كيفية تصميم الطبقة العازلة لصناديق ورق الطعام لضمان خصائص مقاومة الزيت والرطوبة والحفظ الطازج لأنواع الطعام المختلفة

صناديق ورق الطعام هي الاتجاه السائد في تغليف المواد الغذائية، وتكمن قدرتها التنافسية الأساسية في تكنولوجيا الحاجز. يجب أن تكون الطبقات العازلة مخصصة للخصائص الفيزيائية والكيميائية للأغذية المختلفة لضمان سلامة الأغذية، وإطالة مدة الصلاحية، والحفاظ على المذاق. ويتطلب ذلك علوم مواد معقدة وعمليات طلاء ومقاييس اختبار متخصصة (مثل قيم MVTR وOTR وCobb).

تحدي "حاجز النفط" للأغذية عالية الدهون: اختبار هجرة النفط

تشكل الأطعمة الغنية بالدهون، مثل البيتزا والدجاج المقلي والمعجنات ومنتجات اللحوم التي تحتوي على دهون حيوانية، تحديًا أساسيًا للصناديق الورقية: خصائص حاجز الزيت. تتمتع الزيوت بمعدل انتقال مرتفع ويمكن أن تخترق الورق المقوى العادي بسرعة، مما يتسبب في تليين العبوة وتسرب البقع، مما يؤثر بشكل خطير على المظهر والقوة الهيكلية.

1. البدائل الكيميائية المفلورة (خالية من PFAS)

الحل التقليدي هو استخدام طلاءات PFAS (مواد البيرفلوروألكيل والبولي فلورو ألكيل)، التي تقاوم بشكل فعال اختراق الزيت بسبب خصائصها السطحية الممتازة منخفضة الطاقة. ومع ذلك، ونظرًا للوائح البيئية والسلامة الغذائية الصارمة بشكل متزايد، فإن السوق يتحول نحو تقنيات حاجز الزيت الخالية من PFAS.

طلاءات البوليمر ذات الأساس المائي: باستخدام مستحلبات البوليمر ذات الأساس المائي المعدلة خصيصًا، تعمل هذه الطلاءات على منع الزيت والشحوم من خلال تكوين بنية غشاء كثيفة ومنخفضة المسامية. تتوافق هذه الطلاءات مع معدات الطباعة الفلكسوغرافية أو الطباعة بالحفر الموجودة، مما يتيح طلاءًا عالي الدقة.

الطلاءات الشمعية الطبيعية: استخدم الشمع الحيوي المعدل (مثل شمع الصويا أو شمع العسل) كنظام تشتيت. توفر مقاومة الشمع للماء طاردًا أساسيًا للماء والزيت، خاصة للتطبيقات التي تحتوي على محتوى زيت منخفض إلى متوسط. كما أنها تظهر أيضًا قابلية صد ممتازة، مما يجعلها قابلة لإعادة التدوير.

المؤشرات المهنية: يتم تقييم أداء منع الزيت بشكل أساسي باستخدام اختبار المجموعة. يجب أن تحقق بطانات علب المواد الغذائية عالية الجودة مستويات المجموعة من 8 إلى 12.

متطلبات مقاومة الرطوبة للأغذية التي تحتوي على الرطوبة/الرطوبة العالية: التحكم في قيمة WVTR وCOBB

تتطلب الأطعمة التي تحتوي على الرطوبة/الرطوبة العالية، مثل الأطعمة المجمدة والسلطات الطازجة ومنتجات الألبان المبردة وأكواب المشروبات الساخنة، عبوات كرتونية تتمتع بمقاومة ممتازة للرطوبة والسوائل.

