EVOH – kopolymér etylénu a vinylalkoholu – je jedným z najdôležitejších bariérových materiálov v moderných flexibilných obaloch potravín. Typicky sa nepoužíva ako samostatná fólia, ale ako funkčná bariérová vrstva vo viacvrstvovej fóliovej štruktúre, kde jej výnimočná schopnosť blokovať prenos kyslíka určuje životnosť obalov pre potravinárske výrobky citlivé na kyslík. Pochopenie toho, čo EVOH robí, ako funguje a kde sú jeho obmedzenia, je užitočné pre výrobcov potravín, nákupcov obalov a každého, kto špecifikuje aseptické vrecúška alebo obaly typu bag-in-box pre tekuté produkty.
Čo je EVOH?
EVOH je termoplastický polymér vyrobený saponifikáciou (chemickou konverziou) kopolyméru etylénu a vinylacetátu. Výsledný materiál kombinuje etylénovú zložku, ktorá poskytuje spracovateľnosť a odolnosť proti vlhkosti, s vinylalkoholovou zložkou, ktorá poskytuje výnimočné vlastnosti kyslíkovej bariéry. Pomer etylénu k vinylalkoholu v kopolyméri – vyjadrený ako molárne percento etylénu – ovplyvňuje rovnováhu medzi výkonom kyslíkovej bariéry a citlivosťou na vlhkosť: nižší obsah etylénu poskytuje lepšiu kyslíkovú bariéru, ale vyššiu citlivosť na vlhkosť; vyšší obsah etylénu znižuje citlivosť na vlhkosť a zároveň mierne znižuje výkon bariéry.
Komerčné druhy EVOH používané na balenie potravín majú zvyčajne obsah etylénu 27 až 44 molárnych percent, pričom špecifická trieda sa volí na základe požiadaviek na spracovanie a rovnováhy medzi bariérou a odolnosťou proti vlhkosti potrebnej pre danú aplikáciu.
Prečo je výkon kyslíkovej bariéry EVOH dôležitý
Kyslík je hlavnou príčinou zhoršenia kvality väčšiny balených tekutých potravín. V ovocných šťavách a koncentrátoch kyslík reaguje s kyselinou askorbovou (vitamín C), antokyánmi (farebné pigmenty) a prchavými aromatickými zlúčeninami – spôsobuje hnednutie, stratu vitamínov a degradáciu chuti. Vo víne kyslík poháňa oxidáciu fenolových zlúčenín a prchavých esterov, čo spôsobuje stratu čerstvého ovocného charakteru a rozvoj pachutí. V jedlých olejoch kyslík spúšťa oxidáciu lipidov – žltnutie. V mliečnych výrobkoch kyslík prispieva k rozvoju pachutí a degradácii vitamínov.
Rýchlosť, ktorou sa kyslík dostane k produktu v zapečatenom obale, sa meria pomocou rýchlosti prenosu kyslíka (OTR) obalového materiálu – množstva kyslíka, ktoré prejde definovanou oblasťou materiálu za deň za štaardizovaných podmienok. Nižšia OTR znamená lepšiu kyslíkovú bariéru a dlhšiu trvanlivosť produktu.
Výkon kyslíkovej bariéry EVOH je dramaticky lepší ako štandardné obalové polyméry:
| Materiál | OTR (cc/m²/deň pri 23 °C, 0 % relatívnej vlhkosti) | Relatívna úroveň bariéry |
|---|---|---|
| LDPE (štandardná PE fólia) | ~7 000 – 11 000 | Slabá bariéra |
| PET | ~50 – 100 | Stredná bariéra |
| Nylon (PA6) | ~30 – 60 | Stredná bariéra |
| EVOH (32 % mol. etylénu) | ~0,1 – 0,5 | Vynikajúca bariéra (v suchých podmienkach) |
| Hliníková fólia (9 mikrónov) | ~0,001 – 0,01 | Ultra vysoká bariéra (približujúca sa k nule) |
EVOH za sucha poskytuje kyslíkovú bariéru približne 100 až 10 000-krát lepšie ako štandardná PE fólia. To znamená, že obal obsahujúci vrstvu EVOH môže udržiavať prostredie s nedostatkom kyslíka vo vnútri zapečateného obalu niekoľko mesiacov, čím chráni produkt pred oxidačným znehodnotením počas zamýšľanej skladovateľnosti.
