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INNOVAZIONE E TRASFERIMENT O TECNOL OGICO

Nanocoatingd'avanguardia

Se state cercando un nanoma-teriale che lavori meglio dei filmbarriera comunemente utilizzati, acosti più contenuti, lo avete trova-to. È sul mercato da poco una na-no-barriera attualmente commer-cializzata come film già rivestito, ocome liquido per coating. Può esse-re applicata al packaging seguendogli attuali processi industriali, si-multaneamente alla fase di stampacon normali inchiostri. Tipicamente un packaging per ali-menti consiste di quattro layer dif-

È disponibile per le aziendeutilizzatrici di imballaggi unasoluzione basata sullenanotecnologie innovativaparticolarmente cost-effective,ecologica e sostenibile, e in gradodi conferire un notevole valoreaggiunto a qualsivoglia imballaggioche impieghi f i lm di BOPP, PET eNylon

Nanotechnologies infood packaging

The development of new technolo-gies and materials for food packa-ging, by exploring the capabilities of-fered by nanotechnologies, such as,carbon nanotubes, nanoparticlesand nano-structured surfaces, andby using different mechanisms toenhance interparticle contact for-mation are addressed by industriesand research centres of all theworld. It's recently available on themarket a very innovative, cost-effec-tive and environmentally friendlytechnology for the packaging in-dustry, adding value to standardpackaging films such as BOPP, PETand Nylon. The technology provides:a clear barrier coating that is simul-taneously high-barrier, low-cost,easy to apply and environmentallyfriendly; can be applied using exist-ing printing and/or coating equip-ment; allow converters to manufac-ture their own barrier films and tocapture the cost benefit and the va-lue added associated with these selfmanufactured films. Typically a pac-kage for a food might consist of fourlayers: plastic film; the ink used in la-belling and decorating the package;a barrier to keep oxygen from spoi-ling the food; and another layer offilm to promote heat sealing. Trans-parent food packages usually useone of two barriers, polyvinylidenechloride or ethylene vinyl alcohol,while other, opaque packages, suchas potato chip bags, use an extre-mely thin layer of aluminium. Bothpolyvinylidene chloride and alumi-nium cause environmental problemsin landfills. The chloride in polyvinyli-dene chloride combines with waterto form hydrochloric acid and alumi-nium doesn't degrade. The nanobarrier doesn't have those issues,and it performs better than the bar-riers that are in use today, at a lo-

ferenti: il film plastico, l'inchiostroutilizzato per l'etichettatura e ladecorazione del film, una barrieracontro l'ossigeno affinché l'alimentonon degradi, e un ultimo film per l'i-solamento termico. Nel caso in cuiil packaging alimentare sia traspa-rente, in genere si utilizzano una odue barriere ai gas differenti: incloruro di polivinilidene (PVDC) o

etilene vinil alcol (EVOH). Nel casoin cui sia opaco, le buste delle pa-tatine ne sono un esempio, è piùfacile che l'effetto barriera vengaconferito da una metallizzazione,generalmente di alluminio. Sia ilPVDC che l'alluminio hanno un im-patto ambientale non trascurabile,poiché il primo se combinato conacqua può risultare in un compo-

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Immagine 2: disposizionedelle lamelle divermiculite cosìcome sipresentano nelcoating

Immagine 1: disposizione delle lamelle all'interno del coatingsul substrato utilizzato come packaging

sto di acido idroclorico, mentre ilsecondo non è degradabile. Il nano-materiale messo a punto di recen-te ovvia a questi inconvenienti ed èapplicabile al prodotto come co-ating che simultaneamente forni-sce un effetto barriera elevato, abasso costo, di facile applicazionee ecologico; come additivo pereventuali inchiostri utilizzati nellafase di stampa e/o nei macchinariper il coating. Come funziona? L'effetto barrieradel film è ottenuto grazie ad unasospensione in resina di lamelle divermiculite di tipo vetroso con di-mensioni da 1 a 3 nm (di spessore).Le molecole di ossigeno che pene-trano nel materiale seguendo ilpercorso meno tortuoso per attra-versare il film, vengono ulterior-mente ostacolate dalle lamelle chesi disperdono in modo tale, dacreare un maggiore ostacolo allemolecole che vengono così notevol-mente rallentate. Il coating è unadispersione acquosa di lamelle divermiculite in PVOH. Le lamellehanno dimensioni da 1 a 3 nm(spessore) e tra i 10 e i 30 micron

