Barrières
Barrières in kunststoffenBarrieres voor kunststofflessen
De interesse voor kunststof flessen is groot bij de bierindustrie, maar ook bij de fabrikanten van frisdranken, vruchtendranken en diverse andere dranken. De voordelen van kunststof flessen zijn: licht in gewicht en in veel gevallen zijn ze onbreekbaar. Maar problemen zijn ook aan kunststof flessen verbonden. Ze hebben meestal niet een voldoende barrière tegen zuurstof, koolzuurgas of waterdamp. Er zijn echter vele methodes ontwikkeld om deze bezwaren geheel of gedeeltelijk te ondervangen. In veel gevallen zijn flessen met voldoende barrière te produceren als met de inhoud maar niet te lang wordt gewacht om deze te consumeren. Barrières kunnen op diverse manieren in of op de wand van kunststof flessen worden aangebracht. Verder kunnen ook zuurstofabsorbers in de wand en/of in de sluitingen worden toegevoegd. Daardoor wordt de houdbaarheid van de inhoud nog verder verhoogd.
Kunststof flessen met barrières zijn duurder dan glazen flessen, maar het lichte gewicht en de sterkte van de flessen, gevoegd bij specifieke marketingvoordelen, kunnen in veel gevallen aantrekkelijk genoeg zijn om over te stappen van glas op kunststof.
Voor bier dat in de fles wordt gepasteuriseerd - zoals Duits bier - geldt dat kunststof flessen bovendien goed tegen pasteurisatie moeten kunnen. Speciale flesvormen kunnen dit bewerkstelligen.
De methodes die worden toegepast om barrières in of op kunststof flessen aan te brengen zijn te verdelen in:
- toepassen van speciale barrièrekunststoffen;
- meerlaags constructies;
- aanbrengen van plasmacoatings;
- aanbrengen van andere types coatings;
- gebruik maken van absorbers.
Het eenvoudigste middel om kunststof flessen van een voldoende barrière voor zuurstof, koolzuurgas of waterdamp te voorzien zou natuurlijk zijn deze geheel te vervaardigen van speciale barrièrekunststoffen. Dit stuit meestal op het bezwaar dat deze duur zijn (PEN, PA, MXD) en/of andere beperkingen hebben, zoals gevoelig zijn voor vocht (PA, EVOH) en/of zich niet goed lenen voor het vervaardigen van dikwandige constructies (PVDC). In combinatie met andere kunststoffen zijn ze echter wel toepasbaar en ook economisch aantrekkelijk.
Kunststof flessen met een goede barrière tegen zuurstof, koolzuurgas of waterdamp zijn goed te maken door ze uit diverse lagen kunststoffen te vormen. De eenvoudigste meerlaags constructie bestaat uit twee lagen van een bepaalde kunststof met in het midden een laag uit een speciale barrièrekunststof. Deze drielaags constructies kunnen echter een nadeel hebben. Bij vervorming, bijvoorbeeld in de fles knijpen, kunnen de lagen gaan delamineren. Daarom worden wel vijflaags constructies toegepast, waarbij hechtlagen tussen de buitenlagen en de barrièrelaag worden toegevoegd.
Door Sidel is enkele jaren geleden de ACTIS-coating ontwikkeld. Deze coating van kooldioxide wordt in een zeer dunne laag aan de binnenzijde van een kunststof fles aangebracht. Deze coating blijkt voor bier zeer geschikt te zijn. De aanvankelijk bestaande vrees voor smaakafwijkingen lijkt niet gegrond. De iets gelige kleur die een fles meekrijgt blijkt in de praktijk geen bezwaar te zijn. Recycling is geen probleem, aangezien de zeer dunne coating het recyclingproces niet verstoort.
Er is ook een ACTIS-Lite versie ontwikkeld, speciaal bedoeld voor PET-flessen die voor diverse vruchtendranken worden gebruikt.
