EVOH – copolimero di etilene vinil alcol – è uno dei materiali barriera più importanti nei moderni imballaggi alimentari flessibili. Solitamente non viene utilizzato come pellicola a sé stante, ma come strato barriera funzionale all'interno di una struttura di pellicola multistrato, dove la sua eccezionale capacità di bloccare la trasmissione dell'ossigeno determina le prestazioni di durata di conservazione dell'imballaggio per prodotti alimentari sensibili all'ossigeno. Capire cosa fa EVOH, come funziona e dove si trovano i suoi limiti è utile per i produttori alimentari, gli acquirenti di imballaggi e chiunque richieda sacchetti asettici o imballaggi bag-in-box per prodotti liquidi.
Cos'è EVOH?
EVOH è un polimero termoplastico prodotto dalla saponificazione (conversione chimica) del copolimero etilene-vinilacetato. Il materiale risultante combina un componente di etilene che garantisce lavorabilità e resistenza all'umidità con un componente di alcol vinilico che fornisce eccezionali proprietà di barriera all'ossigeno. Il rapporto tra etilene e alcol vinilico nel copolimero, espresso come percentuale molare di etilene, influisce sull'equilibrio tra le prestazioni di barriera all'ossigeno e la sensibilità all'umidità: un contenuto inferiore di etilene fornisce una migliore barriera all'ossigeno ma una maggiore sensibilità all'umidità; un contenuto di etilene più elevato riduce la sensibilità all'umidità riducendo leggermente le prestazioni di barriera.
I gradi EVOH commerciali utilizzati negli imballaggi alimentari hanno generalmente un contenuto di etilene compreso tra 27 e 44 moli percento, con il grado specifico selezionato in base ai requisiti di lavorazione e all'equilibrio tra barriera e resistenza all'umidità necessario per l'applicazione.
Perché le prestazioni della barriera all'ossigeno di EVOH sono importanti
L’ossigeno è la causa principale del deterioramento della qualità nella maggior parte dei prodotti alimentari liquidi confezionati. Nei succhi e nei concentrati di frutta, l'ossigeno reagisce con l'acido ascorbico (vitamina C), gli antociani (pigmenti colorati) e i composti aromatici volatili, causeo imbrunimento, perdita di vitamine e degradazione del sapore. Nel vino, l'ossigeno favorisce l'ossidazione dei composti fenolici e degli esteri volatili, causando la perdita del carattere di frutta fresca e lo sviluppo di sapori sgradevoli. Negli oli commestibili, l’ossigeno innesca l’ossidazione dei lipidi – irrancidimento. Nei prodotti lattiero-caseari, l’ossigeno contribuisce allo sviluppo di sapori sgradevoli e alla degradazione delle vitamine.
La velocità con cui l'ossigeno raggiunge il prodotto in una confezione sigillata viene misurata dalla velocità di trasmissione dell'ossigeno (OTR) del materiale di imballaggio: la quantità di ossigeno che attraversa un'area definita del materiale ogni giorno in condizioni standardizzate. Un OTR inferiore significa migliori prestazioni di barriera all'ossigeno e una maggiore durata di conservazione del prodotto.
Le prestazioni di barriera all'ossigeno di EVOH sono notevolmente migliori rispetto ai polimeri di imballaggio standard:
| Materiale | OTR (cc/m²/giorno a 23°C, 0% UR) | Livello di barriera relativo |
|---|---|---|
| LDPE (pellicola PE standard) | ~7.000 – 11.000 | Barriera scarsa |
| ANIMALE DOMESTICO | ~50 – 100 | Barriera moderata |
| Nylon (PA6) | ~30 – 60 | Barriera moderata |
| EVOH (32% in moli di etilene) | ~0,1 – 0,5 | Eccellente barriera (in condizioni asciutte) |
| Foglio di alluminio (9 micron) | ~0,001 – 0,01 | Barriera ultra alta (vicina allo zero) |
EVOH in condizioni asciutte fornisce prestazioni di barriera all'ossigeno da circa 100 a 10.000 volte migliori rispetto alla pellicola in PE standard. Ciò significa che l'imballaggio che incorpora uno strato EVOH può mantenere un ambiente povero di ossigeno all'interno della confezione sigillata per mesi, proteggendo il prodotto dal deterioramento ossidativo per tutta la durata di conservazione prevista.
