Ngành bao bì thực phẩm phải đối mặt với những thách thức dai dẳng trong việc cân bằng khả năng chịu nhiệt độ, an toàn thực phẩm và khả năng tái chế. Chuyên gia về phụ gia và masterbatch của Thụy Sĩ Sukano và nhà sản xuất hệ thống tạo hình nhiệt Illig của Đức đã cùng nhau phát triển một giải pháp cải tiến: CPET-Light, một vật liệu đột phá kết hợp độ trong suốt, khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng tái chế vượt trội.
Khi sự đồng thuận toàn cầu ngày càng tăng xung quanh các nguyên tắc kinh tế tuần hoàn, khả năng tái chế đã trở thành thước đo quan trọng cho tính bền vững của bao bì nhựa. Polyethylene terephthalate (PET), một trong những loại nhựa được tái chế nhiều nhất trên toàn thế giới, mang lại những lợi thế khác biệt cho các ứng dụng đóng gói thực phẩm. Sự hợp tác Sukano-Illig nhằm mục đích mở rộng tiềm năng của PET trong các ứng dụng gia nhiệt bằng vi sóng và đổ đầy nóng, cung cấp các giải pháp thay thế khả thi cho các vật liệu thường được sử dụng nhưng ít tái chế hơn như polystyrene (PS) và polypropylen (PP).
Các giải pháp đóng gói nhiệt độ cao hiện nay thường sử dụng các biến thể CPET tinh thể đục (tinh thể polyethylene terephthalate) chịu được nhiệt độ lên tới 220°C. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng làm nóng bằng vi sóng tiêu chuẩn và đổ đầy nóng chỉ cần điện trở 100°C, các cốc và khay APET (polyethylene terephthalate vô định hình) định hình bằng chân không thông thường thường không đạt yêu cầu. Khoảng cách thị trường này tạo cơ hội cho các giải pháp hiệu quả hơn về mặt chi phí.
Vật liệu CPET-Light thể hiện sự tiến bộ đáng kể trong công nghệ tạo hình nhiệt CPET. Sự đổi mới tập trung vào việc đạt được tính minh bạch cho các ứng dụng vi sóng và đổ đầy nóng đồng thời cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất trong các hệ thống ép nóng.
Illig đã phát triển một quy trình tạo hình nhiệt được tối ưu hóa để kiểm soát chính xác nhiệt độ của màng được tạo hạt trước bằng hạt nhựa Sukano. Kết hợp với các khuôn chuyên dụng, quy trình này cho phép sản xuất cốc CPET-Light với tốc độ phù hợp với sản lượng CPET truyền thống. Những chiếc cốc này không chỉ đáp ứng các yêu cầu về lò vi sóng và đổ đầy nóng mà còn tích hợp hoàn toàn vào các dòng tái chế PET, cung cấp các giải pháp thay thế bền vững cho bao bì PS và PP sử dụng một lần.
Dự án chung tập trung vào sản xuất cốc đựng sữa nóng có đủ độ trong suốt và khả năng chịu nhiệt độ 100°C. Tại trung tâm kỹ thuật của Illig, các nhà nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm toàn diện bằng cách sử dụng máy tạo hình nhiệt RDM 70K và khuôn một khoang, với thử nghiệm so sánh được thực hiện trên các mẫu PP-H (homopolymer polypropylene) và APET.
Sukano đã sản xuất màng CPET-Light trong suốt và trắng dày 1,1 mm, rộng 240 mm để thử nghiệm. Bốn biến thể vật liệu đã được đánh giá: PP-H, APET, CPET-Light trắng và CPET-Light trong suốt.
Hiệu suất sản xuất đạt 20 chu kỳ mỗi phút đối với cốc CPET-Light, tương đương với sản lượng PP-H và APET. Các nhà nghiên cứu ưu tiên phân bố độ dày thành đồng đều để đảm bảo so sánh có ý nghĩa các đặc tính quang học và cơ học.
Sau 24 giờ lưu trữ, đánh giá toàn diện được đo:
Các phép đo độ dày thành cho thấy sự phân bổ tương đương giữa các vật liệu, ngoại trừ đế cốc APET mỏng hơn và vết rách ở mép niêm phong cốc CPET-Light màu trắng. Tỷ lệ co ngót của khuôn đo được khoảng 0,5% đối với cả APET và CPET-Light, phù hợp với thông số kỹ thuật thiết kế dụng cụ, trong khi PP cho thấy độ co ngót 1,58%.
