material selection for food packaging material

7/23/2019 Material Selection for Food Packaging Material

http://slidepdf.com/reader/full/material-selection-for-food-packaging-material 1/38

MIA DINIATI

1106154324

TEKNIK METALURGI DAN MATERIAL

UNIVERSITAS INDONESIA

UTS Desain dan Pemilihan Material

Seleksi Polimer untuk

Food Packaging material



Definisi Polimer

Klasifikasi Polimer

Sifat umum Polimer

Limitasi Polimer

Proses Desain dan Kriteria Pemilihan Polimer

Aplikasi Polimer

Tahapan Pemilihan Material

Material Polimer untuk Food Packaging

Kasus Penggunaan Polimer untuk Food Packaging

Kasus Pemilihan Material



Polimer merupakan senyawa yang terdiri dari molekul denganrantai yang panjang, dimana setiap molekul terbuat dari suatuunit pengulangan yang terhubung bersama.

Hampir semua polimer terbuat dari karbon dan disebut sebagaikimia organik



• Alami (ex:Starch)• Sintetis(ex:PE)

Originalitas

• Organik polimer (ex:protein, selulosa)• Anorganik polimer (ex:asbes)

Unsur /komponen

• Homopolimer (ex: PE)

• Kopolimer(ex:ABS, SBS) Jenis monomer

• Termoplastik: dapat di daur ulang (ex:PE,PVC, PP, PS)

• Termoset:tidak dapat didaur ulang(ex:epoxy)• Elastomer (ex:natural dan sintesis rubber)

Respon terhadap panas



• Densitas relatif rendah dibanding logam dan keramik

• Good strength – to – weight ratio (untuk beberapa polimer)

• Ketahanan korosi baik

• Konduktifitas listrik dan panas rendah

• Net – shape processing baik

• Cost competitive dengan logam dimana membutuhkan energi lebih rendahuntuk memproduksi

• Beberapa plastik translusen dan transparan kompetitif dibanding glass



Kekuatan relatif rendah dibandingkanlogam dan keramik

Modulus elastisitasrendah

Temperatur serviceterbatas

Viscoelasticproperties(limitasi diaplikasi load bearing

Beberapa polimerrentan terhadap sinarUV



Kunci kesuksesan memilih polimer untuk aplikasi tertentu adalah denganmemilih material yang tepat, proses yang digunakan, desain yang sesuai .

Proses engineering desain meliputi: memenuhi syarat yang dibutuhkandengan harga termurah, desain, material dan kombinasi proses seperti padagambar di bawah ini. Dan juga mengetahui data sifat dari material yang

ingin dipilih.



Aplikasi

biomedical Foodpackaging

Adhesive

komposit

Coating

Foams

RubberElectronicdevice

Opticaldevice

Advancedmaterial

Industry part

Sport

Daily needs

Polimer apayang

sesuai???

& apa

kriteria yang

dibutuhkan?



Fungsi darimaterial

Kriteria darimaterial yangdibutuhkan

Sifat material yang

dibutuhkan

Lingkupmanufaktur

Membandingk an semua sifat

Evaluasikandidatmaterial

Bentuk material

Proses yangdigunakan

Produk



Fungsi dari food packaging:

Food packaging merupakan material yang

digunakan untuk mengemas makan yang

bertujuan untuk:

Proteksi dari efek fisika, biokimia,mikrobiologi, temperatur, kelembaban,

cahaya, gas, tekanan.

Sebagai barrier dari lingkungan

Transmisi informasi

Marketing Kontrol porsi – memberikan info mengenaikomposisi dan nutrisi dari makanan

Convenience

Keamanan

Material untuk food

packaging dapat berupa:

Papers

Clothes

Glass

Metals

Namun Polymers menjadi

pilihan utama karenakeunggulannya transparansi,softness, heat seal ability, goodstrength to weight ratio, murah,sifat mekanis baik, barrier terhadapoksigen dan panas



