Волога є ахіллесовою п’ятою формованої целюлози. Хоча формована целюлоза забезпечує чудовий захист, довговічність і економічні переваги, структура целюлозного волокна за своєю суттю є гідрофільною - вона легко вбирає воду, а коли намокає, втрачає міцність, стає м’якою та гнучкою, і навіть може утворюватися цвіль. Ця чутливість до вологи історично обмежувала використання формованої целюлози в середовищах із високою-вологістю, у харчових продуктах із рідинами чи жиром і в тривалих океанських подорожах. Але сучасне матеріалознавство це змінило. Сьогодні низка волого{6}}і водонепроникних технологій - вологостійких смол, водних-бар’єрних покриттів, покриттів PLA, наноцелюлози та оптимізованих сумішей волокон - дозволяють формованій целюлозі протистояти вологості та зберігати свою міцність навіть у складних умовах. У цій статті ми надаємо вичерпний посібник із волого{11}}і водонепроникних формованих лотків для целюлози: чому вологість має значення, наука про водопоглинання целюлозою, повний спектр волого{12}}технологій захисту (від внутрішніх добавок до зовнішніх покриттів), вибір матеріалів, методи тестування та найкращі практики для середовищ із високою-вологістю та харчових продуктів. Незалежно від того, чи ви інженер із упаковки, який вибирає формовану целюлозу для вологого середовища, виробник харчових продуктів, який шукає екологічну упаковку для рідин, чи фахівець із закупівель, який оцінює варіанти, цей посібник повинен дати вам знання, щоб прийняти обґрунтоване рішення.
Чому вологість має значення: наука про воду та целюлозу
Щоб зрозуміти{0}}захист від вологи, нам спочатку потрібно зрозуміти, чому формована целюлоза поглинає воду та що відбувається, коли це відбувається.
Целюлоза гідрофільна.Формована целюлоза виготовляється з целюлозних волокон -, основного структурного компонента клітинних стінок рослин. Целюлоза — це полісахарид (довгий ланцюжок молекул глюкози) з численними гідроксильними (-OH) групами вздовж ланцюга. Ці гідроксильні групи є полярними - вони притягують молекули води через водневі зв’язки. Коли формована целюлоза вступає в контакт з водою (рідиною або парою), молекули води притягуються до гідроксильних груп і поглинаються структурою волокна. Ось чому формована целюлоза за своєю природою є гідрофільною (-любить воду) - це не недолік виробництва, це фундаментальна властивість матеріалу.
Що відбувається, коли формована целюлоза намокає?Коли формована целюлоза поглинає воду, відбувається кілька речей:
1. Втрата міцності:Молекули води проникають між целюлозними волокнами, розриваючи водневі зв’язки, які утримують волокна разом. Це призводить до того, що волокнистий мат розм’якшується та втрачає міцність - целюлоза мокрого формування може втратити 50-80% сухої міцності, залежно від типу волокна, щільності та рівня вологості. Піднос, який витримує 10 кг у сухому стані, може згорнутися нижче 2 кг у вологому стані.
2. деформація:Коли волокна вбирають воду, вони набухають -, через що лоток деформується, згинається або втрачає форму. Це особливо проблематично для лотків із точними розмірами або особливостями укладання.
3. Деградація поверхні:Вода може призвести до того, що поверхня формованої целюлози стане шорсткою, нечіткою або з лущиною -, що вплине на зовнішній вигляд і якість друку.
4. Цвіль і розвиток бактерій:Якщо формована целюлоза залишається вологою протягом тривалого періоду (особливо в теплих умовах), на поверхні можуть рости цвіль і бактерії -, спричиняючи зміну кольору, запахи та можливі проблеми з безпечністю харчових продуктів.
5. Пошкодження продукту:Якщо лоток містить продукт, поглинена вода може переходити на продукт -, спричиняючи пошкодження водою, корозію (для металевих виробів) або забруднення (для харчових продуктів).
Скільки вологи поглинає формована целюлоза?Кількість поглиненої вологи залежить від кількох факторів:
- Відносна вологість (RH):При 50% відносної вологості (типове середовище в приміщенні) формована целюлоза зазвичай має рівноважний вміст вологи 6-8%. При 80% RH (вологе тропічне середовище) це збільшується до 12-15%. При відносній вологості 90%+ вона може досягати 18-25%.
- Тип волокна:Багаса (волокно цукрової тростини) поглинає трохи менше вологи, ніж перероблений папір, завдяки коротшій і щільнішій структурі волокон. Вибілені волокна поглинають трохи більше, ніж невибілені.
- Щільність:Більш щільні вироби (термоформовані, 300-500 кг/м³) поглинають вологу повільніше, ніж менш щільні вироби (трансферне формування, 150-300 кг/м³), тому що менше пустот для проникнення води.
- Покриття та добавки:Вологостійкі смоли та бар’єрні покриття можуть значно зменшити поглинання вологи - з 12-15% при відносній вологості 80% (без покриття) до 2-5% (з ефективним покриттям).
- Контакт з рідиною:Прямий контакт із рідиною (наприклад, вологий продукт, розлита рідина, конденсат) спричиняє набагато швидше й інтенсивніше поглинання вологи, ніж сама по собі вологість - формована целюлоза без покриття може поглинути свою вагу у воді за кілька хвилин після прямого контакту з рідиною.
Коли вологість викликає занепокоєння?Волога викликає занепокоєння в кількох поширених сценаріях:
- Середовище-з високою вологістю:Транспортування або зберігання формованої целюлози в тропічному або субтропічному кліматі (80% + відносна вологість) або в некондиціонованих складах у вологих регіонах.
- Тривалі океанські подорожі:Транспортні контейнери під час океанських подорожей можуть відчувати високу вологість (80-95% відносної вологості) і коливання температури, що спричиняє конденсацію («контейнерний дощ»), який може намочити упаковку з целюлози.
- Харчові застосування:Упаковка вологих, вологих або жирних продуктів (м’ясо, продукти, соуси, супи, заморожені продукти з конденсацією), де сама їжа є джерелом вологи.
- Охолоджене/заморожене зберігання:Холодильники та морозильні камери мають високу вологість, і коливання температури можуть спричинити утворення конденсату на поверхнях упаковки.
