Strukturę laminatu na torebki stojące dobiera się według tego, przed czym produkt trzeba chronić (tlen, wilgoć, światło, aromat, przebicie) i jak długo. Od tej odpowiedzi zależy, jakie folie się łączy, w jakiej kolejności i o jakiej grubości, i właśnie o to przetwórca zapyta w pierwszej kolejności. W artykule porównujemy struktury najczęściej stosowane w torebkach stojących z nadrukiem, wyjaśniamy, jak mierzy się barierę tlenową i parową, oraz pokazujemy, jak przełożyć wymagany okres trwałości na wymagania barierowe.
Czym jest struktura laminatu torebki?
Struktura laminatu torebki to układ folii i warstw połączonych w ściankę torebki, zapisywany od zewnątrz do wewnątrz, na przykład PET/ALU/PE. Każda warstwa ma swoje zadanie: warstwa zewnętrzna przenosi nadruk i znosi temperaturę podczas zgrzewania, warstwa barierowa (jeśli występuje) blokuje tlen, wilgoć, światło lub aromat, a wewnętrzna warstwa zgrzewalna tworzy zgrzewy i ma kontakt z produktem.
Typowa struktura trójwarstwowa wygląda tak:
| Pozycja | Funkcja | Typowe materiały | Typowy zakres grubości |
|---|---|---|---|
| Warstwa zewnętrzna (druk) | Nośnik nadruku, powierzchnia błyszcząca lub matowa, odporność na temperaturę, sztywność | PET (często 12 µm), BOPP (często 18–20 µm), papier, MDO-PE, BOPE | Cienkie folie; papier określany gramaturą |
| Warstwa środkowa (barierowa) | Bariera dla tlenu, wilgoci, światła i aromatu; odporność na przebicie | Folia aluminiowa (zwykle 7–9 µm), metalizowany PET, PA (nylon), EVOH w koekstruzji, folie powlekane | Bardzo cienkie w przypadku folii i powłok |
| Warstwa wewnętrzna (zgrzewalna) | Zgrzewanie, wytrzymałość, kontakt z żywnością | Mieszanki LDPE/LLDPE, CPP | Grubsze; dobierane do rozmiaru torebki i masy napełnienia |
Warstwa zgrzewalna jest zwykle najgrubszą częścią laminatu, a jej grubość rośnie wraz z rozmiarem torebki i masą napełnienia, ponieważ zapewnia znaczną część wytrzymałości torebki i zgrzewów. Dokładne grubości ustala się podczas przeglądu technicznego, z uwzględnieniem produktu, formatu i maszyn pakujących.
Warstwy łączy się laminowaniem klejowym (powszechne są bezrozpuszczalnikowe lub rozpuszczalnikowe kleje poliuretanowe) albo laminowaniem ekstruzyjnym, w którym stopiony polimer skleja dwie wstęgi. Laminaty klejowe wymagają okresu utwardzania kleju przed cięciem wzdłużnym i produkcją torebek, co jest jednym z powodów, dla których produkcja torebek laminowanych trwa dłużej niż toreb z pojedynczej folii.
Czym różnią się najczęściej stosowane struktury?
Struktury różnią się przede wszystkim barierą tlenową i parową, wyglądem oraz możliwością recyklingu. Folia aluminiowa daje najwyższą barierę, dalej plasuje się metalizowany PET, przezroczyste folie powlekane i struktury z EVOH zapewniają wysoką barierę przy zachowaniu przejrzystości, a zwykłe PET/PE lub BOPP/CPP wystarczają dla produktów o skromniejszych wymaganiach.
