EN
Наука о материалах: почему PET обеспечивает превосходные барьерные характеристики
Врождённая жёсткость, прозрачность и молекулярная плотность обеспечивают структурную целостность и низкую проницаемость
Скорости передачи влаги также очень низки по сравнению с другими упаковочными материалами благодаря использованию комбинаций ПЭТ/ЭВОХ и ПЭТ/ПЭ. Например, скорости передачи влаги для ПЭТ/ЭВОХ и ПЭТ/ПЭ составляют менее 0,8 г/м²/сутки. Такая низкая скорость передачи влаги способствует поддержанию оптимального содержания влаги в упакованных фруктах и овощах, а также ограничивает рост бактерий. Помимо низких скоростей передачи влаги, другие врождённые и желательные свойства ПЭТ — такие как механическая прочность, барьерные характеристики и прозрачность — позволяют применять его в широком спектре областей. Одним из таких применений в качестве поверхностного барьера является упаковка из ПЭТ в виде «раковин» (clam shell) и ПЭТ-коробки, используемые в качестве упаковочных материалов. Что касается кристаллической структуры ПЭТ, то в кристаллическом состоянии он обладает низкими показателями скорости передачи влаги и скорости передачи кислорода. Именно низкие показатели передачи кислорода объясняют, почему контейнеры из ПЭТ в виде «раковин» не требуют дополнительной комбинации с другими пластиками для сохранения целостности упакованных продуктов. Образцы ПЭТ имеют показатель ОТR (скорости передачи кислорода) 0,5 см³/м²/сутки, что в 10 раз ниже, чем ОТR полипропилена бытового класса.
Эффективность барьера против кислорода и влаги у ПЭТ по сравнению с рПЭТ: влияние доли переработанного материала
Помимо преодоления барьеров, связанных с новыми материалами, rPET на практике не демонстрирует аналогичных преимуществ. Независимые испытания нового PET и rPET показали различия в коэффициенте проницаемости для кислорода (OTR) и коэффициенте проницаемости для водяного пара (MVTR), которые, как правило, составляют менее 5 %. Это объясняется тем, что при механической переработке rPET не приводит к деградации мономера полиэтилентерефталата — именно он обеспечивает указанные барьерные свойства. Этот факт имеет важное значение при рассмотрении более проницаемых барьеров, например, в случае лотков для домашних животных («clamshells»). И здесь заключается подвох. Многократная переработка может парадоксальным образом повысить проницаемость материалов для кислорода до 12 %, а при поддержании температуры переработки выше 280 °C — вероятно, ещё больше. Большинство современных предприятий по переработке стремятся избежать этого, применяя новые и инновационные конструкции фильтров для минимизации загрязняющих веществ, которые ранее вызывали проблемы с барьерными свойствами. Современный rPET пищевого качества обладает необходимыми барьерными свойствами против влаги: его коэффициент проницаемости для водяного пара (MVTR) составляет от 0,1 до 0,3 г на квадратный метр в сутки даже при содержании вторичного сырья до 30 %. Это означает, что компании могут достигать экологических целей, не жертвуя сроком хранения своей продукции.
Функция барьера в действии: контроль передачи кислорода и влаги
Эталонный показатель скорости проникновения кислорода (OTR) для PET-упаковок типа «раковина» и сравнение с другими материалами
Что касается упаковки типа «раковина», политетрафталат пропилена (PET) обладает конкурентным преимуществом благодаря низкой скорости проникновения кислорода — всего 5–10 см³ на квадратный метр в сутки. Это существенное улучшение по сравнению с большинством других упаковочных материалов. Например, стандартные контейнеры из полипропилена имеют скорость проникновения кислорода 50–150 см³/м²/сутки, а изделия из полистирола — ещё более высокую: 200–400 см³/м²/сутки. Благодаря такой низкой проницаемости для кислорода содержимое упаковки — особенно обезвоженные продукты — подвергается меньшему повреждению. Так, ягоды, например, не темнеют так быстро, а листовые овощи теряют меньше питательных веществ: в частности, содержание витамина С со временем снижается значительно меньше. Почему же PET обеспечивает столь значительное улучшение? Ответ кроется в его кристаллической структуре. Эта структура создаёт микроскопические поры в барьерном слое, затрудняя прохождение молекул кислорода сквозь него. В результате продукты сохраняют более насыщенный вкус и питательную ценность, оставаясь свежими в течение более длительного времени. Именно поэтому PET является оптимальным выбором для менее стабильных пищевых продуктов, требующих повышенной защиты.
Скорость передачи паров влаги (MVTR) и ее роль в управлении дыханием продукции и конденсацией
Диапазон значений MVTR для ПЭТ составляет примерно 1–2 г/м²/сутки; в данном случае это способствует контролю влажности внутри упаковки-раковины. Фрукты при дыхании выделяют 20–50 мг водяного пара на килограмм фруктов в час. Если уровень влажности не контролируется, продукция портится и претерпевает нежелательные изменения. ПЭТ отлично подходит для этих целей, поскольку он водоустойчив и помогает минимизировать увядание и потерю массы. Например, контейнеры с черри-томатами и виноградом не становятся размокшими и мягкими.
