Tysk-dansk samarbejde om udvikling af PET-frie fiberbaserede susceptormaterialer til fødevareindustrien

Industrien ønsker at distancere sig fra barriereløsninger baseret på polymerplast, især når det kommer til implementering af fiberbaseret emballage. Men det er ikke kun barrierematerialer, der gør brug af fossilbaseret plast. Typiske susceptormaterialer til mikrobølgeovn, der i vidt omfang bruges af fødevareindustrien, består af et papsubstrat, der bærer en metalliseret polyethylenterephthalatfilm (PET). Genanvendelse af paplaget kan ske i samme affaldsstrøm som papiremballage lamineret med et plastlag, hvorimod det metalliserede PET-lag aldrig vil kunne genanvendes som ren PET.

Ovenstående problemstilling har været på Plast og Emballages radar i mange år, og vi har tidligere forsøgt at udvikle PET-frie susceptormaterialer baseret på forskellige fysiske principper. Fælles for dem har været, at basismaterialet skulle forblive fiberbaseret. Vores motivation fra den grønne omstilling har været at substituere fossile materialer med bæredygtige alternativer, hvor det giver mening, og hvor det er muligt. Derudover spås specifikt mekanisk genanvendt PET et væsentlig højere forbrugsvolumen i fremtiden pga. nye EU-emballage-direktiver ift. fødevarekontaktmaterialer. Derfor bør alle PET-baserede emballageløsninger, hvor PET ikke kan genvindes mekanisk, som fx PET-baserede susceptorer, undgås.

Derfor var vi klar til at bistå vores mangeårige samarbejdspartnere fra Tyskland, Papiertechnische Stiftung (PTS) og Pacoon Sustainability Concepts GmbH (Pacoon), da de ansøgte om fondsmidler fra ZIM1 til at udvikle aktive bæredygtige emballagematerialer til tilberedning af fødevarer i mikrobølgeovn, projektet “Controlling the cooking process with fibre-based, active microwave packaging - Microwavepack”.

PTS er nogle af de bedste specialister i verden til papir- og papteknologi, hvorimod Pacoon er et ledende designagentur for bæredygtige emballagekoncepter i Tyskland. Det betød, at projektkonsortiet manglede en videnspartner med kompetencer i de fysiske og emballagetekniske aspekter af fødevareemballage til tilberedning i mikrobølgeovn. Teknologisk Institut blev inviteret med som en underleverandør i projektet til at deltage i udvikling af susceptormaterialer, simulering af dem samt fysisk karakterisering og tests af materialerne med fødevareprodukter.

Susceptorer er materialer, der delvist absorberer mikrobølger og omdanner denne energi til varme. De er meget udbredt i fødevareemballage til mikrobølgeovne til at opnå sprøde og brune fødevareoverflader. I praksis er en susceptor typisk et laminat af aluminiseret PET-film og pap eller papir. Grundlæggende bør tykkelsen af denne aluminiumsbelægning være meget mindre end den elektriske skinddybde for vekselstrøm ved 2450 MHz, som er driftsfrekvensen for de fleste husholdningsmikrobølgeovne. Et aluminiumlag viser udtalte susceptoregenskaber, hvis det er tyndere end ca. 10 nm. Temperaturen af et sådant susceptorlaminat stabiliserer sig ved ca. 220°C i en mikrobølgeovn, hvorefter det kan opvarme mad ved kontaktvarme, konvektion eller infrarød stråling.

I projektet skal der, i løbet af de næste to år, findes en skalerbar løsning, der vil have de samme elektro-magnetiske og termiske funktionelle egenskaber som konventionelle susceptorer uden brug af aluminiseret PET. På et mere teknisk sprog betyder det, at der skal udvikles et materiale med samme elektriske impedans ved samme bølgefrekvens. Specifikt kommer vi til at tilsætte uorganiske ledende eller halvledende partikler af bestemte størrelsesordener enten i en papirmatrix eller i en biobaseret overfladebelægning. Ifølge resultater af omfattende eksperimenter og teoretiske beregninger vil koncentrationen af sådanne aktive mikroskopiske partikler (1-100 mikrometer i diameter) ligge langt under 5% af den samlede vægt af papir og coating. Derved vil dette susceptormateriale kunne genanvendes som papir.

Udover støtten fra ZIM, er udviklingen på den danske side delvis støttet af Uddannelses- og Forsknings-styrelsen i rammen af Resultatkontrakterne ”BF1 - Bæredygtige Fødevarer” og ”MA1 - Bæredygtige Materialer”.