Behalve plasmacoatings kunnen diverse andere coatings worden toegepast, zoals spraycoatings en dipcoatings.
Hoewel veel van de hier boven besproken barrièremethodes al voor de meeste toepassingen een bevredigende oplossing bieden, kan het toevoegen van zuurstofabsorbers aan de kunststoffen waarvan de flessen worden gemaakt of in de sluiting van de flessen, het verpakte product nog langer houdbaar maken. De zuurstofabsorbers vangen immers niet alleen de zuurstof af die mogelijk toch nog door de wand van de fles dringt, maar absorberen tevens zuurstof die zich in de kopruimte van een fles bevindt.
Er zijn diverse systemen voor zuurstofabsorptie op de markt, zoals Bind-Ox en Bind-Ox+.
Barrièrekunststoffen met zuurstofabsorbers
Barrières van kunststof flessen zijn nog meer te verbeteren door het toevoegen van een zuurstofabsorber in een laag van een gelamineerde fles. Er is dan sprake van een actieve barrièrelaag.
- Barrières verbeteren met Bind-Ox+
- Barrières verbeteren met OSP
- Barrières verbeteren met EVAL ABP
- Barrières verbeteren met Aegis
Barrières verbeteren met Bind-Ox+
Amcor PET Packaging brengt al enige tijd drielaags PET-flessen op de markt met een tussenlaag van Bind-Ox zuurstof absorberende hars. Daaraan is nu toegevoegd Bind-Ox+, een hars dat beter hecht aan de PET buitenlagen. Daardoor wordt delaminatie voorkomen. De nieuwe technologie werd ontwikkeld voor niet-koolzuurhoudende dranken, zoals vruchtensappen.
Minder delaminatie en vrijere vormgeving
Bind-Ox+ bezit een verbeterde adhesie die wordt bereikt door een extra stap in het co-injectieproces. Daardoor wordt de compatibiliteit met tussen Bind-Ox+ en PET verbeterd. Het resultaat is dat delaminatie minder waarschijnlijk wordt tijdens bepaalde vulcondities of tijdens opslag.
Delaminatie kan lelijke kleurveranderingen veroorzaken, vooral bij flessen met diepe vormen en decoraties. Met Bind-Ox+ wordt dat ondervangen, waardoor meer complexe flesontwerpen en decoraties mogelijk worden.
Een bijzondere hars met zuurstofabsorber is het OSP-systeem van Chevron Phillips Chemical Company. De laag met zuurstofabsorberend vermogen begint zijn werk als deze is geactiveerd met UV-licht. Daardoor begint het materiaal pas met zuurstof absorberen als deze eigenschap gevraagd wordt. Er is dus geen verlies van zuurstof absorberend vermogen bij productie, opslag en verpakken. Zodra de verpakking gesloten is zorgt een UV-lichtbron voor activering.
Het Oxygen Scavenging Polymer (OSP) van Chevron Phillips Chemical Company is een blendpolymeer. Het bestaat uit enkele componenten. Het belangrijkste component is ethyleen methylacrylaat cyclohexeen methylacrylaat (EMCM). Dit is een hars dat door oxidatie zuurstof kan opnemen. Het OSP-systeem bestaat meestal tussen 90 en 95% uit EMCM. De hoeveelheid kan worden gewijzigdal naar gelang de hoeveelheid zuurstof die uit een verpakking moet kunnen worden geabsorbeerd. Daarbij wordt ervan uitgegaan dat zuurstof moet worden geabsorbeerd uit een verpakking of uit een kopruimte en dat ook nog zuurstof die door een barrièrelaag migreert moet worden gevangen. De tweede component is een fotoinitiator, BBP genaamd. Deze initiator zet het proces in gang zodra OSP aan UV-licht wordt blootgesteld. Verder moet een kobaltzout worden toegevoegd die het katalysatieproces op gang houdt. BBP en het metaalzout bevinden zicht in een masterbatch dat 5 tot 10% van het OSP-systeem vormt.
