Tecnologia del film di barriera negli imballaggi flessibili: come funzionano effettivamente EVOH, PVDC, fogli di alluminio e rivestimenti trasparenti

Guida tecnica del produttore per la selezione della pellicola di barriera per imballaggi flessibili.scambi di trattamento, e un quadro decisionale per i responsabili degli appalti.

Un imballaggio flessibile può sembrare perfetto sullo scaffale, con una registrazione di stampa nitida, sigilli puliti, dimensioni coerenti e comunque fallire catastroficamente.per settimane o mesiL'ingresso di ossigeno ossida l'olio dei chicchi di caffè, l'umidità attraversa la parete filmata e ammorbidisce il cibo secco per animali domestici in una massa agglomerata e non vendibile.Gli aromatici provenienti da una miscela di tè di alta qualità sfuggono attraverso il film, lasciando al consumatore una bevanda piatta e senza carattere.

La differenza tra un imballaggio che protegge il prodotto e uno che lo distrugge si riduce a uno strato che la maggior parte delle persone non vede: la pellicola di barriera, tipicamente di 3 ̊7 micron di spessore,seppellito nel mezzo della struttura laminata.

Per gli acquirenti B2B che acquistano imballaggi flessibili, capire la tecnologia di barriera non è facoltativo, è l'unica decisione di specifiche più impegnativa che potrai prendere.E il costo non si misura in centesimi per sacchetto ma in carichi di container rifiutati e reputazione danneggiata del marchio..

Tutti i film di barriera funzionano secondo lo stesso principio fisico: una molecola di gas o di vapore deve primadissolverenella superficie del polimero, quindidiffusoattraverso lo spessore della pellicola, e infinedesorbireQuesto è il modello di diffusione della soluzione, e spiega perché materiali diversi hanno prestazioni di barriera radicalmente diverse.

Tre fattori controllano il tasso:

1. SolubilitàLe molecole di gas si dissolvono facilmente nel polimero. I polimeri polari come l'EVOH hanno una bassa solubilità in ossigeno perché l'O2 non è polare; questo è il motivo per cui l'EVOH è un'eccezionale barriera dell'ossigeno.
2. DiffusivitàLe regioni cristalline bloccano la diffusione; le regioni amorfe lo consentono.I polimeri ad alta cristallinità come il PVDC sono percorsi più lenti per le molecole di gas.
3. SpessoreIn teoria, le prestazioni della barriera si riducono in modo lineare con lo spessore (prima legge di Fick).macchie di gel, variazione dello spessore) creano un pavimento.

Questo modello spiega anche il tallone d'Achille dell'EVOH: è altamente sensibile all'umidità. Le molecole d'acqua plastificano l'EVOH, aumentando la mobilità della catena polimerica e riducendo drasticamente la barriera dell'ossigeno.A 85% di RH, EVOH con un contenuto di etilene del 38 mol% può perdere oltre il 90% della sua barriera dell'ossigeno allo stato secco.Questo è il motivo per cui l'EVOH non è quasi mai lo strato esterno in un laminato, è sempre inserito tra strati di PE o PP protettivi dall'umidità.

Nota del costruttore sulle gamme di dati OTR:I valori OTR pubblicati sono in genere misurati su film piatto a condizioni di laboratorio (23°C, 0% RH).e la temperatura di stoccaggio variabile è quasi sempre 1Questo è ciò che distingue la raccomandazione di un convertitore esperto dalla scheda di specifiche di un fornitore di materie prime.

Per le applicazioni che richiedono la più alta barriera assoluta, il caffè, i sacchetti di retorta, le confezioni di strisce farmaceutiche, le razioni militari sensibili, il foglio di alluminio a 7-9 μm rimane ineguagliabile.la lamina è funzionalmente una barriera a trasmissione zeroLo strato di tenuta dell'ossido di alluminio che si forma naturalmente su entrambe le superfici impedisce la trasmissione di gas o di umidità misurabili in condizioni di prova standard.

Ma il foglio ha dei punti deboli reali che i team di approvvigionamento ignorano:

Flex-cracking e formazione di fori.Quando un laminato contenente foglio viene flesso ripetutamente ̇ durante la formazione del sacchetto, il riempimento, le vibrazioni di trasporto e la manipolazione del consumatore ̇ lo strato di alluminio sviluppa crepe microscopiche.di diametro tipicamente di 10 ‰ 100 μmUn laminato di foglio che misura < 0,01 OTR su una pellicola piana può degradarsi a 0,5 ∼ 2,0 OTR dopo 50 cicli di flessione per ASTM F392 (test di flessione Gelbo).

