Milano, 27 Febbraio 2011 Finizia Auriemma Claudio De Rosa

Nuovi materiali polimerici per l’imballaggio rigido

e flessibile di alimenti

DIPARTIMENTO DI CHIMICA “PAOLO CORRADINI”,

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II”

Dipartimento di Scienze Chimiche

Polo delle Scienze e delle Tecnologie

Sede: Campus dell’Università di Napoli “Federico II”,

Monte S. Angelo, Via Cintia - 80126 - Napoli.

Centro Storico

Via Partenope

Chi siamo

Le nostre risorse

Le nostre risorse

Hanno contribuito al progetto

Claudio De Rosa (PO)

Finizia Auriemma (PA)

Giovanni Talarico (PA)

Odda Ruiz de Ballestreros (RIC)

Rocco Di Girolamo Post-Doc

Paolo Vollaro (PhD)

Ornella Volpe

Angela Scala

Mauro Milazzo

Ivana Pierro

Sara Savino

Lia Mauriello

Studenti

What clothes do for a person, packaging does

for a product.

Any new packaging solution according to the concept of

sustainability should also keep its traditional functions,

including its formal role.

ESPECIALLY FOR FOOD PACKAGE!

Alcune tipiche alterazioni fisiche che portano a perdita di qualità di un

alimento:

perdita di consistenza, di solubilità, di acqua, flocculazione, coalescenza,

instabilità delle emulsioni, etc.

E’ possibile limitare:

Cambiamenti correlati con la perdita d’acqua controllando le migrazioni del

vapore acqueo (alimento → ambiente o tra differenti componenti

dell’alimento stesso)

Packaging funzionale es.con proprietà barriera.

Perdita di qualità dovuta a crescita microbica.

Packaging funzionale e intelligente: in grado di controllare e indicare

variazioni di pH, migrazione di nutrienti, grado di freschezza dell' alimento.

Alcune premesse 1/2

Le alterazioni chimiche e fisiche non avvengono indipendentemente. Controllando le reazioni chimiche e la crescita microbica, si può favorire anche la stabilità fisica di un alimento.

Pertanto, le proprietà da considerare per un polimero, destinato all' imballaggio alimentare, includono:

Permeabilità a gas (es. O2, CO2 ) e vapore acqueo

Proprietà meccaniche e termiche

Processabilità

Trasparenza/Opacità

Possibilità di essere termoformato e stampato

Resistenza ad acqua, grassi, acidi, luce

Disponibilità

… ovviamente: costi.

Alcune premesse 2/2

Altre considerazioni – i materiali

Materie plastiche tradizionali per food packaging vs. materie

plastiche meno convenzionali (PLA nell’ esempio). Una proiezione

del 2005.

Film multistrato

Film di polimero Stampa+adesivo Film di AL, polimero met. Etc.

Film di polimero in genere PE o PP

Strato esterno

Strato interno

Adesivo

Lente di ingrandimento

Lo stesso film di polietilene è

un multistrato o meglio un

COESTRUSO

Strato interno: a diretto contatto con gli alimenti.

Include da 1 a 11 “layers”.

Altre considerazioni – la tecnolgia

Obiettivo

1) Sviluppo di strati a base di materiali plastici più tradizionali

(poliolefine).

2) Sviluppo di strati a matrice polimerica idrofilica/idrofobica.

3) Sviluppo di strati a base di biopolimeri biodegradabili e

compostabili a basso impatto ambientale.

4) Individuazione della miglior soluzione in termini economici,

impatto ambientale, sicurezza e salute.

Sviluppo di strati a matrice polimerica per un migliore effetto

barriera con eventuale inclusione di molecole attive che agiscano

da scavengers dei gas emessi durante il processo di maturazione

dei prodotti alimentari conservati o della radiazione UV .

Strato singolo (layer) o layer componente di un film/lamina multistrato

1- Riepilogo dei risultati definitivi raggiunti

In collaborazione con il Dr. G. De Martino della:

Sviluppo di films multistrato a base di polietilene (tradizionale) e e copolimeri a

base di cicloolefine (COC) per un migliore effetto barriera.

Risultato: Questi materiali costituiscono una nuova classe di prodotti adatti al

packaging con le seguenti caratteristiche:

• Proprietà meccaniche, facilità di lavorazione ed trasparenza elevata tipiche del PE.

• Effettivo miglioramento proprietà barriera rispetto al vapore acqueo e all' ossigeno.

Possibile campo di applicazione:

Packaging di alimenti, la cui integrità fisico-chimico-biolgica durante la fase di

conservazione è criticamente dipendente dalle condizioni di umidità e

concentrazione di O2 nell' intorno dell' alimento stesso.

Tests su pasta fresca

In itinere in collaborazione con la Blu-Plast e il Dip. Biologia, Unina

Jolly Plastic srl – Ricerca e Sviluppo

2- Riepilogo dei risultati definitivi raggiunti

Analisi delle proprietà di rilascio di alcuni campioni commerciali di copolimeri

isotattici propene/etilene utilizzati per l’ottenimento del packaging alimentare rigido.

Identificare la natura chimica delle sostanze rilasciate e individuare possibili strategie

in grado di evitare la produzione di manufatti destinati all’imballaggio rigido primario

dei cibi, costituiti da materiali polimerici non “inerti”.

Risultati:

La migrazione è dovuta quasi esclusivamente ad una frazione di

polimero solubile in etere.

Tutti i campioni rilasciano una quantità di polimero > dei valori limite

consentiti dalla legge.

