Dispersion parantaminen aktiivisessa elintarvikemuovimateriaalissa

Abstract

Pakkausteknologian pyrkimys on ollut pitkään kehittää pakkauksia, joiden vuorovaikutus pakatun elintarvikkeen kanssa on mahdollisimman vähäistä. On kuitenkin huomattu, että rajatulla ja tarkoituksenmukaisella vuorovaikutuksella voidaan parantaa pakatun elintarvikkeen säilyvyyttä ja laatuominaisuuksia. Tällaista pakkaustyyppiä kutsutaan aktiiviseksi pakkaukseksi. Diplomityön tavoitteena on suorittaa kirjallisuuskatsaus, jossa tutkitaan aktiivisen pakkauksen rakennetta, vaatimuksia ja kehitystyön tilannetta. Tämän lisäksi suoritettiin kokeellinen osio, jossa tutkittiin eri aktiivisten komponenttien dispersion laatua PE-LD (matalan tiheyden polyeteeni) muovimatriisissa sekä menetelmiä, millä dispersion laatua voidaan parantaa. Dispersio kuvaa seosta, jossa kiinteä ainesosa on jakautuneena jatkuvaan faasiin, tässä tapauksessa muovimatriisiin.

Aktiivisen pakkauksen kehitystyössä on monta tekijää, jotka on otettava huomioon. Päähuomio kiinnittyy käytettyyn aktiivisen komponenttiin. Komponentin on kestettävä prosessin tuoma rasitus. Ekstruusioprosessin sula muovimassa tuo vaatimustason aktiivisen komponentin termiselle kestävyydelle sekä prosessimenetelmän syöttömahdollisuudet voivat rajata mm. nestemäisten ainesosien hyödyntämistä. Samaten aktiivisen komponentin efektiivinen teho on yleinen pullonkaula: laatua parantava vaikutus on oltava riittävä sekä vaikutusajaltaan tarpeeksi pitkä pakatun tuotteen hyllyikään suhteutettuna. Aktiivisten pakkausten tuoteturvallisuuteen on kiinnitettävä huomiota. Siinä merkittävä tekijä on Euroopan Unionin elintarvikepakkauksia koskeva lainsäädäntö. Se asettaa useita tiukkoja ehtoja, rajauksia ja rajoitteita eritoten muovimateriaalien suhteen.

Kokeellisen osion ensimmäisellä koeajokierroksella tutkitaan eri aktiivisten komponenttien dispersion laatua PE-LD muovimatriisissa. Tutkittava tuote on puhalluskalvoekstruusiolla valmistettu muovikalvo, jossa käytetty muoviraaka-aine on valmistettu seostamalla. Tutkittavat aktiiviset komponentit ovat kaliumsorbaatti, natriumbentsoaatti sekä sorbiinihappo. Kaliumsorbaatin ja natriumbentsoaatin dispersion laatu on huono; komponentit ovat selvästi erottuvina kiinteinä partikkeleina. Muovikalvon visuaalinen ilme on huono ja lujuusominaisuuksien mitattiin heikentyvän. Sorbiinihapon dispersio on visuaalisesti parempi. Toisaalta sen sitoutuminen muovimatriisiin on niin vähäistä, että kiteytynyttä komponenttia on havaittavissa muovikalvon pinnalla lähes välittömästi kalvonvalmistuksen jälkeen.

Toisella koeajokierroksella tutkitaan eri menetelmiä dispersion laadun parantamiseen. Aktiiviseksi komponentiksi vakioitiin kaliumsorbaatti. Käytetyt menetelmät ovat aktiivisen komponentin partikkelikoon pienentäminen, dispersioapuaineen lisääminen sekä muovimatriisin poolisuuden lisääminen EVA-polymeeriä (etyylivinyyliasetaatti) seostamalla. Näistä menetelmistä kaliumsorbaatin partikkelikoon pienentäminen (näytteet D1-D3) sekä dispersioapuaine 1 (näyte E1) hyödyntäminen toivat parannusta dispersion laatuun: visuaalinen ilme parani ja mitattu partikkelikoko muovimatriisissa pieneni. Dispersioapuaineet 2 ja 3 (näytteet E2 ja E3) sekä EVA-seostetun muovimatriisin käyttäminen (näytteet F2 ja F3) eivät tuottaneet toivottua lopputulosta, vaan laskivat kalvon laatua merkittävästi. Dispersion parantuminen tuo parannusta muovikalvon mekaanisiin ominaisuuksiin. Lujuus- ja venymäarvojen hajonta väheni ja sekä murtovenymä että murtojännitys kasvoivat.