in ampiezza, il che si traduce in unaspect ratio di circa 10.000:1 inmedia. Le lamelle disperse nella so-luzione sono in grado di creare unpercorso particolarmente tortuosoche ostacola il passaggio delle mo-lecole di gas, e ciò comporta un mi-gliore effetto barriera, (anche infilm molto sottili di 0.2-0.5 microna secco), un'eccellente resistenzadi adesione, trasparenza e flessibi-lità. Il coating è stato applicato uti-lizzando dei comuni processi distampa, con inchiostri e macchina-ri di rivestimento standard (i.e. ro-tocalco e presse flessografiche). Ilcoating è prodotto in un sistemaconsistente in due parti: un ma-sterbatch del carrier resinoso edegli additivi, e una soluzione ac-quosa densa di lamelle di vermicu-lite. Le due parti vengono miscela-te con cautela sotto determinatecondizioni ambientali giusto primadell'applicazione del coating. Il fattoche l'ossigeno ci impieghi un temposignificativamente lungo nel pene-trare la nano-barriera significa chei produttori di packaging possonoprodurre a costi più contenuti im-

wer cost. This nano barrier is soldas a coated film or as a liquid co-ating. It can be applied to food pac-kaging the same way, and at the sa-me time, that inks are. The barrierconsists of a resin in which plateletsof glass-like vermiculite one to threenanometres thick are suspended.Oxygen molecules trying to worktheir way through the barrier mustnavigate a maze of the impenetrableplatelets, forcing them to travel

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Film barriera cercasiCercasi un packaging commercialmente dis-ponibile, che sia flessibile, non laminato eche offra un effetto barriera all'ossigeno eall'umidità. Questo materiale deve resisterea processi ad alte temperature, ad altapressione e a processi a microonde. Deveessere leggero e capace di proteggere glialimenti anche fino a 3-5 anni. Come noto l'ingresso di ossigeno nell'imbal-laggio ossida gli alimenti che così perdonovalore nutritivo, qualità e degradano. L'in-gresso di acqua (sotto forma di vapore ocondensa) altera la idratazione specialmen-te dei cibi congelati. Il prodotto dovrebbeconsentire di essere lavorato in un singolostrato in modo da risultare più leggero, manel contempo resistente se soggetto a

pressioni elevate a irradiazione a microon-de. Sono stati fatti test con materiali per ilpackaging farmaceutico, migliorative manon soddisfacenti in termini di barriera aigas. Altri prodotti testati necessitano diun layer di alluminio per ottenere l'effettobarriera desiderato.I valori richiesti al prodotto sono: OxygenTransmission Rate: 0.06cc/m2 per 24 h a1atm; Water Vapour Transmission Rate:0.01gm/m2 per 24 h; Puncture Strength:2.5 kg in/out, 1.5 kg out/in; Seal Strength:>3 kg (2"x1" strip, 1.5 mm/sec, 75mm). Ilprodotto deve essere sigillabile a caldo, fles-sibile e resistente a torsioni, resistente adalte pressioni e approvato per il contattocon alimenti. Per informazioni: www.techitra.comA

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much farther than they must travelto penetrate a traditional barrier.The problem that had stymied in-dustry for many years, and that thistechnology has now solved, waskeeping the vermiculite particles sin-gularized and suspended in it. Na-nopackaing's proprietary resin ena-bles the vermiculite to stay floatingand singularized even after they'vebeen printed them onto a film. Thecoatings are aqueous dispersions ofvermiculite platelets in polyvinyl alco-hol (PVOH). The platelets are 1-3nanometers thick and 10-30 mi-crons in breadth, yielding an avera-ge aspect ratio (breadth-to-thick-ness) of ~10,000:1. The plateletsare maintained in singularized for-mat when dispersed into the PVOHresin and aligned in the plane of thecoating when deposited on a filmsubstrate, such as polyethylene te-rephthalate (PET). The dispersedplatelets create a tortuous path forgas molecules, enabling extraordi-narily high gas barrier in a very thinlayer (0.2 - 0.5 microns dry) with ex-cellent bond strength, clarity and fle-xibility. The proprietary formulation

