In-plane Wetting in Packaging Material and its Consequences for Cap Performance

Abstract

Aseptic packaging solutions enable long time storage without refrigeration and are an important part of securing food supply globally. The package material consists of multiple layers: A paperboard for robustness, polymers for adhesion as well as shielding the board from liquid, and a barrier protecting the product.

This thesis consists of two parts regarding in-plane wetting into the paperboard. The first part is investigating the current test method evaluating in-plane wetting by the raw edges due to the aseptic hydrogen peroxide bath during production. In the aseptic process of the filling machine, packaging material is exposed to sterilizing hydrogen peroxide which can penetrate the raw edges of the material where the paperboard is exposed. If this is extensive enough, breakage of the material can lead to the need to halt production for cleaning the machines. Later in the filling process, residual water can also cause soaking of the material by the edges or where the cap is to be attached (around the pre-laminated hole) if defects are present in the décor layer. The second part of the thesis aims to investigate a possible correlation between the amount of in-plane wetting around the pre-laminated hole and the amount of force needed for cap detachment.

For the investigation regarding in-plane wetting around the raw edges due to the hydrogen peroxide bath, promising results that eventually might lead to a chemical exchange were obtained and observations regarding how the existing test set-up could be optimized were made. For the second part of the thesis, the results indicate that there exists a correlation between the amount of in-plane wetting around the pre-laminated hole and cap detachment force when measuring on material with board still soaked. The force needed decreases for increasing amount of wetting which somewhat correlates with the expectations. For material that had been dried before cap application, no clear trends were found.

Popular Abstract (Swedish)

Sedan papperförpackningens entré under 50-talet har Tetra Pak varit en självklarhet i många kylar världen över. En stor del av de Tetra Pak-förpackningar som produceras behöver dock inte stå kylt eftersom de är gjorda på en speciell sorts material med en barriär som skyddar den förvarade produkten även i rumstemperatur. Denna typ av förpackningar kallas för aseptiska och de gör transport och förvaring enklare och är därför en avgörande del av att kunna säkra livsmedelsförsörjningen världen över bade idag och i framtiden.

För att gå från förpackningsmaterial till fylld förpackning används fyllmaskiner. I denna maskin så exponeras materialet för ett steriliserande väteperoxidbad för att se till att inga bakterier finns när produkten som ska förvaras i den färdiga förpackningen hälls i. Vätskan i det här badet kan absorberas av kanterna på förpackningmaterialet där det inte finns någon skyddande plast. Om materialet blir lämnat i det steriliserande badet under en längre period än tänkt om produktionen stannar av, så finns det risk att materialet går av vilket gör att man måste stänga ner maskinen för att fästa om banan av material och kanske även städa maskinen. För att testa hur bra ett visst förpackningsmaterial skulle klara av att vara i väteperoxidbadet en längre stund finns det en utvärderingmetod som använder just väteperoxid för att härma badet i fyllmaskinen. Väteperoxid är en läskig kemikalie som kan vara både brandfarlig och hälsoskadlig i för höga koncentrationer och Tetra Pak vill därför sluta använda väteperoxid i utvärderingsmetoden för hur mycket vätska som sugs upp i materialet. Som en del av det här examensarbetet har jag genomfört tester för att ta reda på hur temperatur, koncentration och exponeringstid påverkar hur mycket vätska som sugs upp vid kanterna av materialet och det visade sig att temperaturen var det som påverkade mest. Det är därför möjligt att det skulle fungera att byta ut väteperoxiden mot vatten om vi höjer temperaturen lite och det här bör Tetra Pak titta vidare på för att i framtiden kunna sluta använda väteperoxid för att utvärdera förpackningsmaterialet.

I ett senare steg i fyllmaskinen, kan överblivet vatten på utsidan av förpackningsmaterialet leda till att vatten absorberas i kartongen kring det förlaminerade hålet där korken senare ska fästas, om det finns defekter i det yttersta plastlagret. Detta påverkar oftast bara utseendet på förpackningen och har ingen påverkan på hållbarheten på den förvarade produkten, men några av Tetra Paks kunder har märkt att korkarna på deras förpackningar lossnar ibland och de är oroliga för att detta skulle bero på att kartongen runt korken har sugit upp mycket vatten i fyllmaskinen. Jag undersökte om det finns något samband mellan hur mycket vatten som sugits upp av förpackningsmaterial och hur hårt korken sitter genomfördes och de visade på att så länge som korken fästs på materialet och rycks bort medan kartongen fortfarande är blöt, så finns en tydlig relation. Det behövs inte introduceras särskillt mycket vatten i kartongen för att man ska se en stor förändring i hur mycket kraft som behövs för att rycka bort korken. När vi torkat materialet innan vi limmar fast korken, finns inga lika tydliga samband. Tetra Pak bör dock titta vidare på sambandet som finns för blöt kartong och försöka anpassa metoden för att närmare efterlikna de existerande utvärderingsmetoder som finns för korklossning för fyllda förpackningar för att enklare kunna jämföra värdena.

För båda delarna av projektet uppnådes därmed lovande resultat och det här examensarbetet ligger till grund för de kommande efterforskningara inom området på Tetra Pak.

• author: Salomonsson, Ellinor Carolina
• supervisor: Baozhong Zhang
• organization: Centre for Analysis and Synthesis
• course: KASM15 20231
• year: 2023
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Tetra Pak®, Aseptic, Paperboard, Pre-laminated hole, Edge wicking, In-plane wetting, Hydrogen peroxide, Cap detachment, Polymer technology
• language: English
• id: 9121630
• date added to LUP: 2023-06-13 11:04:16
• date last changed: 2023-06-13 11:04:16