| Struktura (zewnątrz/wewnątrz) | Bariera tlenowa | Bariera parowa | Bariera światła | Przejrzystość / wygląd | Typowe zastosowania | Główne ograniczenia |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PET/PE | Niska do umiarkowanej | Umiarkowana | Brak (chyba że nadruk biały lub kryjący) | Przezroczysta, błyszcząca; okienka łatwe do wykonania | Produkty suche o krótkim do średniego okresie trwałości, mrożonki, produkty nieżywnościowe | Nie jest wysoką barierą; mieszanka polimerów |
| BOPP/CPP | Niska | Dobra | Brak | Przezroczysta lub biała; wyraźna, sztywna w dotyku | Wyroby cukiernicze, piekarnicze, suche przekąski o krótkim okresie trwałości | Słaba bariera tlenowa; węższe okno zgrzewania niż w PE |
| PET/metPET/PE | Wysoka | Wysoka | Wysoka | Metaliczna, nieprzezroczysta | Kawa, orzechy, przekąski, smakołyki dla zwierząt | Bariera spada, jeśli warstwa metalizowana pęknie przy zginaniu; brak okienek |
| PET/ALU/PE | Bardzo wysoka (przy nieuszkodzonej folii) | Bardzo wysoka | Całkowita | Nieprzezroczysta, wygląd folii | Kawa o długim okresie trwałości, proszki, suplementy, płyny, produkty wrażliwe | Mikrootwory i pęknięcia przy zginaniu obniżają skuteczność; brak okienek; nie nadaje się do recyklingu w strumieniach poliolefin |
| Papier kraft/PE | Niska (papier daje sztywność i wygląd, nie barierę) | Niska do umiarkowanej | Częściowa | Naturalny papier | Herbata, produkty suche o krótkim okresie trwałości | Dla produktów wrażliwych wymaga dodatkowej warstwy barierowej (metPET, folia lub folia barierowa); wielomateriałowa |
| Papier kraft/metPET/PE lub kraft/ALU/PE | Wysoka do bardzo wysokiej | Wysoka do bardzo wysokiej | Wysoka | Papier na zewnątrz, bariera wewnątrz | Kawa premium, herbata, granola | Trzy materiały; okienko wymaga wycięcia i przezroczystej łatki |
| Mono-PE z EVOH (np. MDO-PE lub BOPE / warstwa zgrzewalna PE-EVOH-PE) | Wysoka w warunkach suchych; wrażliwa na wilgoć | Dobra | Brak, chyba że metalizowana | Przezroczysta do półmatowej | Torebki spożywcze projektowane pod kątem recyklingu | Niższa odporność na temperaturę i sztywność niż w PET; udział EVOH ograniczają wytyczne dotyczące recyklingu |
| Mono-PP z powłoką AlOx lub SiOx (powlekany BOPP / CPP) | Umiarkowana do wysokiej | Dobra | Brak | Przezroczysta | Przekąski i produkty suche projektowane pod kątem recyklingu, niektóre produkty chłodzone | Cienkie powłoki mogą pękać przy nadmiernym zginaniu; okno zgrzewania wymaga uwagi |
| PET/PA/PE | Umiarkowana (PA daje pewną barierę tlenową) | Umiarkowana | Brak | Przezroczysta | Karma dla zwierząt z twardymi granulkami, produkty ostre lub ciężkie, mrożonki | PA podnosi koszt; mieszanka polimerów |
Dwie kwestie, których tabela nie pokazuje:
- Grubość i gatunek materiału liczą się tak samo jak jego nazwa. Grubsza lub lepiej metalizowana folia może przewyższyć „lepszą” z nazwy strukturę wykonaną z tańszych materiałów.
- Gotowe torebki mają gorsze parametry niż płaska folia. Fałdy, okolice zamka strunowego, otwory zaworów i obsługa tworzą słabe punkty. Zawsze warto zapytać, czy dane o barierze dotyczą płaskiego laminatu, czy gotowych torebek.
Co oznaczają OTR i WVTR?
OTR (oxygen transmission rate, czyli szybkość przenikania tlenu) to objętość tlenu, która przenika przez metr kwadratowy materiału w ciągu 24 godzin, zwykle wyrażana w cc/m²/dzień (dokładniej cm³/m²·dzień·atm). WVTR (water vapour transmission rate, czyli szybkość przenikania pary wodnej) to masa pary wodnej przechodzącej przez metr kwadratowy w ciągu 24 godzin, w g/m²/dzień. Im niższe wartości, tym lepsza bariera.
Tlen odpowiada za jełczenie orzechów i tłustych przekąsek, utratę aromatu i czerstwienie kawy oraz utratę koloru i witamin w wielu produktach. Wilgoć powoduje mięknięcie produktów chrupiących, zbrylanie proszków i wykwit cukrowy. W przypadku produktów wilgotnych problem jest odwrotny: torebka musi zatrzymać wilgoć w środku.