Limitazione critica di EVOH: sensibilità all'umidità
Le eccezionali prestazioni di barriera all'ossigeno di EVOH in condizioni asciutte diminuiscono significativamente all'aumentare dell'umidità. I gruppi alcolici vinilici presenti in EVOH che forniscono prestazioni barriera sono idrofili: assorbono l'acqua dall'ambiente circostante. Quando lo strato EVOH assorbe l'umidità, la sua struttura cristallina viene interrotta e la permeabilità all'ossigeno aumenta. Ad elevata umidità relativa (80–100% RH), le prestazioni di barriera all'ossigeno di EVOH possono diminuire di un fattore da 10 a 100 rispetto alle condizioni asciutte, a seconda del grado specifico.
Questa sensibilità all'umidità è il motivo per cui l'EVOH viene utilizzato raramente come strato superficiale negli imballaggi alimentari. Deve essere posizionato come strato intermedio in una struttura di film multistrato, protetto su entrambi i lati da strati polimerici resistenti all'umidità. Gli strati esterno ed interno di PE, PP o PET agiscono come barriere contro l'umidità che proteggono l'EVOH dall'umidità ambientale e dall'umidità nel prodotto stesso, mantenendo lo strato EVOH in uno stato di bassa umidità dove le sue prestazioni di barriera all'ossigeno sono massimizzate.
Una tipica struttura di film multistrato che incorpora EVOH per l'imballaggio alimentare asettico è: PE/adesivo / EVOH / adesivo / PE. Gli strati in PE forniscono protezione dall'umidità per lo strato intermedio EVOH, termosaldabilità (PE interno) e integrità strutturale. L'EVOH fornisce la barriera all'ossigeno. Gli strati di collegamento adesivi uniscono gli strati incompatibili di PE ed EVOH insieme con sufficiente adesione tra gli strati per prevenire la delaminazione durante la lavorazione e l'uso.
EVOH vs foglio di alluminio nella costruzione di sacchi asettici
Per le buste asettiche e gli imballaggi bag-in-box, la scelta tra pellicola multistrato contenente EVOH e foglio di alluminio laminato comporta un compromesso tra prestazioni di barriera, trasparenza e costi:
Laminato di foglio di alluminio
Il foglio di alluminio con uno spessore di 9 micron fornisce essenzialmente zero OTR e zero trasmissione della luce: le massime prestazioni di barriera disponibili. È impermeabile sia all'ossigeno che alla luce, rendendolo lo standard per le applicazioni di durata di conservazione più impegnative: succhi concentrati, prodotti a base di pomodoro e altri prodotti alimentari altamente sensibili all'ossigeno che richiedono una durata di conservazione ambientale compresa tra 12 e 24 mesi. Lo svantaggio è che il foglio di alluminio rende il sacchetto opaco (il prodotto non può essere visto attraverso l’imballaggio), aggiunge peso e costo del materiale rispetto alle costruzioni realizzate solo con pellicola e crea sfide di riciclaggio.
PET metallizzato (PET placcato in alluminio)
Il PET metallizzato utilizza uno strato di alluminio molto sottile (circa 0,02–0,05 micron) depositato tramite vapore sulla superficie di una pellicola di PET. Fornisce prestazioni di barriera elevate significativamente migliori rispetto al PE o al PET standard, pur non avvicinandosi all'OTR prossimo allo zero del foglio di alluminio spesso. Il PET metallizzato è più leggero, più economico e più flessibile del laminato in alluminio, rendendolo adatto per sacchi asettici ad alta barriera dove non è richiesto OTR zero assoluto. È opaco (lo strato di alluminio blocca la luce) ma fornisce una buona barriera per un'ampia gamma di applicazioni di imballaggio alimentare.
