Паперова упаковка стає у 20 разів кращою з бар’єрними властивостями

Нове покриття HyperBarrier забезпечує паперовій гнучкій упаковці величезний стрибок у поліолефіновому кисневому та вологобар’єрі — пропонуючи альтернативи EVOH, фользі та металізації — без шкоди для можливості вторинної переробки.

З першого погляду

· HyperBarrier знаходить «золоту середину» бар’єрних властивостей паперової упаковки між «недостатньо» (покриття з полімеру) та «занадто багато» (EVOH або металізація).

· Покриття HyperBarrier захищає від кисню, вологи та жиру.

· Для паперової гнучкої упаковки це нове покриття може допомогти вам досягти цілей у галузі екологічного розвитку на 2025 рік.

· Можливо, ви можете отримати все й одразу. Якщо ви шукали паперову упаковку, яка підлягає вторинній переробці та забезпечує доступний високий бар’єр для кисню, вологи та олії з меншою кількістю пластику або хімікатів, читайте далі.

Нове одношарове екструзійне покриття HyperBarrier від Smart Planet Technologies відповідає всім цим вимогам. Кріс Тілтон, директор з технологій та матеріалів, а також винахідник HyperBarrier, представив покриття  аудиторії на конференції TAPPI FlexPack PLACE.

Що таке HyperBarrier?

Це запатентоване потрійне нанокомпозитне покриття, яке забезпечує до 20-кратного покращення кисневого бар’єру та 15-кратного покращення вологобар’єру порівняно з типовими поліетиленовими покриттями в паперовій гнучкій упаковці. Обширні дослідження це підтверджують.

Хто зацікавиться HyperBarrier?

Будь-хто, хто хоче перейти з пластикової на паперову упаковку, але не міг цього зробити через низькі бар’єрні властивості паперу, говорить президент Smart Planet Technologies Вілл Лоренці.

Очевидними ключовими ринками є продукти харчування та напої. Кава, спеції та інші роздрібні товари, яким потрібна більша свіжість, часто зустрічаються в гнучкій упаковці та пакетиках. Але навіть фармацевтика, мийні засоби, упаковка для кормів для домашніх тварин та засоби особистої гігієни можуть виграти від покращеного захисту.

Тілтон пояснює, що для паперу та гнучкої упаковки бар’єрними варіантами досі були поліетиленове покриття (що забезпечує низький бар’єр) або дорогі багатошарові ламінації, зазвичай із шаром фольги, етиленвінілового спирту/EVOH або інших пластиків (для майже ідеального або «абсолютного» бар’єру).

 HyperBarrier знаходить нову «золоту середину»: дуже хороший, доступний за ціною бар’єр від кисню, вологи та олії. Киснепроникність (КП) та швидкість передачі водяної пари (ШПВП), нормалізовані до товщини 100 мкм для різних полімерів.

Впровадження HyperBarrier є своєчасним для брендів, які прагнуть досягти своїх цілей у галузі екологічного розвитку — деякі до 2026 року — говорить Лоренці.

«Бренди, я думаю, визнають: "О, Боже мій. Ми можемо зробити набагато більше з папером, ніж думали". Деякі з тих цілей, які вони вважали неможливими, тепер можуть бути досягнуті».

Якщо опис покриття HyperBarrier вище здається знайомим, це тому, що HyperBarrier заснований на існуючій технології EarthCoating компанії. Технологія EarthCoating, представлена у 2013 році, з того часу була комерціалізована у понад 2,5 мільярдах упаковок на сьогоднішній день, за даними компанії, зокрема й у гнучкій упаковці.

В Австралії виробник картоплі та цибулі Mitolo Family Farms, використовуючи EarthCoating, розробив паперовий пакет, придатний для переробки, для свіжої картоплі спільно з компанією-конвертером упаковки Detpak та роздрібною мережею супермаркетів Coles.

 У березні 2024 року компанія Detpak отримала нагороду APPMA за інноваційний дизайн упаковки за цю упаковку під час австралійської виставки упаковки APPEX, що належить Австралійській асоціації виробників обладнання для упаковки та обробки (APPMA).

Тілтон каже: «HyperBarrier — це окремий набір продуктів, що зберігає всі переваги нашої попередньої технології, проте з бар’єрними характеристиками рівня HyperBarrier».

