane właściwości materiału PET, takie jak wytrzymałość mechaniczna, właściwości barierowe i przeźroczystość, pozwalają na zastosowanie PET w szerokiej gamie zastosowań. Jednym z takich zastosowań jako bariera powierzchniowa jest opakowanie typu skorupka (clam shell) z PET oraz kartony z PET stosowane jako opakowania. W odniesieniu do struktury krystalicznej PET, w stanie krystalicznym PET charakteryzuje się niskimi wartościami współczynnika przepuszczalności pary wodnej i współczynnika przepuszczalności tlenu. Właśnie te niskie wartości współczynnika przepuszczalności tlenu sprawiają, że pojemniki typu skorupka (clam shell) z PET nie wymagają dodatkowego opakowania z innych tworzyw plastycznych w celu zachowania integralności zawartych w nich produktów. Próbki PET mają współczynnik przepuszczalności tlenu (OTR) wynoszący 0,5 cm³/m²/dzień, co jest 10 razy mniej niż OTR polipropylenu (PP) przeznaczonego do zastosowań mieszkaniowych.
Właściwości barierowe PET i rPET wobec tlenu i wilgoci: wpływ zawartości surowca wtórnego
Oprócz przełamania barier nowych materiałów, rPET nie wykazuje takich samych właściwości w praktyce. Niezależne badania nowego PET i rPET wykazały różnice w współczynniku przepuszczalności tlenu (OTR) oraz w współczynniku przepuszczalności pary wodnej (MVTR), które zazwyczaj były mniejsze niż 5%. Wynika to z faktu, że rPET (otrzymywany metodą recyklingu mechanicznego) nie degraduje monomeru poliestru (tereftalanu etylenu), który od początku odpowiada za te właściwości barierowe. Jest to ważny fakt w kontekście bardziej przepuszczalnych barier, jakimi są np. skorupki do przechowywania żywności dla zwierząt domowych. I tu leży pułapka. Wielokrotne cykle recyklingu mogą paradoksalnie zwiększać przepuszczalność materiałów dla tlenu nawet o 12%, a prawdopodobnie jeszcze więcej, gdy temperatura przetwarzania jest utrzymywana powyżej 280 °C. Większość obecnych zakładów recyklingu stara się uniknąć tego zjawiska dzięki nowym i innowacyjnym konstrukcjom filtrów, minimalizującym obecność tych uciążliwych zanieczyszczeń, które wcześniej powodowały problemy z właściwościami barierowymi. Obecny rPET przeznaczony do kontaktu z żywnością charakteryzuje się wymaganymi właściwościami barierowymi wobec wilgoci, przy wartości MVTR wynoszącej od 0,1 do 0,3 g/m²/dzień, nawet w przypadku rPET zawierającego do 30% surowca pochodzącego z recyklingu. Oznacza to, że firmy mogą osiągać cele ekologiczne bez kompromisów dotyczących terminu przydatności do spożycia produktów.
Funkcja barierowa w działaniu: kontrola przepuszczalności tlenu i wilgoci
Odnośna wartość współczynnika przepuszczalności tlenu (OTR) dla skrzynek PET typu clamshell oraz porównanie z innymi materiałami
W przypadku opakowań typu „muszla” polietylentereftalan (PET) ma przewagę konkurencyjną pod względem przepuszczalności tlenu, która wynosi 5–10 cm³ na metr kwadratowy na dobę. Jest to znaczna poprawa w porównaniu z większością materiałów opakowaniowych. Na przykład standardowe pojemniki z polipropylenu charakteryzują się współczynnikiem przepuszczalności tlenu w zakresie 50–150 cm³/m²/dobę, a produkty ze styropianu mają jeszcze wyższy współczynnik przepuszczalności – od 200 do 400 cm³/m²/dobę. Dzięki niskiej przepuszczalności tlenu w opakowaniach zmniejsza się uszkodzenie suszonych żywności. Owoce takie jak jagody nie brunatnieją tak szybko, a warzywa takie jak sałata i inne liściaste warzywa nie tracą tak dużej ilości składników odżywczych – na przykład znacznie mniej witaminy C ulega utracie w czasie. Co więc sprawia, że PET zapewnia tak znaczącą poprawę? Odpowiedź tkwi w jego strukturze krystalicznej. Struktura ta tworzy mikroskopijne otwory w barierze, przez które cząsteczki tlenu przechodzą znacznie trudniej. W efekcie żywność zachowuje lepszy smak i większą wartość odżywczą, pozostając świeża przez dłuższy czas. Dlatego PET stanowi optymalny wybór dla mniej stabilnych produktów spożywczych wymagających dodatkowej ochrony.
Współczynnik przepuszczalności pary wodnej (MVTR) i jego rola w kontrolowaniu oddychania produktów spożywczych oraz kondensacji
Zakres wartości MVTR dla PET wynosi około 1–2 g/m²/dzień i w tym przypadku pomaga on kontrolować wilgotność w opakowaniach typu clamshell. Owoce podczas oddychania wydzielają 20–50 mg pary wodnej na kilogram owoców na godzinę. Jeśli poziom wilgotności nie jest odpowiednio kontrolowany, produkty spożywcze ulegają psuciu oraz niepożądanym zmianom. PET jest doskonały, ponieważ jest odporny na działanie wody i pomaga minimalizować zwiędanie oraz utratę masy. Na przykład pojemniki z wiśniami i winogronami nie stają się mokre i miękkie.
