هدف از لمینیت کردن، به دست آوردن مجموعه‌ای از خواص مطلوب، اعم از محافظت، ماشین‌پذیری و هزینه مناسب در یک ساختار بسته بندی است. به عبارت ساده تر لمینیت ها به یک دلیل ساده ساخته می شوند و آن این است که امکان تولید ماده ای با خواص فوق العاده که تمام شاخص های مطلوب را به تنهایی داشته باشد، وجود ندارد.
به عنوان مثال پلی اتیلین ماده ای است که هم قیمت آن مناسب است و هم نفوذپذیری آن در برابر رطوبت کم است اما در برابر اکسیژن نفوذپذیری بالایی دارد و استحکام کششی آن نیز پایین است. همچنین نفوذپذیری پلی‌استر در برابر اکسیژن کمتر است اما به‌وسیله‌ی حرارت به خوبی سیل نمی شود و قیمت آن نیز بالاتر است.
در شماره‌های پیشین درباره فویل آلمینیوم، متالایز کردن با روش وکیوم و خواص فیزیکی و ساختاری لمینیت، کیسه ها و بسته بندی انعطاف پذیر و ماشین‌های فرم، فیل، سیل عمودی و افقی توضیح دادیم و در این شماره نیز به توضیحی درخصوص سیل‌پذیری و نفوذناپذیری می‌پردازیم.
سیل پذیری (Sealability)
اغلب بسته بندی انعطاف پذیر با سیل حرارتی بسته می شوند. در این میان لایه‌ای که سیل حرارتی می‌شود اهمیت دارد زیرا برای بیشتر مواد به‌ویژه مواد دارویی، مواد غذایی، مایعات و پودرها، یکنواختی سیل کاملاً ضروری است. مواد سیل‌پذیر حرارتی، باید با دستگاه و پارامترهای فرآیند (دما، فشار و…) مطابقت داشته باشند.
دما، زمان و فشار سیل متغیرهای دستگاه سیل هستند و این متغیرها باید به نحوی تنظیم شوند که با سرعت دستگاه مطابقت داشته باشند. ازآنجایی‌که زمان سیل تقریباً ثابت است و تغییر فشار نیز محدود است و از طرفی اندازه‌گیری آن هم مشکل است، در عمل اغلب برای کنترل سیل حرارتی از تغییر و تنظیم دما استفاده می‌شود. واکس‌ها و آلیاژهای واکس اقتصادی‌ترین مواد سیل‌پذیر حرارتی هستند اما استحکام مناسبی ندارند و از لحاظ دمای کاربرد نیز محدودند و فقط در محدوده دمای خاصی قابل استفاده هستند و لذا فقط برای کاربردهای غیرحساس استفاده می‌شوند.
پلی‌اتیلن‌های سبک معمول‌ترین و اقتصادی‌ترین لایه‌های میانی به‌منظور سیل حرارتی برای کاربردهای گوناگون هستند. پلی‌اتیلن معمولاً به روش اکستروژن به کار می‌رود اما در برخی موارد یک لایه فیلم PE به کمک چسب به ساختار لمینیت افزوده می‌شود که در هر دو مورد لایه PE روی کل ساختار لمینیت قرار می‌گیرد و لذا از خواص PE مانند سیل‌پذیری حرارتی آن می‌توان بهره گرفت. در مواردی که قدرت سیل حرارتی اهمیت زیادی دارد LDPE را باید با سایر لایه‌های سیل‌پذیر حرارتی که پیوند قوی‌تری ایجاد می‌کنند جایگزین کرد. ترتیب لایه های پلیمری بر اساس کارایی و قیمت به شرح زیر است:
– LDPE
– MDPE
– PE/EVA (فیلمی نرم با دمای پایین برای سیل حرارتی)
– LLDPE (سیل قوی محدوده سیل گسترده)
– mPE
– کو پلیمرهای اسیدی (به‌عنوان‌مثال آکریلیک‌ها و…)
– یونومرها (مانند سورلین)
ازنظر سیل‌پذیری در حضور آلودگی‌هایی همچون روغن یا چربی ترتیب فوق برعکس می‌شود و بهترین لایه یونومر خواهد بود.