HyperBarrier змішує карбонат кальцію з наноглинами для створення безпечного для харчових продуктів покриття з новим рівнем бар’єрних характеристик. Продукти є прямими замінниками існуючих смол, що використовуються в паперових покриттях та в гнучкій упаковці.

Потрійне позначення відноситься до трьох основних

компонентів шару:

1. Полімерна матриця (поліетилен/ПЕ, поліетилен високої щільності/ПЕВП, поліпропілен/ПП та суміші ПЕВП та ПЕ).
2. Наночастинки (наноглина).
3. Частинки CaC03 (карбонат кальцію).

«Мінерали CaC03 є більшими "мікрочастинками" і можуть бути присутні до 40% від покриття, — говорить Тілтон, — таким чином, знижуючи вміст пластику та покращуючи переробку паперу. Наночастинки забезпечують надзвичайно високі бар’єрні характеристики та рівномірно розподілені в матриці з CaCo3.

Нанокомпозитні сполуки є "прямими" замінниками ПЕВП, ПЕ та ПП».

HyperBarrier наноситься шарами завтовшки від 15 до 75 мікрон. Тілтон пояснює: «Надзвичайно високі бар’єрні характеристики дозволяють нам значно зменшити розмір та масу шару покриття для переробки паперу. Крім того, доданий CaCo3 ще більше знижує вміст пластику та знову забезпечує відмінну переробку паперу».

На даний момент HyperBarrier є таким, що підлягає переробці, але не компостується. Поки що.

«Історично ми почали мінералізувати спочатку ПЕ, потім ПЕВП, потім ПП, а потім закінчили біополімерами. Це також план для HyperBarrier», — говорить Тілтон.

HyperBarrier, який тепер доступний у продажу, виробляється паперовою фабрикою Carvajal Packaging Co. У Carvajal Packaging є багато виробничих майданчиків по всій Центральній та Південній Америці. Виробництво HyperBarrier здійснюється на заводі Pamolsa-Lima, Перу.

Тілтон також повідомляє нам, що виробництво розпочнеться у травні 2024 року для Європейського Союзу (ЄС) на Polibarr, постачальнику екструзійних покриттів, розташованому в Литві.

HyperBarrier доступний у попередньо змішаному вигляді та у вигляді маточної суміші, яку можна змішувати з існуючими запасами смоли клієнта. Річна глобальна потужність з виробництва маточної суміші становить приблизно 280 000 тонн паперу з покриттям.

Давайте заглибимося в переваги HyperBarrier, особливо в покращені бар’єрні властивості, можливість переробки, скорочення використання пластику, безпеку для контакту з харчовими продуктами, економію коштів, естетику та міркування, пов’язані з обладнанням.

Покращений бар’єр.

Smart Planet Technologies провела обширні випробування, щоб довести, що композити HyperBarrier працюють, як заявлено: до 20-кратного покращення кисневого бар’єру та 15-кратного вологобар’єру порівняно з папером з полімерним покриттям. Крім того, як і EarthCoating, HyperBarrier демонструє нульову проникність для жиру згідно з тестом 3M Kit.

Незалежне тестування було проведено компаніями Applied Paper Technology Inc. та Ametek Mocon.

Проведені тести:

· Випробування на киснепроникність компанією Fraunhofer (див. першу діаграму в статті вище).

· Швидкість передачі водяної пари (ШПВП) за TAPPI T448 у стандартних лабораторних умовах TAPPI (50% відносна вологість та 73 градуси за Фаренгейтом).

· Водопоглинання за Коббом TAPPI T441 на стороні з покриттям при 30-хвилинному, 8-годинному та 24-годинному часі контакту.

· Ранжування жиростійкості за тестом 3M Kit TAPPI T559.

· Термозварювання за допомогою Sentinel Unit, 2-секундне стискання при 60 фунтах на квадратний дюйм, для перевірки умов досягнення термозварних з’єднань «покриття-до-покриття» та «покриття-до-зворотного боку» одного й того ж матеріалу.

Скорочення використання пластику.

