Der Begriff "Tiefkühlkost" bezieht sich auf Lebensmittel, die aus qualitativ hochwertigen Rohstoffen bestehen, die entsprechend verarbeitet, auf eine Temperatur von -30 Grad Celsius eingefroren und dann verpackt, gelagert und bei einer Temperatur von -18 Grad Celsius oder mehr in Umlauf gebracht werden. Da das Verfahren der Kühlkettenkonservierung während des gesamten Prozesses bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt wird, verfügt diese besondere Kategorie von Lebensmitteln über die Eigenschaften, dass sie lange haltbar, nicht verderblich und leicht zu konsumieren sind. Dies birgt jedoch auch eine Reihe von Hindernissen und stellt hohe Anforderungen an die Auswahl der Verpackungsmaterialien. Gegenwärtig werden die meisten Tiefkühlprodukte auf dem Markt von den meisten Herstellern mit Polyethylenfolie verpackt. Trotzdem haben viele Hersteller begonnen, ihre Aufmerksamkeit auf die CPP-Folie zu richten, weil sie nicht transparent ist.
Das Verfahren zur Herstellung von Polypropylenfolien, die als CPP-Folien bezeichnet werden, ist die Gussextrusion. Die Art des Verfahrens wirkt sich auf die Eigenschaften der CPP-Folie aus, zu denen eine hervorragende Transparenz und Glätte, eine angemessene Hitze- und Feuchtigkeitsbeständigkeit sowie eine gute Beständigkeit gegen beides gehören. Neben der Verwendung als Einzelschicht kann sie auch als Basisfolie für Verbundwerkstoffe verwendet oder einer Metallisierungsbehandlung unterzogen werden, was allmählich den Wachstumstrend bei funktionalen Folienmaterialien verdeutlicht. Darüber hinaus kann sie als Einzelschicht verwendet werden. CPP-Folien stecken noch in den Kinderschuhen, wenn es um ihre Anwendung im Bereich der Tiefkühlkostverpackungen geht. Eine der größten Herausforderungen ist die Abfolge der Einflüsse und Anforderungen, die aufgrund der spezifischen Eigenschaften der Kühlumgebung an die Verpackungsfolien gestellt werden.
Verzehr von Trockenware, Gefrier- und Verbrennungserscheinungen
Das Wachstum und die Vermehrung von Mikroorganismen werden durch die Tiefkühllagerung erheblich eingeschränkt, wodurch sich auch die Verderblichkeit der Lebensmittel verlangsamt. Mit zunehmender Dauer des Einfrierens werden jedoch bestimmte Prozesse, wie Trockenverzehr, Oxidation und ähnliche Vorgänge, verstärkt. Unter den Bedingungen der Gefrierkammer verschieben sich die Temperatur und der Wasserdampfpartialdruck in folgender Reihenfolge: Lebensmitteloberfläche > Umgebungsluft > kühler. Die an der Oberfläche des Lebensmittels vorhandene Wärme wird auf die es umgebende Luft übertragen, wodurch das Lebensmittel noch weiter abkühlt. Andererseits führt der Unterschied im Wasserdampfpartialdruck zwischen der Oberfläche des Lebensmittels und der es umgebenden Luft dazu, dass die Feuchtigkeit und die Eiskristalle auf der Oberfläche des Lebensmittels verdampfen, zu Wasserdampf sublimieren und dann in die Luft übergehen. Die Luft, die zu diesem Zeitpunkt mehr Wasserdampf enthält, nimmt Wärme auf, wodurch die Dichte der Luft abnimmt und sie in den oberen Bereich des Gefrierraums wandert. Während der Abkühlung der Luft kondensiert der Wasserdampf zu Reif und setzt sich an der Oberfläche des Kühlgeräts fest. Dies geschieht, weil die Temperatur des Kühlers sehr niedrig ist und der Sättigungsdruck des Wassers bei dieser Temperatur ebenfalls sehr gering ist. Zugleich wird die Luft abgekühlt. Die entfeuchtete Luft wird dichter, so dass sie sinkt. Dadurch kommt sie erneut mit den Lebensmitteln in Berührung, so dass sich der Vorgang wiederholt. Die Feuchtigkeit, die sich auf der Oberfläche der Speisen befindet, geht während dieses Zyklus kontinuierlich verloren, wodurch das Gewicht der Speisen abnimmt. Bei diesem Verfahren spricht man von "Trockenverlust". Mit fortschreitendem Trockenverzehr wird die Oberfläche der Mahlzeit zunehmend porös, wodurch sich ihre Kontaktfläche mit Sauerstoff vergrößert. Dadurch wird die Oxidation von Fetten und Pigmenten im Lebensmittel beschleunigt, was schließlich zur Bräunung der Oberfläche und zur Denaturierung des Proteins führt. Dieses Phänomen wird als "Gefrierbrand" bezeichnet. Da die Oxidationsreaktion des Luftsauerstoffs und die Übertragung von Wasserdampf die Hauptursachen für die oben genannten Phänomene sind, sollte die für die Verpackung verwendete CPP-Folie das Eindringen von Wasserdampf und Sauerstoff gut abblocken können.