Pellicola composita EVOH
EVOH in una struttura multistrato PE/EVOH/PE o PET/EVOH/PE fornisce un'eccellente barriera all'ossigeno a un costo del materiale inferiore rispetto alle costruzioni a base di alluminio e, cosa fondamentale, mantiene la trasparenza della pellicola se gli strati esterni sono trasparenti. Per le applicazioni in cui è importante la visibilità del prodotto (imballaggi rivolti al consumatore dove la trasparenza è un punto di vendita, alcune applicazioni su succhi e bevande), i film compositi EVOH consentono una confezione trasparente o traslucida con elevate prestazioni di barriera all'ossigeno. Il compromesso è che EVOH non fornisce alcuna barriera alla luce: i prodotti sensibili alla luce richiedono comunque uno strato esterno opaco o un imballaggio secondario per la protezione dalla luce.
Composito EVOH metallizzato combinato
Le strutture di film ad alte prestazioni per sacchetti asettici combinano PET metallizzato o EVOH con strati barriera aggiuntivi, fornendo sia barriera all'ossigeno che barriera alla luce in una struttura più leggera del laminato in lamina solida. Queste sono le costruzioni a "barriera ultraelevata" utilizzate per prodotti con i requisiti di durata di conservazione più esigenti e dove l'OTR zero assoluto del foglio spesso non è ottenibile con alternative al film. I sacchetti asettici ad alta e ultra-alta barriera di Ruijin Xinchen utilizzano queste costruzioni di materiali combinati.
EVOH in sacchetti asettici: esempi di applicazione
I film multistrato a base di EVOH sono utilizzati in tutta la gamma di prodotti alimentari liquidi confezionati in sacchetti asettici:
- Succhi concentrati di frutta e verdura: La protezione della vitamina C e degli antociani richiede un'elevata barriera all'ossigeno. I sacchetti compositi EVOH o laminati in foglio di alluminio mantengono la qualità del concentrato di succo per 12 mesi a temperatura ambiente.
- Confezione vino (formato BIB): Le buste EVOH ad alta barriera o PET metallizzato per vino bag-in-box mantengono la freschezza del vino sia prima dell'apertura (proteggendolo dall'ossidazione del magazzino) che dopo l'apertura (limitando l'ossidazione guidata dalla permeazione durante il periodo di dispensazione di 4-6 settimane).
- Latticini (lavorati UHT): Le buste asettiche per latte UHT, panna e prodotti lattiero-caseari liquidi utilizzano film compositi EVOH che forniscono una barriera all'ossigeno senza l'opacità della pellicola, consentendo la visibilità del prodotto in alcuni formati rivolti al consumatore.
- Olio commestibile: L'ossidazione dell'olio (irrancidimento) è guidata dall'ossigeno e accelerata dalla luce. I sacchetti asettici ad alta barriera per l’olio commestibile utilizzano strutture opache – compositi PET/EVOH metallizzati o laminati in foglio di alluminio – che gestiscono sia la trasmissione dell’ossigeno che quella della luce.
- Estratti vegetali e additivi alimentari: Gli ingredienti liquidi di alto valore che richiedono una lunga durata di conservazione a temperatura ambiente senza catena del freddo utilizzano sacchi asettici a barriera ultraelevata in cui il sovrapprezzo del film barriera è giustificato dal valore del prodotto e dai requisiti di durata di conservazione.
Domande frequenti
Il cibo EVOH è sicuro?
EVOH è approvato per applicazioni a contatto con alimenti in tutti i principali mercati normativi. Negli Stati Uniti, EVOH è elencato sotto FDA 21 CFR 177.1360 come additivo alimentare indiretto da utilizzare in articoli a contatto con gli alimenti. Nell'UE, EVOH è incluso nell'elenco positivo dei monomeri ai sensi del Regolamento (UE) 10/2011 sui materiali e articoli in plastica destinati al contatto con gli alimenti. EVOH produce una migrazione minima negli alimenti (il polimero è altamente stabile in normali condizioni di contatto con gli alimenti) e non presenta problemi di sicurezza alimentare se utilizzato entro i parametri specificati nelle normative applicabili sul contatto alimentare.