Лоренці підкреслює, що з HyperBarrier бренди можуть отримати необхідні бар’єрні характеристики, але при цьому значно скоротити використання пластику з двох причин:

1. Спільна робота EarthCoating з технологією HyperBarrier значно знижує вміст пластику в упаковці. По-перше, шар EarthCoating мінералізований від 40% до 51%, що видаляє до половини вмісту пластику. Далі, додавання наночастинок до матриці EarthCoating значно покращує функціональні бар’єрні характеристики. Новий високоефективний бар’єрний шар тепер дозволяє значно зменшити розмір шару. Зменшений вміст пластику та зменшений розмір шару значно полегшують інтеграцію паперу в гнучку упаковку та при цьому відповідають вимогам до переробки паперу.
2. Як вже згадувалося, бренди, які бажають замінити пластикову упаковку на паперову — але потребують доступного високого бар’єру — тепер можуть здійснити цей перехід.

Можливість вторинної переробки.

Упаковка, покрита HyperBarrier, підлягає вторинній переробці.

Упаковка з EarthCoatings отримала сертифікацію Triple A від Der Grune Punkt (Зелена крапка) в Європі. Крім того, EarthCoating ідентифікується як інгредієнт категорії 2 — інертний інгредієнт, який не заважає переробці, — згідно з Cyclos HTP Recyclability Testing and Paper Grade Qualification.

Оскільки бар’єрне покриття не заважає процесу переробки, упаковка була віднесена до категорії 13 поряд з некрейдованим папером для цілей переробки.

Випробування HyperBarrier конкретно не проводилися для сертифікації Green Dot та для класифікації Cyclos HTP, говорить Тілтон. «Проте, — пояснює він, — це не обов’язково, тому що наночастинки дисперговані на дуже низьких рівнях в існуючій рецептурі EarthCoating».

Частинки HyperBarrier становлять від 2% до 3,5% покриття та менше ніж 0,005% упаковки (паперу з покриттям), говорить Тілтон. «Таким чином, вони не впливають на переробку, відповідність вимогам або друк EarthCoating, а лише забезпечують значно покращені бар’єрні характеристики».

Переробники паперу не хочуть змішаних матеріалів, таких як папір з полімерним покриттям. Пластик забиває їхні напірні сита в центрифужних очисниках під час процесу переробки. Як і EarthCoating, HyperBarrier є інертним компонентом при переробці паперу та видаляється в тому ж процесі, що й крейдоване покриття, під дією сили тяжіння. Технологічність не є проблемою, якщо покриття мають 38% або більше відсотків мінералів. Ось чому EarthCoatings мають мінімум 40%.

«В Австралії нас збирають разом з офісним папером. Ми знаходимося на найвищому рівні якості матеріалів, що підлягають відновленню».

Лоренці пояснює, що існують різні рівні «перероблюваних» матеріалів. Паперова упаковка, покрита EarthCoating або HyperBarrier, зберігає свою якість. «В Австралії упаковка з EarthCoating збиралася для виробництва подарункового паперу для Hallmark та копіювального паперу для Australian Paper, — говорить Лоренці. — Упаковка з EarthCoating довела свою цінність як високоякісний матеріал для відновлення».

Безпека для контакту з харчовими продуктами.

EarthCoatings та HyperBarrier вважаються загальновизнаними безпечними (GRAS) з точки зору контакту з харчовими продуктами. Smart Planet Technologies замовила конфіденційні дослідження відповідності та безпеки у доктора наук з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго.

EarthCoating також завершила тестування безпеки EHS-Compliance для ЄС (така ж відповідність існує для Управління з санітарного нагляду за якістю харчових продуктів та медикаментів США). Тестування було проведено компанією J.S. Hamilton Poland S.A.

 Економія коштів.

Компанії, що виробляють продукти харчування та напої, обирають бар’єр для найгіршого сценарію, незалежно від того, яка споживча активність та типовий товарообіг (цикл продажів). Це може бути дорого. Тому інженери з упаковки завжди шукають бар’єрні рішення, які коштують дешевше.

За словами Тілтона, особливо щодо вологи, HyperBarrier забезпечує альтернативу таким продуктам, як полівініліденхлорид/ПВДХ, EVOH та металізація, у недорогому форматі ПЕ та ПЕВП, який є ефективним, одношаровим.

Непряма економія коштів також досягається за рахунок економії виробничого часу: екструзійне покриття — це потоковий процес; ламінування вимагає вторинного етапу.

