Nieuw onderzoek naar lekdichtheid en sealintegriteit in de maak

Prof. Roos Peeters (MPR&S, UHasselt) is projectleider van het uit te voeren onderzoek. Centraal staat een onderzoek naar de performantie van inline- en offline-technologieën in functie van verschillende parameters (zoals welk materiaal wordt gebruikt, welk inpakproces is, welke kwaliteitszorg is van toepassing, ...) voor analyse van de lekdichtheid en sealintegriteit van verpakkingen. Met als doel te achterhalen welke van de commercieel beschikbare technieken het meest geschikt is voor een bepaalde toepassing. Als het projectvoorstel wordt goedgekeurd, kan het project in september of oktober starten. Het project heeft een looptijd van twee jaar. Peeters vertelt dat vanuit diverse industriële sectoren lekdichtheid en sealintegriteit van verpakkingen worden aangegeven als een belangrijk probleem. "De economische, maatschappelijke en ecologische impact is niet te verwaarlozen. Er is verloren productietijd, verloren mankracht, materiaal- en productverlies, verloren logistieke kosten en een negatieve ervaring bij de klant voor wat betreft de productkwaliteit,..." Als bij de consument thuis een beschadigde verpakking tot kwaliteitsverlies of productbederf leidt, kan dat een grote marketing impact hebben. De consument heeft dan negatieve ervaringen met een product en koopt het waarschijnlijk niet meer. "De nieuwe materiaalontwikkelingen, zoals beter recycleerbare monomaterialen, bijvoorbeeld gecoat papier of plastic verpakkingen als resultaat van de komende Packaging and Packaging Waste Regulations (PPWR), vergroten de uitdaging om deze problematiek in bedrijven onder controle te krijgen." Dat het een probleem is met een hoge impact blijkt ook uit een recente bevraging van bedrijven, doet Peeters verder uit de doeken. Daarop kwamen 30 antwoorden binnenkwamen waarvan 80 procent aangaf dat zij kennis willen opdoen over lekdichtheid en bijhorende analysemethoden. "Met zowel inline- als offline-apparatuur. Zij zien productverlies als gevolg van lekken ontstaan, van lekken tijdens inpakproces, verkeerde materiaalkeuze dat lekken veroorzaakt en transportimpact op sealperformantie als het belangrijkste gevolg. Zij zijn derhalve geïnteresseerd in de locatie van lekken maar hebben onvoldoende kennis van lekken, testfrequentie, grootte van en aantal lekken en de kostprijs... als belangrijke aspecten in het onderzoek. Resultaten uit deze enquête onderstrepen de nood aan ondersteunend, toegepast onderzoek." Al deze vragen leidden tot een aantal concrete doelstellingen waar het onderzoek stapsgewijs een antwoord op moet geven, zo legt Peeters uit. Dat begint met het inventariseren van de problematiek van lekken/sealintegriteit in verpakkingen, mogelijkheden van analysemethoden (inline-offline) met een markt- en literatuurstudie. "Welke producten verpakken zij en welke verpakkingsmaterialen gebruiken zij daarbij. En welk verpakkingsproces hanteren zij daarbij. En hoeveel lekken hebben zij daarbij en hoe groot zijn die lekken. Ook wordt geïnventariseerd welke beschikbare technieken er zijn om lekken te detecteren en wat de voor- en nadelen zijn. Kortom: we maken een SWOT-analyse van bestaande technieken. Kennisopbouw en -overdracht staan hier centraal." Als tweede stap staat het uitvoeren van vergelijkend labo-onderzoek (statistisch onderbouwd met DOE), op verpakkingen met gedefinieerde lekken (pinholes, seallekken, aantal/grootte,...) via analyses met offline analysetechnieken. ?Daarna worden de impacten geëvalueerd. Dat kan zowel visueel of numeriek." Oftewel kennisontwikkeling. De derde stap is vervolgens het matchen van verpakkers en aanbieders van detectietechnieken om de implementatie van beloftevolle offline/inline-detectietechnieken voor te bereiden met het oog op het uitvoeren van casestudies. Hier wordt de stap gezet