- Експозиція на відкритому повітрі:Продукти, які зберігаються або використовуються на відкритому повітрі (наприклад, товари для саду, заходи на відкритому повітрі, будівельні матеріали), можуть піддаватися впливу дощу, роси або високої вологості.
- Вологі продукти:Упаковка продуктів, які самі є вологими (наприклад, свіжі продукти, морепродукти, рослини, вологі промислові частини).
Внутрішні добавки: смоли для міцності у вологому стані та проклеювачі
Першою лінією захисту від вологи є внутрішні добавки - хімічні речовини, додані до суспензії целюлози перед формуванням, які змінюють властивості волокна, щоб зменшити водопоглинання та зберегти міцність у вологому стані. Двома основними типами є смоли міцності у вологому стані та проклейки.
Смоли міцності у вологому стані
Вологостійкі смоли – це хімічні речовини, які створюють постійні поперечні -зв’язки між целюлозними волокнами -, які не розриваються водою. Це дозволяє формованій целюлозі зберігати значну частину своєї міцності у вологому стані, а не втрачати 50-80%, як необроблена целюлоза.
Як вони працюють:Вологостійкі смоли – це водо-розчинні полімери, які додають до пульпи. Вони прикріплюються до целюлозних волокон (за допомогою іонних або водневих зв’язків), а потім, на етапі сушіння, вони -з’єднуються одне з одним і з целюлозними волокнами -, створюючи три-вимірну мережу, яка утримує волокна разом навіть за наявності води. Перехресні-зв’язки — це ковалентні зв’язки -, набагато міцніші, ніж водневі зв’язки між целюлозними волокнами -, і вони не розриваються водою.
Поширені типи смол міцності у вологому стані:
1. Поліамід-епіхлоргідрин (PAE):Найпоширеніша вологостійка смола для харчової-формованої целюлози. PAE ефективний при нейтральному або лужному рН (6,5-8,5), забезпечує хорошу міцність у вологому стані (30-50% сухої міцності зберігається у вологому стані) і схвалений FDA для контакту з харчовими продуктами (21 CFR 176.170). PAE зазвичай додають у кількості 0,5-2% від ваги волокна. Це стандартний вибір для харчової формованої целюлози (яйцеві коробки, лотки для продуктів, м’ясні лотки, продукти громадського харчування).
2. Меламін-формальдегід (MF):Традиційна смола міцності у вологому стані, яка забезпечує високу міцність у вологому стані (40-60% міцності в сухому стані). MF ефективний при кислому рН (4,5-6,0) і дешевший, ніж PAE. Однак MF містить формальдегід (потенційна проблема для здоров’я), і його використання в харчових продуктах обмежено. MF в основному використовується для нехарчової промислової формованої целюлози, де потрібна висока міцність у вологому стані, а безпека харчових продуктів не є проблемою.
3. Сечовина-формальдегід (UF):Інша традиційна смола міцності у вологому стані, схожа на MF, але нижча вартість і нижча продуктивність. UF також базується на формальдегіді-і в основному використовується для не-харчових продуктів.
4. Поліетиленімін (PEI):Новіша смола міцності у вологому стані, яка забезпечує хорошу міцність у вологому стані та не містить-формальдегіду. PEI ефективний при нейтральному рН і може використовуватися в харчових-додатках (хоча це рідше, ніж PAE). PEI є дорожчим за PAE, але пропонує переваги в певних сферах застосування (наприклад, дуже високі вимоги до міцності у вологому стані, ESD-безпечні склади).
5. Смоли на основі біо-вологості:Нова категорія вологостійких смол, виготовлених із відновлюваних джерел (наприклад, модифікований крохмаль, хітозан, соєвий білок, полімери на основі-лігніну). Вони все ще перебувають у стадії розробки, але пропонують потенціал для повністю-на основі біо-компостованих рішень міцності у вологому стані. Поточні характеристики нижчі, ніж у синтетичних смол, але дослідження тривають.
Продуктивність:Завдяки смолі міцності у вологому стані PAE (найпоширеніший харчовий-варіант) формована целюлоза зазвичай зберігає 30-50% сухої міцності при повному насиченні - порівняно з 20-50% для необробленої целюлози (широкий діапазон для необробленої целюлози залежить від типу волокна та щільності, а необроблена целюлоза дуже швидко втрачає міцність у вологому стані). Що ще важливіше, целюлоза, оброблена -смолою для вологої міцності, зберігає свою форму та структурну цілісність у вологому стані - вона не стає гнучкою та не розпадається, як необроблена целюлоза. Для більшості харчових продуктів і -застосувань із високою{10}}вологістю досить міцної вологої смоли ПАЕ - вона забезпечує достатню міцність у вологому стані для збереження структурної цілісності під час звичайного використання, а також безпечна для харчових продуктів і економічно ефективна.
Міркування:
- Безпека харчових продуктів:PAE схвалено FDA-для контакту з харчовими продуктами, але кількість PAE, яка може перенестися з упаковки в їжу, регулюється. Для харчових -застосувань використовуйте PAE у мінімальній ефективній дозі (зазвичай 0,5-1,5%) і забезпечте відповідність місцевим нормам щодо контакту з харчовими продуктами (FDA, EFSA, Великобританія).
- Компостування: PAE is generally considered compostable - it breaks down during composting without leaving toxic residues. However, very high PAE dosages (>2%) може дещо сповільнити компостування. Для компостної сертифікації (BPI, OK Compost) переконайтеся, що дозування PAE відповідає сертифікованим межам.
- Переробка:Формована целюлоза, оброблена -PAE, повністю придатна для вторинної переробки в стандартних потоках вторинної переробки паперу - PAE не заважає процесу виробництва целюлози, а перехресні-зв’язки руйнуються під час процесу переробки (що передбачає високий pH, високу температуру та механічну дію).
- Вартість:PAE додає приблизно 5-15% до вартості матеріалу формованої целюлози залежно від дозування. Для більшості програм це виправдана інвестиція – вартість скромна порівняно з підвищенням продуктивності.
