Come migliorare le proprietà di barriera della carta

Astratto

In controtendenza rispetto alla tutela ambientale, i rivestimenti a base d'acqua si sono affermati come soluzione sostenibile per migliorare le proprietà barriera della carta. Questo articolo approfondisce i fattori chiave che influenzano le proprietà barriera della carta rivestita, tra cui il processo di rivestimento, le proprietà della carta di base, i metodi di rivestimento e le caratteristiche intrinseche dei rivestimenti barriera a base d'acqua, fornendo indicazioni pratiche per ottimizzare le prestazioni degli imballaggi in carta.

Introduzione

Imballaggi in plastica Offre praticità ma pone gravi problemi ambientali a causa della sua natura non biodegradabile. La carta, con i suoi vantaggi di riciclabilità e riutilizzabilità, è sempre più apprezzata come alternativa ecologica negli imballaggi alimentari per sostituire le plastiche tradizionali. Tuttavia, la struttura fibrosa porosa della carta determina scarse proprietà di barriera contro il vapore acqueo, l'olio, l'acqua e altri liquidi, limitandone l'applicazione su larga scala.

Sono stati quindi sviluppati rivestimenti a base d'acqua. A differenza dei prodotti cartacei convenzionali rivestiti per estrusione di polietilene (PE), i rivestimenti a base d'acqua facilitano il riciclo della pasta di cellulosa degli imballaggi di carta monouso, consentendo una parziale sostituzione della pasta vergine nelle cartiere e minimizzando l'impatto ambientale degli imballaggi di carta monouso.

In qualità di leader nel settore delle dispersioni e delle resine, BASF si impegna per la sostenibilità attraverso prodotti innovativi. La sua serie di barriere ad alte prestazioni a base acquosa Joncryl® HPB (High Performance Barrier) offre eccellenti proprietà di barriera per la carta, riduce l'utilizzo di plastica, diminuisce le emissioni di solventi e migliora l'impronta di carbonio degli imballaggi.

Fattori chiave che influenzano le proprietà di barriera della carta patinata

1. Processo di rivestimento

I rivestimenti barriera funzionano applicando uno strato a base d'acqua sulla superficie della carta per bloccare il passaggio di liquidi e gas. In genere, un peso maggiore del rivestimento migliora le prestazioni di barriera ma aumenta i costi, richiedendo un equilibrio tra prestazioni e costi in fase di produzione.

• Doppio rivestimento per carta di base

La carta di base non patinata per imballaggi alimentari presenta spesso porosità superficiale, umidità, grammatura e spessore non uniformi, il che fa sì che i rivestimenti a base d'acqua penetrino nella carta durante l'asciugatura, determinando strati di rivestimento non uniformi. Il pretrattamento o la doppia patinatura possono mitigare efficacemente questo problema, garantendo un rivestimento più uniforme e migliori prestazioni di barriera rispetto alla singola patinatura.

• Temperatura e metodo di asciugatura

Le condizioni di asciugatura influiscono significativamente sull'efficacia della barriera. Ogni emulsione stirene-acrilica ha una temperatura di asciugatura ottimale per massimizzare le sue proprietà barriera. Per i rivestimenti barriera si preferisce l'asciugatura in forno ad aria calda, in quanto consente un'asciugatura uniforme tramite curve di asciugatura regolabili e rimuove efficacemente gli odori volatili residui dal rivestimento.

2. Proprietà della carta di base

Le proprietà della carta di base, tra cui levigatezza, permeabilità all'aria, lucentezza e composizione delle fibre, ne determinano la capacità di assorbimento e quindi l'effetto finale del rivestimento. Anche con lo stesso rivestimento barriera, processo e spessore del rivestimento, carte di base diverse producono risultati di barriera molto diversi a causa delle variazioni nella rugosità superficiale e nell'uniformità strutturale.

3. Metodi di rivestimento

I metodi di spalmatura più comuni includono la spalmatura a lama, la spalmatura a barra dosatrice, la spalmatura a getto d'aria e la spalmatura anilox. I primi tre sono ampiamente utilizzati nelle cartiere, mentre la spalmatura anilox è comune negli impianti di stampa. La scelta del metodo deve basarsi sulla grammatura della carta di base, sul peso di spalmatura desiderato e sui requisiti di barriera.

Ad esempio, la verniciatura a getto d'aria o anilox è adatta per applicare circa 3 g/m² di rivestimento su carta per hamburger da 20-30 g/m² per soddisfare i requisiti di resistenza al grasso del Kit 6, ottenendo rivestimenti uniformi e prestazioni di barriera elevate con bassi pesi di rivestimento.

4. Proprietà intrinseche dei rivestimenti barriera a base d'acqua

• I rivestimenti barriera sono progettati in base a diversi meccanismi di barriera

Rivestimenti barriera al vapore acqueo: riducono il coefficiente di solubilità massimizzando la differenza di polarità tra il rivestimento e il vapore acqueo; un peso e uno spessore maggiori del rivestimento migliorano le prestazioni di barriera al vapore acqueo.

• Rivestimenti barriera contro olio e acqua

Blocco o ritardo della penetrazione di sostanze oleose attraverso la formazione di una pellicola, influenzata dalla solubilità del polimero, dalla temperatura di transizione vetrosa, dalla struttura a nucleo-guscio, dal valore di acidità e dal pH.

I rivestimenti possono offrire proprietà multifunzionali (resistenza all'olio, resistenza all'acqua, barriera al vapore acqueo, termosaldabilità) o prestazioni di barriera a funzione singola. La scelta deve essere in linea con le specifiche esigenze applicative.

Conclusione

Con l'inasprimento delle politiche di limitazione dell'uso della plastica, è giunta l'era della "sostituzione della plastica con la carta". I fornitori di materiali rappresentati da BASF stanno promuovendo attivamente rivestimenti barriera innovativi per soddisfare la domanda del mercato di imballaggi ecocompatibili e sostenibili. Lo sviluppo e l'applicazione di rivestimenti barriera a base d'acqua ad alte prestazioni sbloccheranno ulteriormente il potenziale della carta negli imballaggi ecocompatibili.