A polymer laminate consisting of multiple layers of proprietary blends of Ethylene Vinyl Alcohol (EVOH) and Thermoplastic Polyurethane (TPU) and used in the construction of air bladders was evaluated for hygroscopic effects driving delamination and multiple layer fragmentation. These air bladders are observed to suffer delamination during a manufacturing process that involves immersion in an alcohol/water solution. A plausible underlying mechanism is differential swelling and absorption by the laminate constituents. Both room and elevated temperature swelling tests were carried out to find the absorption and swelling coefficients of the constituents. These coefficients served as input into a Finite Element Analysis (FEA) model used to predict laminate failure. The diffusion coefficient for EVOH could not be obtained because the material did not reach saturation within the available timeframe of the experiment. The diffusion coefficient of the TPU was found to be 4.09E-12 [m^2/s] at room temperature and 1.26E-11 [m^2/s] at 40°C. The diffusion coefficient for TPU was an order of magnitude larger at elevated temperature and the TPU reached saturation much quicker than the EVOH, suggesting that the diffusion coefficient for the TPU was significantly greater than that of the EVOH. The swelling coefficients were 1.03E-3 m^3/kg and 9.97E-4 m^3/kg for the EVOH at room temperature and 40°C respectively, and 1.16E-3 m^3/kg and 1.09E-3 m^3/kg for the TPU at room temperature and 40°C respectively. The swelling coefficient was very close across materials and within the margin of error across temperatures. These results are required for future FEA simulations to confirm that differential swelling is the driving mechanism behind debonding and laminate failure. Tensile testing was done on laminated sheets used in production to identify cracking and layer separation at strains of 20%, 40%, and 100%. Scanning Electron Microscope (SEM) imaging was used to understand damage initiation and accumulation in the layers.

The dairy food industry is continuously striving towards products with higher quality and longer shelf-life available to the customer at low prices. Arla Foods in Linköping, Sweden, is currently investigating the possibilities of changing the material in yogurt packaging containers by replacing the currently used carton with a different and cheaper alternative. A successful switch will give the company an economical advantage without affecting the sensory attributes (smell, taste, sight, and consistency), aroma profile or other important trademarks of the yogurt. This study is designed to examine and compare yogurt that has been stored in different packaging cartons, one coated with a single-layered low-density polyethylene (LDPE) and one coated with a currently used multi-layered ethylene-vinyl alcohol (EVOH). The study was based on the analysis and measurement of sensory attributes performed by experts, physical properties in laboratory and chemical composition in GC-FID/MS together with a discriminative test where a group of people would identify any difference between the yogurts. Together, these analyses would provide an explanation about any differences between the packaging materials by connecting physical, chemical and/or sensory characteristics. The collected results would give a better and more comprehensive picture than each analysis would do separately. The results from the study show that there is a difference between yogurts stored in LDPE-based containers and yogurts stored in EVOH-based containers and that the product was chemically affected, mainly by the level of oxygen in contact with the food. The overall assessment is that the largest difference was discovered in the taste.