Kriteria yang dibutuhkan untuk pemilihan foodpackaging – Berdasar FAO

Tidak bolehberacun

Kompatibeldengan jenis

makanan

tertentu

Proteksi darisanitary

Dapatmemproteksi

dari

kelembaban

Dapatmemproteksidari gas dan

bau

Dapatmemproteksidari cahaya

Ketahananbaik terhadap

impak

Transparansibaik

Tamperproofiness

Mudahdibuka

Pouringfeatures

Resealfeatures

Mudahdidaur ulang

Limitasi

bentuk,ukuran dan

berat

Penampilanbaik

Murah Spesial fitur



SIfat yang dibutuhkan untuk pemilihan foodpackaging

Gas barrier properties

• Ketahanan harus semakin tinggi, agar makanan tidak terkontaminasi. Permeabilitas akan dipengaruhi oleh T,kristalinitas, relative humidity

Water vapour transmittance

• Ketahanan terhadap kondisi lingkungan yang lembab juga harus tinggi

Thermal properties

• Dibutuhkan pada saat food packaging langsung terkena makanan yang panas. Semakin tinggi nilai makasemakin bagus karena meminimalkan degradasi polimer

Mechanical properties• Dibutuhkan food packaging dengan kekuatan mekanis yang baik.

Compostability

• Kemampuan untuk terkompos secara alami. Semakin cepat waktu composting akan semakin baik karenatidak mencemarkan lingkungan

Ketahanan terhadap senyawa kimia

• Harus baik terutama apabila langsung berinteraksi dengan produk yang bersifat asam maupun basa



Umur pakai food

packaging dikontrol oleh

Karakteristik produk: produk akandigunakan untuk apa sehingga sifat – sifat

apa saja yang dibutuhkan sepertiketahanan terdapat perubahan fisik, kimia,

mikorbiologi aktivitas air, senyawaantimikrobial, relative humidity,konsentrasi gas

Properties: untuk spesifk aplikasitertentu

Kondisi penyimpanan dan distribusi

produk : pengaruh lingkungan, T, intesitascahaya, relative humidity

Kriteria pemilihan

polimer dan sifat –

sifat untuk foodpackaging yang

paling harus

diperhatikan

adalah

Harus disesuaikan dengan

aplikasi yang ingin digunakan



Food packagingregulations

Keamanan dari material untuk food

packaging dikontrol oleh divisi 23Food and Drugs Act andRegulations, Section B.23.001 yang melarang penjualan makan di dalam

kemasan yang dapat berbahaya

Pada tahapan desain dan pemilihan material juga harus diperhatikan standard danregulasi yang ada

CEC (Comission of the Europeran Communities): batasan dari keseluruhan

proses migrasi dari plastik ke makanan

USA regulations: polimer resin yang digunakan, spesifikasi resin, batasan prosesmigrasi, waktu/suhu resin akan terlarut

FDA (food and drugs adminstration): kapan migrasi terjadi , safety dari food

Codez Alimentarius Comission (FAO&WHO): packaging tidak boleh

mentransmisikan apapun ke dalam produk makanan.



Pada tahapan desain dan pemilihan material juga harus diperhatikan standard danregulasi yang ada

Di indonesia sistem standarisasi produk pangan dikembangkan oleh DirektoratStandarisasi Produk pangan.Beberapa dasar hukum yang bisa dijadikan acuan dalam kemasan pangan diIndonesia:• UU No.7/1996 tentang pangan

• Peraturan Menteri Kesehatan RI NO.329/Menkes/XII/76 tentang produksi danperedaran pangan,

• Peraturan Pemerintah Nomor 28 tahun 2004 tentang keamanan mutu dan gizipangan.

Biasanya pengemasan produk mengacu pada peraturan internasional, Indonesiabelum memiliki standarisasi sendiri.



Material Keterangan AplikasiPolyehtylene (PE) Fleksibel, transparan, ketahanan terhadap

temperatur rendah yang baik,

impermeability terhadap uap airHDPE digunakan saat transparansi tidak terlalu

diperhatikanBotol susu

LDPE Sangat murah dan stretch capacity tinggidan barrier properties baik

food storage bags

Polypropylenes(PP)

Kekuatan sangat tinggi namun lebih mahaldibanding plastik

rigid containersmisalnya botol bayi,magkok.