Проклейки
Проклейки – це хімічні речовини, які зменшують поглинання рідкої води поверхнею волокна - вони роблять поверхню більш гідрофобною (водо{1}}відштовхувальною). На відміну від смол, що зберігають міцність у вологому стані (які зберігають міцність у вологому стані), проклеювачі спочатку запобігають поглинанню води - принаймні протягом певного періоду часу.
Поширені види проклеювальних речовин:
1. Алкілкетен димер (AKD):Найпоширеніший внутрішній проклеювач для паперу та формованої целюлози. AKD — це речовина,-схожа на віск, яка додається до суспензії целюлози та мігрує на поверхню волокна під час сушіння, утворюючи гідрофобний шар. AKD ефективний при нейтральному або лужному рН, забезпечує хорошу водостійкість (вода потрапляє на поверхню, а не вбирається), і FDA-схвалено для контакту з харчовими продуктами. AKD зазвичай додають у кількості 0,1-0,5% від ваги волокна.
2. Алкенілбурштиновий ангідрид (ASA):Ще один поширений внутрішній проклеювач, схожий на AKD, але швидше-діючий і ефективніший за високих температур. ASA є дорожчим, ніж AKD, і менш поширений у формованій целюлозі (він більш поширений у виробництві паперу).
3. Проклейка-на основі каніфолі:Традиційний проклеювальний засіб з каніфолі (смола сосни). Проклейка каніфоллю ефективна при кислому рН і дешевша, ніж AKD, але забезпечує нижчу водостійкість і менш поширена в сучасній формованій целюлозі (яка зазвичай виготовляється з нейтральним рН).
4. Біо{0}}проклеювачі:Нові проклеювальні речовини, виготовлені з відновлюваних джерел (наприклад, модифікований крохмаль, соєвий білок, віск із рослинних джерел). Вони все ще знаходяться в розробці, але пропонують потенціал для повністю біо-рішень щодо розмірів.
Продуктивність:Проклеювачі забезпечують тимчасову водостійкість - вони перешкоджають поглинанню рідкої води поверхнею протягом певного періоду часу (від хвилин до годин, залежно від типу проклеювача, дозування та кількості води). Проклейки ефективні для запобігання поглинанню невеликих кількостей води (наприклад, конденсація, короткочасні розливи, вологі продукти), але не ефективні для тривалого контакту з рідиною або занурення. Для застосувань, що вимагають тривалої водостійкості, проклейки слід комбінувати зі смолами для міцності у вологому стані (щоб підтримувати міцність, якщо вода все ж проникає) та/або зовнішніми бар’єрними покриттями (для забезпечення більш міцного бар’єру).
Смола міцності у вологому стані проти проклейки: у чому різниця?
- Смола міцності у вологому стані:Зберігає міцність лотка у вологому стані - лоток не розвалиться, якщо він намокне. Не перешкоджає вбиранню води; це просто гарантує, що піддон залишається міцним, навіть коли вода вбирається.
- Проклейка:Запобігає вбиранню води в поверхню - вода кульками вгору та скочується, а не вбирається. Вона не зберігає міцність, якщо вода все ж проникає (наприклад, через подряпину чи край).
- Найкраща практика:Для більшості застосувань,-чутливих до вологи, використовуйте проклейку -, щоб запобігти поглинанню води, і смолу, що підтримує міцність у вологому стані, якщо вода все ж проникне. Ця комбінація забезпечує найкращу загальну вологість.
Зовнішні покриття: бар’єрні покриття для покращеного захисту від вологи
Для застосувань, які вимагають більш надійного захисту від вологи, ніж можуть забезпечити внутрішні добавки, зовнішні бар’єрні покриття наносяться на поверхню лотка для формованої целюлози після формування та сушіння. Покриття створюють на поверхні фізичний бар’єр, який перешкоджає проникненню води (і в деяких випадках жиру, кисню та інших речовин) у волокно. Існує кілька типів бар’єрних покриттів, кожен з яких має різні характеристики, вартість і екологічність.
Бар’єрні покриття на-водній основі
Бар’єрні покриття на водній- основі є найпоширенішим і найбільш екологічним типом бар’єрного покриття для формованої целюлози. Вони виготовлені з полімерів на водній -основі (наприклад, акрилу, стиролу-акрилу, поліуретану, полівінілового спирту), які наносять у вигляді рідини, а потім сушать/твердіють для утворення суцільної бар’єрної плівки на поверхні.
Як вони працюють:Покриття на водній- основі наносяться на поверхню формованої целюлози шляхом розпилення, занурення, нанесення покриття валиком або покриття завісою. Під час висихання вода випаровується, залишаючи на поверхні тонку (5-30 мікрон) полімерну плівку. Ця плівка заповнює поверхневі пори та створює безперервний бар’єр, який запобігає проникненню води (і в деяких випадках жиру) у волокно.
Поширені типи:
1. Акрилові покриття:Найпоширеніше бар’єрне покриття-на водній основі. Акрилове покриття забезпечує хорошу водостійкість, помірну стійкість до жиру, хорошу прозорість і хорошу адгезію до формованої целюлози. Вони економічно-ефективні, харчові-безпечні (схвалені FDA-) і повністю переробляються/компостуються (акриловий полімер руйнується під час переробки/компостування). Акрилові покриття зазвичай наносять із щільністю 5-15 г/м² і забезпечують водостійкість протягом кількох годин контакту з рідиною.
2. Стирол{0}}акрилові покриття:Варіант акрилу з покращеною водостійкістю та жиростійкістю (за рахунок стирольного компонента). Стирол-акрилові покриття трохи дорожчі за чистий акрил, але забезпечують кращі бар’єрні властивості. Вони зазвичай використовуються в закладах громадського харчування (розкладачки, миски, тарілки), де важлива стійкість до жиру.
3. Поліуретанові (PU) покриття:ПУ-покриття забезпечують чудову водостійкість, хорошу стійкість до жиру та м’яке, розкішне відчуття (оксамитове/м’яке-на дотик покриття). ПУ-покриття дорожчі за акрилові і зазвичай використовуються для застосування преміум-класу (косметика, електроніка, предмети розкоші), де важливий зовнішній вигляд і відчуття. Харчові поліуретанові покриття доступні, але менш поширені, ніж акрилові.
