Introduzione
Il coating rappresenta una tecnologia abilitante strategica nel packaging sia flessibile sia rigido, sia per i polimeri plastici sia per i substrati cellulosici, poiché consente di conferire proprietà barriera (contro umidità, ossigeno, grassi e aromi) senza compromettere la riciclabilità o la leggerezza dell’imballaggio. Nel contesto del nuovo Regolamento (UE) 2025/40 (PPWR), la progettazione dei coating diventa un fattore determinante per raggiungere le classi di riciclabilità A–C richieste a partire dal 2030 e per rispettare i limiti di contenuto non riciclabile. Nei polimeri plastici, i coating funzionali (ad esempio strati barriera sottili a base di ossidi metallici, nanocompositi o biopolimeri) permettono di ridurre lo spessore del film, ottimizzare le prestazioni e integrare percentuali crescenti di contenuto riciclato post-consumo, come richiesto dal PPWR per ogni componente dell’imballaggio. Una corretta ingegnerizzazione del coating evita inoltre la contaminazione dei flussi di riciclo e supporta la documentazione tecnica necessaria a dimostrare la conformità ai criteri di “design for recycling”.
Nei materiali cellulosici, i coating a base di derivati della cellulosa, biopolimeri o sistemi ibridi organici/inorganici migliorano la resistenza meccanica e la barriera al vapore acqueo (fino al 70% in alcuni studi), rendendo la carta competitiva con la plastica in applicazioni umide o a contatto con alimenti, pur mantenendo la compatibilità con i processi di riciclo della fibra cellulosica. In ottica PPWR, la scelta di coating compatibili con il riciclo e la minimizzazione della frazione non cellulosica sono leve chiave per massimizzare il grado di riciclabilità.
Approfondimento
La formulazione e l’applicazione del coating diventano leve critiche per evitare il declassamento a D/E e l’esclusione dal mercato UE dal 2030. Nei polimeri plastici, i coating barriera ad alte prestazioni (es. nanocellulosa, ossidi metallici o inorganici depositati in vuoto, biopolimeri) permettono di sostituire strutture multistrato complesse con soluzioni mono-materiale (PE, PP, PET) compatibili con gli stream di riciclo esistenti, riducendo al contempo il rischio di contaminazione e facilitando la dimostrazione di conformità ai criteri di riciclabilità RecyClass/CEFLEX. Soluzioni a base acquosa e priva di PFAS, per esempio mostrano come sia possibile ottenere OTR < 1 cc/m²·giorno e WVTR < 1 g/m²·giorno con coat weight intorno a 1 g/m², mantenendo la riciclabilità e supportando l’uso di contenuto riciclato post-consumo, requisito trasversale a tutte le parti plastiche dell’imballaggio.
Nei substrati cellulosici, la sfida è bilanciare barriera (acqua, olio, ossigeno) e disintegrabilità in cartiera: coating a base di derivati cellulosici, nanofibrille e lignina migliorano le prestazioni senza superare la soglia critica del 5% in massa di componenti non cellulosici, condizione necessaria alla riciclabilità per gli imballaggi in fibra. La capacità di documentare, tramite test indipendenti, che il coating non impedisce il rilascio della fibra e non altera la qualità della polpa riciclata è oggi un prerequisito per accedere alle classi A–B. In questa ottica, il coating non è un semplice additivo tecnico, ma un elemento di progettazione circolare che condiziona direttamente l’accesso al mercato, la competitività economica e la conformità normativa degli imballaggi nel nuovo quadro PPWR.
In questo numero:
Imballaggi flessibili monomateriale progettati per essere riciclabili, con elevate proprietà barriera, realizzati mediante rivestimenti ibridi a base di grafene
A causa dell’elevata produzione di imballaggi in plastica, la loro gestione inadeguata rappresenta un problema significativo per l’ambiente e per i relativi contesti economici e sociali. Un nuovo approccio verso un riciclo sostenibile consiste nel progettare i prodotti in plastica tenendo conto, fin dall’origine, delle modalità con cui potranno essere riciclati al termine del loro ciclo di vita.
Seguendo questo approccio, nel presente lavoro sono stati sviluppati nuovi film flessibili monomateriale, progettati per essere riciclabili e caratterizzati da elevate proprietà barriera nei confronti dei gas e delle radiazioni UV. I film sono stati ottenuti applicando su substrati poliolefinici rivestimenti a base di ossido di grafene (GO) e rivestimenti ibridi di ossido di grafene e montmorillonite (GO/MMT).
I rivestimenti determinano una significativa riduzione della trasmittanza dei raggi UV (40–60%) e della permeabilità all’ossigeno (94–99%) e al vapore acqueo (68–73%), mantenendo un’ottima stabilità anche dopo un’immersione prolungata in acqua.