La pellicola EVOH può essere riciclata?
Film multistrato contenenti EVOH generalmente non sono riciclabili attraverso i flussi di riciclaggio standard della plastica monomateriale perché i diversi strati polimerici non possono essere facilmente separati. Si tratta di un limite riconosciuto dei film barriera multistrato e di un’attiva area di sviluppo nel settore dell’imballaggio. I film barriera monomateriale - che ottengono adeguate prestazioni di barriera all'ossigeno da un'unica famiglia di polimeri compatibili (strutture interamente in PE o interamente in PP che incorporano strati barriera modificati) - sono in fase di sviluppo come alternative riciclabili ai film multistrato EVOH, sebbene non corrispondano ancora alle prestazioni barriera di EVOH per applicazioni impegnative. Per i prodotti alimentari di alto valore in cui sono richieste prestazioni barriera EVOH per prevenire il deterioramento, l'equilibrio ambientale volto a prevenire lo spreco alimentare (che ha un impatto ambientale molto più elevato rispetto all'imballaggio stesso) in genere favorisce il film barriera EVOH rispetto alle alternative riciclabili a barriera inferiore che consentono il deterioramento del prodotto.
Qual è la differenza tra EVOH e PVDC (Saran) come barriere all'ossigeno?
Entrambi EVOH and PVDC (cloruro di polivinilidene) sono materiali barriera all'ossigeno ad alte prestazioni utilizzati negli imballaggi alimentari. L’EVOH fornisce migliori prestazioni di barriera all’ossigeno rispetto al PVDC in condizioni asciutte, è più accettabile dal punto di vista ambientale (il PVDC contiene cloro e crea sfide normative per lo smaltimento mediante incenerimento) ed è generalmente preferito per lo sviluppo di nuovi imballaggi. Il PVDC ha una sensibilità all'umidità inferiore rispetto all'EVOH (le sue prestazioni di barriera sono più stabili in caso di umidità elevata), il che gli conferisce un vantaggio nelle applicazioni ad alta umidità. In pratica, l’EVOH con adeguati strati esterni in PE che proteggono dall’umidità ha ampiamente sostituito il PVDC nelle applicazioni di confezionamento alimentare asettico.
Lo spessore dello strato di EVOH influisce sulle prestazioni della barriera?
SÌ. Spessore dello strato EVOH in una struttura a film multistrato influisce direttamente sull'OTR: strati EVOH più spessi forniscono una migliore barriera all'ossigeno. Tuttavia, al di sopra di una certa soglia di spessore (tipicamente da 3 a 5 micron in una struttura coestrusa), il miglioramento incrementale della barriera per ogni ulteriore micron di EVOH diminuisce e altri fattori – consistenza della lavorazione della pellicola, qualità dello strato adesivo, spessore totale della pellicola – diventano più significativi. La maggior parte delle pellicole coestruse per l'imballaggio alimentare utilizzano strati EVOH da 3 a 8 micron come parte dello spessore totale della pellicola compreso tra 70 e 200 micron. Il contenuto di EVOH rappresenta dal 2 al 10% dello spessore totale del film ma è responsabile della maggior parte delle prestazioni di barriera all'ossigeno.
Barriera alta Borse asettiche con EVOH di Ruijin Xinchen
Ruijin Xinchen Technology Co., Ltd. produce sacchetti asettici e imballaggi bag-in-box utilizzando strutture di film a barriera standard, ad alta barriera e ad altissima barriera che incorporano PET metallizzato, composito EVOH, laminato di foglio di alluminio puro e combinazioni di film in PE. Linea di produzione in un'unica fase che copre lo stampaggio di valvole, il soffiaggio di film, la laminazione e la produzione di sacchetti in una struttura nazionale High-Tech Enterprise certificata QS a Ruijin, Jiangxi, Cina. Intervallo di capacità da 1 litro a 220 litri per applicazioni alimentari, bevande, latticini, olio commestibile e liquidi speciali.
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