4. Покриття з полівінілового спирту (PVOH):Покриття PVOH забезпечують чудовий кисневий бар’єр (кращий, ніж більшість інших покриттів) і хорошу стійкість до масла та жиру, але вони водо-розчинні (не водо-стійкі) - вони розчиняються у воді. PVOH зазвичай використовується як кисневий бар’єрний шар у багато-шарових покриттях (у поєднанні з водостійким-верхнім шаром), а не як окремий бар’єр для вологи.
5. Покриття на водній-основі-біо:Нова категорія покриттів, виготовлених із відновлюваних джерел (наприклад, модифікований крохмаль, соєвий білок, хітозан, шелак, віск-на рослинній основі). Вони все ще знаходяться в розробці, але пропонують потенціал для повністю біо-основаних компостованих бар’єрних покриттів. Поточні характеристики нижчі, ніж у синтетичних покриттів (особливо щодо водостійкості), але дослідження тривають.
Продуктивність:Бар’єрні покриття на водній- основі можуть зменшити поглинання вологи на 70-90% порівняно з формованою целюлозою без покриття - з 12-15% при відносній вологості 80% (без покриття) до 2-5% (з ефективним покриттям). Для контакту з рідиною покриття на водній- основі можуть запобігти поглинанню від кількох годин (акрил) до 24+ годин (високо-ПУ або стирол-акрил), залежно від типу покриття, товщини та кількості/типу рідини. Покриття на водній основі також забезпечують помірну жиростійкість (акрил) до відмінної жиростійкості (стирол-акрил, ПУ).
Способи застосування:
- Обприскування:Покриття наноситься на поверхню за допомогою фарбопульта або автоматичної системи розпилення. Розпилення є гнучким (може покривати складні форми, всередині та зовні), але може мати нижчу ефективність перенесення (деяке покриття витрачається даремно як надмірне розпилення).
- Занурення:Піддон занурюють у ванну з покриттям, а потім зливають воду. Занурення забезпечує повне покриття (усі поверхні, включаючи важкодоступні--місця), але може призвести до товщого покриття та довшого часу висихання.
- Роликове покриття:Покриття наноситься за допомогою валиків. Покриття валиком є ефективним (висока ефективність перенесення, постійна товщина), але може покривати лише плоскі або дещо вигнуті поверхні -, а не складні 3D-форми.
- Покриття штор:Покриття наноситься у вигляді суцільної «завіси» рідини, яка стікає по лотку. Покриття штори забезпечує рівномірне покриття та високу ефективність перенесення, але обмежується відносно плоскими виробами.
Для складних 3D-формованих лотків для целюлози (з порожнинами, ребрами та іншими елементами) зазвичай використовується розпилення або занурення - роликове покриття та навісне покриття більше підходять для плоских виробів (тарілок, кришок, листів).
Міркування:
- Безпека харчових продуктів:Більшість бар’єрних покриттів на водній-основі (акрил, стирол-акрил, харчовий-ПУ) схвалено FDA-для контакту з харчовими продуктами. Завжди перевіряйте, чи конкретне покриття схвалено для використання в харчових продуктах (наприклад, жирна їжа, кисла їжа, продукти з високою-температурою) і відповідає місцевим нормам (FDA, EFSA, Великобританія).
- Компостування:Більшість бар’єрних покриттів на водній- основі можна компостувати - полімер руйнується під час промислового компостування (і в багатьох випадках домашнього компостування). Однак деякі високоефективні покриття (наприклад, певні поліуретанові покриття) можуть компостуватися повільніше. Для сертифікації компостування (BPI, OK Compost) переконайтеся, що покриття схвалено.
- Переробка:Більшість бар’єрних покриттів на водній- основі сумісні з вторинною переробкою паперу - покриття руйнується під час процесу виробництва целюлози (високий pH, висока температура, механічна дія) і не забруднює перероблене волокно. Однак дуже товсті або дуже міцні покриття можуть заважати переробці - завжди перевіряйте можливість переробки у постачальника покриття.
- Вартість:Бар’єрні покриття на водній- основі додають приблизно 10-30% до вартості формованої целюлози, залежно від типу покриття, товщини та методу нанесення. Для більшості продуктів харчування та застосувань з високою вологістю це коштує інвестицій.
- Покриття покриття:Для повного захисту від вологи покриття має покривати всі поверхні, які будуть піддаватися впливу вологи -, включаючи внутрішні порожнини, краї та будь-які порізані чи обрізані поверхні. Краї та поверхні зрізу особливо вразливі (покриття може не покривати край зрізу, оголюючи волокно). Для критичних застосувань розгляньте можливість занурення (яке охоплює всі поверхні, включаючи краї) або нанесення покриття перед обрізанням (тобто обрізаний край покривається).
PLA (полімолочна кислота) покриття
PLA — біопластик, який біологічно розкладається та компостується, виготовлений із відновлюваних ресурсів (як правило, кукурудзяного крохмалю або цукрової тростини). Покриття PLA забезпечують відмінну водостійкість і жиростійкість, і вони повністю компостуються в промислових компостних установках.
Як вони працюють:PLA наноситься на сформовану поверхню целюлози у вигляді тонкої плівки (10-50 мікрон) шляхом екструзії, ламінування або занурення. PLA утворює суцільний, непроникний бар’єр на поверхні, який запобігає проникненню води, жиру та кисню у волокно.
Продуктивність:Покриття PLA забезпечують чудову водостійкість (можуть запобігти поглинанню протягом кількох днів або навіть тижнів контакту з рідиною), чудову жиростійкість (кращу, ніж у більшості покриттів на водній- основі) і хороший кисневий бар’єр. PLA термо-зварюється (можна термозварювати-до себе або до інших поверхонь із PLA- покриттям), що робить його придатним для контейнерів із кришками та упаковки в модифікованій атмосфері (MAP).
Міркування:
- Компостування:PLA придатний для промислового компостування (руйнується за 3-6 місяців у промислових установках для компостування при 58-70 градусах Цельсія). Однак PLA НЕ легко компостується під час домашнього компостування (це потребує високих температур промислового компостування) і НЕ підлягає повторній переробці у стандартних потоках вторинної переробки паперу (це пластик, і він може забруднювати вторинну переробку паперу). З цієї причини формована целюлоза, покрита PLA, повинна бути чітко позначена як «придатна для промислового компостування» і не повинна бути поміщена в контейнери для переробки паперу.