Sobald es abgekühlt ist, wird es spröde.
Die CPP-Folie wird spröde und reißt leicht, wenn sie über einen längeren Zeitraum einer niedrigen Temperatur ausgesetzt ist, und ihre physikalischen Eigenschaften nehmen dadurch erheblich ab. Dies wurde in der praktischen Anwendung festgestellt. Die Temperatur, bei der Kunststoffe verspröden, wird üblicherweise als Maß für die Kältebeständigkeit von Kunststoffen verwendet. Aufgrund der geringeren Beweglichkeit der Polymermolekülketten wird Kunststoff bei sinkender Temperatur spröde und bricht leicht. Das liegt daran, dass die Kunststoffmoleküle weniger beweglich sind. Der Kunststoff beginnt zu brechen, wenn eine bestimmte äußere Kraft auf ihn einwirkt. Zu diesem Zeitpunkt liegt die "Sprödigkeitstemperatur" vor, d. h. die Temperatur, die die untere Grenze der üblichen Gebrauchstemperatur des Kunststoffs darstellt. Ist die Kältebeständigkeit der CPP-Folie unzureichend, ist es sehr wahrscheinlich, dass die scharfen Vorsprünge der gefrorenen Lebensmittel die Verpackung durchdringen und während des anschließenden Transports sowie während des Be- und Entladens ein Leck verursachen. Dadurch wird der Verderb der Lebensmittel beschleunigt.
Strategien für Verbesserungen
Um die Barriereeigenschaften und die mechanischen Eigenschaften der CPP-Folie so zu verbessern, dass sie eine hervorragende Rolle bei der Verpackung von Tiefkühlkost spielen kann, ist es laut der oben vorgestellten Studie notwendig, die Folie unter den folgenden drei Aspekten zu verbessern:
Verfestigungsmittel einbeziehen
Es gibt eine Kategorie von Additiven, die als Zähigkeitsmittel bekannt sind und die Fähigkeit haben, die Sprödigkeit von Materialien zu verringern und ihre Schlagfestigkeit zu erhöhen. Beispiele für Additive, die häufig zur Verstärkung von CPP-Folien verwendet werden, sind: Polyolefinplastomere, Polyolefinelastomere, lineares Polyethylen sehr niedriger Dichte, Metallocene sowie lineares Polyethylen niedriger Dichte. Das Funktionsprinzip lässt sich wie folgt kurz zusammenfassen: In Form einer dispergierten Phase ist das Elastomer in das Matrixharz eingestreut. Innerhalb der dispergierten Phase gibt es eine kritische Dicke, die zwischen den Elastomerteilchen eingehalten werden muss. Unter dem Einfluss einer äußeren Kraft verformt es sich durch Zug, Druck oder Stoß. Die zweiphasige Grenzfläche hat eine zähmachende Wirkung, wenn sie eine zufriedenstellende Haftqualität aufweist. Dieser Effekt der Zähigkeit hängt von zwei verschiedenen Faktoren ab: Zunächst ist die Kompatibilität zwischen der Matrix und dem Zähigkeitsmittel ein wichtiger Faktor. Wenn die Kompatibilität zwischen beiden gering ist, wird es schwierig sein, die dispergierte Phase zu verteilen. Außerdem haftet die Grenzfläche zwischen den beiden Phasen schlecht, was sich auf den Zähigkeitseffekt auswirkt. Um einen wirksamen Zähigkeitseffekt zu erzielen, müssen die beiden Eigenschaften daher miteinander kompatibel sein. Zweitens: die Menge der zu verwendenden Vorspannchemikalie. Im Allgemeinen steigt die Dichte der Elastomerpartikel mit zunehmender Menge des Vorspannstoffs. Dies führt zu einer deutlichen Verbesserung der Schlagzähigkeit, der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung der Folie, wenn sie sich bei niedrigeren Temperaturen in ihrem ursprünglichen Zustand befindet. Die Leistung der Folie bleibt dagegen konstant, wenn die Menge des Zähigkeitsmittels bis zu einem bestimmten Grad erhöht wird.