Kritické obmedzenie EVOH: Citlivosť na vlhkosť
Vynikajúci výkon kyslíkovej bariéry EVOH v suchých podmienkach výrazne klesá so zvyšujúcou sa vlhkosťou. Vinylalkoholové skupiny v EVOH, ktoré poskytujú bariérový výkon, sú hydrofilné – absorbujú vodu z okolitého prostredia. Keď vrstva EVOH absorbuje vlhkosť, narúša sa jej kryštalická štruktúra a zvyšuje sa priepustnosť kyslíka. Pri vysokej relatívnej vlhkosti (80–100 % RH) sa môže výkon kyslíkovej bariéry EVOH znížiť o faktor 10 až 100 v porovnaní so suchými podmienkami, v závislosti od konkrétnej kvality.
Táto citlivosť na vlhkosť je dôvodom, prečo sa EVOH zriedka používa ako povrchová vrstva pri balení potravín. Musí byť umiestnená ako stredná vrstva vo viacvrstvovej fóliovej konštrukcii, chránená na oboch stranách polymérnymi vrstvami odolnými voči vlhkosti. Vonkajšie a vnútorné vrstvy PE, PP alebo PET pôsobia ako bariéry proti vlhkosti, ktoré chránia EVOH pred vlhkosťou prostredia a pred vlhkosťou v samotnom produkte, pričom udržiavajú vrstvu EVOH v stave s nízkou vlhkosťou, kde je jej kyslíková bariéra maximalizovaná.
Typická viacvrstvová fóliová štruktúra obsahujúca EVOH pre aseptické balenie potravín je: PE/lepidlo/EVOH/lepidlo/PE. Vrstvy PE poskytujú ochranu proti vlhkosti pre strednú vrstvu EVOH, tepelnú tesnosť (vnútorný PE) a štrukturálnu integritu. EVOH poskytuje kyslíkovú bariéru. Adhézne spojovacie vrstvy spájajú nekompatibilné PE a EVOH vrstvy dohromady s dostatočnou medzivrstvovou priľnavosťou, aby sa zabránilo delaminácii počas spracovania a používania.
EVOH vs hliníková fólia v aseptickej konštrukcii vrecka
V prípade aseptických vreciek a balení typu bag-in-box zahŕňa výber medzi viacvrstvovým filmom obsahujúcim EVOH a laminátom z hliníkovej fólie kompromis medzi bariérovým výkonom, transparentnosťou a cenou:
Laminát z hliníkovej fólie
Hliníková fólia s hrúbkou 9 mikrónov poskytuje v podstate nulový OTR a nulovú priepustnosť svetla – najvyšší dostupný výkon bariéry. Je nepriepustný pre kyslík a svetlo, čo z neho robí štandard pre najnáročnejšie aplikácie so skladovateľnosťou: džúsové koncentráty, paradajkové produkty a iné potravinárske produkty vysoko citlivé na kyslík vyžadujúce 12 až 24-mesačnú skladovateľnosť. Nevýhodou je, že hliníková fólia robí vrecko nepriehľadným (produkt cez obal nie je vidieť), zvyšuje hmotnosť a náklady na materiál v porovnaní s konštrukciami len s fóliou a vytvára problémy s recykláciou.
Metalizovaný PET (aluminium-Plated PET)
Metalizovaný PET využíva veľmi tenkú hliníkovú vrstvu (približne 0,02 – 0,05 mikrónu) naparenú na povrchu PET filmu. Poskytuje vysoký bariérový výkon výrazne lepší ako štandardný PE alebo PET, hoci sa nepribližuje takmer nulovej OTR hrubej hliníkovej fólie. Metalizovaný PET je ľahší, cenovo výhodnejší a flexibilnejší ako fóliový laminát, vďaka čomu je vhodný pre vysokobariérové aseptické vaky, kde sa nevyžaduje absolútna nula OTR. Je nepriehľadný (hliníková vrstva blokuje svetlo), ale poskytuje dobrú bariéru pre širokú škálu aplikácií na balenie potravín.