- Безпека харчових продуктів:PLA схвалено FDA-для контакту з харчовими продуктами та широко використовується в харчовій упаковці (чашки, розкладачки, кришки).
- Вартість:PLA покриття дорожче, ніж покриття на водній -основі -, що додає приблизно 20-50% вартості формованої целюлози. Вартість обумовлена вищою вартістю матеріалу PLA та більш складним процесом нанесення (екструзійне покриття або ламінування).
- Термостійкість:PLA має відносно низьку термостійкість (розм’якшується при 50-60 градусах Цельсія, плавиться при 150-160 градусах Цельсія) – він не підходить для використання в мікрохвильовій печі чи духовці (якщо спеціально розроблено для використання при високій температурі).
- Найкраще для:Покриття PLA найкраще підходять для застосувань, які вимагають чудової водостійкості та стійкості до жиру та здатності до промислового компостування -, наприклад, упаковка продуктів преміум-класу (салатниці, розкладачки для сендвічів, лотки для заморожених продуктів), чашок для напоїв і продуктів, термін-- терміну служби яких контролюється (наприклад, комерційні програми компостування, заходи зі збором компосту).
Воскові покриття (та альтернативи)
Воскові покриття (як правило, парафін або бджолиний віск) традиційно використовували для забезпечення водостійкості паперу та формованої целюлози. Однак воскові покриття мають значні екологічні недоліки - парафіновий віск виготовляється на-нафтовій основі, не підлягає переробці (він забруднює переробку паперу) і не компостується (він не руйнується в компості). З цих причин воскові покриття поступово припиняються на користь більш стійких альтернатив (покриття на водній -основі, PLA, біо-воск).
Альтернативи воску:
1. Карнаубський віск:Віск-на рослинній основі з листя карнаубської пальми. Карнаубський віск є поновлюваним, компостним, забезпечує гарну водостійкість і глянсове покриття. Він дорожчий, ніж парафін, але є більш стійким. Карнаубський віск часто використовується в сумішах з іншими восками або полімерами для покращення продуктивності.
2. соєвий віск:Віск-на рослинній основі, виготовлений із соєвої олії. Соєвий віск поновлюється, компостується та забезпечує хорошу водостійкість. Це дешевше, ніж карнауба, але має меншу термостійкість.
3. Віск рисових висівок:Побічний продукт виробництва олії рисових висівок. Віск рисових висівок є поновлюваним, компостним, забезпечує гарну водостійкість і матове покриття. Це стійка альтернатива парафіну для певних застосувань.
4. Воскові емульсії на-водній основі:Воскові емульсії (частинки воску, дисперговані у воді) можна наносити як покриття на-водній основі, забезпечуючи водостійкість без екологічних недоліків твердого воску. Воскові емульсії можна компостувати та переробляти (віск руйнується під час переробки/компостування) і все частіше використовуються як стійка альтернатива парафіну.
Міркування:Рослинні-воски та воскові емульсії забезпечують хорошу водостійкість і є більш стійкими, ніж парафіновий віск, але вони зазвичай мають нижчу ефективність, ніж водні-полімерні покриття або PLA (особливо для тривалого контакту з рідиною або стійкості до жиру). Вони найкраще підходять для застосувань, які вимагають помірної водостійкості та природного матового покриття -, наприклад, лотків для продуктів, упаковки для хлібобулочних виробів, упаковки для сухих продуктів.
Багатошарові-покриття
Для вимогливих застосувань, які вимагають кількох бар’єрних властивостей (вода, жир, кисень, термозварюваність), можна використовувати багато{0}}покриття -, поєднуючи різні типи покриттів для досягнення бажаної ефективності. Наприклад:
- PVOH + акрил:Шар PVOH (для захисту від кисню), покритий акриловим шаром (для водонепроникності) -, який використовується для упаковки в модифікованій атмосфері (MAP) для свіжих продуктів.
- Акрил + PLA:Акрилова грунтовка (для адгезії), покрита шаром PLA (для стійкості до води/жиру та здатності до термозварювання) -, яка використовується для упаковки харчових продуктів преміум-класу.
- Воскова емульсія + акрил:Шар воскової емульсії (для водостійкості та матовості), покритий акриловим шаром (для довговічності та стійкості до жиру) -, який використовується для упаковки натуральних/органічних харчових продуктів.
Багато{0}}шарові покриття забезпечують найкращі бар’єрні властивості, але їх складніше та дорожче наносити. Зазвичай вони використовуються для високо-цінних або вимогливих застосувань, де одно-покриття недостатньо.
Вибір матеріалу: тип волокна та стійкість до вологи
Крім добавок і покриттів, вибір волокнистого матеріалу значно впливає на вологість формованої целюлози. Ось порівняння різних типів волокон:
1. Перероблений папір (пост-споживчий/пост-промисловий).Найпоширеніше та найдешевше-джерело волокна. Перероблений папір має хорошу міцність, але легко вбирає вологу (завдяки змішаним типам волокон і наявності наповнювачів і забруднень). Перероблений папір підходить для більшості стандартних застосувань із внутрішніми добавками (смола міцності у вологому стані, проклейка) та/або зовнішніми покриттями. Для -застосувань із високим рівнем вологості перероблений папір може потребувати міцніших покриттів, ніж папір із жому чи чистого волокна.
2. Жом (волокно цукрової тростини).Жом — це волокнистий залишок від переробки цукрової тростини. Волокна багаси коротші, тонші та більш однорідні, ніж волокна переробленого паперу, що призводить до більш щільного, гладкого продукту з меншими порами. Більш щільна структура означає, що вода проникає повільніше - жом поглинає на 10-20% менше вологи, ніж перероблений папір за тієї самої щільності та вологості. Багаса також має натуральний кремово-білий колір (відбілювання не потрібне) і виготовляється з побічного сільськогосподарського продукту (відновлюваного, відходів). Багаса є кращим волокном для продуктів громадського харчування (тарілок, мисок, розкладачок) і преміальних застосувань, де важливі вологість і зовнішній вигляд. Жом трохи дорожчий, ніж перероблений папір, але має кращу вологість і зовнішній вигляд.
