EN
Veda o materiáloch: Prečo PET ponúka vynikajúce bariérové vlastnosti
Vnútorná tuhosť, priehľadnosť a molekulárna hustota zabezpečujú štrukturálnu pevnosť a nízku priepustnosť
Rýchlosti prenosu vlhkosti sú tiež veľmi nízke v porovnaní s inými obalovými materiálmi v dôsledku použitia PET/EVOH a PET/PE. Napríklad PET/EVOH a PET/PE majú rýchlosti prenosu vlhkosti nižšie ako 0,8 g/m²/deň. Táto nízka rýchlosť prenosu pomáha udržať obsah vlhkosti v balenom ovocí a zelenine a obmedzuje rast baktérií. Okrem nízkych rýchlostí prenosu vlhkosti umožňujú ďalšie vrodené a žiaduce materiálové vlastnosti PET, ako je mechanická pevnosť, bariérové vlastnosti a priehľadnosť, využitie PET v širokej škále aplikácií. Jednou takou povrchovou bariérovou aplikáciou je obalovanie v tvare klapkového puzdra (clam shell) z PET a kartóny z PET používané ako obaly. V súvislosti so kryštalickou štruktúrou PET má PET v kryštalickom stave nízke hodnoty prenosu vlhkosti aj prenosu kyslíka. Práve tieto rýchlosti prenosu kyslíka sú dôvodom, prečo sa klapkové kontajnery z PET nemusia používať spolu s inými plastmi na zachovanie integrity obsahu. Vzorky PET majú hodnoty OTR (rýchlosti prenosu kyslíka) 0,5 cm³/m²/deň, čo je 10-krát menej ako OTR polypropylénu (PP) určeného na bytové použitie.
Výkonnosť bariéry voči kyslíku a vlhkosti PET oproti rPET: Vplyv obsahu recyklovaného materiálu
Okrem prekonávania bariér nových materiálov sa rPET na praktickej úrovni zdá byť menej účinný. Nezávislé testovanie nového PET a rPET odhalilo rozdiely v priepustnosti kyslíka (OTR) a priepustnosti vodnej pary (MVTR), ktoré boli vo všeobecnosti nižšie ako 5 %. Dôvod spočíva v tom, že rPET (získaný mechanickou recykláciou) nespôsobuje degradáciu monoméru polyesteru (etylén-tereftalátu), ktorý je pôvodne zodpovedný za tieto bariérové vlastnosti. Toto je dôležitý fakt, najmä v súvislosti s viac priepustnými prekážkami, akými sú napríklad plastové obaly na domáce zvieratá typu „clamshell“. A práve tu je háčik. Opakované recyklácie môžu paradoxne zvýšiť priepustnosť materiálov pre kyslík až o 12 %, pravdepodobne ešte viac, ak sa teplota spracovania udržiava nad 280 °C. Väčšina súčasných zariadení na recykláciu sa snaží tento jav vyhnúť pomocou nových a inovatívnych konštrukcií filtrov, ktoré minimalizujú tie problematické kontaminanty, ktoré v minulosti spôsobovali problémy s bariérovými vlastnosťami. Súčasný rPET vhodný na potravinové účely má požadované bariérové vlastnosti voči vlhkosti s hodnotou MVTR 0,1 až 0,3 gramu na meter štvorcový za deň, a to aj v prípade rPET obsahujúceho až 30 % recyklovaného materiálu. To znamená, že podniky môžu dosiahnuť svoje environmentálne ciele bez kompromisov s trvanlivosťou výrobkov.
Bariérová funkcia v činnosti: kontrola prenosu kyslíka a vlhkosti
Referenčná rýchlosť prenosu kyslíka (OTR) pre PET škrupiny a porovnanie s inými materiálmi
Keď ide o obaly typu klapka, polyetylén tereftalát (PET) má konkurenčnú výhodu s priepustnosťou pre kyslík 5 až 10 cm³ na meter štvorcový za deň. Ide o výrazné zlepšenie v porovnaní s väčšinou obalových materiálov. Napríklad štandardné kontajnery z polypropylénu majú priepustnosť 50 až 150 cm³/m²/deň a výrobky z polystyrénu majú ešte vyššiu priepustnosť 200 až 400 cm³/m²/deň. V dôsledku tejto nízkej priepustnosti pre kyslík sa sušené potraviny v obale poškodzujú menej. Ovocie, ako napríklad jahody, sa nezhrdzavia tak rýchlo a zelenina, ako napríklad listová zelenina, stratí menej živín – napríklad sa výrazne menej stráca vitamín C v priebehu času. Čo teda robí PET takým efektívnym materiálom? Odpoveď je v jeho kryštalickej štruktúre. Táto štruktúra vytvára mikroskopické otvory v bariére, čím sa pre molekuly kyslíka stáva ťažšie preniknúť cez túto bariéru. Výsledkom je potravina, ktorá si dlhšie uchováva chuť a výživovú hodnotu. To robí PET optimálnou voľbou pre menej stabilné potravinové výrobky, ktoré vyžadujú vyšší stupeň ochrany.
Rýchlosť prenosu vodnej pary (MVTR) a jej úloha pri riadení dýchania a kondenzácie ovocia a zeleniny
Rozsahy MVTR pre PET sú približne 1 – 2 g/m²/deň a v tomto prípade pomáhajú regulovať vlhkosť v obaloch typu clamshell. Ovocie pri dýchaní vyrába 20 – 50 mg vodnej pary na kilogram ovocia za hodinu. Ak sa úrovne vlhkosti neriešia, potraviny sa pokazia a prejavia nežiadúce zmeny. PET je vynikajúci materiál, pretože je odolný voči vode a pomáha minimalizovať smršťovanie a stratu hmotnosti. Napríklad obaly s červenými paradajkami a hroznom sa nestanú mokrými a mäkkými.