Kompozitný film EVOH
EVOH vo viacvrstvovej štruktúre PE/EVOH/PE alebo PET/EVOH/PE poskytuje vynikajúcu kyslíkovú bariéru pri nižších materiálových nákladoch ako konštrukcie na báze hliníka a – čo je najdôležitejšie – zachováva priehľadnosť fólie, ak sú vonkajšie vrstvy číre. Pre aplikácie, kde sa cení viditeľnosť produktu (spotrebiteľské obaly, kde je transparentnosť predajným bodom, určité aplikácie džúsov a nápojov), EVOH kompozitné fólie umožňujú číre alebo priesvitné balenie s vysokou bariérou proti kyslíku. Kompromisom je, že EVOH neposkytuje žiadnu svetelnú bariéru – produkty citlivé na svetlo stále vyžadujú nepriehľadnú vonkajšiu vrstvu alebo sekundárny obal na ochranu pred svetlom.
Kombinovaný metalizovaný EVOH kompozit
Najvýkonnejšie filmové konštrukcie pre aseptické vaky kombinujú metalizovaný PET alebo EVOH s ďalšími bariérovými vrstvami – poskytujúce kyslíkovú bariéru aj svetelnú bariéru v štruktúre ľahšej ako pevná fóliová laminátová. Ide o „ultra-vysoko bariérové“ konštrukcie používané pri výrobkoch s najnáročnejšími požiadavkami na trvanlivosť a kde absolútna nula OTR hrubej fólie nie je dosiahnuteľná s fóliovými alternatívami. Aseptické vaky Ruijin Xinchen s vysokou a ultravysokou bariérou využívajú tieto kombinované materiálové konštrukcie.
EVOH v aseptických vreciach: Príklady použitia
Viacvrstvové fólie na báze EVOH sa používajú v celom rade tekutých potravinárskych výrobkov balených v aseptických vreciach:
- Koncentráty ovocných štiav a zeleninových štiav: Ochrana vitamínu C a antokyanov vyžaduje vysokú kyslíkovú bariéru. EVOH kompozitné alebo hliníkové fóliové laminátové vrecká si zachovávajú kvalitu koncentrátu šťavy po dobu 12 mesiacov pri teplote okolia.
- Balenie vína (formát BIB): Vysokobariérové EVOH alebo metalizované PET vrecúška na bag-in-box víno zachovávajú sviežosť vína pred otvorením (ochrana pred oxidáciou skladu) aj po otvorení (obmedzenie oxidácie spôsobenej permeáciou počas 4 až 6 týždňov výdaja).
- Mliečne výrobky (spracované UHT): Aseptické vrecká na UHT mlieko, smotanu a tekuté mliečne výrobky používajú kompozitné fólie EVOH, ktoré poskytujú kyslíkovú bariéru bez nepriehľadnosti fólie, čo umožňuje viditeľnosť produktu v niektorých formátoch orientovaných na spotrebiteľov.
- Jedlý olej: Oxidácia oleja (žltnutie) je poháňaná kyslíkom a urýchľovaná svetlom. Aseptické vrecká s vysokou bariérou na jedlý olej používajú nepriehľadné štruktúry – metalizované PET/EVOH kompozity alebo hliníkové fóliové lamináty – ktoré riešia prenos kyslíka aj svetla.
- Bylinné extrakty a prísady do potravín: Vysokohodnotné tekuté prísady vyžadujúce dlhú skladovateľnosť pri okolitom prostredí bez chladiaceho reťazca používajú aseptické vaky s ultra vysokou bariérou, kde je cena bariérovej fólie odôvodnená hodnotou produktu a požiadavkou na skladovateľnosť.
Často kladené otázky
Sú potraviny EVOH bezpečné?
EVOH je schválený pre aplikácie prichádzajúce do kontaktu s potravinami na všetkých hlavných regulačných trhoch. V USA je EVOH uvedený pod FDA 21 CFR 177.1360 ako nepriama prídavná látka do potravín na použitie vo výrobkoch prichádzajúcich do styku s potravinami. V EÚ je EVOH zaradený do pozitívneho zoznamu monomérov podľa nariadenia (EÚ) 10/2011 o plastových materiáloch a predmetoch určených na styk s potravinami. EVOH produkuje minimálnu migráciu do potravín – polymér je vysoko stabilný za normálnych podmienok kontaktu s potravinami – a nepredstavuje žiadne obavy o bezpečnosť potravín, ak sa používa v rámci parametrov špecifikovaných v platných predpisoch pre styk s potravinami.
Dá sa EVOH fólia recyklovať?