Thử nghiệm nén tải cao nhất cho thấy cốc CPET-Light màu trắng có cạnh bịt kín mỏng hơn cho thấy biến dạng sớm hơn và lực nén tối đa (Fmax) thấp hơn. Cốc APET thể hiện hành vi tương tự do thành đế mỏng. Cốc CPET-Light trong suốt cho thấy giá trị Fmax cao hơn đáng kể so với cốc PP, nhờ vào mô đun Young vượt trội của PET (3800 MPa so với 2000 MPa của PP).
Trong thử nghiệm khả năng chịu nhiệt trong lò ở 100°C trong 30 phút, cốc APET bị biến dạng nghiêm trọng trong khi cốc PP cho thấy độ co rút chiều cao tối thiểu. Các mẫu CPET-Light đã chứng minh khả năng chống biến dạng được cải thiện thông qua hình dạng khuôn được tối ưu hóa.
Thử nghiệm khả năng chịu nước nóng bao gồm đổ đầy cốc bằng nước có nhiệt độ 95°C, đổ hết nước sau một phút và đo sau 30 phút. Các phép đo độ trong suốt sử dụng tiêu chuẩn ASTM D-1003 cho thấy cốc CPET-Light trong suốt có giá trị khói mù cao hơn một chút so với APET nhưng có thể so sánh trực quan với cốc PP.
Giải pháp CPET-Light kết hợp các màng tiền nhân của Sukano, thiết kế khuôn chuyên dụng, thiết bị tạo nhiệt tiên tiến và kinh nghiệm kỹ thuật hàng thập kỷ để đạt được khả năng chịu nhiệt độ 100°C. Đặc tính rào cản tuyệt vời của PET đảm bảo khả năng kháng dầu, đồng thời khả năng tái chế cấp thực phẩm của vật liệu này hỗ trợ các mục tiêu kinh tế tuần hoàn.
Biến thể trong suốt, được hỗ trợ bởi các hạt nhựa tạo mầm chuyên dụng của Sukano, là một giải pháp thay thế hấp dẫn cho cốc PP thông thường. Với tốc độ sản xuất phù hợp với các vật liệu truyền thống và thông tin môi trường vượt trội, CPET-Light giải quyết các thách thức quan trọng về tính bền vững trong bao bì thực phẩm.
Ngành bao bì thực phẩm phải đối mặt với những thách thức dai dẳng trong việc cân bằng khả năng chịu nhiệt độ, an toàn thực phẩm và khả năng tái chế. Chuyên gia về phụ gia và masterbatch của Thụy Sĩ Sukano và nhà sản xuất hệ thống tạo hình nhiệt Illig của Đức đã cùng nhau phát triển một giải pháp cải tiến: CPET-Light, một vật liệu đột phá kết hợp độ trong suốt, khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng tái chế vượt trội.
Khi sự đồng thuận toàn cầu ngày càng tăng xung quanh các nguyên tắc kinh tế tuần hoàn, khả năng tái chế đã trở thành thước đo quan trọng cho tính bền vững của bao bì nhựa. Polyethylene terephthalate (PET), một trong những loại nhựa được tái chế nhiều nhất trên toàn thế giới, mang lại những lợi thế khác biệt cho các ứng dụng đóng gói thực phẩm. Sự hợp tác Sukano-Illig nhằm mục đích mở rộng tiềm năng của PET trong các ứng dụng gia nhiệt bằng vi sóng và đổ đầy nóng, cung cấp các giải pháp thay thế khả thi cho các vật liệu thường được sử dụng nhưng ít tái chế hơn như polystyrene (PS) và polypropylen (PP).
Các giải pháp đóng gói nhiệt độ cao hiện nay thường sử dụng các biến thể CPET tinh thể đục (tinh thể polyethylene terephthalate) chịu được nhiệt độ lên tới 220°C. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng làm nóng bằng vi sóng tiêu chuẩn và đổ đầy nóng chỉ cần điện trở 100°C, các cốc và khay APET (polyethylene terephthalate vô định hình) định hình bằng chân không thông thường thường không đạt yêu cầu. Khoảng cách thị trường này tạo cơ hội cho các giải pháp hiệu quả hơn về mặt chi phí.
Vật liệu CPET-Light thể hiện sự tiến bộ đáng kể trong công nghệ tạo hình nhiệt CPET. Sự đổi mới tập trung vào việc đạt được tính minh bạch cho các ứng dụng vi sóng và đổ đầy nóng đồng thời cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất trong các hệ thống ép nóng.