Stärkung des Herstellungsprozesses
Es ist wichtig zu wissen, dass die Temperatur eine wichtige Komponente ist, die die mechanischen Eigenschaften von CPP-Folien beeinflusst. Der Begriff "Schmelztemperatur" bezieht sich in erster Linie auf die Temperatur, bei der die Rohstoffe schmelzen. Sie ist der wichtigste Faktor, der den Grad der Plastifizierung und die Geschwindigkeit, mit der das Polymer abkühlt und aushärtet, steuert. Die Trübung nimmt ab, die Plastifizierungs- und Abkühlungsgeschwindigkeit des Polymers beschleunigt sich, und die Transparenz und die mechanischen Eigenschaften nehmen mit steigender Temperatur zu. Alle diese Veränderungen treten gleichzeitig auf. Liegt die Schmelztemperatur hingegen über einem bestimmten Bereich, sinken stattdessen die Querzugfestigkeit und die Schlagzähigkeit der Folie. Um einen vernünftigen Bereich, oft zwischen 240 und 260 Grad Celsius, einzuhalten, muss die Temperatur der Schmelze gesteuert werden.
Da Polypropylen (PP) ein teilkristallines Polymer ist, steht die Kristallinität des Materials in engem Zusammenhang mit seinen mechanischen Eigenschaften, seiner Transparenz und seiner Trübung. Wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Kühlwalze und der Schmelztemperatur in geeigneter Weise erhöht wird, können die PP-Molekülkettensegmente schnell ihre Beweglichkeit verlieren und amorphe oder Polymere mit kleinen Kristallkernen bilden, wodurch sich die mechanischen Eigenschaften der Folie deutlich verbessern. Dies geschieht nach dem Aufschmelzen der Rohmaterialien. Transparenz und Leistung sind entscheidend. Daher ist es oft angenehm, die Temperatur der Kühlwalze auf etwa 24 Grad Celsius einzustellen.
Nur wenn man beim Produktionsprozess ansetzt und an der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Barriereeigenschaften des CPP-Folie ist es möglich, die verschiedenen Auswirkungen der niedrigen Temperatur zu überwinden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Bedingungen, unter denen Tiefkühlkost gelagert wird, ziemlich einzigartig sind. Darüber hinaus werden die Einrichtung einer historischen Datenbank und die kontinuierliche Verbesserung der Methoden zur Bestimmung der Folienqualität in Zukunft sowohl für die Produktion von CPP-Folien als auch für die wissenschaftliche Forschung, die an ihnen durchgeführt wird, von großem Nutzen sein. Die von COACE angebotenen Additive zur Modifizierung von Lebensmittelfolien sind in der Lage, die Leistung des Materials in Bezug auf Schlagfestigkeit, Barriereeigenschaften und den Erhalt der Qualität und Frische der verpackten Lebensmittel zu verbessern!