Viacvrstvové fólie obsahujúce EVOH sa vo všeobecnosti nedajú recyklovať prostredníctvom štandardných jednomateriálových recyklačných tokov plastov, pretože rôzne polymérne vrstvy sa nedajú ľahko oddeliť. Toto je uznávané obmedzenie viacvrstvových bariérových fólií a aktívna oblasť vývoja v obalovom priemysle. Monomateriálové bariérové fólie – dosahujúce adekvátny výkon kyslíkovej bariéry z jednej kompatibilnej rodiny polymérov (všetko PE alebo celo-PP štruktúry zahŕňajúce modifikované bariérové vrstvy) – sa vyvíjajú ako recyklovateľné alternatívy k EVOH viacvrstvovým fóliám, aj keď sa ešte nezhodujú s bariérovým výkonom EVOH pre náročné aplikácie. Pre vysokohodnotné potravinárske výrobky, kde sa vyžaduje EVOH bariérová účinnosť, aby sa zabránilo znehodnoteniu, environmentálna rovnováha predchádzania potravinovému odpadu (ktorá má oveľa väčší vplyv na životné prostredie ako samotné balenie) zvyčajne uprednostňuje EVOH bariérovú fóliu pred recyklovateľnými alternatívami s nižšou bariérou, ktoré umožňujú znehodnotenie produktu.
Aký je rozdiel medzi EVOH a PVDC (Saran) ako kyslíkovými bariérami?
Obaja EVOH and PVDC (polyvinylidénchlorid) sú vysokovýkonné kyslíkové bariérové materiály používané pri balení potravín. EVOH poskytuje lepšiu bariéru proti kyslíku ako PVDC v suchých podmienkach, je prijateľnejší pre životné prostredie (PVDC obsahuje chlór a vytvára regulačné výzvy pre likvidáciu spaľovaním) a vo všeobecnosti sa uprednostňuje pri vývoji nových obalov. PVDC má nižšiu citlivosť na vlhkosť ako EVOH – jeho bariérový výkon je stabilnejší pri zvýšenej vlhkosti – čo mu dáva výhodu pri aplikáciách s vysokou vlhkosťou. V praxi EVOH s vhodnými PE vonkajšími vrstvami chrániacimi pred vlhkosťou vo veľkej miere nahradil PVDC v aseptických aplikáciách balenia potravín.
Does the thickness of the EVOH layer affect barrier performance?
áno. Hrúbka EVOH vrstvy vo viacvrstvovej štruktúre filmu priamo ovplyvňuje OTR - hrubšie vrstvy EVOH poskytujú lepšiu kyslíkovú bariéru. Avšak nad určitým prahom hrúbky (zvyčajne 3 až 5 mikrónov v koextrudovanej štruktúre) sa prírastkové zlepšenie bariéry na ďalší mikrón EVOH znižuje a ďalšie faktory – konzistencia spracovania filmu, kvalita lepiacej vrstvy, celková hrúbka filmu – sa stávajú významnejšími. Väčšina koextrudovaných fólií na balenie potravín používa EVOH vrstvy s hrúbkou 3 až 8 mikrónov ako súčasť celkovej hrúbky fólie v rozsahu 70 až 200 mikrónov. Obsah EVOH predstavuje 2 až 10 % celkovej hrúbky filmu, ale je zodpovedný za väčšinu výkonu kyslíkovej bariéry.
Vysoká bariéra Aseptické vrecká s EVOH od Ruijin Xinchen
Ruijin Xinchen Technology Co., Ltd. vyrába aseptické vaky a obaly typu bag-in-box s použitím štandardných bariérových, vysoko bariérových a ultra vysoko bariérových fóliových konštrukcií obsahujúcich metalizovaný PET, EVOH kompozit, laminát z čistej hliníkovej fólie a PE fólie. Jednokroková výrobná linka pokrývajúca lisovanie ventilov, vyfukovanie fólií, laminovanie a výrobu vriec v závode National High-Tech Enterprise s certifikáciou QS v Ruijin, Jiangxi, Čína. Rozsah kapacity 1 l až 220 l pre aplikácie v potravinách, nápojoch, mliečnych výrobkoch, jedlých olejoch a špeciálnych tekutinách.
Kontaktujte nás, aby ste prediskutovali požiadavky na špecifikáciu bariéry pre váš produkt, vyžiadali si údaje OTR filmu a získali vzorky a ceny.
Súvisiace produkty: Aseptické vrecká | Bag-in-Box (vysoká bariéra, hliníkom potiahnutý EVOH kompozit) | Uzávery ventilov a výtokov