piegando materiali più sottili, checomunque garantiscono miglioriprestazioni in termini di effettobarriera e mantengono gli alimentipiù freschi per un periodo tempora-le uguale a quello degli imballaggicomuni. Questa barriera ai gas fun-ziona anche in modalità in-out, ov-vero mantenendo all'interno gli aro-mi degli alimenti. Questo può risul-tare di notevole interesse per leaziende che producono erbe aroma-tiche, spezie, e che quindi necessi-tano che i loro prodotti conservinogli odori e i profumi il più a lungopossibile. Altrettanto i produttoridi alimenti che abbiano odori pocopiacevoli (ad esempio cibi per ani-mali domestici), necessitano chetali odori non si diffondano, e chenel contempo l'alimento resti fre-sco, aromatico e appetibile. Il co-sto è inferiore. In generale con que-sto nanocoating è possibile rispar-miare dal 10 al 50% rispetto ad unpackaging tradizionale, con effettiassolutamente confrontabili.

I nanocompositiI nanocompositi impiegati nel food

packaging sono rappresentati dauna nuova classe di materiali ca-ratterizzati da una matrice polime-rica in cui è dispersa una fase ul-trafine, generalmente dell'ordine dipochi nanometri e di natura inorga-nica (nano carica). Questa particolare composizioneorigina nel materiale proprietà uni-che in grado di offrire nuove oppor-tunità tecnologiche ed economiche.L'impiego di nanocariche, infatti,permette di migliorare notevolmen-te sia le proprietà meccaniche (au-mento del modulo tensile, della re-sistenza alla trazione e all'impatto)che le proprietà termiche (stabilitàtermica, resistenza alla combu-stione, temperatura di distorsione,stabilità dimensionale) mantenendoinalterate le proprietà ottiche deifilm plastici (buona trasparenza enitidezza). Inoltre, i vantaggi ri-guardano anche un miglioramentodelle proprietà superficiali e l'incre-mento della resistenza all'abrasio-ne e ai solventi. Il più importantevantaggio per l'imballaggio alimen-tare è costituito dall'aumentatabarriera ai gas, al vapor d'acqua, ai

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Seeking flexible packagingThechitra is seeking a commercially available, flexible, non-foil food-grade packaging that offers high oxygen and moi-sture barriers. The packaging must withstand high tempe-rature processing, high pressure processing, or microwa-ve processing. It should be light in weight, and able to pro-tect food for up to five years. In particular, we are lookingfor new non-foil, flexible food packaging technologies thathave adequate oxygen and water barrier properties tomaintain food's quality over a 3-5 year shelf life when sto-red at ambient temperatures. Oxygen ingress can result inoxidation of the food and loss of quality or nutrition. Wateringress can result in quality changes such as difficulty inrehydrating the freeze-dried foods. Currently the packagingused for this organization's rehydratable foods and natural-form foods does not have adequate oxygen and moisturebarrier properties to allow for even an 18-month shelf life.Current packaging used for the heat processed (retorted)

products is a multilaminate that includes a foil layer. As aconsequence, the material cannot be used for high-pres-sure processing and microwave sterilization, two emergingfood process technologies that promise to provide a hi-gher-quality product. The packaging material needs to beflexible enough to withstand vacuum packaging, but stillstrong enough to resist punctures by sharp pieces of driedfood (pasta, for example). The technology that would be ap-plicable to all these needs and a successful solution needsto achieve the following performances: Oxygen Transmis-sion Rate - 0.06cc/m2 per 24hrs at 1atm; Water VapourTransmission Rate -0.01gm/m2 per 24hrs; PunctureStrength - 2.5 kg in/out, 1.5 kg out/in; Seal Strength> 3kg (2"x1" strip, 1.5 mm/sec, 75mm). Furthermore thesolution should have resistance to puncture by dried food;to be heat sealable, retortable, microwavable, it can with-stand high pressure and to have FDA approval. For more informations: www.techitra.com

