Packaging - parte 1

OGNI POLIMERO PLASTICO HA UN COMPORTAMENTO DIVERSO IN TERMINI DI

PERMEABILITA.

Un alimento puo necessitare protezione sia da

ossigeno che da perdite di vapore acqueo, quindi

come scelgo il materiale piu adatto? Difficilmente

uno stesso polimero ha le prestazioni che ci servono

per gas e vapore. Si vedono grafici come questi e si

nota come le famiglie di materiali si

distribuiscono nel fornire

permeabilità a vapore e gas.

La CO2 permea piu velocemente

dell’ossigeno.

Il PET ha permeabilità 10 per

l’ossigeno che è media, come faccio a

creare una barriera che sia utile per

proteggere l’alimento?

Vado a costruire un materiale composito, sono materiali che vengono realizzati combinando le

prestazioni dei singoli materiali al fine di ottenere l’effetto desiderato. Ogni azienda puo creare

delle strutture multistrato come vuole in cui usa i polimeri a disposizione per realizzare una struttura

multilayer. Coca cola ha piu strati di PET che creano una barriera precisa ad ossigeno e gas. Posso

ottenere strutture complesse di 7-10 strati con grandi vantaggi per la protezione degli alimenti.

Queste strutture multistrato sono riciclabili se e solo se le strutture che le compongono sono derivati

di PET e anche altri. Le aziende stanno cercando di semplificare le strutture il piu possibile nello

spessore e nel tipo di polimeri che si utilizzano. L’obiettivo è individuare la SL a cui voglio arrivare

senza perdite di prodotto o scarti individuando il polimero piu adatto ed eco-compatibile che offra

determinate caratteristiche di barriera. Da un punto di vista teorico se ho un film di molti strati, per

ottenere la permeabilità totale della struttura multistrato uso una formula cosi.

Noti gli spessori e le P dei materiali posso

costruire idealmente una struttura per portarla

ad un valore di P vicino a quello che mi serve

per proteggere l’alimento.

Ci sono strutture composite che non sono

messe in serie ma sono in parallelo. In questo

caso varia la stima del valore di P della struttura. Considero questa struttura come se fosse una

struttura in parallelo:

Sono delle stime molto vicine a quello che possiamo misurare sperimentalmente. Vado cosi a

stimare il contributo di permeabilità di ogni superficie che compone il mio materiale e la soluzione

di imballaggio finale.

COME AVVIENE LA PERMEABILITA

ATTTRAVERSO CHE DISCONITNUITA (FORI E CANALI NON DANNO IRIGINE A FLUSSI

SELETTIVI)

FASI DI UN FENOMENO DI PERMEAZIONE

CONOSCERE LE UNITA DI MISURA USATE

IMPARARE I MATERIALI CHE SONO PIU O MENO PERMEABILI —> VEDERE LA SLIDE

BLU E VERDE A MEMORIA!!

Parlando di adeguatezza tecnologica e delle proprietà dei materiali vediamo altre proprietà

che sono quelle termiche.

Tali proprietà sono importanti perche i materiali sono soggetti a cicli di trattamento differenti.

Facciamo riferimento a due categorie di proprietà:

1. Trasferimento di calore: possono riguardare imballaggi in operazione di risanamento termico in

cui passa calore attraverso il materiale all’alimento. Si possono dover fare operazioni di

saldatura del materiale per saldatura del contenitore.

2. Variazioni di temperatura: va incontro materiale in fasi di stoccaggio e distribuzione. Se metto

materiale nel freezer puo andare incontro a fessurazione perche non regge la temperatura troppo

bassa.

Le proprietà termiche interessano i materiali di confezionamento sono:

- Conducibilità termica: il cartone della pizza isola alimento da ambiente evitando di perdere

calore in trasporto e dico che il contenitore ha un grado di isolamento. Dobbiamo riferirci

all’equazione della conducibilità termica ossia il flusso di calore Q che passa una superficie

unitaria A di materiale di spessore unitario sottoposto ad un gradiente deltaT pari a un grado

Kelvin o celsius. Questo valore si indica con lambda e mi permette di discriminare materiali in

base alla conducibilità. Se voglio sapere come si comporta un materiale vado ad analizzare delle

tabelle dove si riporta il valore di lamba espresso in watt per metro per grado. Alluminio, acciaio

inox e vetro hanno conducibilità maggiori di uno e quindi conducono molto il calore (vince

alluminio). Materiali plastici hanno conducibilità minore di uno. Distinguiamo materiali ad alta

conducibilità come quelli che hanno conducibilità maggiore di uno. In generale a parita di

spessore un trasferimento di calore è piu veloce se interessa un metallo. Il polistirene espanso ha

una conducibilità molto bassa (è isolante) perche è strutturato a nido d’ape dove sono presenti

ampi spazi di aria. Una struttura cosi è un materiale che parte da polistirene e viene espanso con

un gas e trattiene molta aria. La struttura diventa isolante perche se guardo la conducibilità

termica dell’aria è molto bassa (0,02 W m C a 20 gradi). Il calore quando attraversa tale spessore

non raggiunge altro lato del materiale o ci mette molto tempo. Anche il cartone ondulato ha la

stessa caratteristica, viene creata con dei micro-ondulati che consentono di trattenere dell’aria e

la conducibilità va a diminuire ed è prossima a quella dell’aria e pertanto sono materiali isolanti.

Acetone fa collassare la struttura del polistirene espanso.