Strategia di mitigazione:Per le applicazioni con sollecitazioni meccaniche attese (sacchi in piedi che verranno compressi durante l'impilazione dei pallet o prodotti avvolti a flusso con forme irregolari), specifica afoglio di 9 μm minimocon uno strato di cuscino PE aggiuntivo tra il foglio e la rete di stampa.Lo spessore aggiuntivo di 2 μm e lo strato di cuscino riducono la formazione di buchi di spillo del 40-60% nei nostri test interni rispetto al foglio da 7 μm in una struttura diretta PET / foglio / PE.

L'EVOH (copolimero di etilene vinile alcol) è la barriera trasparente dell'ossigeno più utilizzata negli imballaggi flessibili.Il suo meccanismo di barriera si basa su un forte legame idrogeno tra i gruppi idrossilici (-OH) lungo la spina dorsale del polimeroIl compromesso: gli stessi gruppi -OH attraggono le molecole d'acqua,che interrompono la rete di legame idrogeno e riducono drasticamente le prestazioni della barriera.

La variabile chiave di specifica ètenore di etilene:

• 27·32 mol% di etilene:Barriera dell'ossigeno più elevata allo stato secco (OTR <0,1 in condizioni di laboratorio) Usata quando il laminato ha un'ottima protezione dall'umidità su entrambi i lati (ad esempio, PP/tie/EVOH/tie/PP per la retorta).
• 38­44 mol% di etileno:Tolleranza all'umidità equilibrata e barriera. Il grado più comune per l'imballaggio alimentare generale.
• 48 mol% di etilene:Tolleranza massima all'umidità, barriera di picco inferiore, utilizzata quando le condizioni di lavorazione espongono l'EVOH al vapore o ad alta umidità all'inizio della trasformazione.

La regola a tre livelli per il successo dell'EVOH:

1. Non esporre mai EVOH all' ambiente esterno.Deve essere inserito tra strati che forniscono protezione contro l'umidità, in genere PE, PP o PET.
2. Utilizzare strati adesivi su entrambi i lati.L'EVOH non si lega direttamente al PE o al PP; su entrambe le interfacce è richiesta una resina di legame innestata con anidride maleica (tipicamente 3 ‰ 5 g/m2 di peso del rivestimento).
3. Rendi conto della degradazione della retorta.Se il pacchetto viene sottoposto a sterilizzazione a retorta (121 ° C, 30+ min in vapore saturo), EVOH assorbirà l'umidità durante il processo.Indicare i valori di barriera post-retort nel contratto di qualità, non pre-retort.

PVDC (cloruro di polivinilidene) è la barriera trasparente più resistente all'umidità disponibile.Le prestazioni di barriera del PVDC sono sostanzialmente indipendenti dall'umidità ambientale.Questo rende il PVDC la barriera di scelta per i prodotti ad alta umidità in cui l'EVOH sarebbe compromessa: pasta fresca, carni refrigerate, mangimi per animali domestici bagnati e sacchetti di riempimento di detersivi liquidi.

Il PVDC è tipicamente applicato come rivestimento a dispersione acquosa (35 g/m2 peso a secco) piuttosto che come strato coestruso,che aggiunge una fase di fabbricazione ma consente un controllo preciso del peso del rivestimento e un'eccellente adesione senza strati di legame.

L'elefante della stanza: il PVDC contiene cloro. Durante l'incenerimento il percorso dominante di fine vita per imballaggi flessibili a più materiali il PVDC può generare gas HCl,che richiedono impianti di trasformazione di rifiuti in energia dotati di depuratoreCiò ha portato i maggiori proprietari di marchi europei a eliminare gradualmente il PVDC a favore di alternative con rivestimento in SiOx e basate su EVOH, anche quando il PVDC sarebbe tecnicamente superiore a tali opzioni.