Polystyrenes (PS) Kaku dan ketahanan terhadap panas baik strofoam, cups, egg tray



Material Keterangan Aplikasi

Polyamides (PA) Ketahanan mekanis dan temperatur samadengan PET, ketahanan korosi baik,ketangguhanan baik, permeabilitas terhadap

gas rendah.

Boil – in bag packaging

Polyvinyldenechlorides (PVDc)

Barrier terhadap uap air, gas, produk minyak yang baik, tahan panas, lebih mahaldibanding plastik lainnya

Coating, flexiblepackaging

Polyvinyl chlorides

(PVC)

Murah dan mudah stretching, ketahanan

terhadap senyawa kimia baik,

plastic wrapping

Polyethyleneterphtalates (PET)

Tensile&yield strength baik, transparan,barrier baik untuk lingkungan, ringan, tahanakan sinar UV

minuman dingin, botol,toples



Sifat mekanis

dari beberapa

food plastics

properties

dari beberapa

food plastics



Harga poiimeryang sering

digunakan untukfood packaging

materials

permeabilitas

polimer pada

suhu 25oC



Permasalahan penggunaankonvensional polimer

Tidak biodegradable membuat permasalahan

besar untuk lingkungan biaya daur ulang sangattinggi $624 miliar setahun

Konvensional polimer resiko terhadap

lingkungan, kesehatan manusia dan eksosistem

Selain itu hampir 99% plastik terbuat dari fossil

fuel origin terbatas karena tidak terbarukan

Environmental pollution

Dibutuhkan energi yang tinggi pada proses

manufaktur

Difusi polimer dan aditif ke dalam makanan

Contoh kasus kegagalan:

Terdapat beberapa kasus ketika terjadi

interaksi antar material dan makanan dimana

aditif tercampur ke makan makananterkontaminiasi

Sifat mekanis dari food packaging buruk

food packaging rusak saat ada beban

berlebih makanan akan terkontaminasi

Ketika terdapat panas/terpapar sinar uV

polimer dapat terdegradasi food

packaging rusak biasanya sering terjadi

pada aplikasi penggunaan PVC, PP, PS

Ketika tidak tahan terdapat makanan yang asam/basa food packaging terdegradasi

makanan terkontaminasi

Solusi dengan

biodegradable

polymer



Biodegradable polymer terbuat dari materialnatural seprti starch-based polymers. Polylactic

acid (PLA), dll.

Biobased polymer juga telah sesuai denganperaturan dari food and packaging legislation.Contoh dari biodegradable polymer: Celulosa,Chitosan, Protein, Keratin, dll.

Biodegradable polymer dipilih menjadimaterial food packaging karena:

1. terbuat dari bahan alami

2. mudah didaur ulang

3. mudah dikompos

4. memiliki sifat yang sama dengankonvensional polimer untuk material foodpackaging dengan komposisi yang sesuaiuntuk setiap aplikasi tertentu – ( kompetitif)

5. dapat digunakan untuk primary packaging

6. sesuai dengan kriteria pada material food

packaging dimana dibutuhkan material yang mudah didaur ulang



Material

biodegradable

polymer

Keterangan Aplikasi

Starch based poylmers Murah, renewable materials (termoplastis).Ketika dikombinasi dengan PE/PS

kekuatan meningkat

Packaging of french fries

PLA

(aliphatic polyester yang

diperoleh dari produksi

asam laktat dari sumberterbarukan ex.corn starch,

sugarcane)

Renewable, biocompatibility, process ability,

tahan terhadap sinar UV dibanding

PE,kekuatan mekanik baik, ketahanan

terhadap air baik

Films, thermoformed

containers, botol

Poly beta

hydroxyalkanoates (PHB)

Tahan terhadap air, 100% biodegradable,

thermoplastic proscess ability

Cups



Siklus material polimer biodegradable



Perbandingan permeabilitas biodegradablepolymer dan polymer konvensional

Perbandingan permeabilitas oksigen biobased material

dengan polimer pada umumnya

Biodegradable polimer

memiliki pemeabilitasyang baik biladikomparasi denganpolimer pada umumnyaDimana sifat tersebutsangat penting untuk

material food packaging.