Illig đã phát triển một quy trình tạo hình nhiệt được tối ưu hóa để kiểm soát chính xác nhiệt độ của màng được tạo hạt trước bằng hạt nhựa Sukano. Kết hợp với các khuôn chuyên dụng, quy trình này cho phép sản xuất cốc CPET-Light với tốc độ phù hợp với sản lượng CPET truyền thống. Những chiếc cốc này không chỉ đáp ứng các yêu cầu về lò vi sóng và đổ đầy nóng mà còn tích hợp hoàn toàn vào các dòng tái chế PET, cung cấp các giải pháp thay thế bền vững cho bao bì PS và PP sử dụng một lần.
Dự án chung tập trung vào sản xuất cốc đựng sữa nóng có đủ độ trong suốt và khả năng chịu nhiệt độ 100°C. Tại trung tâm kỹ thuật của Illig, các nhà nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm toàn diện bằng cách sử dụng máy tạo hình nhiệt RDM 70K và khuôn một khoang, với thử nghiệm so sánh được thực hiện trên các mẫu PP-H (homopolymer polypropylene) và APET.
Sukano đã sản xuất màng CPET-Light trong suốt và trắng dày 1,1 mm, rộng 240 mm để thử nghiệm. Bốn biến thể vật liệu đã được đánh giá: PP-H, APET, CPET-Light trắng và CPET-Light trong suốt.
Hiệu suất sản xuất đạt 20 chu kỳ mỗi phút đối với cốc CPET-Light, tương đương với sản lượng PP-H và APET. Các nhà nghiên cứu ưu tiên phân bố độ dày thành đồng đều để đảm bảo so sánh có ý nghĩa các đặc tính quang học và cơ học.
Sau 24 giờ lưu trữ, đánh giá toàn diện được đo:
Các phép đo độ dày thành cho thấy sự phân bổ tương đương giữa các vật liệu, ngoại trừ đế cốc APET mỏng hơn và vết rách ở mép niêm phong cốc CPET-Light màu trắng. Tỷ lệ co ngót của khuôn đo được khoảng 0,5% đối với cả APET và CPET-Light, phù hợp với thông số kỹ thuật thiết kế dụng cụ, trong khi PP cho thấy độ co ngót 1,58%.
Thử nghiệm nén tải cao nhất cho thấy cốc CPET-Light màu trắng có cạnh bịt kín mỏng hơn cho thấy biến dạng sớm hơn và lực nén tối đa (Fmax) thấp hơn. Cốc APET thể hiện hành vi tương tự do thành đế mỏng. Cốc CPET-Light trong suốt cho thấy giá trị Fmax cao hơn đáng kể so với cốc PP, nhờ vào mô đun Young vượt trội của PET (3800 MPa so với 2000 MPa của PP).
Trong thử nghiệm khả năng chịu nhiệt trong lò ở 100°C trong 30 phút, cốc APET bị biến dạng nghiêm trọng trong khi cốc PP cho thấy độ co rút chiều cao tối thiểu. Các mẫu CPET-Light đã chứng minh khả năng chống biến dạng được cải thiện thông qua hình dạng khuôn được tối ưu hóa.
Thử nghiệm khả năng chịu nước nóng bao gồm đổ đầy cốc bằng nước có nhiệt độ 95°C, đổ hết nước sau một phút và đo sau 30 phút. Các phép đo độ trong suốt sử dụng tiêu chuẩn ASTM D-1003 cho thấy cốc CPET-Light trong suốt có giá trị khói mù cao hơn một chút so với APET nhưng có thể so sánh trực quan với cốc PP.
Giải pháp CPET-Light kết hợp các màng tiền nhân của Sukano, thiết kế khuôn chuyên dụng, thiết bị tạo nhiệt tiên tiến và kinh nghiệm kỹ thuật hàng thập kỷ để đạt được khả năng chịu nhiệt độ 100°C. Đặc tính rào cản tuyệt vời của PET đảm bảo khả năng kháng dầu, đồng thời khả năng tái chế cấp thực phẩm của vật liệu này hỗ trợ các mục tiêu kinh tế tuần hoàn.
Biến thể trong suốt, được hỗ trợ bởi các hạt nhựa tạo mầm chuyên dụng của Sukano, là một giải pháp thay thế hấp dẫn cho cốc PP thông thường. Với tốc độ sản xuất phù hợp với các vật liệu truyền thống và thông tin môi trường vượt trội, CPET-Light giải quyết các thách thức quan trọng về tính bền vững trong bao bì thực phẩm.