- Coefficienti di dilatazione termica: ci servirà quando il materiale va incontro a fenomeni di

dilatazione o riduzione. Si parla di coefficiente di dilatazione termica lineare o volumetrica

quella variazione di lunghezza o di una superficie o volume per effetto di un delta T a pressione

costante. La temperatura puo dilatare un imballaggio anche provocando formazioni indesiderate.

- Intervalli utili di temperatura: l’intervallo utile è quello entro il quale un materiale puo essere

utilizzato senza che subisca delle modifiche fisiche o meccaniche. Fogli di alluminio, acciaio

inox, vetro hanno max temperature di impiego a 350 gradi. T max nel forno a microonde 100º. Il

limite inferiore si riferisce alla massima fragilità

- Intervallo di saldatura: intervallo di temperatura nel quale è possibile effettuare una saldatura

termica tra due punti dello stesso materiale. Conoscere tale intervallo mi permette di ottimizzare

velocità delle macchine di confezionamento.

- Temperature di transizione: sono temperature per le quali sotto o sopra di un certo valore i

materiali possono modificare la loro struttura. Alluminio è importante per la T di evaporazione,

se lo faccio in sottovuoto accade e l’alluminio passa in stato vapore. Si fa per creare i film

metallizzati che rivestono molti snack. La T di evaporazione a pressioni ridotte è importante per

l’alluminio. Per le materie plastiche importanti sono T di fusione e di transizione vetrosa. La T di

fusione e l’altra sono due caratteristiche che non vedremo nel parziale perche si vedranno piu

avanti. Per conoscere le differenze dobbiamo conoscere bene la natura di un polimero.

- Potere calorifico: Quantità di energia ricavabile per combustione dei materiali, ottengo per

ciascuna tipologia di materiale una certa quantità di energia. Per il PET ottengo 46 kJ/g ed è utile

nelle fasi di smaltimento tramite termo-valorizzazione del materiale. Il potere calorifico si

abbassa se uso miscele di materiale diverso. La termo-valorizzazione si perderà per eccessive

emissioni in atmosfera.

PROPRIETA TERMICHE VEDERE SLIDE CHE CARICHERA’

Packaging lezione 5

4/11

PROPRIETÀ MECCANICHE NO ESAME

Adeguatezza tecnologica —> proprietà elettromagnetiche:

Spettro elettromagnetico dei materiali di packaging ovvero parlare del comportamento di un

materiale quando sottoposto ad irraggiamento con una specifica radiazione elettromagnetica

riportata in questo range. Il range del visibile è una piccolina parte dello spettro elettromagnetico e

puo essere percepito da occhio umano. Una radiazione elettromagnetica è un fenomeno fisico che è

originato da un alternarsi ciclico di campi elettrici e magnetici che sono generati da oscillazioni di

cariche elettriche che si muovono con andamenti sinusoidale nella direzione in cui queste radiazioni

si muovono.

Una radiazione da alcuni parametri che la descrivono.

Distanza tra due massimi è lunghezza d’onda.

Frequenza: numero di oscillazioni compiute in un secondo

Parlando di radiazione elettromagnetica posso riferirmi allo spazio oppure alla frequenza con la

quale avvengono le oscillazioni in un secondo.

Lo spettro del visibile si colloca in un range che

va da 400-800 nm. La regione dell’ultravioletto è

subito prima al visibile e ha lunghezze di 10-100

fino 400 nm. Nel microonde i nm sono molto piu

ampi e mi sposto verso regioni lontane.

Le radiazioni sono importanti per il packaging

alimentare perche si possono usare per sterilizzare i materiali di confezionamento (gamma o X). La

regione UV è importante per effetto battericida di UVC (emessi dalla radiazione luminosa del sole).

Nel caso di un imballaggio questo è soggetto a radiazione UVC se sta a contatto con il sole e quindi

tale radiazione puo essere energeticamente fastidiosa per il materiale e per l’alimento che contiene.

Le lampade da interno non dovrebbero emettere radiazioni UV (pericolosa per la nostra salute). La

regione infrarosso si usa per spettroscopia, si emettono radiazioni che consentono riconoscimento

dei materiali plastici sia in ambito di laboratorio si di riciclo e smaltimento. Per riconoscer una

battaglia in PET da una diversa si hanno sulle linee di smaltimento dei sistemi ottici in grado di

leggere i materiali.

Le microonde sono interessanti nell’uso del forno per rinvenimento alimento o utilizzo sacchetto

come quello dei pop-corn per cuocere un determinato alimento.

Ciascuna di queste regioni rappresenta quindi una regione importante per i materiali e per gli

alimenti in esso confezionati. Il range puo essere caratterizzato sulla base dell’energia associata ad

ogni regione dello spettro. Ci viene utile distinguere le radiazioni in due gruppi:

1. Ionizzanti: raggi X, gamma, e una parte degli UV. Sono capaci di determinare la ionizzazione

di atomi e molecole e son pericolose a livello molecolare e biologico. Parlare di ionizzazione

significa entrare nella conformazione atomica. Avere energia sufficiente per strappare uno o

puiu elettroni in orbita intorno al nucleo cosi che atomo non è piu neutro e diventa uno ione

carico. Questo ione puo interagire con dei sistemi biologici con effetti diretti su molecole

sensibili come filamenti DNA, proteine… o effetti indiretti come quello di radiolisi su acqua

che genera formazione di radicali molto reattivi verso i componenti biologici. I raggi X, gamma

hanno effetto penetrante verso la materia. Parlando di raggi X ne vediamo l’impiego nel settore

di clienti confezionati. Questi raggi X che hanno frequenze specifi