van netwerken naar implementeren. Als vierde stap staat het uitvoeren van casestudies in bedrijven op het programma. Doel is om het proces van lekdetectie/sealintegriteit te optimaliseren/te faciliteren om de kwaliteit van de verpakkingen te garanderen. Daarbij wordt nagegaan waar lekken voorkomen in hun productieproces, hoeveel lekken er zijn en welke de aard van de lekken zijn. Vervolgens wordt onderzocht wat de oorzaak ervan is (verpakkingsmateriaal, -dikte...), hoe de lekken te voorkomen, hoe deze gemeten moeten worden en welke impact ze uiteindelijk hebben. Dit alles is te vatten onder het kopje 'implementeren' om op te lossen. Tot slot is het de bedoeling de opgebouwde kennis te vertalen in richtlijnen met adviezen: welk materiaal zorgt bij welk product voor de beste sealintegriteit en minste lekken en welke methode is het meest geschikt om dit te detecteren? Naast ondersteuning gaat het hier om verspreiden van de kennis. Met als ultieme doel de verliezen binnen de bedrijfsvoering zowel op materiaal-, proces-, product-, maatschappelijk en ecologisch niveau te minimaliseren. Het LEAK-project richt zich op alle sectoren waarvoor lekdichte verpakkingen belangrijk zijn, zoals bij voeding en geneesmiddelen. Maar zeker ook op andere sectoren waarvoor lekdichte verpakkingen belangrijk zijn, zoals de industrie voor dierenvoeding of de elektronicasector waar verpakkingen dicht moeten zijn voor waterdamp voor corrosiebescherming, ... Peeters vertelt dat het projectvoorstel in eerste instantie is ingegeven "door vragen vanuit bedrijven binnen de dienstverlening van MPR&S die ons ertoe hebben gezet om dit projectidee te selecteren. Bedrijven willen graag meer kennis hebben van hoe en waar lekken kunnen ontstaan in het hele proces en laten testen. Maar ook de resultaten van het recent beëindigde REPAC2-project, een internationaal onderzoek, waarin lekdetectie-analyses zijn uitgevoerd op nieuwe gecoate, papiergebaseerde materialen, toonde ook de nood aan verder onderzoek aan." Zo bleek bijvoorbeeld via de zogeheten Oxipack-methode dat bij de 'pillow' zakjes het papier lek of bijna open was en ook het plastic in de meeste gevallen niet lekdicht. Voor quad-seal zakjes werden lekken geconstateerd bij alle geteste zakjes. Maar het bleef in dit project niet alleen bij het constateren van kwetsbaarheden, er werden ook degelijk oplossingen aangedragen. Ter verbetering wordt voorgesteld om bijvoorbeeld geprofileerde sealbalken te gebruiken om de lekdichtheid te verbeteren. Op zich is de problematiek van lekdichtheid en sealintegriteit niet nieuw, erkent Peeters. "Dit is altijd al een belangrijk aandachtspunt geweest voor bedrijven. Lekken detecteren en controle van de sealintegriteit is deel van hun kwaliteitscontrole." Dat bedrijven toch interesse hebben in het komende project kan verschillende redenen hebben. "Sommige bedrijven hebben commerciële methoden, anderen hebben een eigen specifieke methode ontwikkeld en weer andere hebben nog geen methode. Daarnaast zijn er sommige bedrijven die willen kijken naar de recente ontwikkelingen in deze analysemethoden en bijvoorbeeld van offline-naar inline-technieken te gaan." Ook de nieuwe wetgeving PPWR kan resulteren in een hogere stress/belasting op de primaire verpakkingen door een dichtere, passende stapeling wat oorzaken kan geven aan opengaande seals. Peeters: "Deze wet bevat namelijk onder andere regelgeving voor meer duurzame transportverpakkingen die onder andere minimaal moeten zijn in dimensies met het vermijden van het verpakken van lucht. Ook wordt in het kader van deze PPWR de vraag groter naar duurzame papiergebaseerde verpakkingen - met minder stijfheid - en dun-gecoate materialen - om te besparen op coating - (dikte coating). Maar ook naar monomaterialen die beter te recycleren zijn en dunner verpakkingsmateriaal. Maar de grote