Verpakkingsindustrie sleutelt voortdurend aan eigenschappen papier en karton

Verbetering barrière-eigenschappen is en blijft een punt van aandacht

Papier en karton worden in de voedingsindustrie veelvuldig gebruikt als primaire verpakking, dit vanwege hun functionele veelzijdigheid en duurzaamheid. Nadelen zijn er natuurlijk ook, maar dat worden er door elkaar snel opvolgende innovaties steeds minder. Goed dus om de bijbehorende verpakkingsmachines gelijke tred te laten houden met innovaties en ontwikkelingen op dat gebied, en die staan door de inspanningen van fabrikanten bepaald niet stil: zowel de kwaliteit als de eigenschappen van papieren en karton zijn voortdurend onderwerp van onderzoek.

Eigenschappen

Het verpakken van voedingsproducten stelt specifieke eisen aan hygiëne, kwaliteit en houdbaarheid, en ook in marketingtechnisch opzicht dient verpakkingsmateriaal over diverse eigenschappen te beschikken. Papier en karton worden tegenwoordig gebruikt voor primaire verpakkingen van voedingsmiddelen, dit vanwege hun functionele veelzijdigheid en duurzaamheid (mits voorzien van een FSC-keurmerk).

Ze bevatten normaal gesproken geen schadelijke verbindingen die (kunnen) diffunderen naar het voedsel en zijn flexibel en vormbaar. Zowel papier als karton kunnen eenvoudig worden bedrukt met (voedselveilige) inkt, essentieel als het gaat om merkherkenning, etikettering en informatievoorziening.

Bovendien laat hun poreuze structuur gasuitwisseling toe wat van belang is voor applicaties die moeten ‘ademen’, bijvoorbeeld bloem en haver, en voor het tegengaan van condensatie en schimmelgroei bij vers verpakte producten. Kartonnen verpakkingen bieden van nature onvoldoende bescherming tegen water, vet en gassen. Veelal wordt hiervoor gecompenseerd door middel van een coating of laminering die geschikt is voor voedselcontact. Daarover later meer.

Gebruiksvoordelen

Papier en karton kunnen worden gemaakt van gecertificeerde houtpulp – een hernieuwbare bron – en het recyclen hiervan is vaak aanmerkelijk eenvoudiger dan dat van een mengsel van plastic afvalverpakkingen die meestal ook nog eens zijn gemaakt van fossiele brandstoffen. Wel is de gecoate en gelamineerde variant moeilijker recycleerbaar dan de onbehandelde variant (zie kader) en vergt deze specifieke materiaalkeuzes. Beide materialen zijn, zeker in vergelijking met glas en metaal, licht in gewicht wat gunstig is voor zowel de transportkosten als het milieu. Daar komt nog bij dat papier en karton biologisch afbreekbaar zijn, waardoor ze in een relatief korte tijd en zonder schadelijke residuen 'opgaan' in het milieu.

Gebruiksnadelen

Papier en karton zijn gevoelig voor contaminatie met micro-organismen, terwijl opgebrachte inkten en lijmstoffen kunnen migreren richting het product. Papier kan gemakkelijk scheuren en kreuken. Het vormt een beperkte barrière tegen zuurstof en licht, wat van invloed kan zijn op de versheid en/of de productsmaak.

Onder invloed van de sterilisatie en pasteurisatie – bij sommige verpakte producten een vereiste – vermindert de mechanische sterkte en dimensiestabiliteit (vervorming, kromtrekken en krimp). Verder is karton in tegenstelling tot glas of (stevig) plastic vaak niet als primaire verpakking herbruikbaar, en wordt het gerecycled of gaat het deel uitmaken van het cascade-proces voor hergebruik (circulaire economie). Verder is karton zwaarder en vergt meer opslagcapaciteit dan de plastic alternatieven.

Recycling
De aandacht voor recycling groeit: bij de productie verschuift het accent naar gemakkelijk(er) te recyclen verpakkingen, terwijl de toegenomen consumentenparticipatie het op de juiste wijze scheiden van verpakkingen mogelijk maakt. Het recyclen van voedselverpakkingen kent echter een aantal specifieke problemen:
- voedselresten maken het proces minder effectief wat kan leiden tot kwaliteitsverlies van het gerecyclede materiaal;
- bij meerlaagse of multilayer-verpakkingen zijn de lagen moeilijk te scheiden en daardoor moeilijk(er) recyclebaar: de papiervezel is doorgaans nog wel terug te winnen, de kunststoffractie niet.