Zastosowanie opakowań typu clamshell z PET w celu przedłużenia rzeczywistego terminu przydatności do spożycia
Potwierdzona studium przypadku: badanie naukowe przeprowadzone przez USDA i FDA, w którym stwierdzono przedłużenie terminu przydatności do spożycia truskawek o 4–7 dni
Niedawna wspólne badanie przeprowadzone przez USDA i FDA wykazało, że truskawki pakowane w skorupkach z PET pozostają na półce o cztery do siedmiu dni dłużej niż przy użyciu tradycyjnego opakowania. Badacze zauważyli podwójną funkcję skorupek z PET. Przy współczynniku przenikania tlenu (OTR) wynoszącym < 0,5 cm³/m²/dzień zmniejszono tempo utleniania oraz towarzyszące mu powstawanie nieestetycznych brązowych plam. Jednocześnie kontrolowano mikroprzepuszczalność pary wodnej, co zapewniło obecność optymalnego poziomu wilgotności i zawartości wody w opakowaniu. Ta kontrola spowodowała przybliżoną redukcję tempa wzrostu mikroorganizmów o 60%, wydłużając tym samym termin przydatności do spożycia produktu. Otrzymane wyniki znacząco przyczyniają się do ograniczenia ogromnego problemu marnotrawstwa żywności. Według danych USDA Agricultural Research Service z 2023 r. świeże jagody – uprawa o wartości 6,2 mld USD w USA – ulegają rocznym stratom w wysokości ok. 30% z powodu niewłaściwego lub źle zaprojektowanego opakowania. Detaliczni sprzedawcy zauważyli również, że truskawki pakowane w PET zachowały o 15% więcej witaminy C po 10 dniach przechowywania, co stanowi korzyść zdrowotną. Jest to dowód na to, że opakowanie zachowuje wartość odżywczą, a bariery opakowaniowe to nie tylko liczby – lecz rzeczywista wartość odżywcza. W przypadku truskawek PET osiąga więcej przy mniejszym zużyciu materiału.
Integracja projektowania: wentylacja, szczelność uszczelnień oraz zarządzanie wilgotnością w opakowaniach typu PET z zawleczką
Dobre uszczelki, wentylacja oraz kontrola wilgotności muszą być traktowane i projektowane jako złożony, bezszwowy system, a nie jako oddzielne systemy, przy projektowaniu opakowań typu PET w formie skorupki. Małe otwory, które wycinamy laserowo w różnych miejscach, działają jako mikrowentyle pozwalające na przepływ dokładnie odpowiedniej ilości powietrza do produktów wydzielających etylen, co zmniejsza prawdopodobieństwo powstania skroplin. Zaprojektowane przez nas zamknięcia typu „snap” są tworzone za pomocą procesu formowania silikonowego, który zapewnia systemy zamykania, które dosłownie „zaskakują” zamykając się szczelnie, tworząc potrójną barierę przeciwko przedostawaniu się zanieczyszczeń (np. brudu), ucieczce wydzielanych gazów oraz przedwczesnej utracie wilgoci. Kluczową cechą opakowań PET stosowanych w przypadku produktów spożywczych jest ich zaprojektowana wartość współczynnika przenikania pary wodnej (MVTR), która równomiernie stabilizuje zawartość wilgoci w stanie równowagi w produkcie. Opakowanie to zaprojektowano tak, aby osiągnąć optymalny poziom wilgotności – ani za suchy, ani za mokry – zapobiegając tym samym rozwojowi pleśni, nadmiernemu nawilżeniu oraz gnicie końcówek. Kontrolowane warunki mikroklimatu spowalniają tempo oddychania produktów spożywczych. Opakowanie opóźnia moment, w którym zaczynają rozwijać się zarodniki pleśni, a także zapobiega nieestetycznej, pomarszczonej strukturze truskawek, której utrata świeżości jest nieodwracalna. Jest to idealnym przykładem opakowania, które rzeczywiście wydłuża termin przydatności do spożycia.
Najczęściej zadawane pytania
Czym jest PET i dlaczego jest stosowany do opakowań?
PET to rodzaj tworzywa sztucznego nazywanego polietylentereftalanem. Jest bardzo gęsty i ma wyraźną strukturę półkryształową. Dzięki temu stanowi doskonałą barierę przeciwko gazom i wilgoci. Dlatego też jest idealny do zastosowań opakowaniowych, ponieważ utrzymuje produkty świeże i zapewnia ich widoczność.
Jakie są właściwości barierowe odtworzonego PET (rPET) w porównaniu do nowego PET?
W przypadku nowego PET, rPET oferuje porównywalną ochronę barierową; ewentualne niedoskonałości dotyczą wyłącznie współczynników przenikania wilgoci i tlenu w rPET, które zazwyczaj nie przekraczają 5%. W procesie recyklingu ochrona barierowa zwykle ulega osłabieniu. Jest to jednak mniejszym problemem przy obecnych technologiach recyklingu.
W jaki sposób skorupki PET pomagają utrzymać produkty w dobrym stanie przez dłuższy czas?
Klamry PET mają niską przepuszczalność zarówno dla tlenu, jak i wilgoci. Dzięki temu można kontrolować poziom wilgotności oraz zwalniać proces utleniania, co pozwala na dłuższe utrzymanie świeżości produktów. Badanie przeprowadzone przez USDA-FDA wykazało, że truskawki opakowane w klamry PET zachowywały świeżość o 4–7 dni dłużej niż truskawki opakowane w standardowej opakowaniu.