Quando il PVDC ha ancora senso:Per i mercati di esportazione senza rigide restrizioni sugli alogeni, per i prodotti ad alta umidità dove l'EVOH non funziona,e per applicazioni sensibili al prezzo in cui i rivestimenti in SiOx sono proibitivi in termini di costi (il rivestimento in PVDC aggiunge approssimativamente0,02 ‰ 0,04 / m2 rispetto a 0,08 ‰ 0,15 / m2 per il SiOx).

Silicon oxide (SiOx) and aluminum oxide (AlOx) coatings — applied via plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or physical vapor deposition (PVD) onto PET or OPA substrates — represent the leading edge of transparent high-barrier technology.

Questi rivestimenti sonospessore di 50 ‰ 100 nanometriIl meccanismo di barriera è fondamentalmente diverso da quello delle barriere in polimero:lo strato di ossido denso simile alla ceramica agisce come ostacolo fisico alle molecole di gas, non un regolatore di solubilità/diffusività.

Il punto debole critico: la fragilità.Quando il film rivestito subisce un allungamento durante la laminazione, la formazione di sacchetti o la manipolazione dei consumatori, lo strato di ossido sviluppa micro crepe.Una singola linea di piegatura profonda può aumentare l'OTR locale di 1050*Per questo motivo le pellicole di barriera rivestite di ossido richiedono:

• Controllo della tensione più stretto durante la laminazione (in genere 10~15% più bassa tensione della rete rispetto alle pellicole metalliche)
• Parametri più delicati per la formazione di sacchetti (tempo di ciclo più lento, profondità di formazione ridotta per sacchetti in piedi)
• Prova obbligatoria di flessione Gelbo (ASTM F392) con ri-misurazione della barriera dopo 50 e 100 cicli di flessione

1. Indicare la barriera senza definire le condizioni di prova.L'OTR a 23°C/0% RH è insignificante per un prodotto immagazzinato a 35°C/75% RH in un magazzino del sud-est asiatico.Specificare sempre i requisiti di barriera in condizioni di stoccaggio e distribuzione realistiche, non standard di laboratorio.

2. Supponendo che la barriera laminata = la barriera film.Un singolo foro in un laminato di foglio di 7 μm “invisibile ad occhio nudo” può aumentare l'OTR complessivo del pacchetto di 100 “1000"* rispetto alla misurazione a film piatto.Questo è il motivo per cui il campionamento statistico e le prove di flessibilità sono più importanti di un singolo numero OTR su film piatto..Richiedere dati OTR su sacchetti formati dopo Gelbo flex, non solo su laminato grezzo.

3. Esagerare a specificare "essere al sicuro" e pagarlo.Ogni marchio vuole "trasmissione zero". Ma passare da una struttura EVOH (OTR ~ 1.0) a una struttura metallizzata (OTR ~ 0.2) aggiunge $ 0.03 ¢ 0.08/borsa.Per un prodotto con una durata di conservazione di 9 mesi e contenuto moderato di olio, l'EVOH è quasi certamente sufficiente e i risparmi si moltiplicano in milioni di unità.

La scelta del film di barriera è una decisione di ingegneria, non di acquisto.e costo unitarioLa scelta sbagliata - ipotizzata da qualcuno che ha confrontato fogli di dati OTR senza comprendere il degrado del mondo reale - porta a un guasto del prodotto che nessuna quantità di bella stampa può risolvere.

In quanto produttore che utilizza tutte le principali tecnologie di barriera quotidianamente, la laminazione del foglio, la coestrusione EVOH, il rivestimento PVDC,e laminati di ossido trasparenti il più prezioso 30 minuti che si può trascorrere è una discussione tecnica con il team di ingegneri del vostro convertitorePortate il contenuto di umidità del prodotto, la percentuale olio/grassi, la durata di conservazione e la temperatura di distribuzione peggiore.Vi diremo onestamente quale barriera è sufficiente e quale è eccessiva..

Zhihe Packaging opera la conversione interna di film di barriera attraverso tutte le principali tecnologie: laminazione del foglio di alluminio (7 ‰ 15 μm), coestrusione EVOH (27 ‰ 48 mol% di etilene),rivestimento di dispersione PVDC acquosoTutte le strutture sono supportate da test interni ASTM F1249 (WVTR), ASTM D3985 (OTR) e ASTM F392 (Gelbo flex).Contatta il nostro team tecnicoper una raccomandazione di barriera su misura per la durata di conservazione e il profilo di distribuzione specifici del prodotto.