Použitie obalov typu clamshell z PET na predĺženie skutočnej trvanlivosti v reálnych podmienkach
Potvrdená prípadová štúdia: výskumná štúdia USDA-FDA so zvýšením trvanlivosti jahôd o 4–7 dní
Nedávna spoločná štúdia USDA a FDA odhalila, že jahody balené v PET klapkových obaloch môžu zostať na polici o štyri až sedem dní dlhšie ako pri bežnom balení. Výskumníci poznamenali dvojfunkčný účinok klapkových obalov z PET. Pri rýchlosti prenikania kyslíka (OTR) < 0,5 cm³/m²/deň sa znížila oxidácia a s ňou súvisiace nepekné hnedé škvrny. Súčasne sa kontroluje mikrovlhkosť – prenikanie vodnej pary, čo vedie k udržaniu optimálnej úrovne vlhkosti a vlhka v obale. Táto kontrola viedla k približne 60 % zníženiu rýchlosti rastu mikroorganizmov a predĺženiu trvanlivosti produktu. Tieto zistenia významne prispievajú k zmierňovaniu obrovského problému potravinového odpadu. Podľa USDA Agricultural Research Service z roku 2023 sa odhaduje, že čerstvé jahody – plodina s ročným obratom 6,2 miliardy USD v USA – každoročne stratia približne 30 % kvôli neprimeranému alebo zle navrhnutému baleniu. Obchodní partneri tiež uviedli, že jahody balené v PET po 10 dňoch skladovania zachovali o 15 % viac vitamínu C, čo prináša zdravotný prínos. To dokazuje, že balenie uchováva výživovú hodnotu, a ukazuje, že bariéry v baleniach nie sú len číselné údaje, ale majú reálny vplyv na výživovú hodnotu. V prípade jahôd PET dosahuje viac s menej.
Integrácia návrhu: vetrácia, tesnosť uzatvorenia a riadenie vlhkosti v PET obaloch typu clamshell
Dobré tesnenia, vetranie a regulácia vlhkosti je potrebné pri návrhu obalov PET typu klamšel (clam shell) vnímať a navrhovať ako zložitý, nepretržitý systém namiesto samostatných systémov. Malé otvory, ktoré v rôznych miestach laserovo vyrežeme, slúžia ako mikroventilátorové otvory, ktoré umožňujú presne také množstvo vzduchu cirkulovať okolo produktov produkujúcich etylén, aby sa znížila pravdepodobnosť vzniku kondenzácie. Zápatia (snap closures), ktoré navrhujeme, sú vyrábané pomocou procesu formovania z kremíkovej gumy, čo vytvára uzatváracie systémy, ktoré sa skutočne „zaskočia“ a vytvoria trojnásobnú bariéru proti vnikaniu kontaminujúcej nečistoty, unikaniu vytvoreného plynu a predčasnej strate vlhkosti. Definujúcou vlastnosťou obalov PET pre potravinové výrobky je ich technicky stanovená rýchlosť prechodu vodnej pary (moisture vapor transmission rate – MVTR), ktorá rovnako stabilizuje rovnovážny obsah vlhkosti v produkte. Tieto obaly sú navrhnuté tak, aby dosiahli „práve správny“ pomery sucha a vlhka, čím sa znižuje výskyt nepríjemného rastu pliesní, nadmerného množstva vlhkosti a koncového hnilobného poškodenia. Kontrolované mikroklimatické podmienky spomaľujú dýchanie zeleniny a ovocia. Obaly oneskorujú začiatok rastu pliesňových špór a zachovávajú nepríjemný, neatraktívny, smrštený a zvädnutý povrch jahôd. Ide o dokonalý príklad obalu, ktorý skutočne predlžuje trvanlivosť výrobku.
Často kladené otázky
Čo je PET a prečo sa používa na balenie?
PET je druh plastu nazývaný polyetylén tereftalát. Je veľmi hustý a má výraznú polokryštalickú štruktúru. To ho robí vynikajúcou bariérou proti plynom a vlhkosti. Preto je vynikajúci na účely balenia, pretože udržiava výrobky čerstvé a chráni ich viditeľnosť.
Aké sú bariérové vlastnosti recyklovaného PET (rPET) v porovnaní s novým PET?
V prípade nového PET má rPET porovnateľnú bariérovú ochranu a akékoľvek nedostatky sa týkajú výlučne rýchlostí prenikania vlhkosti a kyslíka cez rPET, ktoré sú zvyčajne 5 % alebo menej. Pri recyklácii sa bariérová ochrana zvyčajne znižuje. V súčasných technológiách recyklácie je to však menej významný problém.
Ako pomáhajú PET škrupiny udržať výrobky čerstvé po dlhšiu dobu?
PET škrupiny majú nízku priepustnosť pre kyslík aj vlhkosť. To pomáha regulovať vlhkosť a spomaľuje oxidáciu, čo umožňuje, aby sa potraviny dlhšie udržali čerstvé. USDA-FDA vykonalo štúdiu, z ktorej vyplýva, že jahody zabalené v PET škrupinách sa udržali čerstvé o 4 až 7 dní dlhšie ako jahody zabalené v štandardnom obale.