Factors affecting tightness of package

Työn tarkoituksena oli tutkia kartonkipohjaisten pakkausmateriaalien läpäisyominaisuuksia sekä pakkausten tiiveyteen vaikuttavia tekijöitä. Työssä verrattiin skaivatun ja skaivaamattoman raakareunan sekä tölkkien pohjaratkaisujen ominaisuuksia vesihöyryn- ja hapen läpäisevyydessä, kun käytetty kartonki oli molemmin puolin polymeeripäällystetty. Tiiveysominaisuuksia tutkittiin myös vuotomittauksin, värjäyksin ja elektronimikroskoopilla. Kuivan elintarvikkeen säilytystestillä ja kilpailijapakkausanalyyseillä oli tarkoituksena myös saada selville eri pakkausmateriaalien ja pakkauksien läpäisevyys- ja tiiveysominaisuuksia. Pakkauksen saumoilla oli yhtä suuri tai suurempi vaikutus vesihöyryn läpäisyssä kuin itse materiaalilla, kun pakkaus oli molemmin puolin polymeeripäällystetty kartonkikuppi. Skaivatun sauman vesihöyrynläpäisy oli vain 4-10 % pienempi kuin raakareunallisen sauman. Pakkauksen ulkopuolisten raakareunojen suojaaminen pienensi vesihöyrynläpäisevyyttä 30 %. Kun pakkauksen sisäpuolen raaka-reuna oli suojattu teipillä, saumoilla ei ollut niin suurta vaikutusta vesihöyryn läpäisyyn verrattuna materiaaliin. Raakareunan määrällä tölkin pohjassa tai pienillä vuodoilla tölkin saumoissa ei ollut merkitystä vesihöyryn läpäisyyn. Hapenläpäisyssä oli tärkeää ehyt barrierkerros. Polymeerisen barrierkerroksen reiät ja sauman skaivaus vaikuttivat enemmän kuin vesihöyryn läpäisyssä. Mitä enemmän tölkin pohjassa oli raakareunaa, sitä suurempi oli sen hapenläpäisy. Pakkauksen konvertointi, koneen säädöt ja lämmön kohdistus, ovat saattaneet aiheuttaa värjäyksellä havaitut barrierkerroksen mikroreiät. Kaupalliset kuiva-ainepakkaukset sisälsivät pääasiassa alumiinilaminaatin vesihöyryn, hapen ja valon suojana, kun tuotteena oli maitojauhetta ja rasvaa sisältävä elintarvike. Kuitenkin, jos pakkausmateriaali sisälsi vain ohuen sumutetun alumiinikerroksen, sen barrieriominaisuus ei ollut yhtä hyvä kuin alumiinilaminaatin. Äidinmaidonkorvikkeen säilytystestissä seurattiin eri analyysein tuotteen laatua kolmen kuukauden säilytyksen ajan. Pakkauksen vesihöyryn läpäisyominaisuus osoittautui tärkeimmäksi, sillä kosteuden vaikutus tuotteen laadun heikkenemisessä oli suurin. Hapen vaikutus on myös olennainen ja siten hyvä hapenestokerros sekä tiiveys ovat myös tärkeitä pakkauksen ominaisuuksia.

The aim of the work was to study factors affecting the tightness of paperboard based packages. The properties of the skived and non-skived raw edge and also differences of the bottom configurations were evaluated concerning the water vapor and oxygen transmission rate. Properties of packages were also evaluated with a hydrogen leak test, a dye test and with electron microscopy. The tightness and barrier properties of the packaging and the packaging material were also clarified with a dry food shelf life test and by studying the properties of some commercial dry food packages. The package seam had an equal or greater influence on the water vapor transmission rate (WVTR) than the packaging material itself when the packaging was a both side polymer coated paperboard cup. The WVTR of the skived side seam was only 4-10 % lower than the WVTR of the non-skived side seam. The raw edge of the side seam outside the package should prevent water vapor transmission. The WVTR decreased by 30 % when the raw edges of the outer seam of the cup were glued. Small leaks or the amount of raw edge in the carton bottom did not affect the water vapor transmission rate. The taping of the raw edge on the side seam of the package protected the side seam so that the effect was not so high for the WVTR as it was for the material. A proper barrier layer was important to prevent oxygen transmission. Package converting, adjustments and heat activation zone of a machine may cause pinholes in the barrier layer and leaks that can be detected with a hydrogen leak detector. Commercial dry food packages mostly contained an aluminum layer as a water vapor, oxygen and light barrier, when the product inside contained milk powder and fat. The barrier properties of a sprayed aluminum layer were not perfect. During a three month shelf life test the quality of infant formula was studied. The water vapor barrier of the package was the most important factor because the effect of the water content was the greatest in infant formula deterioration. The oxygen effect was also important because of the high fat content of infant formula. The oxygen barrier and tightness of package are needed, too. The results were verified through PCA-tests.