1. طلاء PE التقليدي والبدائل الصديقة للبيئة

طلاء البولي إيثيلين (PE): هذه هي الطبقة العازلة للرطوبة الأكثر استخدامًا حاليًا. ويتم تحقيق ذلك عن طريق لصق فيلم PE بإحكام على الورق المقوى من خلال تكنولوجيا التصفيح بالبثق. يتمتع PE بمعدل MVTR (معدل نقل بخار الماء) منخفض للغاية، مما يمنع بشكل فعال اختراق بخار الماء، ويحافظ على السلامة الهيكلية للورق المقوى، ويمنع الصندوق من الانهيار بسبب امتصاص الرطوبة. ومع ذلك، فإن إمكانية إعادة تدوير البولي إيثيلين لا تزال مثيرة للجدل.

طلاء PLA/PHA: لتلبية الاتجاه القابل للتحلل، ظهرت المواد الحيوية مثل حمض البوليلاكتيك (PLA) والبولي هيدروكسي ألكانوات (PHA) كبدائل للـ PE. هذه المواد قابلة للتحلل الحيوي في ظل ظروف معينة بينما تقدم خصائص حاجز رطوبة مشابهة للـ PE. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن جيش التحرير الشعبى الصينى يتطلب عموما ظروف التسميد الصناعي.

المقاييس المهنية:

WVTR (معدل نقل بخار الماء): يقيس هذا المعدل معدل اختراق بخار الماء للطبقة العازلة، ويتم التعبير عنه عادةً بـ g/(m²/24h). تتطلب تعبئة المواد الغذائية المجمدة نسبة WVTR منخفضة للغاية لمنع حرق المجمد.

COBB (معدل امتصاص الماء): تقيس هذه القيمة قدرة الورق المقوى على امتصاص الماء خلال فترة زمنية محددة وهي مؤشر مباشر على مقاومة سطحه للماء.

استراتيجيات حاجز الأكسجين للأغذية التي تتطلب نضارة طويلة الأمد: OTR وحواجز الغاز

بالنسبة لحبوب القهوة والمكسرات والحساء المجفف وبعض الأطعمة الجاهزة المعرضة للأكسدة وفقدان النكهة، تعد خصائص حاجز الأكسجين أمرًا بالغ الأهمية، بالإضافة إلى المقاومة الأساسية للرطوبة والزيت. ويرتبط هذا بشكل مباشر بالحفاظ على النكهة والمواد المغذية.

1. البوليمرات العازلة عالية الأداء والتصفيحات متعددة الطبقات

EVOH/PVDC: يتم التعرف على كوبوليمر كحول الإيثيلين فينيل (EVOH) وكلوريد البولي فينيلدين (PVDC) في الصناعة كمواد حاجزة للأكسجين عالية الأداء. توفر مادة EVOH خصائص ممتازة لحاجز الأكسجين وهي طبقة أساسية في العديد من العبوات الورقية المركبة المتطورة، مثل Tetra Pak. ومع ذلك، غالبًا ما تتطلب هذه المواد إنشاءًا متعدد الطبقات أو تصفيحًا برقائق الألومنيوم لمواجهة تحديات القابلية للصد.

طلاء PVA/كاولين: يجمع نظام الطلاء هذا بين كحول البولي فينيل (PVA) ومعدن غير عضوي (مثل الكاولين من درجة النانو أو السليلوز الليفي الصغير (MFC)). يُظهر PVA خصائص حاجز OTR (معدل نقل الأكسجين) ممتازة في ظل الظروف الجافة وهو قابل للذوبان في الماء، مما يسهل قابلية التنافر. ومع ذلك، تتأثر خصائص حاجز PVA بالرطوبة، مما يستلزم وجود طبقة حاجز رطوبة إضافية لضمان أداء مستقر.

المقاييس المهنية:

OTR (معدل نقل الأكسجين): يقيس هذا المعدل معدل اختراق الأكسجين للطبقة الحاجزة، ويتم التعبير عنه عادةً بـ cc/(m²⋅24h⋅atm). كلما انخفضت القيمة، كان أداء حاجز الأكسجين أفضل وطول العمر الافتراضي.