Elementi di Packaging

PVC

Si trova in flm estensibili, in contenitori, in flm di spessore un po’ più alto rispeto a quello dei flm

estensibili. È formato per polimerizzazione del cloruro di vinile, monomero altamente tossico (cancerogeno,

mutagenico). Si usa perché i processi di polimerizzazione che portano al polimero sono molto eicaci e i

residui del monomero sono molto molto bassi. Nel discorso dell’economia circolare, è un materiale che si

vorrebbe eliminare dalla catena del packaging alimentare. L’atomo di cloro rende la strutura una buona

barriera all’acqua e anche all’ossigeno e alla CO , questo se il materiale è fato solo da PVC. Quello che si

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usa in cucina non contene solo PVC ma anche degli additvi polimerici che lo rendono estensibile perché da

solo è relatvamente rigido.

Ordine crescente di permeabilità all’ossigeno: PVC, POLISTIRENE, POLIPROPILENE, HDPE e LDPE.

POLIESTERI

Famiglia molto ampia.

PET

Presenta una permeabilità molto bassa all’acqua e all’ossigeno. Non è una barriera suiciente per

conservare la CO che si trova ad esempio nella Coca Cola.

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Tatcità

Altro metodo usato per classifcare le materie plastche è la tatcità: fa riferimento alla morfologia del

polimero e alla disposizione che nel piano ha il gruppo adiacente a quello che era prima il doppio legame.

Se si pensa ad una catena principale, il gruppo –CH3 potrebbe stare al posto di R o sempre sopra o soto. In

seguito alla polimerizzazione, a livello spaziale il gruppo – CH3 dove fnisce?

La polimerizzazione e l’uso di catalizzatori specifci permetono di controllare la stereochimica della

reazione quindi otenere polimeri ATATTICI, ISOTATTICI E SINDIOTATTICI. Quindi la posizione di un gruppo

funzionale nello spazio modifcherà completamente le carateristche del polimero fnale in termini di

processabilità. Si parla di disposizione atatca quando il gruppo funzionale è disposto casualmente al di

sopra e al di soto del piano. Questa disposizione non infuenza il PE. Ma nel caso del polistrene o del

polipropilene si

Si parla di disposizione isotatca, quando i gruppi funzionali si posizionano al di soto o al di sopra del piano

in modo regolare, quindi da un unico lato del piano.

Si parla di disposizione sindiotatca quando il gruppo funzionale è alternatvamente collocato sopra e soto

il piano della catena. Disposizione molto regolare e organizzata.

La disposizione è importante per la defnizione e l’otenimento dei polimeri. Prima si usava il PE in forma

atatca che dava luogo a un gel. Giulio Nata ha messo a punto un catalizzatore specifco che ha permesso

di lavorare sulla stereospecifcità del polimero arrivando ad inventare la forma isotatca del PE otenendo

un materiale cristallino e non gelatnoso che trova molte applicazioni.

Peso molecolare

Quando si parla di un polimero non si ha un PM unico, perché il materiale fnale che si va a processare è

costtuito da tante catene polimeriche aggrovigliate nello spazio. Il PM di un polimero lavorabile,

nell’ambito del packaging alimentare, va dai 50.000 ai 200.000 dalton. A seconda della resa di

polimerizzazione e del processo di polimerizzazione che si utlizza si può andare a giocare in un range di pesi

molecolari molto vario. Dal punto di vista della frequenza, hanno una dispersione gaussiana che ci mostra

come in un polimero siano present n macromolecole polimeriche con un PM medio ma la distribuzione

può anche essere molto varia. Ciò dipende da chi processa il polimero. Il PM infuenza alcune carateristche

del materiale fnale:

6) maggiore è il PM, più il polimero avrà carateristche di rigidità

elevata e quindi diicilmente lavorabile a caldo, perciò i polimeri a

PM baso sono utlizzat come saldant, rivestmento, ecc.

7) minore è il PM più sarà fessibile, viscoso e adesivo.

Il PM si ricava sperimentalmente con analisi cromatografche, quindi

separazioni su colonna che permetono di otenere dispersioni variabili da

polimero a polimero.

Comportamento al calore

È una carateristca molto complessa, che viene studiata quando si deve metere appunto il processo di

lavorazione del polimero stesso. Ci permete di distnguere:

 Polimeri termoplastici. Sono i più utlizzat nel packaging alimentare. Riscaldandoli al di sopra della T

ambiente rammolliscono progressivamente fno alla loro fusione, dove la libertà delle

macromolecole è massima. Una modifca progressiva consente di individuare un range di T utli al

loro processamento, alla loro lavorazione. Un riscaldamento successivo al primo non porta

all’alterazione irreversibile del polimero, cambiano alcune carateristche del polimero ma resta

lavorabile. Alcuni tratament vengono efetuat proprio dopo la loro lavorazione, in modo da poter

fare modifcazioni al manufato fnale.

 Polimeri termoindurenti. Sono poco impiegat nel packaging alimentari, più nella produzione di

tappi per botglie o per rivestment partcolari. Quest polimeri sono chiamat anche resine

termoindurent. Presentano nella loro strutura numerosi legami covalent crociat che al momento

del riscaldamento si formano: il calore porta alla generazione di legami covalent intracatena e

quando il polimero si rafredda, sono stabili. I retcoli che si formano quindi rendono il polimero

molto resistente dal punto di vista meccanico ma la loro processabilità è limitata a range di T molto

ristrete. Una nuova fornitura di calore però potrebbe portare ad una disgregazione,

destabilizzazione del polimero, perché i legami crociat tendono a rompersi e non si avrà più la

strutura di partenza.