Het OSP-systeem wordt aan converters ter beschikking gesteld voor het vormen van een OSP-laag in een meerlaags constructie.
Zolang de gevormde film niet aan UV-licht wordt blootgesteld vindt geen oxidatie en dus ook geen zuurstofabsorptie plaats. Pas als het materiaal tijdens of direct na verpakken aan UV-licht wordt blootgesteld wordt het proces in gang gezet. Er zijn diverse UV-systemen ontwikkeld die kunnen worden gebruikt. De hoeveelheid UV-licht of de UV-golflengte kan daarbij worden ingesteld om aan specifieke eisen te voldoen.
Barrières verbeteren met EVAL ABP
EVOH is een uitstekende barrièrekunststof, maar door toevoeging van een zuurstofabsorber wordt dit materiaal nog interessanter om toe te passen als barrièrelaag in een 3- of meerlaags structuur, bijvoorbeeld van PET-flessen.
Eval Company of America (Evalca) heeft aan zijn barrièrekunststoffen van EVOH en versie toegevoegd met een zuurstofabsorber, nl. EVAL ABP.EVAL ABP is een EVOH met een ingebouwde zuurstofabsorber. In meerlaags PET-flessen toegepast wordt niet alleen CO2 beter in de fles gehouden, maar wordt het doordringen van zuurstof door de fleswand effectief tegengegaan. Dat resulteert in een zuurstofdoordringing van minder dan 1 ppm in 120 dagen. Gedurende 6 maanden wordt het CO2-gehalte boven de 90% gehouden. Als in de dop nog een zuurstofabsorberende liner wordt toegepast, kan het zuurstofgehalte nog veel langer beneden 1 ppm worden gehouden. In de grafiek is een vergelijking gegeven van de zuurstofdoordringing bij flessen van PET, glas en PET met EVAL ABP, en van PET met EVAL ABP plus zuurstof absorberende liner in de dop.
Barrières verbeteren met Aegis
Nylon is op zichzelf al een uitstekende barrièrekunststof, maar door toevoeging van een zuurstofabsorber wordt dit materiaal nog interessanter om toe te passen als barrièrelaag in een 3- of meerlaags structuur, bijvoorbeeld van PET-flessen.
Honeywell Nylon Inc. brengt enkele varianten op de markt van het barrièrenylon Aegis, waaronder een versie met een zuurstofabsorber.
Hoge barrières met nano-technologie
De Aegis nylonharsen zijn gebaseerd op nanoblends van nylon 6. Het zijn harsen met een zeer hoge gasbarrière. Ze worden op ongeveer dezelfde temperatuur verwerkt als PET en zijn daarom goed te verwerken in 3-laags PET-flessen. De weerstand tegen delaminatie is goed. Aegis is verder glashelder en is goed te recyclen.
Er zijn 3 types.
- Aegis OX is een versie met een ingebouwde zuurstofabsorber. Deze geeft zo'n hoge gasbarrière aan een 3-laags PET-fles dat pas na 6 tot 12 maanden 1 ppm zuurstof door de wand is gedrongen. Daardoor is een PET-fles met Aegis OX te vergelijken met een glazen fles met een kroonkurk.
- Aegis HFX is speciaal ontwikkeld om een nog grotere weerstand te bieden tegen delaminatie bij hot-fill. Aegis HFX is bij uitstek geschikt voor producten die heet worden afgevuld, zoals vruchtensappen, thee e.d.
- Aegis CSD is bedoeld voor gebruik in frisdrankflessen. De delaminatieweerstand van deze versie is nog groter. Verder heeft deze versie een hoge passieve CO2-barrière.
Barrières met ACTIS
Sidel heeft een revolutionaire coating voor PET-flessen ontwikkeld op basis van de plasmatechnologie. Deze technologie, o.a. ook toegepast voor het metalliseren van folies, maakt gebruik van het feit dat in de plasmafase moleculen in zeer dunne lagen op het materiaal kunnen worden afgezet.
