Бумажная упаковка становится в 20 раз лучше с барьерными свойствами

Новое покрытие HyperBarrier обеспечивает бумажной гибкой упаковке огромный скачок в полиолефиновом кислородном и влагобарьере — предлагая альтернативы EVOH, фольге и металлизации — без ущерба для возможности вторичной переработки.

На первый взгляд

• HyperBarrier находит «золотую середину» барьерных свойств бумажной упаковки между «недостаточно» (покрытие из полимера) и «слишком много» (EVOH или металлизация).
• Покрытие HyperBarrier защищает от кислорода, влаги и жира.
• Для бумажной гибкой упаковки это новое покрытие может помочь вам достичь целей в области экологичного развития на 2025 год.
• Возможно, вы можете получить все и сразу. Если вы искали бумажную упаковку, которая подлежит вторичной переработке и обеспечивает доступный высокий барьер для кислорода, влаги и масла с меньшим количеством пластика или химикатов, читайте дальше.

Новое однослойное экструзионное покрытие HyperBarrier от Smart Planet Technologies отвечает всем этим требованиям. Крис Тилтон, директор по технологиям и материалам, а также изобретатель HyperBarrier, представил покрытие аудитории на конференции TAPPI FlexPack PLACE.

Что такое HyperBarrier?

Это запатентованное тройное нанокомпозитное покрытие, которое обеспечивает до 20-кратного улучшения кислородного барьера и 15-кратного улучшения влагобарьера по сравнению с типичными полиэтиленовыми покрытиями в бумажной гибкой упаковке. Обширные исследования это подтверждают.

Кто заинтересуется HyperBarrier?

Любой, кто хочет перейти с пластиковой на бумажную упаковку, но не мог этого сделать из-за низких барьерных свойств бумаги, говорит президент Smart Planet Technologies Уилл Лоренци.

Очевидными ключевыми рынками являются продукты питания и напитки. Кофе, специи и другие розничные товары, которым требуется большая свежесть, часто встречаются в гибкой упаковке и пакетиках. Но даже фармацевтика, моющие средства, упаковка для кормов для домашних животных и средства личной гигиены могут выиграть от улучшенной защиты.

Тилтон объясняет, что для бумаги и гибкой упаковки барьерными вариантами до сих пор были полиэтиленовое покрытие (обеспечивающее низкий барьер) или дорогие многослойные ламинации, обычно со слоем фольги, этиленвинилового спирта/EVOH или других пластиков (для почти идеального или «абсолютного» барьера). HyperBarrier находит новую «золотую середину»: очень хороший, доступный по цене барьер от кислорода, влаги и масла. Кислородопроницаемость (КП) и скорость передачи водяного пара (СТВП), нормализованные до толщины 100 мкм для различных полимеров.

Внедрение HyperBarrier является своевременным для брендов, стремящихся к достижению своих целей в области экологичного развития — некоторые к 2026 году — говорит Лоренци.

 «Бренды, я думаю, признают: "О, Боже мой. Мы можем сделать гораздо больше с бумагой, чем думали". Некоторые из тех целей, которые они считали невозможными, теперь могут быть достигнуты».

Если описание покрытия HyperBarrier выше кажется знакомым, это потому, что HyperBarrier основан на существующей технологии EarthCoating компании. Технология EarthCoating, представленная в 2013 году, с тех пор была коммерциализирована более чем в 2,5 миллиардах упаковок на сегодняшний день, по данным компании, в том числе и в гибкой упаковке.

В Австралии производитель картофеля и лука Mitolo Family Farms, используя EarthCoating, разработал перерабатываемый бумажный пакет  для свежего картофеля совместно с компанией-конвертером упаковки Detpak и розничной сетью супермаркетов Coles. В марте 2024 года компания Detpak получила награду APPMA за инновационный дизайн упаковки за эту упаковку во время австралийской выставки упаковки APPEX, принадлежащей Австралийской ассоциации производителей оборудования для упаковки и обработки (APPMA).

Тилтон говорит: «HyperBarrier — это отдельный набор продуктов, сохраняющий все преимущества нашей предыдущей технологии, однако с барьерными характеристиками уровня HyperBarrier».