Dlaczego warunki badań decydują o porównywalności wyników
Wartości barierowe mają sens tylko wtedy, gdy podano temperaturę i wilgotność względną, ponieważ oba czynniki zmieniają szybkość przenikania. Typowe warunki stosowane w branży to:
| Pomiar | Najczęstsze normy badań | Najczęstsze warunki badania | Dlaczego warunki mają znaczenie |
|---|---|---|---|
| OTR | ASTM D3985, ISO 15105-2 (metody z czujnikiem kulometrycznym) | 23 °C przy 0% RH lub 23 °C przy 50% RH albo wyższej | EVOH i niektóre powłoki tracą barierę wraz ze wzrostem wilgotności; wynik z warunków suchych może je przedstawiać w zbyt korzystnym świetle |
| WVTR | ASTM F1249, seria ISO 15106 | 38 °C przy 90% RH („tropikalne”) lub 23 °C przy 85% RH | Wyższa temperatura zwiększa przenikanie, dlatego wartości przy 38 °C/90% są zwykle znacznie wyższe niż przy 23 °C/85% dla tej samej folii |
| Przenikanie tlenu do całego opakowania | ASTM F1307 i podobne metody badania opakowań | Określane w planie badań | Uwzględnia wpływ zgrzewów, fałd, zamków strunowych i zaworów |
| Odporność na zginanie | ASTM F392 (test Gelbo), a następnie badanie bariery lub mikrootworów | Określona liczba cykli zginania | Pokazuje, jak folia aluminiowa oraz warstwy metalizowane i powlekane degradują się podczas obsługi |
Gdy dwaj dostawcy podają różne wartości OTR dla „tej samej” struktury, pierwsza kontrola polega na sprawdzeniu, czy badano ją w tych samych warunkach, przy tej samej grubości oraz czy na płaskiej folii, czy na gotowych torebkach.
Względne poziomy bariery
Ponieważ publikowane wartości bardzo różnią się w zależności od gatunku i sposobu badania, technolodzy zwykle myślą w przedziałach, a nie pojedynczych liczbach. Jako orientacyjny podział:
- Laminaty z folią aluminiową są na szczycie: przy nieuszkodzonej folii przenikanie tlenu i wilgoci jest bliskie zeru. W praktyce wydajność ograniczają mikrootwory i pęknięcia przy zginaniu.
- Metalizowany PET oraz dobrze wykonane przezroczyste folie wysokobarierowe (AlOx, SiOx, EVOH w warunkach suchych) mieszczą się w przedziale wysokiej bariery, zwykle o jeden do dwóch rzędów wielkości niższym niż w zwykłym PET.
- Zwykły PET i PA zapewniają umiarkowaną barierę tlenową; zwykły BOPP i PE dają dobrą barierę dla wilgoci, ale słabą dla tlenu.
- Papier sam w sobie nie daje praktycznie żadnej bariery dla gazów ani wilgoci.
Warto poprosić dostawcę o zmierzone wartości dla proponowanego laminatu w uzgodnionych warunkach i na ich podstawie szacować okres trwałości.
Jak przełożyć wymagany okres trwałości na specyfikację barierową?
Punktem wyjścia jest ilość tlenu lub wilgoci, jaką produkt może przyjąć, zanim przestanie spełniać kryteria jakościowe. Następnie wylicza się wstecz maksymalne przenikanie, na które torebka może pozwolić w całym okresie trwałości. Granicę tolerancji technolodzy żywności ustalają zwykle na podstawie badań produktu, a sam rachunek dla torebki jest prosty.
Przykładowe obliczenie dla tlenu, na liczbach hipotetycznych:
- Powierzchnia ścianek torebki (obie strony wraz z fałdą): 0,06 m²
- OTR laminatu w warunkach przechowywania: 1 cc/m²/dzień
- Dzienne przenikanie: 0,06 × 1 = 0,06 cc tlenu na dzień
- W ciągu 180 dni trwałości: do opakowania przedostaje się około 11 cc tlenu
Czy 11 cc jest akceptowalne, zależy od masy produktu i jego wrażliwości. Jeśli badania pokażą, że produkt może przyjąć tylko ułamek tej ilości, zanim się zepsuje, potrzebna jest struktura o niższym OTR, pochłaniacz tlenu albo krótszy okres trwałości. Ten sam rachunek stosuje się do wilgoci, z użyciem WVTR i tolerancji produktu na wilgoć. Rzeczywiste przenikanie jest wyższe niż w tym szacunku dla płaskiej folii z powodu zgrzewów, zamków strunowych i obsługi, dlatego trzeba przyjąć margines i potwierdzić wynik badaniami przechowalniczymi w czasie rzeczywistym lub przyspieszonymi na napełnionych torebkach.