Perbandingan water vapor transmittancebiodegradable polymer dan polymer konvensional

Perbandingan water vapor transmittance oksigen biobasedmaterial dengan polimer pada umumnya

Biodegradable polymermaterial dapat digunakanapabila terdapat kondisilingkungan yang lembab walaupun pada keadaanyang sangat lembab,

sangat sedikit yang dapatdigunakan



Perbandingan tG & TM biodegradable polymer danpolymer konvensional

Tg & Tm Indikasi waktu yang dibutuhkan untuk composting biobased material dan synthetic polymer materials

Semakin tinggi Tg & Tm maka ketahanan degradasi material terhadap panasjuga akan semakin baik Biodegradable polymer juga memiliki Tg & Tm yang baik dibandingkan

dengan konvensional polimer



Perbandingan composting times biodegradablepolymer dan polymer konvensional

Indikasi waktu yang dibutuhkan untuk composting biobased

material dan synthetic polymer materials

Biodegrade polymerdapat terkompos di dalam

tanah dimana dapatbertindak sebagai fertilizer+ soil conditionersdimana konvesionalpolimer sangat susah

bahkan tidak bisaterkompos di dalam tanah



Perbandingan sifat dan harga biodegradablepolymer dan polymer konvensional lainnya



Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa untuk material foodpackaging pemilihan material akan tergantung dari aplikasinya. Pada kali ini

akan dibahas lebih lanjut mengenai material food packaging untuk

beverages. Berikut ini merupakan hal – hal yang harus diperhatikan untuk beverages food packaging.:



Syarat untuk food packaging beverages:Faktor yang menentukan umur pakai: pertumbuhan mikroba, migrasi/scalping, oksidasi dari komponenberbau, nutrien dan pigmen, non-enyzmatic browning dan beberapa kasus seperti: untuk produk carbonated kehilangan CO2 yang harus diperhatikanUntuk mineral water pencegahan dari penyerapan airUntuk Juices: heat treatment setelah packaging dapat menyebabkan kontaminasi akibat mikroba harus

diperhatikanProduk dengan pH rendah harus tahan terhadap asam Transmisi cahaya harus rendah agar dapat menghindari oksidasi colourants Yang paling penting karena produk beverage membutuhkan waktu simpan yang lama maka dibutuhkanketahanan terhadap kelembabanDapat dicompose dengan mudah

Konvensional Polimer

(ex: PET, PE)

Biodegrable Polimer

(ex: PLA)

Material

polimer apa

yang dapat

digunakan??

???



Penentuan material untuk beverages foodpackaging

Material Permeabilitas Water

vapor

resistance

Sifat

mekanik

Ketahanan

kimia

Tg& Tm Kemampuan

untuk

terkompos

Harga

Konvensional polimer

PET Medium High Medium High High Low 2,1 – 3,4$US/kg

PE High low Medium Medium Low Low 2,00 – 3,7

$US/kg Biodegradable polimer

PLA Medium Medium Medium Medium Medium High 1,8 – 2$US/kg

Kesimpulan:Dari tabel diatas dapat terlihat bahwa biodegradable polimer PLA memiliki sifat dan harga yang

kompetitif dan diperlukan untuk menjadi beverage food packaging dibandingkan PET dan PE



Beberapa standard pengujian untuk pengujian material polimer

food packaging

•EN 1186 – Migration Testing for Food Contact Materials (simulasi menggunakan air, 3% asam

asetat, etanol, minyak sayur, MPPO, Iso – Octane pengujian dilakukan dengan berbagai larutan di

kondisi test yang bervariasi tergantung aplikasi. )

•EN 13130 – Specific migration testing for plastics and other food contact materiasl such as

packaging, kitchen utensils, and food processing system ( batasan dari migrasi aditif dan monomer,

menganilasa spesifik komponen dengan analisa terephtalic acid, maleic acid, 1,3-Butadiene,Bispehonel A, Isocyanatesm dll)

