Come facciamo la vaschetta?

A. Montanari, T. Pedrelli, N. Bovis “Come facciamo la vaschetta?” Fiere di Parma 9 Novembre 2012
Si può vivere senza ossigeno?
I salumi pre-affettati tra aspetti tecnologici
e innovazioni normative
Parma 9 Novembre 2012
Come facciamo la vaschetta?
I materiali per il confezionamento: stato dell’arte e
tendenze future
A. Montanari, T. Pedrelli, N. Bovis “Come facciamo la vaschetta?” Fiere di Parma 9 Novembre 2012
I requisiti della vaschetta
1.Conforme alla legge
gg sugli
g MCA
2.Protettiva verso il prodotto
3.Amica dell’ambiente
Le funzioni della vaschetta
-Estensione/ottimizzazione shelf-life
-Servizio
-Sostenibilità
Impiego di materiali
innovativi
biodegradabili, più
leggeri, riciclati
Impedire gli scambi gassosi con l’esterno
M t
Mantenere
l’atmosfera
l’ t
f protettiva
t tti
Proteggere dalla luce.
Termoformabilità
Saldabilità
Pelabilità (eventuale)
Trasparenza e brillantezza
Stampabilità
Resistenza meccanica
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Fattore chiave nel confezionamento AP dei salumi preaffettati è la eliminazione
dell’ossigeno:occorre
dell
ossigeno:occorre stabilizzare l’atmosfera
l atmosfera interna
•Impiego di materiali ad Alta Barriera all’ossigeno
all ossigeno e al vapor
d’acqua
•Realizzazione di saldature ermetiche
•Controllo dell’ossigeno residuo
•Ottimizzazione della geometria
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I materiali: la permeabilità
La permeabilità dei film plastici è funzione di
•fattori di composizione: natura chimica del polimero, morfologia e cristallinità,
•fattori
fattori ambientali e geometrici: temperatura, umidità relativa, differenza di
pressione parziale del gas, spessore e geometria dell’imballaggio
•tipo di permeante: permeabilità CO2 >permeabilità O2 (3-7 volte)
Permeabilità all’ossigeno
Polimeri
(spessore film 25 µm)
(cm3/m2 24h bar)
Polietilene a bassa densità (LDPE)
7000-8000
Polietilene ad alta densità (HDPE)
2800-3000
Polipropilene (PP)
2300-3700
Polietilene tereftalato (PET)
Poliammide 11 (PA11)
Cloruro di polivinilidene (PVDC)
Copolimero etilene vinil alcol (EVOH)
(0%UR)
Copolimero etilene vinil alcol (EVOH) (95% UR)
45-90
500-1500
12-100
1-2
120
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I materiali: evoluzione della Composizione
Vaschetta
Composizione polimerica
PET/PA/Surlyn
PVC/EVOH/PA
PA/PVC/EVOH/EVA
PVC/EVOH/EVA
PVC/EVOH/PE
PET/EVOH/EVA
PS espanso/PS film/EVOH/EVA
TOP
Composizione polimerica
PET/Surlyn
PT/Ad/PA/PE
PET/EVOH/EVA
PET/EVOH/EVA
PET/PE+EVOH/PE+EVOH
PT/Ad/PA/EVA
PET/EVOH/EVA
Vaschette
Spessore totale
Composizione polimerica
µm
PE/ad/APET/ad/PE/EVOH/PE
peel
APET /PE/EVOH/PE peel
PET/EVOH /PE
da 280 a 500
APET PE EVOH PE PEEL
PET/EVOH/PE
APET/EVOH/PE PEEL
Presenza interfoglio
PE opaco
PP opaco
all’inizio
PP opaco
PS trasparente
oggi
TOP
Spessore totale
Composizione polimerica
µm
PET/adesivo/PE/adesivo/PE
Da 60 a 90
(antifog)
PET/inchiostri/adesivo/PE-EVOH-PE
PET/ PE/EVOH/PE
PA/Surlyn 7 strati
PA cast/PE coestruso 11 strati
PET /PE/EVOH/PE
PET/PE/EVOH/PE (antifog anti-uv)
PET/PE/ EVOH/PE (antifog)
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I materiali: Composizione e spessore
Per il raggiungimento delle diverse funzioni si utilizzano film multistrato,
accoppiati, coestrusi o laccati. Nei multistrato ogni strato ha una funzione
specifica:
ifi
b i
barriera
all’ossigeno
ll’
i