Morfologia

L’organizzazione interna delle catene macromolecolari infuenza molto le proprietà meccaniche, otche e

difusionali del materiale fnale. Possiamo distnguere i polimeri in:

 Aimorf. Hanno una strutura spaziale delle catene macromolecolari (tut i polimeri che

compongono l’unità fnale) dispersa nello spazio, le catene sono disorganizzate nello spazio.

 Cristallini. Le carene macromolecolari sono organizzate in modo ordinato nello spazio. I polimeri in

forma completamente cristallina sono diicili da lavorare, per cui spesso si usano polimeri amorf o

parzialmente cristallini, anche se la cristallinità infuenza positvamente le proprietà di permeabilità.

 Parzialmente cristallini.

Durante la lavorazione a caldo dell’HDPE, opero l’estrusione per otenere un flm per otenere le buste. Se

la fase di rafreddamento è molto rapida, le catene macromolecolari, che si trovano in elevato movimento,

non hanno il tempo di riorganizzarsi e restano in uno stato amorfo e disorganizzato. Viceversa se il

rafreddamento avviene lentamente, ci può essere il tempo necessario ainchè le catene polimeriche si

organizzino in modo ordinato. Una modalità con cui posso controllare la formazione di zone cristalline nel

polimero è la T di rafreddamento dopo l’estrusione. Un’altra modalità è l’impiego di promotori di

cristallizzazione, ovvero agent nucleant che in fase di rafreddamento generano delle zone opportune

ainchè le catene polimeriche possano organizzarsi. Questa organizzazione spaziale diventa molto

importante per le carateristche fnali che avrà il materiale fnale. Queste zone organizzate all’interno di

una strutura amorfa prendono il nome di cristallit: è come se ci fossero due fasi nello stesso materiale,

una completamente amorfa e una più organizzata e cristallina. La presenza delle diverse zone mi dice che

riscaldando il materiale si andrà incontro a modifche diverse della zona amorfa e di quella cristallina e il

polimero di comporta diversamente rispeto al polimero completamente amorfo. Ci possono essere delle

conformazioni cristalline molto complesse che al microscopio eletronico tramite raggi x si possono

osservare ad esempio le lamelle, impaccate in modo molto organizzate all’interno di un polimero

completamente amorfo a dare sferulit, il cui diametro (centnaia di nanometri) è tale da interferire con le

radiazioni della luce visibile producendo la tpica opacità.

La presenza di zone cristalline porta a:

 Aumento di rigidità

 Aumento della resistenza al calore. Serve più calore per fondere un materiale cristallino rispeto ad

un materiale amorfo.

 Aumento della barriera ai gas, perché le zone cristalline sono altamente impaccate e il trasporto di

gas è più diicoltoso.

 Perdita di trasparenza. La luce atraversando un polimero amorfo, incontra con molta probabilità

dell’aria, mentre se passa atraverso un polimero cristallino ha più probabilità di incontrare della

materia, per cui la radiazione viene deviata. La deviazione della radiazione porta ad un aumento di

opacità e diminuzione di trasparenza.

TEMPERATURA DI TRANSIZIONE VETROSA (Tg). È una T molto importante per i polimeri, ovvero quella T alla

quale il polimero, quindi tute le catene polimeriche che lo compongono, presentano la minima mobilità ed

è la T alla quale gli spazi inter e intramolecolari sono ridot. Consente di individuare una soglia importante

per i polimeri. Se mi porto ad una T:

 T > Tg: le catene macromolecolari sono in grado di deformarsi, variano le conformazioni quindi la

disposizione nello spazio dei singoli atomi. C’è quindi una mobilità maggiore, le catene polimeriche

si muovono con facilità e anche i fenomeni di trasmissione dei gas sono più facilitat.

 T < Tg: il movimento delle catene macromolecolari è impedito quindi il polimero si trova ad uno

stato vetroso. Gli spazi inter ed intra molecolari sono ridot e ho una minore permeabilità a gas e

vapore.

Nel caso dei polimeri amorf e cristallini la Tg diventa importante: per polimeri amorf, la Tg diventa

fondamentale, mentre per i polimeri cristallini è molto importante la T di difusione. Ci sono dei polimeri,

come il PET con Tg di 69° C: se lo utlizzo a T ambiente in una forma come la botglia, mi trovo al di soto

della sua Tg per cui le catene polimeriche sono impedite nel movimento, per cui sfruto questa

carateristca per avere una minore permeabilità ai gas e il polimero si dice che è allo stato vetroso. Se

prendo invece il LLDPE, la sua Tg è di -25° C, quindi è al di soto dello 0; quando però uso il polimero mi uso

a T di frigorifero o ambiente, in ogni caso sopra alla sua Tg, quindi quando sono al di sopra della Tg le

catene polimeriche hanno una mobilità più alta, sono favorit gli scambi gassosi e di dice che il polimero si

trova allo stato gommoso. Stato vetroso e gommoso sono due stat important perché, essendo in funzione

della T, possono governare certe proprietà dei materiali.

La temperatura di transizione vetrosa è defnita come “il