Крім того, як згадувалося раніше, бренди можуть купувати лише той бар’єр, який їм потрібен, замість того, щоб переплачувати за надлишковий, тому що це все, що було доступно. «Це абсолютно новий варіант, якого у них раніше не було», — говорить Лоренці.

Потрійний нанокомпозит HyperBarrier створює характерну «білу завісу» під час екструзійного покриття через вміст мінералів, на відміну від типової прозорої завіси зі 100% полімеру.

Естетика.

Хоча це й не функціональний аспект, HyperBarrier має естетичну особливість, варту уваги через її маркетингову цінність. На відміну від 100% полімерних покриттів, які є прозорими, HyperBarrier та EarthCoatings за своєю природою білі та непрозорі, оскільки мінерали блокують світло, біле покриття надає чистоти внутрішній частині упаковки.

Клієнти EarthCoating знайшли це привабливим. Настільки, що компанія створила «Print White» EarthCoating, яка містить діоксид титану/Ti02. Тілтон каже: «Оскільки EarthCoating вже є певною мірою білим та непрозорим, потрібно значно менше пігменту TIO2 для досягнення високої білизни. Тому Print White EarthCoating дуже економічний і при цьому зберігає можливість переробки та знижує вміст пластику».

Print White EarthCoatings доступні з нанокомпозитними характеристиками HyperBarrier.

«Крім того, — говорить Тілтон, — мінерали в покритті забезпечують вищий рівень дин без коронної обробки, а також покращену змочуваність чорнилами, оскільки поверхня має більший коефіцієнт тертя, ніж, наприклад, ПЕ».

Міркування, пов’язані з обладнанням.

Говорячи про коефіцієнт тертя… чи мають матеріали з покриттям HyperBarrier інший коефіцієнт тертя ковзання (COF) під час роботи на пакувальній лінії? «Поверхневий COF HB такий самий, як і у звичайного EarthCoating», — говорить Тілтон.

«Якщо термозварювання є вашим обмеженням… для швидкості ви можете фактично скоротити час витримки».

Проте ви можете збільшити швидкість роботи пакувальних ліній, тому що EarthCoating з HyperBarrier має перевагу в термозварювальній здатності.

Як пояснює Лоренці: «EarthCoating для термозварювання фактично працює краще, тому що мінерали захоплюють та відводять тепло швидше. Хоча у нас менше полімеру, ми отримуємо краще термозварювання, тому що більша його частина активується, і вона активується швидше. Якщо термозварювання є вашим обмеженням… для швидкості ви можете фактично скоротити час витримки».

Згідно зі Smart Planet Technologies, шари HyperBarrier забезпечують високу ефективність термозварювання для використання в жорсткій та гнучкій упаковці.

Найважливіший висновок з точки зору обладнання полягає в тому, що — за винятком рутинного ознайомлення — HyperBarrier є прямою заміною на існуючих системах, що означає відсутність необхідності в капітальному обладнанні або змінах у виробничих процесах для екструзійних підприємств, переробників або власників брендів. Можливо, знадобиться невелике налаштування, але не більше того.

«Неймовірний» прорив.

Екологічний розвиток залишається трендом №1 в упаковці для власників брендів. Споживачі, особливо молоді, враховують екологічну позицію та дії компанії перед покупкою продукту.

Але продукти, яким необхідний високий бар’єр, перебували у невигідному становищі, оскільки технологія упаковки не дозволяла створювати менш складні структури.

З HyperBarrier Smart Planet Technologies рекламує «раніше немислимі екологічні паперові гнучкі пакувальні рішення».

Тілтон та Лоренці, що цілком зрозуміло, пишаються цією розробкою. Лоренці називає Тілтона «незвичайним інженером з упаковки» з «неймовірними здібностями» до винахідництва. І хіба деякі з найефективніших винаходів не здаються такими простими та очевидними — заднім числом, звичайно.

Найкращі рішення часто засновані на нових технологіях та матеріалах, які виводять продуктивність на новий рівень — надаючи інженерам з упаковки динамічні та раніше недоступні інструменти при проектуванні для покращення навколишнього середовища.

Так багато упаковки можна перевести з пластику на папір, коли у вас є така продуктивність — і така доступна в одношаровому екструзійному покритті.