also improves the moisture-resist-ance of the PVOH resin. The keytechnical difference between thesecoatings and past attempts to usenanoclays for barrier enhancementis that in these coatings the clay pla-telets remain in singularized formatnot only when dispersed in the re-sin, but also during and after depo-sition. This achievement presentsthe tortuous path required for highgas barrier, while enabling the co-hesive strength necessary for multi-layered packaging film structures.The coatings are applied flexiblefilms using a variety of standardprinting and coating equipment (e.g.rotogravure and flexographic pres-ses). The nano coatings are manu-factured as a two-part system: amasterbatch of carrier resin and ad-ditives, and a water slurry of ver-miculite platelets. The two parts aremixed gently under ambient condi-tions just prior to applying the co-ating. The fact that oxygen takes si-gnificantly longer to penetrate nanobarrier means food packaging com-panies can use less of the barrierand produce less expensive packa-ges that keep food fresh for the sa-me amount of time as packageswith traditional barriers. Response to the product has beenoutstanding. In addition to keepingoxygen out of packages, nano bar-rier can be used to keep odors insi-de them. That has potential amongmakers of pleasant-smelling things,such as herbs and spices, that wanttheir products to retain as much oftheir aroma as possible, and ma-kers of not-so-pleasant-smellingthings, such as pet food, that don'twant their products' odors foulingthe environment around them. Pri-mary markets for these barrier ma-terials are food-packaging applica-tions for which protection of con-tents from oxygen is important forimproving shelf life. Additionally, the

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Techitra e il trasferimento tecnologicoNel campo della produzione e distribuzione di alimenti e bevande spes-so la ricetta, l'originalità del prodotto, la forza del brand e la shelf lifedel prodotto decretano il successo dell'entrata sui mercati nazionali einternazionali. Non sempre però dove c'è l'idea nuova c'è già anche latecnologia disponibile. Dunque come e dove approvvigionarsi di tecnolo-gie? "In Italia tanti dicono di occuparsi di trasferimento tecnologico masono pochi quelli che concretamente ricercano tecnologie per il mondoe le propongono alle aziende ed in questo possiamo con orgoglio affer-mare di essere gli unici broker di tecnologie presenti sul mercato ita-liano" afferma Bruno Garavelli Technology Manager in Techitra l'aziendaitaliana nata dall'esperienza di professionisti provenienti da settori dif-ferenti ma con l'obiettivo comune di dare una risposta valida e concre-ta alle richieste di tecnologie innovative delle aziende. "Il nostro teamcomposto da esperti e professionisti provenienti da diverse realtà in-dustriali e scientifiche, è in costante contatto con i più innovativi cen-tri di ricerca mondiali ed è in grado di ricercare tecnologie spesso dav-vero uniche e dirompenti e di proporle sul mercato italiano con largoanticipo. Siamo un partner sia per la ricerca e sia per la vendita di tec-nologie e investiamo le nostre competenze e conoscenze per trovaretecnologie che riteniamo essere molto innovative e con forte vantaggiocompetitivo per le aziende che le vogliano utilizzare. Anche in questo cidifferenziamo, perché non vendiamo servizi di consulenza, che moltospesso non portano concretamente a nulla, ma proponiamo diretta-mente una tecnologia o un compratore". Sono molte le richieste e le offerte nel campo specifico degli imballag-gi di alimenti e bevande? "Quello del packaging è un settore piuttostovivace e innovativo. In particolare per quanto riguarda il mercato deglialimenti e delle bevande che è uno di quelli in continuo sviluppo e cheregge meglio il forte impatto della recente crisi economica". Per informazioni e contatti: www.techitra.com