(EVOH PA),
(EVOH,
PA) protezione
t i
d ll’ idità (PET,
dall’umidità
(PET PE),
PE)
resistenza meccanica (PET, PS),saldabilità (PE, PP), stampabilità (PP, PE, PA)
Sezione di un TOP: 8.85 um
Nei multistrato gli spessori
dei singoli strati possono
variare in relazione ai
requisiti richiesti e ai costi
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100
95
85
1467.0
1504.6
80
75
60
PET esterno
55
50
969.0
1339.2
%T
65
845.9
1408.5
70
71.5
87
I materiali: Composizione e spessore
2962.7
90
1016.0
45
40
25
3500
3000
2500
2000
1094.5
1712.3
1240.8
30
722.0
35
1500
1000
Wavenumbers (cm
(cm-1)
1)
75
70
65
EVOH intermedio
1599.1
60
55
848.3
50
1534.0
45
%T
40
20
3341.4
15
10
3500
3000
2500
2000
729. 5
2848.1
0
1463. 6
719.7
5
-5
1500
1000
500
Wavenumbers (cm-1)
95
90
85
80
719.0
75
1462.4
729.5
70
65
60
55
50
45
40
PE interno
i t
35
30
25
15
10
3500
3000
2847.5
20
2915.3
%T
E’ possibile misurare e identificare
mediante spettroscopia FTIR e calorimetria
differenziale (DSC) i singoli strati e il loro
grado di cristallinità
1239. 2
Sezione di una vaschetta PET/ PE-EVOH-PE
256 µm
1740. 0
25
1091.5
1376. 0
30
1308. 5
35
2500
Wavenumbers (cm-1)
2000
1500
1000
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I materiali: la permeabilità
permeabilità, definizioni e unità di misura
Permeabilità o KP: la quantità di permeante che attraversa uno spessore
unitario di una superficie
p
unitaria, nell'unità di tempo,
p per
p effetto di una
differenza unitaria di pressione parziale
Per i materiali eterogenei si misurano
P, Permeance o permeabilità:la quantità di gas che attraversa una
superficie unitaria, di dato spessore, sotto una differenza di pressione
parziale
i l uitaria,
it i nell’unità
ll’ ità di ttempo
Le unità di misura: cm3 m-2 24h-1 100 kPa-1 o (bar-1) (Fattore moltiplicativo per
conversione bar –atmosfere:1,01)
GTR, Velocità di trasmissione (O2TR, N2TR, CO2TR, WVTR): la
quantità
quant
tà di gas che
ch attraversa
attra rsa una superficie
sup rf c unitaria,
un tar a, di dato
ato spessore
sp ssor e
sotto una data differenza di pressione parziale , nell'unità di tempo
Le unità di misura: cm3 m-2 24h-1
Definizioni tratte dal testo Food packaging science and technology, CRC Press 2008
A. Montanari, T. Pedrelli, N. Bovis “Come facciamo la vaschetta?” Fiere di Parma 9 Novembre 2012
I materiali: la permeabilità
permeabilità, definizioni e unità di misura
Definizione quantitativa di barriera (UNI 10534)
BARRIERA (1)
PERMEABILITA’ o VELOCITA’ DI
TRASMISSIONE (2)
MOLTO ALTA
< 0,5
Alta
O,5-3,0
Media
3,1-30
Bassa
31-150
Molto bassa
> 150
(1) Riferita al gas o al vapore verso cui si richiede uno
specifico comportamento del materiale
((2)) cm3 m-2 24h-1 bar-1,, a 23°C e 0% di UR p
per i g
gas;;
g m-2 24h-1 , a 38°C e 90% UR per il vapor d’acqua
A. Montanari, T. Pedrelli, N. Bovis “Come facciamo la vaschetta?” Fiere di Parma 9 Novembre 2012
I materiali: la p
permeabilità
Materiale
Spessore
µm
µ
GPR ASTM D3985 e DIN 53380
cm3 /m2x24h
(0%UR;23°C,
1bar)
PET/adesivo/PE-EVOH-PE
(antifog+anti UV)
72 (12+60)
3.7
PET/adesivo/PE/EVOH/PE
74
<2
OPET PE-EVOH-PE AF A-UV
65 (12+53)
0,6
PET/adesivo/PE-EVOH-PE
74 (12+2+60)
2,2
PET/adesivo/PE-EVOH-PE tal quale
PET/adesivo/PE-EVOH-PE applicato
91
2.31
2
31
2.46
PET/EVOH/PP
0,7
NYLON/PE
2,6
Nylon/alluminato/PE
<0,05
APET/EVOH/PE
500
11
1.1
APET /PE/EVOH/PE peel
280
1.8
Permeabilità
all’ossigeno di diversi
film.
E’ opportuno
E
utilizzare materiali ad
alta barriera secondo
la norma
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La vaschetta: ermeticità e saldatura
Prova di trazione
Resistenza alla pressione
Controllo saldatura
Hot tack
Bubble test
Conducibilità elettrolitica
Controllo perdite
macroscopiche
Penetrazione di liquidi coloranti
Eliotest
Rileva le microperdite
microperdite,, è veloce,
pulita
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Spettrometria di
massa ad elio
Applicazione eliotest
a vaschette in cui
sono stati creati
difetti di diverse
dimensioni
Tecnica
T
i della
d ll
sonda annusatrice
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Ossigeno residuo
Tecniche di misura dell’ossigeno residuo
Analizzatore di ossigeno (paramagnetico)
Gascromatografia
Volume spazio di testa+gascromatografia
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Valori accettabili O2 ≤ 0.5%
ottimali O2 ≤ 0,2%
Considerando
Area top: 0.037 m2
Tempo di shelf-life: 30 giorni
a)P=2.46
)P 2 46 cm3 m-22 24h-11 ;
O2 permeato e consumato: 2,73 cm3;
b)P=0,6 cm3 m-2 24h-1
O2 permeato
t e consumato:
t 0,67
0 67 cm3
Valori elevati di ossigeno possono derivare
-caratteristiche
caratteristiche non idonee dei gas in bombole premiscelati
-grado di vuoto non adeguato
-velocità
velocità della linea
-alta permeabilità
-saldatura
ld t
dif
difettosa
tt
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Evoluzione ossigeno %
HIGH<3 cm3 /m2x24h (23°C, 50% RH)
LOW< 1 cm3 /m2x24h (23°C, 50% RH)
0.8
0.7
0.5
H 0,15O2
0.4
L0,15O2
0.3
H0
0,30O2
30O2
0.2
L0,30O2
0.1
0
0
10
20
30
40
tempo /gg)
Conservazione a 4°C buio
Evoluzione dell’ossigeno in diversi
tipi di affettati confezionati presso
SSICA
O
O%
O2%
0.6
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
Pancetta
Bresala
Crudo
0
20
40
tempo (gg)
60
80
A. Montanari, T. Pedrelli, N. Bovis “Come facciamo la vaschetta?” Fiere di Parma 9 Novembre 2012
La quantità di ossigeno nelle confezioni è inoltre
funzione
-della geometria della vaschetta: aumentando la
superficie a parità di volume aumenta la
permeabilità
-del
del rapporto volume prodotto/volume gas
-uniformità spessore
A. Montanari, T. Pedrelli, N. Bovis “Come facciamo la vaschetta?” Fiere di Parma 9 Novembre 2012
I nuovi materiali
Attivi
g
Intelligenti
Biodegradabili da fonti
Rinnovabili da Biomasse
Nanoforma
Riciclati
estendere la durabilità
migliorare la sicurezza
migliorare la sicurezza
aumentare il servizio
esaltare le proprietà sensoriali migliorare l’ ecocompatibilità
g
p
Legislazione: attivi e intelligenti (Reg. CE N. 450/2009), riciclati (Reg. CE
N 282/2008) per altri
N.282/2008),
lt i è ancora in
i corso di definizione
d fi i i
o sii deve
d
f
fare
riferimento
if i
t a
pareri e Linee guida EFSA (nanomateriali).
Le applicazioni al settore degli affettati sono ancora limitate.
A. Montanari, T. Pedrelli, N. Bovis “Come facciamo la vaschetta?” Fiere di Parma 9 Novembre 2012
Tipologie di imballaggi attivi applicabili al confezionamento di preaffettati
Assorbitori di ossigeno, Antimicrobici, Assorbitori UV, Anticondensa
Sequestratori di ossigeno: composti a
b
base
f
ferro,
anche
h in
i nanoforma
f
Assorbitori UV: molecole organiche
contenenti derivati di benzofenone e di
benzotriazolo o sali inorganici in
nanoforma
Antimicrobici: batteriocine come la nisina,
acidi organici, estratti da spezie
(carvacolo, timolo), chitosano, sali
d’ammonio,, sali Ag
g , TiO2
Limitazioni all’impiego derivano dal fatto
che agiscono per contatto. Sono in fase di
sviluppo per altri settori
settori, come i formaggi,
formaggi
antimicrobici a rilascio controllato.
Anticondensa (anti-fog); si tratta generalmente di un trattamento superficiale con
f i
funzione
estetica,
t ti per garantire
ti (anche
( h in
i condizioni
di i i sfavorevoli
f
li di umidità
idità
interna) massima trasparenza e brillantezza (esteri ac. grassi come glicerol
stearato);
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Utilizzo di sequestratore di ossigeno a base ferro nel materiale: applicazione al prosciutto cotto
Film PA/EVOH/PA//PE/PE/PE
PA/EVOH/PA//PE/PE/PE,110µm,
110µm con diversi additivi
CAMPIONE
Particelle di ferro (diam. 63µm)
Permeabilità
cc/(m2-day)
2.59
3.17
Film 1 tal quale
Film 2 anti UV +seq
ox 8%
Film 3 anti UV +seq
2 87
2.87
ox 16%
Film 4 anti UV
2.74
Film 5 anti UV+ ossidi 0.62
silicio 12 um
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Utilizzo di sequestratore di ossigeno a base ferro incorporato in etichette autoadesive: applicazione al capocollo
Codice
Vaschetta
Film chiusura
3
4
PET/EVOH/PE PET/EVOH/P
E
NYLON/PE
NYLON/PE
Principi
in assorbitore O2
vaschetta
Permeabilità
2,59
O2cc/(m2-day)
assorbitore O2
2.74
Assenza di ossigeno
g
fino a 180 giorni.
g
Aumento nel
tempo del rapporto azoto/anidride carbonica a seguito
della permeabilità alla C02.
Conservazione: quattro mesi a T=5°C (+/3°C), illuminata con luce al neon ore 7,00 alle
ore 20,00
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Ogni materiale presenta specifiche caratteristiche di trasparenza a radiazioni UV
90
80
60
%T
40
20
0
190
300
400
450
Wavelength [nm]
C f
Confronto
t ffra PLA 30 my e PET 12,5
12 5 micron
i
Curva BLU PLA
Curva verde PET
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Utilizzo di assorbitori UV
Utilizzo di assorbitori UV
Misura della capacità assorbente mediante registrazione di spettri UV nella
regione UV (200-400
(200 400 nm) e in una parte dello spettro visibile (400-750
(400 750 nm)
100
100
80
80
60
60
%T
40
%T
40
20
20
0
200
300
400
Wavelength [nm]
Film PET /PE-EVOH-PE
Con assorbitore (curva rossa)
Senza assorbitore (curva blu)
500
550
0
200
300
400
Wavelength [nm]
Film senza assorbitore
Fil
bit
((verde)
d )
Film con assorbitore (blu)
Film con assorbitore (marrone)
500
550
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Bioplastiche
p
–
p
plastiche
che sono biodegradabili
g
o che hanno un contenuto di
materia derivato da fonti rinnovabili (bio) o che presentano entrambe le caratteristiche
Zuccheri
Olii vegetali
g
Cellulosa
Olio di ricino
PHAs
Lignina
Bioplastiche
Fermentazione di bioma
chitina
Amido
PLA
I polimeri sono di origine naturale e i
monomeri derivano da fonti rinnovabili
Chitosano
A. Montanari, T. Pedrelli, N. Bovis “Come facciamo la vaschetta?” Fiere di Parma 9 Novembre 2012
Materiali da fonte rinnovabili
•Polimeri
Polimeri direttamente estratti da materiale naturale (principalmente piante).
piante)
Alcuni esempi sono i polisaccaridi come amido e cellulosa, e le proteine
come caseina e glutine.
•Polimeri prodotti tramite sintesi chimica “classica” a partire da monomeri
biologici e rinnovabili. Un ottimo esempio è l’acido polilattico, un
bi li
biopoliestere
polimerizzato
li
i
a partire
i da
d monomerii di acido
id lattico.
l i
I
monomeri a loro volta vengono prodotti tramite fermentazione di carboidrati
contenuti nelle derrate alimentari.
•Polimeri prodotti da microrganismi o batteri geneticamente modificati. I più
noti biopolimeri
p
appartenenti
pp
aq
questa categoria
g
sono i p
poliidrossialcanoati,,
principalmente poliidrossibutirrati e copolimeri dell’idrossibutirrato (HB) e
dell’idrossivalerato (HV).
A. Montanari, T. Pedrelli, N. Bovis “Come facciamo la vaschetta?” Fiere di Parma 9 Novembre 2012
I biopolimeri in fase di studio nel settore degli affettati sono a base di
PLA e Cellulosa.
Limite: bassa barriera all’ossigeno
g
e media al vapor
p d’acqua.
q
Sono necessari ulteriori studi
Presso SSICA sono sate realizzate due prove con prosciutto crudo stagionato
1.top PLA con ossido di silicio (SiOx); P>2000 cm3/(m2-day)
2.top PLA con materiale barriera intermedio;P<1,5 cm3/m2-day)
Confezionamento
prosciutto crudo in PLA
5
O2 %
4
3
2
PLA 1 prova
1
PLA 2 prova
0
0
10
20
Tempo (gg)
30
A. Montanari, T. Pedrelli, N. Bovis “Come facciamo la vaschetta?” Fiere di Parma 9 Novembre 2012
Alternative percorribili ai biomateriali:
Plastiche tradizionali ma di origine bio
 Materiali
M t i li più
iù leggeri
l
i nanostrutturati
t tt ti o monomateriali
t i li laccati
l
ti
(BOPP),
Plastica riciclata
Film edibili
In uno studio pubblicato da
Plastica verde è emerso che
i
tecnicamente
biopolimeri potrebbero
sostituire ben l’84%
delle materie plastiche da
fonte
petrolifera.
Nella
tabella
sono riportate le
possibili
sostituzioni
dei
materiali
tradizionali
con
materiali bio per alcune
applicazioni:
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I nanomateriali possono migliorare le proprietà meccaniche e
barriera dei film creando spesso percorsi tortuosi ai gas
Addizione di nano-particelle
nanoargille o nafillers di
cellulosa
Microfibrille sono
trasparenti se il loro
diam. è < 1/10
lunghezza d’onda
luce visibile
di differenti
diff
ti componentiti di un prodotto
d tt (es.