HyperBarrier смешивает карбонат кальция с наноглинами для создания безопасного для пищевых продуктов покрытия с новым уровнем барьерных характеристик. Продукты являются прямыми заменителями существующих смол, используемых в бумажных покрытиях и в гибкой упаковке.

Тройное обозначение относится к трем основным компонентам слоя:

1. Полимерная матрица (полиэтилен/ПЭ, полиэтилен высокой плотности/ПЭВП, полипропилен/ПП и смеси ПЭВП и ПЭ).
2. Наночастицы (наноглина).
3. Частицы CaC03 (карбонат кальция).

«Минералы CaC03 являются более крупными "микрочастицами" и могут присутствовать до 40% от покрытия, — говорит Тилтон, — таким образом, снижая содержание пластика и улучшая переработку бумаги. Наночастицы обеспечивают чрезвычайно высокие барьерные характеристики и равномерно распределены в матрице с CaCo3. Нанокомпозитные соединения являются "прямыми" заменителями ПЭВП, ПЭ и ПП».

HyperBarrier наносится слоями толщиной от 15 до 75 микрон. Тилтон поясняет: «Чрезвычайно высокие барьерные характеристики позволяют нам значительно уменьшить размер и массу слоя покрытия для переработки бумаги. Кроме того, добавленный CaCo3 еще больше снижает содержание пластика и снова обеспечивает отличную переработку бумаги».

На данный момент HyperBarrier является перерабатываемым, но не компостируемым. Пока. «Исторически мы начали минерализовать сначала ПЭ, затем ПЭВП, затем ПП, а затем закончили биополимерами. Это также план для HyperBarrier», — говорит Тилтон.

HyperBarrier, который теперь доступен в продаже, производится бумажной фабрикой Carvajal Packaging Co. У Carvajal Packaging есть много производственных площадок по всей Центральной и Южной Америке. Производство HyperBarrier осуществляется на заводе Pamolsa-Lima, Перу.

Тилтон также сообщает нам, что производство начнется в мае 2024 года для Европейского Союза (ЕС) на Polibarr, поставщике экструзионных покрытий, расположенном в Литве.

HyperBarrier доступен в предварительно смешанном виде и в виде маточной смеси, которую можно смешивать с существующими запасами смолы клиента. Годовая глобальная мощность по производству маточной смеси составляет приблизительно 280 000 тонн бумаги с покрытием.

Давайте углубимся в преимущества HyperBarrier, особенно в улучшенные барьерные свойства, возможность переработки, сокращение использования пластика, безопасность для контакта с пищевыми продуктами, экономию средств, эстетику и соображения, связанные с оборудованием.

Улучшенный барьер.

Smart Planet Technologies провела обширные испытания, чтобы доказать, что композиты HyperBarrier работают, как заявлено: до 20-кратного улучшения кислородного барьера и 15-кратного влагобарьера по сравнению с бумагой с полимерным покрытием. Кроме того, как и EarthCoating, HyperBarrier демонстрирует нулевую проницаемость для жира согласно тесту 3M Kit.

Независимое тестирование было проведено компаниями Applied Paper Technology Inc. и Ametek Mocon.

 Проведенные тесты:

• Испытания на кислородопроницаемость компанией Fraunhofer (см. первую диаграмму в статье выше).
• Скорость передачи водяного пара (СТВП) по TAPPI T448 в стандартных лабораторных условиях TAPPI (50% относительная влажность и 73 градуса по Фаренгейту).
• Водопоглощение по Коббу TAPPI T441 на стороне с покрытием при 30-минутном, 8-часовом и 24-часовом времени контакта.
• Ранжирование жиростойкости по тесту 3M Kit TAPPI T559.
• Термосварка с помощью Sentinel Unit, 2-секундное сжатие при 60 фунтах на квадратный дюйм, для проверки условий достижения термоусадочных соединений «покрытие-к-покрытию» и «покрытие-к-оборотной стороне» одного и того же материала.

Сокращение использования пластика.