vraag is of deze altijd wel voldoende lekdicht zijn na het inpakproces? Zeer interessant om te onderzoeken, want dat is nog niet algemeen gedaan. Daarom kan de impact ook pas na het onderzoek worden beantwoord." Zo kan Peeters ook nog geen antwoord geven op de vraag hoe kwetsbaar papieren verpakkingen met een coating zijn. "Daar durf ik geen uitspraak over te doen, dat moet het onderzoek uitmaken. Verschillende parameters zijn hier bepalend zoals het verpakkingsconcept en staat dit onder druk (vacuüm, onder druk,...), verpakt product met kans op contaminatie, ..... Coatings zijn meestal zeer dun, dit is niet altijd bevorderlijk voor een goede sealperformantie bij grote contaminatiepartikels." Voor verpakkingen van monokunststof gelden andere uitdagingen. "Hier geldt een andere problematiek dan de gecoate papierverpakkingen. De temperatuurreacties van de sterke buitenlaag en de dunne seallaag als binnenlaag met betrekking tot temperatuur kunnen verschillend zijn. Ze kunnen bijvoorbeeld beide van PE zijn, maar met weinig verschillende smelttemperatuur en verschillende dikte. Toch is dit verschil anders/kleiner dan bij de gelamineerde materialen van vandaag zoals bijvoorbeeld bij PET/PE. Hier is er een groot verschil in smelttemperatuur tussen beide lagen en smelt duidelijk eerst de binnenlaag" Die omschakeling naar monomaterialen zegt niet alles maar is wel een belangrijk item bij dit onderzoek stelt Peeters resumerend. "Daarbij willen de onderzoekers ook op dit vlak goede praktijken leren kennen: hoe gaan bedrijven te werken en wat is hun methode?" Peeters kan ook nog niet exact zeggen in welke fase de kans op lekken het grootst is. "Dat is niet duidelijk gekend in literatuur. Deze vraag maakt deel uit van ons voorgesteld onderzoek. Dat kan tijdens de productie zijn, wanneer bijvoorbeeld elektrostatische lading op de lijn zorgt voor lekken in de verpakkingen. Maar het kan ook wanneer het product in de sealnaad voor contaminatie zorgt en daardoor de las niet meer goed sluit. Maar het kan ook tijdens het transport. Bijvoorbeeld doordat verpakkingen tijdens het transport in een doos over elkaar heen schuiven. Dit zou allemaal in casestudies kunnen worden onderzocht." De lekken moeten in al die verschillende fases op verschillende manieren getest worden. "Dit is afhankelijk van de fase in het verpakkingsproces. Bij het verpakken zelf kan de sealintegriteit getest worden via inline testen. Dan kan dit probleem dan al worden ondervangen. Impacten op de lekdichtheid/sealintegriteit door transport moeten onderzocht worden met transportsimulatie-onderzoek die de impact van het transport zoals vallen, trillen, compressie,... aanduidt zodat de oorzaak van de lekken bekend wordt. En als de oorzaak gekend is, kunnen we een oplossing zoeken. Dus ook hier gaat het projectvoorstel hopelijk een antwoord geven." Of grote bedrijven het in de regel beter voor elkaar hebben qua leakdetectie omdat zij professioneler zijn georganiseerd en de gevolgen voor hen groter zijn, kan Peeters niet zeggen. "Onze enquête leert ons wel dat offline-methoden veel meer verspreid zijn dan inline-methoden. Het onderzoeken van het belang van de diverse testmethoden en hun performantie zit vervat in een werkpakket. We onderzoeken welke bedrijven welke methode hebben. Is deze methode afhankelijk van het productieproces, of afhankelijk van het te verpakking product of bepaald door de eigenschappen van de testmethode, of bepaald door het verpakkingsmateriaal of ... Maar het kan ook zijn dat een groot bedrijf al jarenlang een detectiemethode heeft en zij graag van een onafhankelijke partner - ons als onderzoekscentrum - wil weten welke andere mogelijkheden of vernieuwingen er zijn. Belangrijk is dat zij met de opgebouwde projectkennis hun verliezen kunnen beperken en een economisch misschien een stap vooruit zetten."