• ASTM D882 – 02 Standard test Method for Tensile Properties of Thin plastic sheet

•

ASTM D1709-03 – Standar test methods for impact resitance of plastic film by the free falling dartmethod

• ASTM D642 – Standard Test Method for Detemining compressive Resistance of Shipping Containers, Components, and Unit load

• ASTM D4754 – 11 - Standard Test Method for two-sided liquid extraction of plastic materials

using FDA migration cell



Rute proses pembuatan material food

packaging

Bentuk

Co – extrude film Packaging film

Cast film Packaging film

Thermoformed sheets Trays, cups

Blown films Packaging film

Injection (blow-) moulding Salad pots, cutlery, drinking beakers, cups,

plates, drinks bottles, tray

Extrusion casting Laminated paper or films

produksi Setelah material selesai dipilih proses selanjutnyaadalah desain produk dan proses pembuatan.Untuk proses produksi yang lebih murah dapat

didapatkan dengan pembuatan secara massal.

Dengan rute proses pembuatan sebagai berikuttergantung bentuk yang ingin didapatkan:



Blow molding:hot plastic dari extruder

dimasukkan ke dalam

cetakan yang dingin

mold tertutup udaradi dinjeksi mengembang dikeluarkan dari mesin.

Blow molding process



Yuwono, Akhmad Herman. Bahan ajar Material Teknik. Depok: Departemen Metalurgi danMaterial Universitas Indonesia. 2011

ASM Handbook volume 20 Materials Selection. ASM International.1997

Packaging Material. FAO Corporate Document Repository.

( http://www.fao.org/docrep/V5030E/V5030E0h.htm )

Diakses pada tanggal 2 April 2012 pukul 13.00 WIB

Packaging Materials. Health Canada. ( www.hc-sc.gc.ca )

diakses pada tanggal 2 April 2012 pukul 13.50 WIB

Chin, Alexander. Polymers for Innovative Food Packaging. Faculty of Worcester PolytechnicInstitute. 2010

Permeability and Plastic Packaging. ( www.personal.psu.edu )

diakses pada tanggal 2 April 2012 pukul 14.30 WIB Weber, Claus J. Biobased Packaging Materials for the food Industry. Denmark: The Royal

Veterinary and Agricultural University. 2000

Marsh, Kenneth, Betty Bugusu. “Food Packaging – Roles, Materials and Environmental Issues”. Journal of food science vol.72 no.3 (2007): R39 – R55

Cooksey, Kay. “Important Factors for Selecting Food Packaging Materials Based on Permeablity” .Flexible Pakaging Conference (2004)

http://www.fao.org/docrep/V5030E/V5030E0h.htm

http://www.hc-sc.gc.ca/

http://www.personal.psu.edu/


































Guzman, Agnieszka, Natalia Gnutek, Helenan Janik. “Biodegradable Polymers for FoodPackaging – Factors Influencing Their Degradation and Certification Types – AComprehensive Review.” Chemistry and Chemical Technology vol.5 no.1 (2011): 115 – 122

Petersen, Karina, et.al. “Potential of biobased materials for food packaging.” Trends inFood Science & Technology 10 (1999): 52 – 68

Mahalik, Nitaigour P., Arun N. Nambiar. “Trends in food packaging and manufacturing systems and technology.” Trends in Food Science & Technology 21 (2010): 117 – 128

Siracusa, Valentina, et.al. Biodegradable polymers for food pakaging: a review.” Trendsin Food Science & Technology 19 (2008): 634 – 643

Roy , Nilandri.et.al. Biodegradation of PVP-CMC Hydrogel Film: A Useful FoodPackaging Material. Czech Republic: Centre of Polymer Systems, Tomas Bata University in Zlin.2010

Lau, Oi-Wah, Siu-Kay Wong. “Contamination in food from packaging materials.” Journal of Chromatography A, 882 (2000): 255 – 270

Peraturan – peraturan dalam kemasan pangan.

( ocw.usu.ac.id ) Diakses pada tanggal 19 April 2012 pukul 20.00WIB

material selection for food packaging material

Documents