Лоренци подчеркивает, что с HyperBarrier бренды могут получить необходимые барьерные характеристики, но при этом значительно сократить использование пластика по двум причинам:

1. Совместная работа EarthCoating с технологией HyperBarrier значительно снижает содержание пластика в упаковке. Во-первых, слой EarthCoating минерализован от 40% до 51%, что удаляет до половины содержания пластика. Далее, добавление наночастиц в матрицу EarthCoating значительно улучшает функциональные барьерные характеристики. Новый высокоэффективный барьерный слой теперь позволяет значительно уменьшить размер слоя. Уменьшенное содержание пластика и уменьшенный размер слоя значительно облегчают интеграцию бумаги в гибкую упаковку и при этом соответствуют требованиям к переработке бумаги.
2. Как уже упоминалось, бренды, желающие заменить пластиковую упаковку на бумажную — но нуждающиеся в доступном высоком барьере — теперь могут осуществить этот переход.

Возможность вторичной переработки.

Упаковка, покрытая HyperBarrier, подлежит вторичной переработке.

 Упаковка с EarthCoatings получила сертификацию Triple A от Der Grune Punkt (Зеленая точка) в Европе. Кроме того, EarthCoating идентифицируется как ингредиент категории 2 — инертный ингредиент, который не мешает переработке, — согласно Cyclos HTP Recyclability Testing and Paper Grade Qualification. Поскольку барьерное покрытие не мешает процессу переработки, упаковка была отнесена к категории 13 наряду с немелованной бумагой для целей переработки.

Испытания HyperBarrier конкретно не проводились для сертификации Green Dot и для классификации Cyclos HTP, говорит Тилтон. «Однако, — поясняет он, — это не обязательно, потому что наночастицы диспергированы на очень низких уровнях в существующей рецептуре EarthCoating».

Частицы HyperBarrier составляют от 2% до 3,5% покрытия и менее 0,005% упаковки (бумаги с покрытием), говорит Тилтон. «Таким образом, они не влияют на переработку, соответствие требованиям или печать EarthCoating, а лишь обеспечивают значительно улучшенные барьерные характеристики».

Переработчики бумаги не хотят смешанных материалов, таких как бумага с полимерным покрытием. Пластик забивает их напорные сита в центробежных очистителях во время процесса переработки.

 Как и EarthCoating, HyperBarrier является инертным компонентом при переработке бумаги и удаляется в том же процессе, что и меловое покрытие, под действием силы тяжести. Технологичность не является проблемой, если покрытия имеют 38% или более процентов минералов. Вот почему EarthCoatings имеют минимум 40%.

«В Австралии нас собирают вместе с офисной бумагой. Мы находимся на самом высоком уровне качества материалов, подлежащих восстановлению».

Лоренци объясняет, что существуют разные уровни «перерабатываемых» материалов. Бумажная упаковка, покрытая EarthCoating или HyperBarrier, сохраняет свое качество. «В Австралии упаковка с EarthCoating собиралась для производства подарочной бумаги для Hallmark и копировальной бумаги для Australian Paper, — говорит Лоренци. — Упаковка с EarthCoating доказала свою ценность как высококачественный материал для восстановления».

Безопасность для контакта с пищевыми продуктами.

EarthCoatings и HyperBarrier считаются общепризнанными безопасными (GRAS) с точки зрения контакта с пищевыми продуктами. Smart Planet Technologies заказала конфиденциальные исследования соответствия и безопасности у доктора наук из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

 EarthCoating также завершила тестирование безопасности EHS-Compliance для ЕС (такое же соответствие существует для Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США). Тестирование было проведено компанией J.S. Hamilton Poland S.A.

Экономия средств.

Компании, производящие продукты питания и напитки, выбирают барьер для наихудшего сценария, независимо от того, какова потребительская активность и типичный товарооборот (цикл продаж). Это может быть дорого. Поэтому инженеры по упаковке всегда ищут барьерные решения, которые стоят дешевле.

По словам Тилтона, особенно в отношении влаги, HyperBarrier обеспечивает альтернативу таким продуктам, как поливинилиденхлорид/ПВДХ, EVOH и металлизация, в недорогом формате ПЭ и ПЭВП, который является эффективным, однослойным.

Косвенная экономия средств также достигается за счет экономии производственного времени: экструзионное покрытие — это поточный процесс; ламинирование требует вторичного этапа.

