Elementi di packaging

M

ua determinazione esistono procedure standardizzate ed appositi dispositivi ottici. i

di Adottando procedure di valutazione standardizzate, corrispo

L’opacità non è il contrario della trasparenza ma è un’altra caratteristica estetica dei materiali trasparenti ma la

n

fanno uso di una sfera integratrice (capace di raccogliere tutta la luce trasmessa e trasmittanza speculare

i (nella stessa direzione del

U

sua determinazione può essere impiegata per valutazioni di tipo funzionale in quanto le operazioni di finitura (stampa

d

e di un “corpo nero” (in grado di assorbire la luce non deviata) consentendo di t

incidente, con una deviazione inferiore a 0.1°) di una r

u gh

o altri trattamenti di superficie) possono modificare questo indice oggettivo e per caratterizzare materiali non

e, il valore percentuale di opacità (si veda la figura). t luminosa compresa tra 540 e 560 nm (si veda la figura

S i

trasparenti come carte e cartoni. La trasparenza di un materiale è inversamente proporziona

r

li py spessore

Per i materiali trasparenti l'opacità può essere definita come la

g

de Co

percentuale di luce trasmessa che, attraversando il materiale, devia dal

Fotocellula

Materiale opaco raggio incidente per fenomeni di diffusione (scattering) e rifrazione di un

ità

Radiazione angolo superiore a 2,5°. Per la sua determinazione esistono procedure

s

incidente (380-780

er

nm) standardizzate ed appositi dispositivi ottici.

Ti

v

i Questi fanno uso di una sfera integratrice (capace di raccogliere tutta la

n luce trasmessa e diffusa) e di un “corpo nero” (in grado di assorbire la

U

t luce non deviata) consentendo di misurare, il valore percentuale di

h Sorgente luminosa Corpo nero

g standardizzata opacità. La luce non deviata dal provino viene assorbita dal corpo nero,

ri quella diffusa raggiunge la fotocellula. Nella misura dell’opacità si va a leggere questa grandezza in tutto lo spettro.

y Misura della opacità (Haze) di un materiale. La luce non deviata dal

p Maggiore è l’opacità di un materiale, più la visibilità attraverso il materiale è minore perché non sarà più limpida.

provino viene assorbita dal corpo nero, quella diffusa raggiunge la

fotocellula.

Il polietilene e il poliestere possono avere dei valori di opacità medi.

Il cellophane è un materiale che deriva dalla cellulosa (trattata chimicamente) e che permette di far ottenere questo

materiale trasparente. Ad esempio questo viene utilizzato come film per avvolgere i fiori perché ha delle

caratteristiche di trasparenza e bassa opacità ma viene usato anche per confezionare caramelle perché ha una buona

Idoneità funzionale dei materiali di imballaggio Le proprietà elet

tenuta alla torsione. A parità di prestazioni ottiche il cellophane non è mai stato utilizzato per confezionare ad

esempio prodotti di quarta gamma. La brillantezza, secondo norme standardizzate viene misurata mediante un

La brillantezza (gloss) è sempre una proprietà estetica ed è una misura della capacità di una superficie di riflettere

ottico che invia un raggio luminoso con un angolo incidente (che può esse

d

specularmente la luce incidente, come in uno specchio. L’angolo di incidenza è pari a quello di riflessione. Questa i

registra l’intensità della luce riflessa con la stessa angolazione; il dispositiv

proprietà viene particolarmente impiegata per valutare le superfici metallizzate, stampate e comunque tutte quelle d

preventivamente tarato utilizzando due superfici a brillantezza diversa e no

u

di cui si vogliano rappresentare oggettivamente le caratteristiche di lucentezza, è particolarmente utilizzata nel

t

espressa in valore percentuale o millesimale (si veda la figura).

S

campo delle materie plastiche e nella tabella sono riportati alcuni valori a titolo d’esempio. i

l

La brillantezza, secondo norme standardizzate viene g

misurata mediante un apposito dispositivo ottico che invia un e

Sorgente Fotocellula

d

raggio luminoso con un angolo incidente (che può essere di luminosa ità

20, 45, 60°) e registra l’intensità della luce riflessa con la riflettente Materiale

s

stessa angolazione; il dispositivo viene preventivamente r

Radiazione

tarato utilizzando due superfici a brillantezza diversa e nota e

incidente iv

e la misura è espressa in valore percentuale o millesimale. n

L'angolo incidente è uguale a quello di rilevazione della riflessione. U

È utile questa grandezza quando ho dei materiali metallizzati o colorati in superficie (già stampati).

t

h

Misura della lucentezza (Gloss). L'angolo incidente è uguale a

rig

quello di rilevazione della riflessione.

Lo spettro di trasmissione UV-visibile: rappresenta il modo migliore di descrivere il comportamento di un solido

y

trasparente ad un irraggiamento luminoso in questo campo delle radiazioni elettromagnetiche. Gli spettri, registrati

p

di norma tra 200 e 800 nm, consentono di descrivere quantitativamente la trasparenza nei diversi punti dello spettro

o

C

visibile ed ultravioletto.