Strategia

Utilizzo di un test semplice da effettuare sul prodotto in entrata che

consente di stabilirne l’ idoneità: determinazione della solubilità limite

delle pellets in n-eptano a 50 °C per 24 h.

3- Riepilogo dei risultati definitivi raggiunti

In collaborazione con il Dr. G. De Martino della:

Risultati:

•Gli studi effettuati indicano che le ottime proprietà di resistenza

termica e meccanica e di trasparenza del PE non vengono alterate per

effetto della presenza dei fillers organico e inorganico.

•I due additivi, aggiunti in piccola quantità (<6 wt%) ai film di PE,

agiscono in maniera sinergica nei riguardi dell’ assorbimento della

radiazione UV dannosa.

MA…

Il filler inorganico è TiO2 costituito da NANOPARTICELLE di

diametro ≈130 nm!

Jolly Plastic srl – Ricerca e Sviluppo

Studio di nuove formulazioni a base di polietilene, contenenti una combinazione di

agenti organici/inorganici in grado di proteggere gli alimenti dalle radiazioni UV.

4- Riepilogo dei risultati definitivi raggiunti

In collaborazione con il Dr. Mario Malinconico e la Dott.a Barbara Immirzi del CNR

di Pozzuoli.

Risultati:

•Lo studio per sé ha evidenziato la possibilità di utilizzare il PHB in miscela con il

PP per ottenere materiali con prestazioni analoghe a quelle del PP migliorando al

contempo l’ impatto ambientale in presenza di un opportuno compatibilizzante

contenete gruppi carbossilici.

•Lo studio è stato utile perché ha consentito di identificare anche una seconda

strategia

Studio esplorativo di nuove formulazioni contenenti un polimero naturale

biodegradabile quale il poliidrossibutirrato (PHB) e un polimero tradizionale quale il

polipropilene (PP) in presenza di un compatibilizzante.

Scopo: ottenere prodotti con migliori proprietà di impatto ambientale preservando le

eccellenti caratteristiche dei prodotti tradizionali.

Utilizzo di PHB o PLA modificato

5- Riepilogo dei risultati definitivi raggiunti

Set up di un metodo di analisi della struttura e morfologia su scala molecolare di films

polimerici a base di PE prodotti attraverso processi industriali e correlazione di tali

caratteristiche con le proprietà ultime.

Risultati:

• Il nostro approccio teorico è stato validato su films ottenuti per soffiaggio

utilizzando miscele modello HDPE/LLDPE.

• Proprietà quali permeabilità al vapore d’acqua e rigidità di tali materiali possono

essere messi in relazione con i valori dei parametri molecolari (grado e tipo di

ramificazione del PE).

Scopo: Costruzione un primo tassello di un data-base che consente il retro-design

molecolare nel campo del packaging alimentare.

Struttura molecolare Performance

Conclusioni

Autovalutazione dei risultati

Buono

Da approfondire…

Aspetto Teorico

con risvolti pratici

Ricerche di cui al

punto 1, 2, 3 & 5.

Aspetto Teorico

con risvolti pratici

futuri

Ricerche di cui al

punto 4.

Aspetto Pratico Ricerche di cui al

punto 1

Ricerche di cui al

punto 3 (?), 4.

Poster contributions

1) A STRATEGIC APPROACH FOR IMPROVED UV BARRIER PERFORMANCE IN

POLYETHYLENE BASED THIN FILMS FOR FOOD PACKAGING

Claudio De Rosa, Finizia Auriemma, Giovanni De Martino, Paolo Vollaro, Ivana Pierro

2) POLYETHYLENE BASED MULTILAYERED FILMS FOR PRIMARY FOOD

PACKAGING WITH IMPROVED GAS BARRIER PROPERTIES

Finizia Auriemma, Claudio De Rosa, Ornella Volpe, Odda Ruiz de Ballesteros, Giovanni De

Martino

3) SOME ISSUES CONCERNING PROPENE-BASED COPOLYMERS FOR PRIMARY

PACKAGING OF FOOD

Angela Scala, Finizia Auriemma, Claudio De Rosa, Odda Ruiz de Ballesteros, Giovanni Talarico

4) Structure – properties relationship in blends of modified polypropylene and

polyhydroxybutyrate

Mauro Milazzo, Barbara Immirzi, Claudio De Rosa, Finizia Auriemma, Mario Malinconico,

Rocco Di Girolamo

International Workshop "Characterization of Safe Nanostructured Polymeric Materials“

Napoli, 3-4 March 2011

Hotel degli Dei - Pozzuoli (Napoli)

Poster contributions

1) A STRATEGIC APPROACH FOR IMPROVED UV BARRIER

PERFORMANCE IN POLYETHYLENE BASED THIN FILMS FOR FOOD

PACKAGING

Claudio De Rosa, Finizia Auriemma, Giovanni De Martino, Paolo Vollaro, Ivana Pierro

2) POLYETHYLENE BASED MULTILAYERED FILMS FOR PRIMARY

FOOD PACKAGING WITH IMPROVED GAS BARRIER PROPERTIES

Finizia Auriemma, Claudio De Rosa, Ornella Volpe, Odda Ruiz de Ballesteros, Giovanni De

Martino

3) SOME ISSUES CONCERNING PROPENE-BASED COPOLYMERS FOR

PRIMARY PACKAGING OF FOOD

Angela Scala, Finizia Auriemma, Claudio De Rosa, Odda Ruiz de Ballesteros, Giovanni Talarico

XX Convegno Italiano di Scienza e Tecnologia delle

Macromolecole Terni 4 - 8 Settembre 2011