Минеральные наполнители: современный подход к экологичным упаковкам и пищевым контейнерам

В современном мире всё больше внимания уделяется защите окружающей среды, и одним из важных направлений стало снижение использования пластика. Важной альтернативой пластику стали упаковки и контейнеры из прессованного волокна (формованная упаковка). Но чтобы такие упаковки стали действительно конкурентными, необходимо решать множество технологических задач, включая повышение их прочности и устойчивости к воде и жирам. Одним из эффективных решений является использование минеральных наполнителей, таких как тальк, каолин и карбонат кальция.

Формованные упаковки — это изделия, созданные из прессованной бумаги и целлюлозы. Они не только экологичны, но и удобны в переработке. Рост популярности таких изделий связан с запретом на одноразовые пластиковые изделия и стремлением компаний использовать экологичные материалы. По прогнозам, мировой рынок формованной упаковки может достичь 5,89 миллиардов долларов к 2027 году, ежегодно увеличиваясь примерно на 5,3%.

Минеральные наполнители уже давно применяются в производстве бумаги и картона. Теперь они нашли своё применение и в формованной упаковке, где помогают улучшить качество и производительность. Основными наполнителями являются:

• Тальк – помогает улучшить дренаж воды, облегчает отлипание изделия от форм
• Каолин – улучшает оптические свойства (белизну и прозрачность) и барьерные характеристики
• Карбонат кальция – повышает яркость и снижает энергозатраты на сушку 

Практические примеры использования минеральных наполнителей

Пример 1: Термосформованные чашки из багассы

Багасса — это волокно, остающееся после переработки сахарного тростника. Одной из её проблем является склонность прилипать к формам из-за содержания сахаров. Испытания, проведённые на заводе компании Kiefel в Германии, показали, что добавление талька (около 2%) значительно облегчило процесс отлипания изделий от формы и увеличило содержание сухого вещества после прессования на 2–4% (см. рис. 1).

Рисунок 1. Преимущества талька, который облегчает извлечение изделия из формы

Пример 2: Исследование Университета штата Мэн

Лабораторные исследования показали, что добавление наполнителей сокращает время удаления воды из волокнистой массы (см. рис. 2). При добавлении каолина повысилась яркость изделий, а также улучшились их барьерные свойства к жирам и маслам (см. рис. 3 и 4). Это особенно важно для упаковок, контактирующих с пищей.

Рисунок 2. Измерение времени впитывания (GCC: измельченный карбонат кальция).

Рисунок 3. Измерения яркости ISO

Рисунок 4. Эффективность барьера измеряется степенью впитывания и окрашивания.

Пример 3: Производство пищевых лотков в Бельгии

На производстве в Бельгии была испытана технология добавления талька и каолина при изготовлении пищевых лотков. Добавление этих минералов улучшило сухость изделий после прессования (до 2,1%) и значительно повысило их оптические характеристики, включая непрозрачность (см. рис. 5 и 6). Минералы равномерно распределялись по всей толщине изделия (см. рис. 7), а незначительное снижение прочности оказалось некритичным для использования лотков (см. рис. 8 и 9).

Рисунок 5. Массовая доля твердых веществ в подносах для общественного питания, определенная после прессования.

Рисунок 6. Фотографии подносов с едой на фоне дневного света.

Рисунок 7. Поперечное сечение лотков и распределение наполнителя в поперечном сечении.

Рисунок 8. Результаты испытаний на сжатие.

Рисунок 9. Фотографии лотков для еды после испытания на сжатие.

Преимущества и перспективы

Использование минеральных наполнителей в формованной упаковке предоставляет несколько важных преимуществ:

• Экономия энергии и повышение производительности – благодаря улучшению процесса отвода воды и снижению времени сушки.
• Улучшение барьерных свойств – заменяют вещества, которые ранее использовались для защиты от воды и жиров.
• Улучшение внешнего вида и функциональных характеристик – увеличение яркости и непрозрачности изделий.

Исследования подтвердили, что минеральные наполнители могут стать важным инструментом для повышения конкурентоспособности формованной упаковки, обеспечивая её высокое качество и экологичность.

Таким образом, минеральные наполнители являются перспективным и эффективным решением для улучшения экологичных упаковок, помогая заменить одноразовый пластик и снизить нагрузку на окружающую среду.