Nel loro insieme, gli spettri UV/VIS forniscono utili informazioni:

• per valutare la capacità di un materiale di mascherare radiazioni potenzialmente pericolose per l'alimento

confezionato (in genere quelle ultraviolette ma a volte anche quelle visibili possono essere dannose alla qualità

dell’alimento confezionato),

• per rappresentare quali-quantitativamente la sua trasparenza

• per identificarlo oggettivamente perchè, come è evidente dalle figure, gli spettri di trasmissione sono in genere

ben discriminanti dei differenti materiali anche quando presentano identico colore.

Lo spettro di trasmissione/assorbimento nel campo delle radiazioni visibili (450-800nm) consente invece di

caratterizzare oggettivamente il colore di un oggetto e, come già sottolineato, la visibilità attraverso un materiale.

La regione di trasmissione IR: La regione dello spettro elettromagnetico definita “infrarossa” comprende radiazioni

con lunghezze d'onda comprese tra 800 e 40-50000 nm; per la sua grande estensione le lunghezze d'onda sono

misurate spesso in µ ed i diversi punti dello spettro sono indicati anche in numeri d'onda che corrispondono al

reciproco delle lunghezze d'onda in cm (cm-1). Questa regione ad infrarosso si divide in tre regioni e in ognuna di

queste i materiali organici hanno un comportamento diverso e questo viene sfruttato per la creazione di

strumentazioni (spettrometri a infrarosso) che permettono la caratterizzazione della materia organica. La regione

ad infrarosso permette di distinguere in modo univoco

Per le differenti informazioni che può fornire, viene comunemente divisa in tre campi spettrali:

- "vicino infrarosso", compreso tra 800 e 3000 nm, i cui assorbimenti sono dovuti a fenomeni analoghi a quelli che

caratterizzano la regione visibile,

- "medio infrarosso", tra 3000 e 25000, dove gli assorbimenti sono dovuti principalmente ai livelli vibrazionali

fondamentali delle molecole

- "lontano infrarosso", tra 25000 e 50000 nm, caratterizzato dalla corrispondenza con i livelli rotazionali.

Sfruttando le caratteristiche intrinseche delle molecole e il loro livello di eccitazione quando vengono colpite dalle

radiazioni è possibile ottenere degli spettri specifici. Ogni legame chimico può essere sollecitato in modo differente.

Lo spettro permette di individuare la composizione del materiale.

Quando un fotone infrarosso viene assorbito da una molecola, questa passa dal suo stato vibrazionale fondamentale

ad uno stato vibrazionale eccitato.

Le vibrazioni possono essere di due tipi:

- stiramento del legame chimico (stretching): simmetrico e asimmetrico

- deformazione dell’angolo di legame (bending): scissoring, rocking, wagging, twisting

In un tipico spettro infrarosso in ascissa troviamo una scala di frequenze espresse in numero d'onda, ovvero quantità

di onde per centimetro, e in ordinata la percentuale di trasmittanza.

-1

Zona dei gruppi funzionali, che si estende da 3800 a 1300 cm e comprende bande dovute sia a stiramenti che a

deformazioni di gruppi funzionali (per esempio legami N-H, O-H, C-H, C=C, C=O, N=O, ecc.), con quest'ultimi compresi

-1

tra 1600 e 1300 cm .

Zona delle impronte digitali, da 1300 a 650 cm-1 e che deve il suo nome alla presenza di bande strettamente

caratteristiche di ciascuna singola molecola in quanto originate da vibrazioni corali dell'intero scheletro molecolare.

Lo studio di uno spettro IR (condotto prevalentemente nella regione del medio infrarosso) permette di acquisire

informazioni utili a descrivere la struttura molecolare di un materiale e, nello specifico, consente di identificare con

certezza qualsiasi materia plastica in quanto i polimeri presentano definiti ed intensi assorbimenti in questa regione

dello spettro elettromagnetico.

Lo studio di uno spettro IR permette di descrivere l’invecchiamento di un polimero a causa di reazioni di

fotossidazioni.

Il comportamento di un materiale all'irraggiamento con microonde

Sono dette microonde quelle radiazioni elettromagnetiche con frequenze comprese tra 300 MHz e 30 GHz; esse

trovano largo impiego, sia in ambito domestico che industriale, per riscaldare, scongelare e, in parte, sanitizzare, i

prodotti alimentari anche già confezionati.

Il comportamento dei materiali di packaging è molto differente ed è legato alla loro natura chimica ed alla

organizzazione molecolare. Se il materiale contiene delle molecole dotate di polarità o degli ioni liberi, questi

tendono a muoversi e ad orientarsi in dipendenza dell'orientazione del campo elettrico della radiazione che li

investe e che varia con elevata frequenza. Questi movimenti danno luogo ad urti che portano a dissipazione di

energia cinetica con produzione di calore, tipica del comportamento assorbente delle microonde.

Differenti materiali

La cellulosa: la radiazione passa attraverso il materiale ma una parte viene assorbita perché la cellulosa è costituita

da gruppi OH i quali sono sollecitati dalla radiazione perché polari quindi si ha un assorbimento.

I metalli: ad esempio l’alluminio nel microonde può avere una capacità riflettente nei confronti della radiazione e

quindi la radiazione inizia a rimbalzare finchè si creano degli archi elettrici. Esistono però delle vaschette in alluminio

rivestite da un materiale che permette di essere utilizzate in microonde.

Il vetro è trasparente quindi la radiazione attraversa il materiale e va all’alimento.

Materiali plastici: il loro comportamento nel microond