Płukanie azotem zmniejsza ilość tlenu znajdującego się w opakowaniu podczas napełniania, ale nie chroni przed tlenem, który przeniknie później. Dlatego torebka płukana azotem nadal potrzebuje odpowiedniej bariery.
Druk odwrotny: gdzie znajduje się farba?
Na przezroczystych foliach zewnętrznych, takich jak PET i BOPP, projekt drukuje się zwykle metodą druku odwrotnego: w lustrzanym odbiciu na wewnętrznej stronie folii zewnętrznej, a następnie laminuje. Farba zostaje zamknięta między folią zewnętrzną a klejem, chroniona przed otarciami i oddzielona od żywności. Połysk zapewnia folia zewnętrzna, a wykończenie matowe folia matowa lub lakier.
Dobór farby i kleju nadal ma znaczenie w kontekście kontaktu z żywnością, ponieważ niektóre substancje mogą migrować przez cienkie warstwy. Listę dokumentów, o które warto prosić, zawiera nasz poradnik o zgodności opakowań przeznaczonych do kontaktu z żywnością. Porównanie rotograwiury, fleksografii i druku cyfrowego na foliach znajdą Państwo w naszym poradniku o metodach druku na opakowaniach.
Którą strukturę wybrać do danego produktu?
Te zasady pomagają zawęzić wybór przed rozmową z przetwórcą:
- Produkt bardzo wrażliwy na tlen, długi okres trwałości w temperaturze otoczenia, okienko niepotrzebne: laminat z folią aluminiową lub struktura metalizowana, jeśli pozwala na to okres trwałości.
- Kawa: wysoka bariera dla tlenu i aromatu oraz jednokierunkowy zawór odgazowujący; laminaty z folią i struktury metalizowane są sprawdzonym rozwiązaniem, a wysokobarierowe struktury monomateriałowe są coraz częściej testowane (zawory opisujemy w poradniku o funkcjach torebek).
- Produkt musi być widoczny: przezroczysta folia wysokobarierowa (z powłoką AlOx/SiOx lub na bazie EVOH), przy akceptacji niższej ochrony przed światłem.
- Produkt wrażliwy głównie na wilgoć (chipsy, herbatniki, proszki): mogą wystarczyć struktury na bazie BOPP lub PE, z metalizacją przy długim okresie trwałości.
- Produkty ciężkie, ostre lub twarde (granulki karmy, drobny sprzęt): odporność na przebicie zwiększa PA lub grubsza warstwa zgrzewalna.
- Cel recyklingowy na 2030 rok i później: punktem wyjścia jest mono-PE lub mono-PP z barierą dodaną w granicach wytycznych; zob. poradnik o torebkach monomateriałowych nadających się do recyklingu i rozporządzeniu PPWR.
- Naturalny lub „rzemieślniczy” wygląd: zewnętrzna warstwa z papieru kraft, ale dla produktów wrażliwych na tlen lub wilgoć należy określić wewnętrzną warstwę barierową.
Jakie informacje przekazać przetwórcy, aby dobrał barierę?
Im dokładniej opisana jest potrzeba ochrony, tym mniej przetwórca musi zgadywać:
- Produkt, masa napełnienia oraz informacja, czy jest suchy, tłusty, wilgotny czy płynny.
- Docelowy okres trwałości i warunki przechowywania (temperatura otoczenia, chłodzenie, mrożenie; wilgotność w regionie sprzedaży).
- Znane wrażliwości: tlen, wilgoć, światło, aromat, przebicie.
- Warunki napełniania: napełnianie na gorąco, płukanie azotem, świeżo palona kawa, sterylizacja lub pasteryzacja, jeśli występują.
- Wymagane dane z badań: OTR i WVTR w podanych warunkach, na laminacie lub na gotowych torebkach.
- Cel recyklingowy i rynki sprzedaży.
- Czy okienko, wykończenie matowe lub wygląd papieru są niezbędne.
Z taką listą można przejść do strony torebek stojących z nadrukiem lub przesłać ją przez stronę kontaktową, a struktura zostanie zaproponowana i potwierdzona podczas przeglądu technicznego.