3. Відбілений перероблений папір.Перероблений папір, відбілений для видалення чорнила та кольору, у результаті чого виходить білий або світло-сірий продукт. Відбілювання покращує зовнішній вигляд і придатність для друку, але може дещо збільшити поглинання вологи (відбілювання може видалити деякі природні водостійкі -компоненти волокна). Вибілений перероблений папір підходить для застосувань, де потрібний білий/світлий колір (наприклад, лотки для харчових продуктів преміум-класу, вставки для електроніки) - використання з вологостійкою смолою та/або покриттям для захисту від вологи.
4. Віргінський крафт-папір.Перші (не-перероблені) крафтові волокна довгі, міцні та однорідні. Virgin Kraft виробляє міцний, однорідний світло-коричневий продукт із гладкою поверхнею. Первинний крафт має дещо кращі показники вологості, ніж перероблений папір (завдяки довшим, одноріднішим волокнам і відсутності забруднюючих речовин), але він дорожчий і має більший вплив на навколишнє середовище (лісорубка, целюлозно-хімічні речовини). Віргінський крафт використовується для високо-продуктивних або харчових-застосувань, де міцність і консистенція є критичними.
5. Бамбук, пшенична солома та інші сільськогосподарські волокна.Зростаюча категорія альтернативних джерел клітковини. Волокна бамбука довгі та міцні (подібні до натурального крафт-волокна), а бамбук є швидко{1}}відновлюваним ресурсом. Пшенична солома є побічним продуктом сільського господарства (утилізація відходів) з коротшими волокнами (подібно до багаси). Ці волокна мають різні характеристики вологості - бамбук схожий на крафт-волокно першого сорту, пшенична солома схожа на жом. Вони менш поширені та дорожчі, ніж перероблений папір або жом, але вони мають переваги в екологічності та підходять для нішевих або преміальних застосувань.
6. Суміші волокон.Більшість виробів із формованої целюлози виготовляється із суміші волокон -, а не з одного типу волокон. Змішування дозволяє виробникам оптимізувати продуктивність: наприклад, 70% переробленого паперу + 30% жому (для кращої вологості та зовнішнього вигляду за нижчої вартості, ніж 100% первинного паперу) або 80% вторинного паперу + 20% первинного крафту (для більшої міцності за нижчої вартості, ніж 100% первинного). Конкретна суміш визначається вимогами до продукту та джерелом волокна виробника.
Найкраща практика щодо вологості:Для -приміщень з високою вологістю використовуйте багату на жом-суміш (50% + жом) зі смолою міцності вологості PAE, проклейкою AKD і бар’єрним покриттям на водній-основі (акрил або стирол-акрил). Ця комбінація забезпечує відмінну вологопоглинання -, зменшуючи поглинання вологи на 80-90% і зберігаючи 40-60% міцності в сухому стані у вологому стані, залишаючись при цьому безпечним для харчових продуктів, придатним для переробки та компостування.
Методи тестування: як перевірити показники вологи
Щоб переконатися, що лотки для формованої целюлози відповідають вашим вимогам до вологості, важливо перевірити їх стандартизованими методами. Ось основні тести:
1. Вимірювання вмісту вологи.Основний тест на вологість - вимірювання кількості води у формованому продукті з целюлози. Стандартним методом є-сухий метод (ASTM D4442 або TAPPI T 411): зважте зразок, висушіть його в духовці при 105 градусах Цельсія до постійної ваги, потім повторно-зважте та обчисліть вміст вологи у відсотках від сухої ваги. Цільовий вміст вологи для готової формованої целюлози становить 6-10% (надто суха=крихка, надто волога=низька міцність і ризик утворення цвілі). Вміст вологи також можна виміряти штифтовим або безштирьковим вологоміром (швидше, але менш точно).
2. Тест на водопоглинання (тест Кобба).Тест Кобба (TAPPI T 441 або ISO 535) вимірює кількість води, поглиненої поверхнею матеріалу за визначений час. Відміряну кількість води поміщають на поверхню на встановлений час (зазвичай на 30 секунд, 1 хвилину або 5 хвилин), потім воду видаляють і зразок повторно -зважують. Значення Кобба - це вага води, поглиненої на одиницю площі (г/м²). Нижче значення Кобба вказує на кращу водостійкість. Формована целюлоза без покриття зазвичай має значення Кобба 50-150 г/м² (30 секунд), тоді як целюлоза з покриттям може мати значення Кобба 5-30 г/м² (30 секунд) – зменшення на 70-90%.
3. Випробування на міцність у вологому стані.Випробування на міцність у вологому стані вимірює міцність матеріалу у вологому стані. Стандартним методом є замочування зразка у воді на визначений час (зазвичай 1 годину або 24 години), потім вимірювання міцності на розрив (ASTM D828 або TAPPI T 494) або міцності на розрив (ASTM D774 або TAPPI T 810) вологого зразка. Міцність у вологому стані виражається у відсотках від міцності в сухому стані. Необроблена формована целюлоза зазвичай зберігає 20-50% сухої міцності після 1 години замочування (але втрачає міцність дуже швидко - протягом кількох хвилин), тоді як оброблена PAE формована целюлоза зберігає 30-50% сухої міцності після 1 години замочування (і підтримує цей рівень протягом тривалих періодів). Для лотків випробування на стиск (вимірювання навантаження, яке може витримати лоток у вологому стані) може бути більш актуальним, ніж міцність на розтяг або розрив.
4. Тест кондиціонування вологості.Цей тест вимірює поглинання вологи та зміну розмірів формованої целюлози під впливом високої вологості. Зразок кондиціонують у вологій камері при заданій температурі та вологості (наприклад, 38 градусів Цельсія, 90% відносної вологості, згідно з ASTM D685 або TAPPI T 402) протягом визначеного часу (24 години, 72 години, 7 днів), потім вимірюють вміст вологи, розміри та міцність. Цей тест імітує умови-зберігання або транспортування з високою вологістю (наприклад, тропічний клімат, океанські подорожі). Добре{15}}продуманий вологонепроникний-лоток має зберігати свої розміри (викривлення<2%) and strength (retaining >50% сухої міцності) через 72 години при відносній вологості 90%.