Para la mayoría de los alimentos, el envase forma parte fundamental de su sistema de conservación, recibiendo, a menudo junto al alimento y en ocasiones de forma independiente, tratamientos de diversos tipos con los que se pretende alargar la vida útil del producto envasado mediante la reducción de su carga microbiológica inicial, así como mediante la inactivación de diversos enzimas. Algunos de estos tratamientos de conservación, como la esterilización térmica en autoclave, pueden producir efectos negativos en las propiedades de los envases, tal y como ocurre con los copolímeros de etileno y alcohol vinílico (EVOH), utilizados en la mayor parte de envases plásticos esterilizables como capa de alta barrera a gases. Estos materiales, aunque en la estructura de envase se encuentran protegidos mediante capas de polímeros hidrófobos, sufren, durante la esterilización, un considerable aumento en la permeabilidad a oxígeno. Los objetivos que se plantearon, por tanto, fueron: - Entender qué le ocurre al material desde un punto de vista fundamentalmente estructural y de propiedades barrera al someterlo a procesos de esterilización industrial con calor húmedo. - Modelizar la pérdida de propiedades barrera y proponer soluciones que disminuyan el daño morfológico de los copolímeros. - Sustituir al material y proponer nuevas tecnologías de conservación tales como altas presiones e irradiación. Se observó que la esterilización en autoclave causaba en los copolímeros EVOH, además de plastificación, daño morfológico y, por tanto, se ensayaron distintos tratamientos basados en la modificación estructural inducida por tratamientos térmicos, con los que se consiguió paliar e incluso evitar dichos efectos dañinos. También se utilizaron diversas mezclas de los copolímeros con poliamida amorfa e ionómero, que si bien respondieron mejor desde un punto de vista estructural, en lo que respecta a propiedades barrera no se obtuvieron, en la mayor parte de los casos, los resultados esperados. / López Rubio, MDLD. (2006). Efecto de distintos tratamientos de conservación de alimentos sobre la morfología y propiedades de materiales poliméricos de envase [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1822 / Palancia

El presente trabajo tiene por objetivo estudiar las aplicaciones de los nanocristales o ¿nanowhiskers¿ extraídos mediante hidrólisis ácida de celulosa bacteriana (BCNW) para el desarrollo de materiales poliméricos y biopoliméricos con propiedades mejoradas para su uso en aplicaciones de envasado de alimentos. En primer lugar se estudió y optimizó el proceso de extracción de BCNW. Se desarrolló un procedimiento de extracción con ácido sulfúrico, que permitió obtener nanocristales con elevada relación de aspecto y cristalinidad y al mismo tiempo, un elevado rendimiento de extracción. Este procedimiento comprende una posterior etapa de neutralización que resultó ser necesaria para garantizar la estabilidad térmica de los nanocristales. El siguiente paso consistió en la formulación de materiales nanocompuestos con propiedades mejoradas incorporando BCNW en diferentes matrices plásticas, en concreto copolímeros de etileno-alcohol vinílico (EVOH), ácido poliláctico (PLA) y polihidroxialcanoatos (PHAs). Mediante las técnicas de electroestirado y estirado por soplado se generaron fibras híbridas de EVOH y PLA con BCNW. La incorporación de BCNW en las disoluciones empleadas para producir fibras modificó significativamente sus propiedades (viscosidad, tensión superficial y conductividad) y por tanto, la morfología de las fibras se vio afectada. Además, se generaron fibras con propiedades antimicrobianas mediante la incorporación de aditivos, maximizando el efecto antimicrobiano con la adición de sustancias de carácter hidrofílico. Seguidamente, se produjeron nanocompuestos por mezclado en fundido y se desarrollaron técnicas de pre-incorporación de BCNW para evitar la aglomeración de los mismos no sólo en matrices hidrofílicas como el EVOH, sino también en matrices hidrofóbicas como el PLA. La dispersión óptima de BCNW resultó en una mejora de las propiedades mecánicas y de barrera de los nanocompuestos. También se estudió la modificación de la superficie de los nanocristales mediante copolimerización con poli(glicidil metacrilato) para mejorar la compatibilidad de BCNW con una matriz hidrofóbica como el PLA. Se incluyen además los primeros resultados obtenidos en cuanto a la producción de nanobiocompuestos sintetizados por microorganismos, que consisten en PHAs con diferentes contenidos de hidroxivalerato reforzados con BCNW. Por último, se desarrollaron películas con propiedades de alta barrera basadas en películas de BCNW recubiertas con capas hidrofóbicas. El recubrimiento mediante la deposición de fibras por electrospinning seguido de homogeneización por calentamiento garantizó una buena adhesión entre las diferentes capas, protegiendo así las películas de BCNW del efecto negativo de la humedad. / Martínez Sanz, M. (2013). Bacterial cellulose nanowhiskers to enhance the properties of plastics and bioplastics of interest in food packaging [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/30312 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales