A methodology and experimental approach for the selection of materials in food packaging industry

The continuously raise in the use of plastic and the consequently increase of pollution has been put in the spotlight in the last years, both for enhance the public awareness and for encourage industries to be “more sustainable”. New regulations will be issued, imposing the removal, or decrease, of the amount of non-degradable plastic used by companies which will be obliged to find alternatives. How is it possible to deal with this problem? If conventional plastics cannot be used, what materials can be employed? This thesis focuses on finding a solution to the problem of plastic, with the aim of provide to industries a general scheme to follow. All the strategies those can be implemented at the industrial level have been analysed, carrying out a scouting activity for a multinational bottling company, with the purpose of figure out what alternative solutions to polymers traditionally used in primary, secondary and tertiary packaging can be adopted. Starting from the idea of Circular Economy, developed by the European Commission, recycling, light weighting and substitution of materials have been chosen as approaches. Is important to point out that some of these strategies are currently implemented and continuously improved. Regarding primary packaging, recycling was the most suitable solution: it was evaluated based on type of process, complexity and cost. Furthermore, it was important to focus attention on the final use of recycled plastic: a positive aspect of the process is related to the possibility of obtaining new bottles from their waste. At the end of the evaluation, several mechanical recycling processes proper for PET bottles in contact with beverages were listed. Regarding secondary and tertiary packaging, material replacement was found to be a possible alternative: Chapter 4 focuses on the question: "On the basis of what criteria are substitutive materials chosen?". The final results have been found using the Key Performance Indicators (KPI) which represent a rating given to each relevant aspect to consider (i.e fit for purpose, Life Cycle Analysis, recycling, compostability, costs and availability). The main purpose of the work is to provide guidelines to be used in the choice of materials, considering all the necessary aspects, such as, for example, mechanical requirements, functionality, cost, products’ protection and degradability. In this regard, aging tests were carried out on new materials, supplied by a biopolymers’ manufacturer, found during the scouting activity as a possible alternative to the conventional polymer films used to date.

Il costante aumento dell'uso della plastica e la conseguente crescita dell'inquinamento sono stati argomenti molto discussi negli ultimi anni, sia per accrescere la consapevolezza del pubblico sia per incoraggiare le industrie ad essere "più sostenibili". In poco tempo verranno emanati nuovi regolamenti, che imporranno la rimozione o la riduzione della quantità di plastica non degradabile utilizzata dalle aziende, le quali saranno obbligate a trovare un’alternativa. Come è possibile affrontare questo problema? Se non è possibile utilizzare materie plastiche convenzionali, quali materiali possono essere impiegati? Questa tesi si focalizza sulla ricerca di una soluzione al problema della plastica, con l'obiettivo di fornire alle industrie uno schema generale da seguire. Tutte le strategie che possono essere implementate a livello industriale sono state analizzate, effettuando un’attività di ricerca per un'industria di imbottigliamento multinazionale, con lo scopo di capire quali soluzioni alternative ai polimeri tradizionalmente utilizzate nel packaging primario, secondario e terziario possano essere adottate. A partire dall'idea di Economia Circolare, sviluppata dalla Commissione Europea, sono state trovate come possibili soluzioni il riciclo, la sgrammatura e la sostituzione dei materiali. È importante sottolineare che alcune di queste strategie sono attualmente implementate e continuamente migliorate. Per quanto riguarda l'imballaggio primario, è stato proposto il riciclo come soluzione: esso è stato valutato in base al tipo di processo, complessità e costi. Inoltre, è risultato importante focalizzare l'attenzione sull'uso finale di plastica riciclata: un aspetto positivo del processo è legato alla possibilità di ottenere nuove bottiglie a partire dai loro rifiuti. Al termine della valutazione vengono proposti diversi processi di riciclaggio meccanico adatti per bottiglie in PET a contatto con bevande. Relativamente all’imballaggio secondario e terziario, una possibile alternativa è la sostituzione del materiale: il Capitolo 3 ha lo scopo di di rispondere alla seguente domanda: "Sulla base di quali criteri vengono scelti i materiali sostitutivi?". I risultati finali sono stati ottenuti utilizzando gli indicatori chiave di prestazione (KPI) che rappresentano un punteggio assegnato a ciascun aspetto da considerare (ovvero adatto allo scopo, analisi del ciclo di vita, riciclaggio, compostabilità; costi e disponibilità). Lo scopo principale del lavoro è fornire linee guida da utilizzare nella scelta dei materiali, considerando tutti gli aspetti necessari, come ad esempio requisiti meccanici, funzionalità, costi, protezione del prodotto e degradabilità. A questo proposito, sono stati condotti test di invecchiamento su nuovi materiali, forniti da un produttore di biopolimeri, trovati durante l'attività di scouting come una possibile alternativa ai film polimerici convenzionali utilizzati fino ad oggi.