5. Тест на контакт рідини.Цей тест вимірює продуктивність формованої целюлози при прямому контакті з рідиною (імітація мокрих продуктів, розливів або конденсації). Лоток наповнюється водою (або конкретною рідиною -, наприклад, соусом, олією, соком) на визначений час (1 година, 4 години, 24 години), потім лоток перевіряється на наявність витоку, деформації, розм’якшення та пошкодження поверхні. Для харчових продуктів тест також може вимірювати міграцію речовин з упаковки в рідину (безпека контакту з харчовими продуктами). Вологозахищений-лоток не повинен протікати, повинен зберігати свою форму та не повинен ставати м’яким або розпадатися після зазначеного часу контакту з рідиною.
6. Випробування на жиростійкість (для харчових продуктів).Для харчових продуктів, що включають жирну їжу (наприклад, смажену їжу, м’ясо, соуси), жиростійкість є такою ж важливою, як і водостійкість. Стандартним тестом є тест набору (TAPPI T 559 або ASTM F119) - на поверхню наноситься серія сумішей касторової олії/гептану/толуолу зі збільшенням мастила-проникальної здатності, і суміш із найвищим-номером, яка не проникає, є «рейтингом комплекту». Вищий рейтинг набору вказує на кращу стійкість до змащення. Формована целюлоза без покриття зазвичай має рейтинг набору 0-1 (відсутня жиростійкість), тоді як формована целюлоза з покриттям (стирол-акрил або PLA) може мати рейтинг комплекту 5-12 (від хорошої до відмінної стійкості до жиру).
7. Випробування на здатність до компостування та переробки.Для продуктів, які заявляють про можливість компостування або вторинної переробки, важливо переконатися, що вологонепроникні-добавки та покриття не заважають компостуванню чи повторній переробці. Спроможність до компостування перевіряється відповідно до ASTM D6400 або EN 13432 (вимірювання дезінтеграції та біодеградації в умовах промислового компостування). Можливість вторинної переробки перевіряється відповідно до стандартних протоколів переробки паперу (вимірюється здатність пере-переробити целюлозу матеріалу та виробляти прийнятний перероблений папір). Для більшості харчових{7}}вологонепроникних-систем (PAE + AKD + водне{11}}акрилове покриття) зберігається здатність до компостування та вторинної переробки -, але завжди перевіряйте це у постачальника покриття та, за потреби, отримайте -сертифікацію третьої сторони (BPI, OK Compost).
Найкращі методи роботи з високою-вологістю та харчовими продуктами
Базуючись на розглянутих технологіях і методах тестування, тут наведено найкращі методи забезпечення вологостійкості в умовах високої-вологості та харчових продуктів.
1. Почніть із правильної суміші волокон.Використовуйте -збагачену суміш жому (50%+ жому) для-застосувань із високою вологістю - щільніша та тонша структура волокон жому забезпечує кращу природну вологостійкість, ніж перероблений папір. Для застосування преміум-класу чи високої-продуктивності розгляньте натуральний крафт або бамбук (для міцності) або спеціальну суміш, оптимізовану для ваших конкретних вимог.
2. Використовуйте внутрішні добавки як основу.Завжди включайте до складу целюлози смолу PAE для міцності у вологому стані (0,5-1,5% для харчової-класу) і проклейку AKD (0,1-0,5%). Ці внутрішні добавки забезпечують базову вологість – вони зберігають міцність, якщо вода проникає, і запобігають поверхневому поглинанню невеликої кількості води. Внутрішні добавки є економічно ефективними та не впливають на здатність до компостування чи повторної переробки.
3. Додайте зовнішнє покриття для вимогливих застосувань.Для застосувань, які вимагають тривалого контакту з рідиною, високої вологості або жиростійкості, додайте бар’єрне покриття на водній -основі (акрил або стирол-акрил) шляхом розпилення або занурення. Покриття забезпечують надійний бар’єр, який внутрішні добавки не можуть - зменшити поглинання вологи на 70-90% і перешкоджають проникненню рідини протягом годин або днів. Для найбільш вимогливих застосувань (наприклад, заморожені продукти, упаковка в модифікованій атмосфері) розгляньте покриття PLA або багатошарові покриття.
4. Забезпечте повне покриття покриття.Найпоширенішою причиною пошкодження покриття є неповне покриття -, особливо на краях, розрізаних поверхнях і складних 3D-об’єктах. Переконайтеся, що: (a) покриття наноситься методом, який покриває всі поверхні (розпиленням або зануренням для складних форм); (b) краї та поверхні різів покриті (нанесіть покриття після обрізання або використовуйте занурення, яке покриває краї); (c) товщина покриття відповідна (5-30 мікрон, залежно від типу покриття та вимог до продуктивності); (d) покриття належним чином затверділо/висушено (дотримуйтеся рекомендацій постачальника покриття щодо температури та часу).
5. Конструкція для вологостійкості.Сама конструкція лотка впливає на вологість: (a) уникайте дуже тонких стінок (<1mm) in moisture-exposed areas (thinner walls lose strength faster when wet); (b) include adequate ribbing and structural features (these provide additional strength when wet); (c) design for drainage (if the tray may be exposed to liquid, include drainage holes or sloped surfaces to allow water to drain rather than pool); (d) avoid sharp corners and deep, narrow cavities (these are harder to coat uniformly and may trap moisture).
6. Контролюйте виробничу вологість.Переконайтеся, що виробничий процес створює лотки зі стабільним вмістом вологи (6-10%): (a) контролюйте температуру та час сушіння (при-сушінні=висока вологість=ризик утворення цвілі та низька міцність;-пересушування=крихке=розтріскування); (b) регулярно контролювати вміст вологи (кожні 1-2 години під час виробництва); (c) зберігайте готові лотки в сухому середовищі-з контрольованим кліматом (40-60% RH), щоб запобігти поглинанню вологи перед транспортуванням; (d) використовуйте вологозахисну упаковку (наприклад, поліетиленові пакети або термозбіжну плівку) для лотків, які зберігатимуться або транспортуватимуться в середовищах з високою вологістю.