Le prove di riprocessamento dimostrano la facile riciclabilità dei film rivestiti, mentre gli analoghi prodotti commerciali sono attualmente considerati non riciclabili. Attraverso processi di estrusione e stampaggio a compressione si ottengono film riciclati nei quali le fasi nanostrutturate risultano ben inglobate nelle matrici polimeriche.
Le proprietà meccaniche dei campioni ottenuti dal riprocessamento dei film rivestiti in polietilene e polipropilene sono comparabili a quelle dei film originari non rivestiti sottoposti allo stesso processo. Inoltre, nei campioni riciclati non è stato rilevato alcun rilascio significativo di ossido di grafene dopo un’immersione in acqua per 24 ore a temperatura ambiente.
Nel complesso, i risultati indicano che l’applicazione di sottili rivestimenti di ossido di grafene e montmorillonite per realizzare film monomateriale con proprietà barriera destinati al packaging rappresenta una strategia efficace per ottenere prodotti ad alte prestazioni e facilmente riciclabili.
Questi film flessibili monomateriale rappresentano una nuova soluzione sostenibile per la gestione del fine vita rispetto agli attuali prodotti commerciali multistrato.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921344921007345
Effetto della grammatura del rivestimento sulle proprietà barriera e sulla riciclabilità della carta rivestita con PLA a base solvente
È stato sviluppato un rivestimento barriera all’acqua riciclabile per la carta, utilizzando acido polilattico (PLA) di origine biologica disciolto in acetato di etile, un solvente sicuro per applicazioni a contatto con gli alimenti. Come additivo plastificante è stato aggiunto acido citrico (CA).
Rivestimenti preparati con un contenuto di solidi pari al 5, 10, 15 e 20% in peso sono stati applicati su carta kraft da 50 g/m², ottenendo grammature del rivestimento rispettivamente pari a 2,00 ± 0,50, 4,50 ± 1,10, 6,68 ± 0,72 e 9,98 ± 2,26 g/m².
La grammatura ottimale del rivestimento, pari a 6,68 ± 0,72 g/m², ha ridotto la velocità di trasmissione del vapore acqueo (WVTR) da 222,37 ± 6,22 a 83,97 ± 0,62 g/m²·giorno. Una grammatura superiore, pari a 9,98 ± 2,26 g/m², ha invece determinato un aumento della WVTR fino a 133,11 ± 6,84 g/m²·giorno. Questo risultato indica che le prestazioni barriera dipendono principalmente dall’uniformità del rivestimento e non soltanto dal suo spessore.
I valori Cobb sono diminuiti da 20 ± 0,82 a 3 ± 0,47 g/m² dopo 1 minuto e da 36 ± 2,05 a 27 ± 1,25 g/m² dopo 1.440 minuti, mentre la resistenza ai grassi ha raggiunto un valore di 11,2 ± 0,40 nella prova Kit, superiore ai valori di riferimento dei materiali commerciali destinati all’avvolgimento degli alimenti.
L’analisi mediante spettroscopia ATR-FTIR ha evidenziato un aumento dell’intensità della banda carbonilica (circa 1.750 cm⁻¹) all’aumentare della grammatura del rivestimento, indicando una migliore copertura superficiale. Il risultato è coerente sia con la formazione di un film sulla superficie sia con le osservazioni al microscopio elettronico a scansione (SEM) della sezione trasversale, che mostrano uno strato prevalentemente confinato in superficie e una penetrazione limitata nella carta.
I criteri di ripulpabilità sono stati soddisfatti per tutte le grammature del rivestimento. Le proprietà dei fogli di laboratorio ottenuti durante le prove di riciclabilità sono risultate conformi ai valori soglia previsti dalle linee guida fino a una grammatura di 6,68 ± 0,72 g/m², mentre a 9,98 ± 2,26 g/m² è stata osservata una quantità leggermente superiore di residui adesivi (stickies).
Nel complesso, i risultati dimostrano che un rivestimento uniforme in PLA, applicato in quantità contenute, può garantire contemporaneamente buone proprietà barriera e compatibilità con i processi di riciclo, offrendo una possibile soluzione per lo sviluppo di carte e prodotti cartari con proprietà barriera coerenti con i principi dell’economia circolare.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0300944026004935
Compositi di poliestere furanico di origine biologica e cellulosa con proprietà barriera migliorate e riciclabilità a ciclo chiuso per imballaggi alimentari sostenibili
Per superare il problema delle insufficienti proprietà barriera dovute all’idrofilia e alla struttura porosa dei tradizionali materiali cellulosici, negli ultimi anni ha suscitato crescente interesse l’impiego di polimeri per modificare la cellulosa. Tuttavia, i metodi di modificazione convenzionali possono compromettere la possibilità di recuperare i materiali cellulosici.