Vorig jaar is een geharmoniseerde Europese richtlijn verschenen die aangeeft waaraan papierverpakking dienen te voldoen om in de recyclageketen te worden opgenomen. Laboratoriumonderzoek moet uitwijzen in hoeverre papier- en kartonproducten met de beschikbare technologie recycleerbaar zijn.

Breed toepasbaar

Op basis van de beschreven eigenschappen valt te begrijpen dat papier en karton in de voedingsmiddelenindustrie breed worden toegepast.

Veelgebruikte papiersoorten

• kraftpapier is een sterke, als enige ongecoate papiersoort die wordt bereid volgens het zogeheten kraftproces voor het pulpen van hout. Er is een gebleekte en een ongebleekte, milieuvriendelijke variant; beide worden veelvuldig gebruikt voor zakken en wikkels;
• vormpulp of vormvezel (molded pulp) wordt doorgaans gemaakt van gerecycleerde houtvezels, maar steeds vaker ook van alternatieve landbouwvezels, bijvoorbeeld bagasse dat ontstaat bij de productie van suiker uit suikerriet. Het wordt onder meer gebruikt voor bakjes, beschermende verpakkingen en drankdragers;
• multilayer papier bestaat uit een mix van papier en bijvoorbeeld aluminium of kunststof. Het wordt gebruikt voor verpakkingen waarbij barrière-eigenschappen nodig zijn, bijvoorbeeld om vocht en/of zuurstof te weren;
• geïmpregneerd en/of gecoat papier is bedekt met een deklaag die de holten tussen de vezels opvult en/of een volledig afdekkende laag op het papierblad vormt teneinde de doorlaatbaarheid te verminderen;
• gewaxt papier is bedekt met een dunne waslaag waardoor het bestand is tegen vocht en vet; om die reden wordt het vaak gebruikt voor het verpakken van sandwiches en kaas;
• pergamijn- of perkamentpapier (parchment paper/tracing paper) is doorzichtig, glad en ideaal voor het verpakken van droge voedingsmiddelen waaronder snoep en noten. Het beschikt over een licht vettige laag die een zekere mate van vetbestendigheid biedt;
• vetvrij papier (baking parchment/greaseproof paper), ideaal voor het verpakken van vetrijke voedingsmiddelen zoals gebak, boter, en kaas: de opgebrachte vetafstotende laag voorkomt dat olie of vet door het papier sijpelt.

Veel gebruikte kartonsoorten

• solid bleached sulfate (sbs) karton wordt gemaakt van zuivere houtvezels, gebleekt en voorzien van een gladde, witte afwerking. Het wordt onder meer gebruikt voor het verpakken van zuivelproducten, sappen en luxe voedingsmiddelen;
• unbleached kraft (ubk) karton, gemaakt van ongebleekte houtvezels en daardoor bruin van kleur, wordt gebruikt voor het verpakken van biologische en milieuvriendelijke producten en droge voedingsmiddelen;
• coated unbleached kraft (cuk) is ongebleekt kraftkarton met een coating voor betere printbaarheid en bescherming tegen vocht, en daardoor onder meer geschikt voor droge voedingsmiddelen als granen en rijst;
• folding boxboard (fbb), gelaagd karton bestaande uit meerdere lagen pulp, doorgaans voorzien van een witte toplaag. Hierin worden onder meer droge voedingsmiddelen, chocolade, thee, en cosmetica verpakt;
• corrugated board (golfkarton), bestaande uit een gegolfde binnenlaag tussen twee gladde buitenlagen, is leverbaar als enkel-, dubbel- en triplex golfkarton. Het is schokbestendig en daardoor geschikt voor het verpakken van breekbare en zware producten als flessen;
• liquid packaging board (lpb) is veelal voorzien van een polyethyleencoating en vaak ook van een aluminiumlaag in het midden. Is speciaal ontworpen voor vloeistoffen als melk, sap en wijn;
• greaseproof board is karton met vetafstotende eigenschappen dat om die reden wordt gebruikt voor het verpakken van onder meer gebak, boter, en fastfood.

 

Prijsverhouding
De prijs van verpakkingsmateriaal wordt onder meer beïnvloed door de grondstofprijzen, de productie-, energie- en transportkosten en door marktgerelateerde aspecten als concurrentie en vraag en aanbod.

