Home Compostable Heat Sealable Coating for Paper-Based Flexible Packaging

L'augmentation de la population mondiale entraîne une demande accrue pour la nourriture et son emballage, le principal défi étant de préserver la qualité des aliments et d'allonger leur durée de conservation. L'emballage flexible, préféré pour sa légèreté et son coût abordable, domine le marché, en particulier dans l'industrie alimentaire. Bien que les plastiques soient largement utilisés pour l'emballage en raison de leur faible coût et de leur disponibilité, leur nature non biodégradable soulève des préoccupations environnementales et une dépendance vis-à-vis des ressources pétrolières. Le papier et le carton sont des matériaux biodégradables populaires pour l'emballage alimentaire, avec une migration de substances dans les aliments inférieure à celle des plastiques. Cependant, ils rencontrent des défis en raison de leur mauvaise scellabilité à chaud due à une faible conductivité thermique, rendant le scellage difficile. Pour améliorer leur fonctionnalité, des revêtements comme l'aluminium ou le plastique sont souvent appliqués, mais ceux-ci peuvent migrer dans les aliments, poser des risques pour la santé et compliquer le recyclage, contribuant ainsi à l'augmentation des déchets en décharge. Cette étude se concentre sur l'utilisation de revêtements compostables à domicile, comme les amidons modifiés, en particulier le succinate d'octényl de sodium (SSOS) et la maltodextrine (MAL), combinés avec des plastifiants tels que le sorbitol et la glycérine, afin d'améliorer la scellabilité à chaud de l'emballage en papier. Grâce à une conception composite centrale (CCC) et à une méthodologie de surface de réponse (RSM), des formulations optimales ont été identifiées, entraînant une réduction significative de la température de début de scellage (SIT) et de la température de déchirure des fibres (FTT). Par le biais d'intervalles de prédiction (IP) et de courses de confirmation, il a été confirmé que les résultats expérimentaux correspondaient aux plages prédites, prouvant ainsi la fiabilité et la précision du modèle.

Abstract

The increasing global population drives higher demand for food and packaging, with a key challenge being to preserve food quality and extend shelf life. Flexible packaging, preferred for its light weight and cost-effectiveness, dominates the market, especially in the food industry. While plastics are widely used for packaging due to their low cost and availability, their non-biodegradable nature raises environmental concerns and reliance on petroleum resources. Paper and cardboard are popular biodegradable materials for food packaging, with lower substance migration into food compared to plastics. Nevertheless, paper and paper-based flexible packaging exhibits inadequate heat sealability. To improve their functionality, coatings like aluminum or plastic are often applied, but these can leach into food, pose health risks, and complicate recycling, contributing to landfill waste. The study focuses on using home compostable coatings like modified starches, specifically sodium starch octenyl succinate (SSOS) and maltodextrin (MAL), combined with plasticizers such as sorbitol and glycerol, to enhance the heat sealability of paper packaging. Through a central composite design (CCD) and response surface methodology (RSM), optimal formulations were identified, significantly lowering the seal initiation temperature (SIT) and fiber tear temperature (FTT). Through prediction intervals (PI) and confirmation runs, confirming that the experimental results matched the predicted ranges, proving the model's reliability and accuracy.