FLANDERS' FOOD RADAR

Kleine deeltjes met grote invloed op barrière verpakkingsmaterialen

Het toevoegen van nanodeeltjes in verpakkingsmaterialen kan de barrière-eigenschappen verhogen, op voorwaarde dat er rekening gehouden wordt met verschillende factoren, waarvan de dispersiegraad een zeer belangrijke is.

Een recent overzichtsartikel beschrijft de mogelijkheden die nanodeeltjes bieden naar het verhogen van barrière-eigenschappen van monolaagmaterialen. Zogenaamde polymeer-nanocomposieten (PNC’s) worden geproduceerd door dispersie van inerte nanodeeltjes doorheen een polymeermatrix (vb. PP of PET). Uit het overzicht blijkt dat voornamelijk nanokleideeltjes zeer interessant zijn omwille van hun relatief lage kost, hoge stabiliteit en een hoge oppervlaktedichtheid. In het geval van montmorilloniet deeltjes, die toegepast worden als dunne kleiplaatjes in een materiaal, kan dit oplopen tot 750m2/g. Bij een goede dispersie van deze materialen, wordt een doolhof gecreëerd voor gas- en watermoleculen, waardoor deze meer tijd nodig hebben om doorheen het polymeer te diffunderen. Daarenboven kan het toevoegen van nanokleideeltjes wijzigingen aanbrengen aan de polymeermatrix zelf, met mogelijke wijzigingen in de dichtheid van het polymeer dat een gunstige invloed kan hebben op de gas- en waterbarrière. 

Bij de toepassing van nanokleideeltjes dient er veel aandacht besteed te worden aan het vermijden van samenklitten van deze deeltjes, waardoor de dispersiegraad en dus ook de barrière-eigenschappen zouden afnemen. Een mogelijke techniek bestaat erin om het polaire klei-oppervlak te functionaliseren met componenten, die een apolair stuk bevatten, waardoor de compatibiliteit met apolaire polymeren zoals PE of PP verbetert. Hierdoor zullen deze gefunctionaliseerde kleideeltjes minder de neiging hebben om samen te klitten en zich meer verspreiden in de polymeermatrix. Een andere techniek produceert materialen die bestaan uit opeenvolgende tweelaagsstructuren, waarbij elke tweelaagsstructuur (‘bilayer’) opgebouwd is uit een laag nanokleiplaatjes en een laag polymeer. Deze materialen kunnen tot 70 ‘bilayers’ of meer opgebouwd zijn, resulterend in extreem hoge gasbarrières (< 0,002 mlO2/m2.d.atm; geen gegevens bekend omtrent meetcondities).

De mogelijkheden van nanodeeltjes in verpakkingsmaterialen zullen in het kader van het IWT-VIS-traject “Duurzame en functionele verpakkingen” binnen Pack4Food onderzocht worden, onder andere  bij het deelproject rond optimaliseren van sealprocessen. Dit deelproject start op 1 oktober 2011 in samenwerking met verschillende onderzoeksgroepen, verbonden aan UGent en KULeuven alsook het Belgisch Verpakkinginstituut (BVI) en het Verpakkingscentrum. Meer informatie vindt u hier

In het algemeen heeft nanotechnologie betrekking op de karakterisatie, productie en/of manipulatie van structuren, toestellen of materialen die minstens één dimensie bevatten met afmetingen rond
1 – 100 nanometer (nm). Naast het verhogen van barrière-eigenschappen wordt binnen de verpakkingstechnologie onder andere onderzoek verricht op antimicrobiële eigenschappen en op integratie van nanodeeltjes in sensortoepassingen. Door de kleine aard van deze deeltjes zijn er tenslotte op regelgevend vlak initiatieven om de ontwikkeling, gebruik en verwerking hiervan beter te beschrijven. Zo werd op de EFSA website een gids gepubliceerd naar risicobeoordeling van nanotechnologie voor voedingstoepassingen.

Bron

Duncan, T.V. 2011. Applications of nanotechnology in food packaging and food safety: barrier materials, antimicrobials and sensors. Journal of Colloid and Interface Science, 363, 1-24.

Nuttige links