Techitra and technology transferDue to the evolutional rapidity and a strong competitiveness of markets,innovation become a need, as well as a peculiar characteristic of everyindustrial environment, either productive or of services, either technolo-gically advanced or not. If innovation is the differentiating element forcompany to succeed, technology is of course the tool that enables tocreate new added value within its own entrepreneurial reality. Who cansupport enterprises and Institutions in seeking new technologies? "Ourteam was born in 2006 by the experience of professionals coming fromdifferent sectors, but with a common intent of giving a valid and concre-te response to innovative needs of markets" is the answer of Bruno Ga-ravelli technology manager in Techitra. Techitra foresees a more and mo-re growing demand and offer of new technologies to be further develo-ped or to be implemented in different industrial and research sectors.What about the specific food and beverage packaging sector? "It's verydinamic. We have many technologies in our portfolio and we are also see-king for specific solutions". For more informations: www.techitra.com

barrier coating offers superior aro-ma/fragrance protection for spi-ces, seasonings, food ingredientsand air freshener products. The na-no coatings address a number ofenvironmental concerns commonlyassociated with barrier materials.First, they enable significantly bettergas barrier than alternatives whileusing 80-90% less material (redu-cing the amount of packaging mate-rial is the US EPA's top objective inaddressing landfill issues). Second,nano coatings deliver barrier wi-thout the use of free chlorine, whichhas been increasingly targeted forelimination because of its proces-sing and disposal hazards. Third,scrap packaging coated with nanocoatings can be reground and blen-ded into virgin resin for re-use, unli-ke some barrier materials. And fi-nally, nano coatings do not inhibitthe bio-degradability of compostablepackaging. In general, the nano co-atings yield package structures thatare 10-50% less expensive thantraditional package structures ofcomparable barrier performance.Future nano products will enableeven more significant cost reduc-tions by incorporating platelets intoother materials (e.g. adhesives, pri-mers, sealant coatings, etc.), thuseliminating entire package layers.

solventi e agli aromi. Tale fenomenoè spiegabile dall'aumentata lun-ghezza del percorso di diffusionenel materiale a causa della presen-za della carica che, con la partico-lare morfologia lamellare, massi-mizza la tortuosità del percorso eriduce la permeabilità del sistemapolimerico. In particolare la tra-smissione di O2, CO2 e H2O può es-sere ridotta più del 50% aggiun-gendo al polimero solamente il 2%di nanocarica. La scelta di impiegare nanocompo-siti come materiali di confeziona-mento, quindi potrebbe incremen-tare considerevolmente la shelf li-fe di molti prodotti alimentari par-ticolarmente suscettibili alla de-gradazione quali carni, formaggi elatticini, cereali, prodotti della pa-sticceria, succhi di frutta, bevan-de gassate e birra. È importantesottolineare che tutti i beneficiconsiderati derivano dall'utilizzo dinanofiller in quantità ridotte e pa-ri al 2-5% in peso, di molto inferio-ri a quelle necessarie per l'additiva-zione di polimeri con cariche inor-ganiche tradizionali di dimensionimicroscopiche, superiori al 20%,che implicano effetti indesideraticome l'aumento della densità e ladiminuzione della processabilità delmateriale. Infine, l'uso di nanocari-

che come alternativa alle caricheclassiche contribuirebbe a limitarei problemi di smaltimento degli im-ballaggi in quanto favorirebbero l'in-cremento delle quote di polimeritermoplastici riciclabili. I vantaggisono però accompagnati da qual-che svantaggio: sicuramente l'a-spetto più negativo che caratteriz-za questi nuovi materiali è legatoalla difficoltà di produzione. Lo sviluppo dei nanostrutturati ri-chiede infatti il controllo simulta-neo di diverse aree interdipendenticome la selezione dei costituenti,la fabbricazione, la trasformazionee la verifica delle prestazioni finali.La loro morfologia dipende da sva-riati parametri tra cui le caratteri-stiche dei componenti (matrice,nanocarica, modificante, compati-bilizzante, loro composizione relati-va), le condizioni di preparazione edi successiva trasformazione. Per-tanto, è indispensabile una appro-fondita conoscenza della dispersio-ne e della morfologia per progetta-re i materiali desiderati e consenti-re la modellazione delle relazioni trala struttura e le proprietà dei nanocompositi.

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Adriano La Vopa, Bruno GaravelliTechitra - Youtech.tv