Como projetar a camada de barreira das caixas de papel para alimentos para garantir propriedades à prova de óleo, à prova de umidade e de conservação fresca para diferentes tipos de alimentos

Caixas de papel para alimentos são uma tendência dominante nas embalagens de alimentos e a sua principal competitividade reside na tecnologia de barreira. As camadas de barreira devem ser personalizadas de acordo com as propriedades físicas e químicas dos diferentes alimentos para garantir a segurança alimentar, prolongar a vida útil e manter o sabor. Isso requer ciência de materiais sofisticada, processos de revestimento e métricas de testes especializadas (como valores MVTR, OTR e Cobb).

O desafio da “barreira de petróleo” para alimentos ricos em gordura: testes de migração de petróleo

Alimentos ricos em gordura, como pizza, frango frito, doces e produtos cárneos que contêm gordura animal, representam um desafio fundamental para as caixas de papel: as propriedades de barreira ao óleo. Os óleos têm uma alta taxa de migração e podem penetrar rapidamente no cartão comum, fazendo com que as embalagens amoleçam e as manchas vazem, afetando seriamente a aparência e a resistência estrutural.

1. Alternativas químicas fluoradas (sem PFAS)

A solução tradicional é usar revestimentos PFAS (substâncias perfluoroalquílicas e polifluoroalquílicas), que resistem efetivamente à penetração de óleo devido às suas excelentes propriedades de superfície de baixa energia. No entanto, devido a regulamentações ambientais e de segurança alimentar cada vez mais rigorosas, o mercado está a mudar para tecnologias de barreira de petróleo sem PFAS.

Revestimentos de polímero à base de água: Utilizando emulsões de polímero à base de água especialmente modificadas, esses revestimentos bloqueiam fisicamente óleo e graxa formando uma estrutura de filme densa e de baixa porosidade. Esses revestimentos são compatíveis com equipamentos flexográficos ou de rotogravura existentes, permitindo revestimentos de alta precisão.

Revestimentos à base de cera natural: Utilize Biowax modificada (como cera de soja ou cera de abelha) como sistema de dispersão. A hidrofobicidade das ceras proporciona repelência fundamental à água e ao óleo, especialmente para aplicações com baixo a médio teor de óleo. Eles também apresentam excelente repolpabilidade, tornando-os recicláveis.

Indicadores Profissionais: O desempenho do bloqueio de óleo é avaliado principalmente através do Kit Test. Os revestimentos para embalagens de alimentos de alta qualidade devem atingir os níveis de kit 8 a 12.

Requisitos de impermeabilização para alimentos que contêm umidade/com alto teor de umidade: controle de valor WVTR e COBB

Alimentos que contêm umidade/com alto teor de umidade, como alimentos congelados, saladas frescas, laticínios refrigerados e xícaras de bebidas quentes para viagem, exigem embalagens cartonadas com excelente resistência à umidade e a líquidos.

1. Revestimento PE tradicional e alternativas ecologicamente corretas

Revestimento de polietileno (PE): Esta é atualmente a camada de barreira contra umidade mais amplamente utilizada. Isso é conseguido aderindo firmemente o filme PE ao cartão por meio da tecnologia de laminação por extrusão. O PE possui uma MVTR (taxa de transmissão de vapor d'água) extremamente baixa, evitando efetivamente a penetração do vapor d'água, mantendo a integridade estrutural do papelão e evitando o colapso da caixa devido à absorção de umidade. No entanto, a reciclabilidade do PE permanece controversa.

Revestimento PLA/PHA: Para atender à tendência compostável, materiais de base biológica, como ácido polilático (PLA) e polihidroxialcanoatos (PHA), surgiram como alternativas ao PE. Esses materiais são biodegradáveis ​​sob certas condições, ao mesmo tempo que oferecem propriedades de barreira à umidade semelhantes às do PE. Contudo, deve notar-se que o PLA geralmente requer condições de compostagem industrial.

Métricas Profissionais:

WVTR (Taxa de Transmissão de Vapor de Água): Mede a taxa na qual o vapor de água penetra na camada de barreira, normalmente expressa em g/(m²/24h). As embalagens de alimentos congelados requerem um WVTR extremamente baixo para evitar queimaduras de congelamento.

COBB (Taxa de Absorção de Água): Este valor mede a capacidade do cartão de absorver água durante um período de tempo especificado e é um indicador direto de sua resistência superficial à água.

Estratégias de barreira de oxigênio para alimentos que requerem frescor de longo prazo: OTR e barreiras de gás

Para grãos de café, nozes, sopas desidratadas e certos alimentos preparados suscetíveis à oxidação e perda de sabor, as propriedades de barreira ao oxigênio são cruciais, além da resistência básica à umidade e ao óleo. Isso está diretamente relacionado à preservação do sabor e dos nutrientes.

1. Polímeros de barreira de alto desempenho e laminações multicamadas

EVOH/PVDC: O copolímero de etileno-álcool vinílico (EVOH) e o cloreto de polivinilideno (PVDC) são reconhecidos na indústria como materiais de barreira ao oxigênio de alto desempenho. O EVOH oferece excelentes propriedades de barreira ao oxigênio e é uma camada essencial em muitas embalagens compostas à base de papel de alta qualidade, como a Tetra Pak. No entanto, estes materiais muitas vezes requerem construção multicamadas ou laminação com folha de alumínio para enfrentar os desafios de repolpabilidade.

Revestimento PVA/Caulim: Este sistema de revestimento combina álcool polivinílico (PVA) com um mineral inorgânico (como caulim de grau nanométrico ou celulose microfibrilada (MFC)). O PVA exibe excelentes propriedades de barreira OTR (taxa de transmissão de oxigênio) sob condições secas e é solúvel em água, o que facilita a repolpabilidade. No entanto, as propriedades de barreira do PVA são afetadas pela umidade, necessitando de uma camada adicional de barreira contra umidade para garantir um desempenho estável.

Métricas Profissionais:

OTR (taxa de transmissão de oxigênio): mede a taxa na qual o oxigênio penetra na camada de barreira, normalmente expressa em cc/(m²⋅24h⋅atm). Quanto menor o valor, melhor será o desempenho da barreira de oxigênio e maior será a vida útil.