Amorphous Carbon Treatment on Internal Surface (ACTIS)
De ACTIS-coating van Sidel bestaat uit een zeer hoog gehydrogeneerde amorfe koolstof volgens het Amorphous Carbon Treatment on Internal Surface (ACTIS) en is zeer dun en zeer flexibel. Tests uitgevoerd door TNO hebben de kwaliteit van met ACTIS behandelde PET flessen boven alle twijfel verheven. Het proces is overigens gepatenteerd. De coating die via deze plasmatechnologie op de binnenwand van de fles wordt aangebracht is zeer dun, nl. slechts 0,1 mm dik. Voor een fles van 50 cl betekent dit een gewicht van slechts 3 mg. De ACTIS coating zorgt voor een 30- tot 35-maal hogere barrière voor O2 en voor een 7-maal hogere barrière voor CO2. Vooral de bijzonder hoge barrière voor zuurstof is voor bier belangrijk. Met ACTIS gecoate flessen laten slechts 100 ppb per maand door. Dat is 1/10 van de door brouwers toegestane 1000 ppb per maand. De koolzuurgasbarrière is zo goed dat slechts 6% CO2-verlies plaatsvindt in 6 maanden tijd. Ook ruim onder de geaccepteerde 10% per 6 maanden.
Een probleem, specifiek van PET, wordt door het gebruik van de ACTIS-coating voorkomen, nl. dat van de migratie van aldehyden. Aldehyden zijn het resultaat van afbraak van PET door de hoge temperaturen die bij de productie van de preforms en flessen van PET plaatsvindt. Deze aldehyden kunnen de smaak van mineraalwater nadelig beïnvloeden. ACTIS voorkomt de migratie van aldehyden volledig.
Gedurende 6 maanden werden door twee onafhankelijke instanties, nl. Jørgensen in Denemarken en Qualtech-IFBM in Frankrijk, smaaktests uitgevoerd. Daaruit bleek dat bier in ACTIS flessen en in glazen flessen precies hetzelfde smaakte.
Met ACTIS behandelde PET-flessen zijn dus in principe ook geschikt voor mineraalwater.
Van ACTIS is ook een versie ontwikkeld met een nog dunnere laag, nl. ACTIS-Lite. Deze versie van ACTIS is in het bijzondere geschikt voor koolzuurhoudende dranken en voor zuurstof gevoelige dranken, zoals vruchtensappen, die niet zo'n hoge zuurstof- of koolzuurgasbarrière behoeven als bier.ACTIS-Lite heeft als eerste voet aan de grond gekregen in Japan, gevolgd door enkele landen in Zuid-Amerika.
Bij de voor ACTIS gebruikte plasmatechnologie wordt een voor voedingsmiddelen onschadelijk gas, nl. acetyleen, in de fles geïntroduceerd. Het gas bevindt zich daarbij in de plasmastaat, waarbij de moleculen van het gas maximaal in beweging zijn. De introductie van het gas geschiedt onder een middelhoog vacuüm. Dit vacuüm maakt het mogelijk een zogenaamd koud plasma te vormen. Het plasma is daarbij verenigbaar met de thermische weerstand van de wand van de PET-fles.
Als microgolfenergie wordt toegevoerd, wordt het gas ontleed in een wolk van ionen, elektronen, neutronen en fotonen. Dat is dan de plasmastaat, ofwel de vierde staat van de materie. Deze staat is wanordelijk met buitengewoon hoge niveaus van moleculaire beweging, energie en snelheden. In die staat kunnen zich koolstofmoleculen gemakkelijk aan de wand van een PET-fles hechten.
Nu in VM o.a.
TPM reduceert uitval frisdrankverpakkingen
Drukkerij De Vries Vouwkartonnage kiest voor investeren
Nominaties Gouden Noot 2010
Blader door de nieuwe VM
