Wetenschappelijk verpakt: onderzoek naar sealintegriteit en recyclaat

In juni heeft de IAPRI-conferentie plaatsgevonden in Zhuzhou, China,  georganiseerd door Hunan University. Meer dan 100 presentaties van onderzoek naar verpakkingen, materialen, processen,  distributie et cetera zijn gegeven. Het is weer een grote bron voor nieuwe kennis en inzichten. Universiteit Twente was goed vertegenwoordigd met vier presentaties van onderzoek.

Jaren geleden ben ik uit nieuwsgierigheid begonnen met het kijken naar het afsluiten van verpakkingen. Wat gebeurt er met oppervlakken als je deze samenbrengt onder druk, zoals een dop op een fles, een plastic-folie die geseald wordt, een lijmverbinding die gerealiseerd wordt. Door zoeken  in literatuur en praten met bedrijven, zijn daar  onderzoeksvoorstellen uit gekomen.  Zoals een project in samenwerking met TU-Delft waarin het hele mechanisme van afsluiten met een kroonkurk in beeld is gebracht. De ruwheid van het oppervlak van het glas, de flexibiliteit van het plastic, invloed van opname van vocht, soms de aanwezigheid van eiwitten op het sluitoppervlak, hebben allemaal invloed op de mate van afsluiten. Het onderzoek heeft geleid tot betere formuleringen van inlage-materialen.
Naar schatting is tussen 1% en 4% van gesealde verpakkingen lek wat leidt tot voedselbederf. Het belang van seal integriteit is dus groot.

Afbraakproces van PLA

Op de IAPRI-conferentie van enkele jaren geleden werd getoond dat enzymen uit melk een gunstige invloed hebben op het biologische afbraakproces van PLA. Stel dat je deze in PLA kunt stoppen, zou dit  wat opleveren?
Op dezelfde conferentie werd een onderzoek getoond waarin HDPE  van melkflessen dat vermalen werd  voor recycling, gerepareerd werd,  dat wil zeggen minder sterkteverlies toonde, door oligomeren en peroxidegel toe te voegen aan de extruder.  Beide onderzoeken heb ik gecombineerd en dat heeft geleid tot een onderzoek waarin gekeken wordt naar de mogelijkheid om enzymen in te zetten in het recycleproces. Het onderzoek wordt samen met Universiteit Wageningen uitgevoerd. PhD  kandidaat Megan Borg heeft de eerste resultaten gepresenteerd op de IAPRI-conferentie.

Toepassing van enzymen

Enzymen opnemen in plastic werkt niet, omdat ze niet tegen hoge druk en temperatuur kunnen en omdat ze water nodig hebben om te functioneren. Omdat plastics bij recyclen door waterbaden gaan, moet de toepassing van enzymen daar gezocht worden. Het onderzoek  spitst zich toe op het verwijderen van voedselrestanten. In  laboratoriumomstandigheden worden stukjes plastic vervuild met voedselcomponenten, zoals eiwitten en vetten en na een incubatieperiode passeren ze baden met verschillende combinaties van enzymen. Met analytische apparatuur wordt gekeken naar wat er nog uit en van de materialen  afkomt, en dit wordt vergeleken met een niet behandelde fractie.
De analyse is complex en vraagt veel tijd. De eerste resultaten laten zien dat veel verontreinigingen verwijderd worden door enzymen. Tegelijkertijd roepen de resultaten tientallen vragen op die nu op rij worden gezet om te kijken hoe  het onderzoek het beste vervolgd kan worden.
Yves Wyser van Nestlé toonde op de IAPRI-conferentie een onderzoek waarin aangetoond werd dat loog (NaOH) dat gebruikt wordt bij wasprocessen in de   recycling invloed heeft op de sterkte-eigenschappen van een plastic.

Tekst gaat verder onder de foto.

De WUR onderzocht de toepassing van enzymen in het recycleproces.

Sealgedrag

Een andere vraag is hoe te meten is of een plastic goed sealgedrag vertoont, caulkability genoemd. Vooral bij de ontwikkeling van polymeren en bij het werken met nieuwe seallagen willen zowel producent van de polymeer als de gebruiker van de folie hier inzicht in hebben. Er zijn sealtesten zoals de testen die wij uitvoeren op onze laboratorium  sealtester, maar daarbij gebruiken we vlakke of gekartelde sealbeitels die niet veel zeggen over het vullend of vloeiend vermogen van een plastic om randen en kieren te vullen die vooral voorkomen bij  kopseals van flowpackers (zoals  een mueslireep) of transwrap verpakkingen (zoals chipszakken)  waar van twee lagen naar drie of  vier lagen gegaan wordt in het sealvlak. Deze zogenaamde  layer- jumps zorgen vaak voor microlekkages.
PhD kandidaat Cansev Uzun heeft een methode ontwikkeld waarbij caulkability snel aangetoond kan worden. Bakpapier,  laser geperforeerd met gaatjes van diverse diameters tot soms kleiner dan een millimeter doorsnede, is tussen twee lagen plasplasticfolie gelegd. Door vervolgens te sealen wordt een goed beeld verkregen van het vloeigedrag van de plastic.

PE-folie

Het werken met gerecyclede PE-folie is niet eenvoudig. Daniel Bezzina heeft voor zijn afstuderen  onderzoek gedaan naar het sealen van PE-folie met verschillende percentages recyclaat en  komt tot interessante conclusies.
Voor het verkrijgen van luchtdichte seals kan tot 40% recyclaat opgenomen worden uit een gesorteerde batch. Boven de 40% is extra inspanning nodig, zoals een extra sorteerstap of bijvoorbeeld door toevoegen van compatibilizers.
Samen met Ilknur Ilhan van U Twente is een methode ontwikkeld voor Design from Recycling.
Een geblazen PE-folie met recyclaat wordt in een raam gelegd van 3x3 cm en de verontreinigingen worden geteld, gel counting genoemd. De oorsprong van gels kan divers zijn, zoals contaminatie  van een verkeerde polymeer -  bijvoorbeeld PP of PA - inktresten, vuil van buiten,  gelvorming etc. Vervolgens wordt het oppervlak van de  verontreinigingen bepaaldvmet een scanner. Met een formule waar de uitkomsten van de twee metingen in  verwerkt zijn, kan bepaald worden of de folie goed te sealen is of niet. Onder andere de Opack Group is betrokken geweest bij dit onderzoek.
De IAPRI-conferentie was weer
een beleving. Volgend jaar vindt
het plaats op de Linköping University
in Zweden.

<Bijschrift openingsfoto: De TU Delft onderzocht het afsluiten met een kroonkurk.>