7. Випробуйте та перевірте.Завжди тестуйте кінцевий продукт, щоб перевірити показники вологості: (a) вміст вологи (цільове значення 6-10%); (b) Тест Кобба (цільовий<30 g/m² for coated products); (c) wet strength (target >30% сухої міцності після 1 години замочування); (d) кондиціонування вологості (ціль<2% warping and >50% збереження міцності через 72 години при відносній вологості 90%); (e) випробування на контакт рідини (мішень не витікає, не деформується, не розм’якшується після необхідного часу контакту); (f) безпечність контакту з харчовими продуктами (якщо застосовно - перевірити відповідність міграції); (g) здатність до компостування/перероблення (якщо ви заявляєте про це, - перевірте за допомогою третьої-сертифікації). Тестуйте на початку виробництва, періодично під час виробництва та щоразу, коли відбуваються зміни в матеріалах, процесі чи дизайні.
8. Розглянемо повний життєвий цикл.Вибираючи технології-захисту від вологи, враховуйте повний життєвий цикл упаковки -, а не лише вологостійкість. Фактори, які слід враховувати, включають: (a) безпеку харчових продуктів (переконайтесь, що всі добавки та покриття є харчовими -безпечними для вашого конкретного застосування); (b) здатність до компостування (якщо продукт буде компостуватися, переконайтеся, що всі матеріали придатні для компостування - уникайте PLA, якщо потрібне компостування в домашніх умовах, уникайте парафінового воску); (c) переробка (якщо продукт буде перероблено, переконайтеся, що всі матеріали сумісні з переробкою паперу - уникайте PLA та парафіну); (d) вартість (збалансуйте продуктивність із вартістю - не перевищуйте-інженер для програм, які цього не потребують); (e) вплив на навколишнє середовище (виберіть найбільш стійкий варіант, який відповідає вашим вимогам до ефективності - покриття на водній-загалі є більш екологічними, ніж PLA або віск).
Підсумок
Волога є найбільшою проблемою для формованої целюлози -, але цю проблему можна ефективно вирішити за допомогою правильного поєднання матеріалів, добавок, покриттів, дизайну та випробувань. Сучасні волого{2}}технології - вологостійкі смоли (PAE), проклейки (AKD), бар’єрні покриття на водній-основі (акрил, стирол-акрил), покриття PLA та оптимізовані суміші волокон (-багаті) - дозволяють формованій целюлозі протистояти вологості та зберігати свою міцність навіть у складних умовах (високі вологість, контакт з рідиною, харчові продукти, океанські подорожі).
Основними принципами вологостійкої формованої целюлози є:
1. Основою є внутрішні добавки- Смола PAE зберігає міцність у вологому стані, проклейка AKD запобігає поглинанню поверхні. Завжди включайте обидва для -чутливих до вологи застосувань.
2. Зовнішнє покриття забезпечує надійний захист- Акрилові або стиролові-акрилові покриття на водній- основі зменшують поглинання вологи на 70-90% і безпечні для харчових продуктів, переробляються та компостуються. Використовуйте їх для вимогливих програм.
3. Вибір волокна має значення- жом-збагачені суміші забезпечують кращу природну вологостійкість, ніж перероблений папір. Використовуйте жом із високою-вологістю та харчовими продуктами.
4. Повне покриття має вирішальне значення- переконайтеся, що покриття покриває всі поверхні, включаючи краї та складні елементи. Використовуйте розпилення або занурення для складних тривимірних форм.
5. Дизайн для вологи- уникайте дуже тонких стінок, включайте ребра, проектуйте дренаж, уникайте елементів, які--покриваються важко.
6. Випробуйте та перевірте- використовуйте стандартизовані тести (вміст вологи, Кобб, міцність у вологому стані, кондиціонування вологості, контакт з рідиною), щоб перевірити продуктивність.
7. Розглянемо повний життєвий цикл- збалансуйте показники вологи з безпечністю харчових продуктів, компостуванням, переробкою, вартістю та впливом на навколишнє середовище.
Завдяки правильному-підходу до захисту від вологи формовану целюлозу можна використовувати в сферах, які колись були виключною сферою обслуговування пластику та пінопласту - (розкладачки, миски, тарілки), лотків із замороженою їжею, чашок для напоїв, лотків для м’яса та продуктів,-транспортування з високою{2}}вологістю тощо. І на відміну від пластику та пінопласту, волого{4}}формована целюлоза повністю переробляється, компостується, виготовляється з перероблених або відновлюваних матеріалів і має значно нижчий вуглецевий слід -, що робить її екологічним вибором для-чутливої до вологи упаковки.
Компанія Hesheng має великий досвід у виробництві-вологостійкої формованої целюлози. Ми пропонуємо повний спектр технологій-захисту вологи - PAE вологостійкі смоли, проклейки AKD, бар’єрні покриття на водній-основі (акрил, стирол-акрил, поліуретан), покриття PLA, суміші волокон-багаси та спеціальні формули -, і ми можемо допомогти вам вибрати правильну комбінацію для вашого конкретного застосування. Наші харчові-вологостійкі-продукти відповідають нормам FDA, EFSA та GB щодо контакту з харчовими продуктами, а наші покриття можна компостувати (BPI, OK Compost) і переробляти. Ми також пропонуємо комплексні послуги тестування - вмісту вологи, Кобба, міцності у вологому стані, кондиціонування вологості, контакту з рідиною, стійкості до жиру, міграції при контакті з харчовими продуктами -, щоб переконатися, що ваші продукти відповідають вашим вимогам до вологості.
Якщо ви розробляєте упаковку з формованої целюлози для високо-вологості або харчових продуктів і потребуєте-вологонепроникності,зверніться до команди Hesheng- ми із задоволенням оцінимо ваші вимоги, порекомендуємо правильний-підхід до захисту від вологи, надамо зразки та дані випробувань і проведемо вас на кожному етапі процесу розробки. Волога не має бути перешкодою для сталої упаковки - за допомогою відповідної технології та досвіду формована целюлоза може працювати навіть у найскладніших умовах. Дозвольте нам допомогти вам це зробити.
