Comment concevoir la couche barrière des boîtes en papier alimentaire pour garantir des propriétés résistantes à l'huile, à l'humidité et à la fraîcheur pour différents types d'aliments

Boîtes en papier alimentaire sont une tendance dominante dans le domaine de l'emballage alimentaire et leur principale compétitivité réside dans la technologie barrière. Les couches barrières doivent être adaptées aux propriétés physiques et chimiques des différents aliments pour garantir la sécurité alimentaire, prolonger la durée de conservation et conserver le goût. Cela nécessite une science des matériaux sophistiquée, des processus de revêtement et des mesures de test spécialisées (telles que les valeurs MVTR, OTR et Cobb).

Le défi de la « barrière pétrolière » pour les aliments riches en graisses : tests de migration d'huile

Les aliments riches en matières grasses, comme la pizza, le poulet frit, les pâtisseries et les produits carnés contenant de la graisse animale, posent un défi majeur aux boîtes en papier : leurs propriétés de barrière contre l'huile. Les huiles ont un taux de migration élevé et peuvent rapidement pénétrer dans le carton ordinaire, provoquant le ramollissement de l'emballage et la fuite des taches, affectant gravement l'apparence et la résistance structurelle.

1. Alternatives chimiques fluorées (sans PFAS)

La solution traditionnelle consiste à utiliser des revêtements PFAS (substances perfluoroalkyles et polyfluoroalkyles), qui résistent efficacement à la pénétration de l'huile grâce à leurs excellentes propriétés de surface à faible énergie. Cependant, en raison de réglementations de plus en plus strictes en matière d’environnement et de sécurité alimentaire, le marché s’oriente vers des technologies de barrière contre les huiles sans PFAS.

Revêtements polymères à base d'eau : Utilisant des émulsions polymères à base d'eau spécialement modifiées, ces revêtements bloquent physiquement l'huile et la graisse en formant une structure de film dense et à faible porosité. Ces revêtements sont compatibles avec les équipements d'impression flexographique ou hélio existants, permettant un revêtement de haute précision.

Revêtements à base de cire naturelle : utilisez de la biocire modifiée (telle que la cire de soja ou la cire d'abeille) comme système de dispersion. Le caractère hydrophobe des cires confère un pouvoir hydrofuge et oléofuge fondamental, en particulier pour les applications à teneur en huile faible à moyenne. Ils présentent également une excellente repulpabilité, ce qui les rend recyclables.

Indicateurs professionnels : les performances de blocage d'huile sont principalement évaluées à l'aide du test du kit. Les doublures pour cartons alimentaires de haute qualité doivent atteindre les niveaux de kit 8 à 12.

Exigences de protection contre l'humidité pour les aliments contenant/fortement humides : contrôle de la valeur WVTR et COBB

Les aliments contenant de l'humidité ou à forte teneur en humidité, tels que les aliments surgelés, les salades fraîches, les produits laitiers réfrigérés et les gobelets de boissons chaudes à emporter, nécessitent des cartons offrant une excellente résistance à l'humidité et aux liquides.

1. Revêtement PE traditionnel et alternatives respectueuses de l’environnement

Revêtement en polyéthylène (PE) : Il s’agit actuellement de la couche barrière contre l’humidité la plus largement utilisée. Ceci est obtenu en collant étroitement le film PE au carton grâce à la technologie de laminage par extrusion. Le PE a un MVTR (taux de transmission de vapeur d'eau) extrêmement faible, empêchant efficacement la pénétration de la vapeur d'eau, maintenant l'intégrité structurelle du carton et empêchant la boîte de s'effondrer en raison de l'absorption d'humidité. Cependant, la recyclabilité du PE reste controversée.

Revêtement PLA/PHA : Pour répondre à la tendance compostable, des matériaux d'origine biologique tels que l'acide polylactique (PLA) et les polyhydroxyalcanoates (PHA) sont apparus comme alternatives au PE. Ces matériaux sont biodégradables sous certaines conditions tout en offrant des propriétés de barrière contre l'humidité similaires à celles du PE. Il convient toutefois de noter que le PLA nécessite généralement des conditions de compostage industriel.

Métriques professionnelles :

WVTR (Water Vapor Transmission Rate) : mesure la vitesse à laquelle la vapeur d'eau pénètre dans la couche barrière, généralement exprimée en g/(m²/24h). Les emballages de produits alimentaires surgelés nécessitent un WVTR extrêmement faible pour éviter les brûlures de congélation.

COBB (taux d'absorption d'eau) : Cette valeur mesure la capacité du carton à absorber l'eau sur une période de temps spécifiée et constitue un indicateur direct de sa résistance à l'eau de surface.

Stratégies de barrière à l'oxygène pour les aliments nécessitant une fraîcheur à long terme : OTR et barrières contre les gaz

Pour les grains de café, les noix, les soupes déshydratées et certains aliments préparés susceptibles de s'oxyder et de perdre leur saveur, les propriétés de barrière à l'oxygène sont cruciales, en plus de la résistance de base à l'humidité et à l'huile. Ceci est directement lié à la préservation de la saveur et des nutriments.

1. Polymères barrières haute performance et stratifications multicouches

EVOH/PVDC : Le copolymère éthylène-alcool vinylique (EVOH) et le chlorure de polyvinylidène (PVDC) sont reconnus dans l'industrie comme des matériaux barrières à l'oxygène haute performance. L'EVOH offre d'excellentes propriétés de barrière à l'oxygène et constitue une couche clé dans de nombreux emballages composites haut de gamme à base de papier, tels que Tetra Pak. Cependant, ces matériaux nécessitent souvent une construction multicouche ou un laminage avec une feuille d'aluminium pour résoudre les problèmes de repulpabilité.

Revêtement PVA/Kaolin : Ce système de revêtement combine de l'alcool polyvinylique (PVA) avec un minéral inorganique (tel que le kaolin de qualité nanométrique ou la cellulose microfibrillée (MFC)). Le PVA présente d'excellentes propriétés de barrière OTR (taux de transmission de l'oxygène) dans des conditions sèches et est soluble dans l'eau, ce qui facilite la repulpabilité. Cependant, les propriétés barrières du PVA sont affectées par l'humidité, ce qui nécessite une couche barrière supplémentaire contre l'humidité pour garantir des performances stables.

Métriques professionnelles :

OTR (Oxygen Transmission Rate) : mesure la vitesse à laquelle l'oxygène pénètre dans la couche barrière, généralement exprimée en cc/(m²⋅24h⋅atm). Plus la valeur est faible, meilleures sont les performances de la barrière à l'oxygène et plus la durée de conservation est longue.