Papier en karton versus plastic
Qua grondstoffen en productie zijn papier en karton vaak goedkoper dan plastic, vooral wanneer gerecycled materiaal wordt gebruikt. Bij massaproductie kan plastic echter kostenefficiënter zijn.

Papier en karton versus glas
Papier en karton zijn doorgaans aanzienlijk goedkoper dan glas, zowel qua productie als bij het transport. Glas biedt echter superieure barrière-eigenschappen en is beter geschikt voor langdurige opslag van voedsel en dranken.

Het is daarbij zaak onderscheid te (blijven) maken tussen de prijs per kilo en de prijs per verpakkingsitem.

Coatingtechnologie

Door de verpakkingsindustrie wordt voortdurend gesleuteld aan de kwaliteit en de eigenschappen van papier en karton om deze geschikt(er) te maken als primaire verpakking. Dit is nodig omdat de barrière-eigenschappen voor water, vocht, vet, olie, zuurstof en aroma’s (vaak nog te) beperkt zijn. De verbeteringen zijn vooral terug te voeren op de (op)komst van innovatieve coatings die de barrière-eigenschappen verbeteren, beschikken over antimicrobiële eigenschappen en composteer- en/of recyclebaar zijn.

ALD-technologie

ALD staat voor Atomic Layer Deposition, een geavanceerde coatingtechniek waarmee ultradunne, gelijkmatige lagen van metaaloxiden, bijvoorbeeld Al₂O₃, worden opgebracht. Zonder de noodzaak van extra materiaalgebruik – coatings/films − ontstaat aldus een effectieve barrière tegen zuurstof, vocht en vet, zonder dat dit ten koste gaat van de recycleerbaarheid.

Biogebaseerde coatings

Hierbij gaat het om duurzame alternatieven voor traditionele, vaak fossielgebaseerde coatings. Ze worden gemaakt van hernieuwbare grondstoffen waaronder zetmeel, cellulose, eiwitten, natuurlijke wassen, en van biopolymeren als polymelkzuur (PLA) en polyhydroxyalkanoaten (PHA). Ze maken papieren/kartonnen verpakkingen al naargelang vet-, water- of zuurstofafstotend, doorgaans zonder daarbij de recyclebaarheid of composteerbaarheid noemenswaardig te beïnvloeden.

Nanotech- en mineraalversterkte coatings

Deze verbeteren de barrière-eigenschappen ten aanzien van water, vet, gas en geur door de aanwezigheid nanodeeltjes, bijvoorbeeld nanoklei, of dankzij minerale vulstoffen, bijvoorbeeld siliciumdioxide of calciumcarbonaat. Deze deeltjes creëren een zogeheten tortueus pad, een kronkelig, niet-lineair diffusiepad dat gas- of vochtmoleculen moeten volgen om door een coating of barrièrelaag heen kunnen te dringen.

Plasmatechnologie

In dit geval wordt een geactiveerd gas (plasma) gebruikt om het oppervlak te modificeren dan wel functionaliseren. De verpakking wordt hierdoor minder zwaar en blijft beter recyclebaar. Omdat het een droge en energiezuinige methode is, draagt deze bij aan de duurzaamheid, zonder dat dit ten koste gaat van de recycleerbaarheid.

PVOH-coatings

Dit zijn coatings op basis van polyvinylalcohol – ontstaan door een gedeeltelijke of volledige hydrolyse van polyvinylacetaat (PVA) − een synthetisch, maar biologisch afbreekbaar polymeer. Ze hebben uitstekende barrière-eigenschappen ten aanzien van zuurstof, geuren en oliën, en zijn onder de juiste omstandigheden goed biologisch afbreekbaar in waterige milieus.

De rol van papier en karton als verpakkingsmateriaal voor voedingsmiddelen is voorlopig nog niet uitgespeeld

Verder maken steeds veiliger (biogebaseerde) inkten en kleurstoffen geavanceerdere printtechnieken mogelijk waarmee verpakkingen kunnen worden voorzien van complexe ontwerpen en merkuitingen. De vraag of er in de toekomst nog steeds een rol zal zijn weggelegd voor papieren en kartonnen verpakkingen kan derhalve volmondig met 'ja' worden beantwoord.

Met medewerking van Best-Matic, Pack4Food en Sirris