(
f tt ) costituire
fette);
tit i
supporto per l’inclusione di ingredienti funzionali come antiossidanti, antimicrobici;
infine possono migliorare l’aspetto superficiale del prodotto
Film proteico ottenuto da scarti di piselli
brevettato da SSICA: bassa permeabilità
all’ossigeno; incorporazione di chitosano
A. Montanari, T. Pedrelli, N. Bovis “Come facciamo la vaschetta?” Fiere di Parma 9 Novembre 2012
La legislazione di riferimento
Il confezionamento in AP è regolamentato dal DM 27.2.96 n° 209 sugli additivi alimentari
Disposizioni di
carattere generale UE
per tutti i MOCA
Disposizioni di
carattere
tt generale
l
nazionale per tutti i
MOCA
Disposizioni di
carattere specifico
•Regolamento1935/2004/CE
•Regolamento 2023/2006/CE
•Regolamento 882/2004/CE
•DPR 777 - 23/08/1982
•DL 108 - 25/01/1992
•Regolamento (UE) 10/2011 e
successivi aggiornamenti
•DM
DM 21
21.3.73
3 73
Per i materiali e g
gli imballaggi
gg autorizzati l’idoneità alimentare è sempre
p
subordinata alla conformità di composizione (idoneità di costituzione) e,
per molti, al rispetto dei limiti di migrazione
A. Montanari, T. Pedrelli, N. Bovis “Come facciamo la vaschetta?” Fiere di Parma 9 Novembre 2012
I materiali e gli oggetti finiti di plastica per essere immessi sul
mercato
devono essere conformi agli articoli 3 (requisiti generali), 5 (misure specifiche)
e 17 (rintracciabilità) del Reg.1935/2004
devono rispettare
•I requisiti di composizione art. 5 e art.8 Reg, UE/10/11
•Le regole specifiche per i multistrato (omogenei e eterogenei) (limiti
migrazione) (art.12 Reg, UE/10/11)
10 mg/dm2
alimenti per lattanti e bambini il limite si
esprime
i
iin mg/Kg
/K
Devono essere fabbricati secondo il Reg.2023/2006 /CE
Devono essere accompagnati dalla
dichiarazione
(documentazione di supporto) (art. 15 Reg, UE/10/11)
di
conformità
Le sostanze in nanoforma possono essere usate solo se sono state valutate e
autorizzate in questa forma
A. Montanari, T. Pedrelli, N. Bovis “Come facciamo la vaschetta?” Fiere di Parma 9 Novembre 2012
Articolo
A
ti l 15
Nelle fasi della commercializzazione diverse dalla vendita al dettaglio, i materiali e gli
oggetti di materia plasticasono accompagnati da una dichiarazione scritta (art16 Reg(CE)
n 1935/2004.
n.
1935/2004 ALLEGATO IV Dichiarazione di conformità
Modello di dichiarazione (tratto da Linee Guida alle Dichiarazioni di conformità, III, 2008)
Con lla presente
C
t sii dichiara
di hi
che
h il materiale
t i l o l’
l’oggetto
tt (codice
( di
e/o
/ d
descrizione
i i
e/o
/ altro
lt riferimento)
if i
t )
………… fornitoVi per il confezionamento di ………………..
È conforme:
alla seguente legislazione comunitaria CE :
R
Regolamento
l
t 1935/2004/CE
Regolamento 1895/2005/CE
Legislazione di riferimento
Regolamento UE 10/11
ed alla seguente legislazione Italiana….
2
Il materiale sopra citato è fabbricato con i seguenti materiali/sostanze di partenza:…….
(per i materiali multistrato precisare qual è lo strato in contatto con l’alimento)
Materiali utilizzati
3 Il materiale p
può
ò essere utilizzato
tili ato per il confe
confezionamento
ionamento dell’alimento riportato al p
punto
nto 1 in q
quanto
anto non
sono previste prove di migrazione globale e specifica
Il materiale non contiene/contiene sostanze sottoposte a restrizioni Il materiale rispetta i limiti di
migrazione globale e le restrizioni specifiche nelle seguenti condizioni di prova:
simulante:  (indicare il simulante o la relativa lettera)*;
Rispetto dei limiti di migrazione
-  (indicare tempo e temperatura di prova*),per contatto breve
- (indicare tempo e temperatura di prova)* ,per contatto prolungato
-Additivi dual use….
A. Montanari, T. Pedrelli, N. Bovis “Come facciamo la vaschetta?” Fiere di Parma 9 Novembre 2012
Come facciamo la vaschetta?
I materiali per il confezionamento: stato dell’arte e
tendenze future
Angela Montanari,
Turno Pedrelli
Nella Bovis
Aldo Pezzani
Dipartimento Imballaggi SSICA