In questo studio è stato sviluppato, attraverso una progettazione molecolare, un composito costituito da un poliestere furanico di origine biologica e cellulosa (PBPF-paper), con l’obiettivo di superare tale limite.
La rigidità intrinseca degli anelli furanici presenti nel PBPF conferisce al materiale elevate proprietà barriera ai gas, mentre i legami estere scindibili consentono il riciclo chimico a ciclo chiuso. Un elemento determinante è rappresentato dai molteplici legami a idrogeno che si instaurano tra questi gruppi estere e la cellulosa, creando un’interfaccia resistente e permettendo di integrare in un unico materiale elevata resistenza meccanica, proprietà barriera e riciclabilità, una combinazione raramente ottenuta negli studi precedenti.
Il composito PBPF50-paper ha mostrato un aumento del 386% della resistenza a trazione rispetto alla carta non trattata, insieme a valori estremamente bassi di trasmissione del vapore acqueo e dell’ossigeno, pari rispettivamente a 4,33 g/(m²·24 h) e 0,14 barrer.
Il composito ha inoltre mantenuto una stabile resistenza all’acqua e agli oli anche in condizioni estreme, a una temperatura di 90 °C, e ha dimostrato la possibilità di essere riciclato a ciclo chiuso mediante idrolisi alcalina.
Prove pratiche di conservazione condotte sulle fragole hanno confermato l’efficacia del materiale rispetto agli imballaggi convenzionali: dopo sette giorni è stata registrata una perdita di peso pari soltanto al 17,74%.
Questo lavoro propone una nuova strategia per la progettazione di compositi riciclabili a base di cellulosa capaci di integrare resistenza meccanica, proprietà barriera e sostenibilità, contribuendo allo sviluppo di soluzioni a ridotto impatto ambientale per applicazioni nel packaging alimentare.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894725117294
Sviluppo di carta con rivestimento a doppio strato, privo di fluoro e interamente a base acquosa, con proprietà superidrofobiche, oleorepellenti e antiadesive nei confronti dei batteri per imballaggi alimentari ad alte prestazioni
Il deterioramento degli alimenti provoca ingenti sprechi e comporta rischi per la sicurezza, rendendo necessario lo sviluppo di soluzioni di packaging a ridotto impatto ambientale. I rivestimenti convenzionali per la carta impiegano plastiche non biodegradabili o solventi pericolosi, mentre quelli di origine biologica presentano spesso una scarsa resistenza all’acqua e un’elevata adesione batterica.
Per superare questi limiti è stato sviluppato un rivestimento a doppio strato, interamente a base acquosa e privo di fluoro, destinato alla produzione di una carta superidrofobica e resistente agli oli (SS-ABC). Lo strato di base, costituito da alginato di sodio (SA) e proteine isolate della soia (SPI), conferisce resistenza agli oli, mentre lo strato superficiale, composto da dimero di alchilchetene (AKD), polvere di bambù (BP) e nanofibre di carbossicellulosa (C-CNF), conferisce proprietà superidrofobiche.
La carta SS-ABC ha mostrato un’elevata superidrofobicità, con un angolo di contatto con l’acqua pari a 156,80 ± 0,44° e un valore Cobb60 di 14,89 ± 0,70 g/m², un angolo di scorrimento dell’acqua di 16,48 ± 0,68° e un’elevata resistenza agli oli, con un valore di 10/12 nella prova Kit e un angolo di contatto con l’olio pari a 100,25 ± 0,72°, soddisfacendo i requisiti della norma GB/T 44834-2024.
Rispetto alla carta non rivestita, il materiale ha ridotto l’adesione di E. coli e S. aureus rispettivamente dell’83,78% e dell’84,90%. Ha inoltre mantenuto la propria stabilità a contatto con acqua e olio a 95 °C e dopo 80 cicli di abrasione, risultando conforme alla norma GB 31604.1-2023, con una migrazione non superiore a 10 mg/dm².
Dal punto di vista dei meccanismi coinvolti, le interazioni tra alginato di sodio e proteine isolate della soia, insieme alla reticolazione mediata dagli ioni Ca²⁺, migliorano le proprietà barriera agli oli. L’AKD ricristallizza formando strutture lamellari, sostenute dalle nanofibre di carbossicellulosa e dalla polvere di bambù, che determinano una rugosità superficiale su due scale dimensionali. Le catene alchiliche dell’AKD contribuiscono inoltre a ridurre l’energia superficiale del materiale.
Questa strategia consente di ottenere una carta biodegradabile e riciclabile e propone una soluzione più sostenibile per il packaging alimentare, con l’obiettivo di contribuire alla riduzione degli sprechi e al miglioramento della sostenibilità del settore.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2212429225023776