Кроме того, как упоминалось ранее, бренды могут покупать только тот барьер, который им нужен, вместо того, чтобы переплачивать за избыточный, потому что это все, что было доступно. «Это совершенно новый вариант, которого у них раньше не было», — говорит Лоренци.

Тройной нанокомпозит HyperBarrier создает характерную «белую завесу» во время экструзионного покрытия из-за содержания минералов, в отличие от типичной прозрачной завесы из 100% полимера.

Эстетика.

Хотя это и не функциональный аспект, HyperBarrier имеет эстетическую особенность, достойную внимания из-за ее маркетинговой ценности. В отличие от 100% полимерных покрытий, которые являются прозрачными, HyperBarrier и EarthCoatings по своей природе белые и непрозрачные, поскольку минералы блокируют свет, белое покрытие придает чистоту внутренней части упаковки.

Клиенты EarthCoating нашли это привлекательным. Настолько, что компания создала «Print White» EarthCoating, которая содержит диоксид титана/Ti02. Тилтон говорит: «Поскольку EarthCoating уже является в некоторой степени белым и непрозрачным, требуется гораздо меньше пигмента TIO2 для достижения высокой белизны. Поэтому Print White EarthCoating очень экономичен и при этом сохраняет возможность переработки и снижает содержание пластика».

Print White EarthCoatings доступны с нанокомпозитными характеристиками HyperBarrier.

«Кроме того, — говорит Тилтон, — минералы в покрытии обеспечивают более высокий уровень дин без коронной обработки, а также улучшенную смачиваемость чернилами, поскольку поверхность имеет больший коэффициент трения, чем, например, ПЭ».

Соображения, связанные с оборудованием.

Говоря о коэффициенте трения… имеют ли материалы с покрытием HyperBarrier другой коэффициент трения скольжения (COF) при работе на упаковочной линии? «Поверхностный COF HB такой же, как и у обычного EarthCoating», — говорит Тилтон.

«Если термосварка является вашим ограничением… для скорости вы можете фактически сократить время выдержки».

Однако вы можете увеличить скорость работы упаковочных линий, потому что EarthCoating с HyperBarrier имеет преимущество в термоусадочной способности. Как объясняет Лоренци: «EarthCoating для термосварки фактически работает лучше, потому что минералы захватывают и отводят тепло быстрее. Хотя у нас меньше полимера, мы получаем лучшую термосварку, потому что большая его часть активируется, и она активируется быстрее. Если термосварка является вашим ограничением… для скорости вы можете фактически сократить время выдержки».

Согласно Smart Planet Technologies, слои HyperBarrier обеспечивают высокую эффективность термосварки для использования в жесткой и гибкой упаковке.

Самый важный вывод с точки зрения оборудования заключается в том, что — за исключением рутинного ознакомления — HyperBarrier является прямой заменой на существующих системах, что означает отсутствие необходимости в капитальном оборудовании или изменениях в производственных процессах для экструзионных предприятий, переработчиков или владельцев брендов. Возможно, потребуется небольшая настройка, но не более того.

«Немыслимый» прорыв.

Экологичное развитие по-прежнему является трендом №1 в упаковке для владельцев брендов. Потребители, особенно молодые, учитывают экологическую позицию и действия компании перед покупкой продукта.

Но продукты, которым необходим высокий барьер, находились в невыгодном положении, поскольку технология упаковки не позволяла создавать менее сложные структуры.

С HyperBarrier Smart Planet Technologies рекламирует «ранее немыслимые экологичные бумажные гибкие упаковочные решения».

Тилтон и Лоренци, что вполне объяснимо, гордятся этой разработкой. Лоренци называет Тилтона «необыкновенным инженером по упаковке» с «невероятными способностями» к изобретению. И разве некоторые из самых эффективных изобретений не кажутся такими простыми и очевидными — задним числом, конечно.

Лучшие решения часто основаны на новых технологиях и материалах, которые выводят производительность на новый уровень — предоставляя инженерам по упаковке динамичные и ранее недоступные инструменты при проектировании для улучшения окружающей среды.

Так много упаковки можно перевести с пластика на бумагу, когда у вас есть такая производительность — и такая доступная в однослойном экструзионном покрытии.