Использование упаковки-раковины из ПЭТ для увеличения реального срока хранения
Подтвержденное исследование: совместное исследование USDA и FDA с продлением срока хранения клубники на +4–7 дней
Недавнее совместное исследование Министерства сельского хозяйства США (USDA) и Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и лекарственных средств США (FDA) показало, что клубника в упаковке из ПЭТ-блистеров сохраняется на прилавке на четыре–семь дней дольше по сравнению с традиционной упаковкой. Исследователи отметили двойную функцию ПЭТ-блистеров. При скорости проникновения кислорода (OTR) менее 0,5 см³/м²/сутки замедляется процесс окисления и, как следствие, снижается образование непривлекательных коричневых пятен. Одновременно контролируется микропередача водяного пара, что обеспечивает оптимальный уровень влажности и влагосодержания внутри упаковки. Такой контроль позволил сократить скорость роста микроорганизмов примерно на 60 %, продлив срок хранения продукции. Эти результаты вносят существенный вклад в решение проблемы огромных объёмов пищевых отходов. Согласно данным Службы сельскохозяйственных исследований USDA (2023 г.), свежие ягоды — культура стоимостью 6,2 млрд долларов США — ежегодно теряют около 30 % урожая из-за неадекватной или плохо спроектированной упаковки. Ритейлеры также отметили, что клубника в ПЭТ-упаковке сохраняет на 15 % больше витамина C по истечении 10 дней хранения, что приносит пользу здоровью потребителей. Это подтверждает способность упаковки сохранять питательную ценность и демонстрирует, что барьерные свойства упаковки — это не просто цифры, а реальная польза для питания. В случае с клубникой ПЭТ достигает большего при меньших затратах.
Интеграция дизайна: вентиляция, герметичность уплотнений и управление влажностью в PET-упаковке типа «ракушка»
Хорошие уплотнения, вентиляция и контроль влажности должны рассматриваться и проектироваться как сложная, бесшовная система, а не как отдельные системы при разработке ПЭТ-упаковки типа «раковина». Мелкие отверстия, которые мы выполняем лазерной резкой в различных местах, служат микровентиляционными каналами, обеспечивающими оптимальную циркуляцию воздуха вокруг продуктов, выделяющих этилен, что снижает вероятность образования конденсата. Защёлкивающиеся замки, разработанные нами, изготавливаются по технологии силиконовых форм, что позволяет создавать системы закрытия, которые буквально защёлкиваются, образуя тройной барьер против проникновения загрязняющей пыли, выхода выделяемых газов и преждевременной потери влаги. Определяющей характеристикой ПЭТ-упаковки для свежих овощей и фруктов является её коэффициент паропроницаемости, который обеспечивает стабилизацию равновесного содержания влаги в продукте. Такая упаковка создаёт оптимальный баланс между сухостью и влажностью, предотвращая появление плесени, избыточное увлажнение и гниение на концах плодов. Контролируемые микроклиматические условия замедляют дыхательную активность продукции. Упаковка задерживает начало роста спор плесени и сохраняет привлекательный внешний вид клубники, предотвращая неприятную сморщенную текстуру. Это идеальный пример упаковки, которая действительно продлевает срок хранения.
Часто задаваемые вопросы
Что такое ПЭТ и почему он используется для упаковки?
ПЭТ — это тип пластика, называемый полиэтилентерефталатом. Он обладает высокой плотностью и заметной полукристаллической структурой. Это делает его превосходным барьером против газов и влаги. Таким образом, он отлично подходит для упаковки, поскольку сохраняет свежесть продуктов и защищает их видимость.
Каковы барьерные свойства переработанного ПЭТ (рПЭТ) по сравнению с новым ПЭТ?
По сравнению с новым ПЭТ, рПЭТ обеспечивает сопоставимую барьерную защиту; любые недостатки связаны исключительно с показателями проницаемости для влаги и кислорода у рПЭТ, которые, как правило, составляют 5 % или менее. При переработке барьерная защита обычно снижается. Однако в современных технологиях переработки этот вопрос имеет меньшее значение.
Как ПЭТ-упаковка типа «раковина» помогает продуктам дольше оставаться свежими?
Упаковка из ПЭТ в виде «раковин» обладает низким коэффициентом проницаемости как для кислорода, так и для влаги. Это способствует контролю влажности и замедляет окисление, благодаря чему продукты дольше сохраняют свежесть. Исследование, проведённое USDA-FDA, показало, что клубника, упакованная в ПЭТ-упаковку типа «раковина», сохраняла свежесть на 4–7 дней дольше по сравнению с клубникой, упакованной в стандартную тару.