ترکیبات وینیلی در مواردی به کار می‌روند که سیل حرارتی روی یک ظرف PVC یا بسته های چند قسمتی انجام می‌گیرد. یونومرها (مانند سورلین محصول شرکت دو پونت) در مواردی که استحکام مذاب بالا نیاز باشد استفاده می‌شود. یونومرها در برابر آلودگی‌ها مقاوم بوده و در حضور آلودگی‌هایی همچون چربی گوشت و یا پودرهای ریز استحکام سیل آن‌ها تغییر چندانی نمی‌کند. چسبندگی این مواد به سطح فلز نیز بهتر از سایر مواد است. پلیمرهای آکریلیک نیز در برخی موارد به‌صورت خالص یا آلیاژ با سایر مواد برای بهبود چسبندگی به سطح فلز به کار می‌روند.
ترکیبات گرما – ذوب Hot-Melt که در دماهای حدود ۶۰ درجه سانتی‌گراد سیل می‌شوند را می‌توان در مواردی که LDPE با دمای سیل ۱۲۰ درجه قابل استفاده نیست، به کار برد. در ترکیبات گرما ذوب چاپ الگو Pattern-Print آسان‌تر انجام می‌شود و سیل در دما و فشار پایین‌تر شروع می‌شود. اتیلن وینیل استات به‌عنوان رزین پایه معمول برای ساخت روکش‌های سیل‌پذیر حرارتی گرما ذوب، شناخته می‌شود.
بهتر است اطلاعات مربوط به زمان، دما و فشار برای تمام سیستم‌های سیل حرارتی، فراهم شود (شکل ۱). ترکیبات نامناسب زمان، دما و فشار مذاب را از ناحیه سیل خارج کرده و موجب ضعیف‌تر شدن سیل می‌شود. بسته بندی انعطاف پذیر
چسبندگی مذاب Hot tack جزو خواص مواد سیل‌پذیر است، به‌ویژه در دستگاه‌‌های VFFS که امکان دارد محصولات سنگین بلافاصله پس از سیل شدن وارد بسته شده و نیروی زیادی به محل سیل شده وارد شود.
شکل ۱- باید بهترین شرایط برای به دست آوردن سیل حرارتی قوی مشخص شود
درصورتی‌که چسبندگی مذاب مناسب باشد حتی درصورتی‌که هنوز سیل ایجاد شده داغ است باز هم در برابر جدا شدن دو سطح سیل شده از همدیگر مقاومت خواهد کرد.
سیل‌های سرد موادی بر پایه الاستومرها هستند که تمایل زیادی به چسبیدن به همدیگر دارند اما چسبندگی آن‌ها به سایر مواد مناسب نیست. چسب‌های سیل سرد نیز برای سیل کردن به کار می‌روند به‌طوری‌که میزان مناسب از این چسب‌ها به‌صورت یک لایه بین دو سطح قرار می‌گیرد. به کمک این چسب‌ها برای سیل کردن فقط کافی است دو سطح به هم نزدیک شوند و قدری به هم فشرده شوند لذا ازآنجایی‌که نیاز به دما و زمان مناسب مرتفع می‌شود سرعت سیل به این روش بسیار بالا است. علاوه بر این سیل سرد برای کاربردهایی مانند سیل کردن لفاف‌های شکلات و محصولاتی از این قوی که به افزایش دما حساس هستند مفید است.
مواد لمینیت باید با محصول سازگاری داشته و لایه داخلی آن باید در برابر تأثیرات احتمالی محصول مقاوم باشد، فویل آلومینیوم در برابر بعضی مواد شیمیایی به‌ویژه بازها مقاوم نیست و لذا لایه‌های بین محصول و فویل آلومینیوم باید از نفوذ این‌گونه مواد و تأثیر آن‌ها بر فویل آلومینیوم جلوگیری کند. عطرها و اسانس‌ها در برخی موارد موجب نرم شدن Plasticize پیوند موجود بین دو لایه چسبیده به هم می‌شوند لذا سایر خواص ساختاری را به‌شدت تحت تأثیر قرار می‌دهند.
نفوذناپذیری (Barrier Properties)
تقریباً بسته بندی های تمام مواد غذایی و دارویی به نفوذ ناپذیری نیاز دارند. منظور از نفوذناپذیری مقاومت در برابر عبور گازها از یک ماده است که برحسب نوع گاز تغییر می‌کند لذا عبارت «به ماده‌ای که نفوذناپذیری آن بسیار بالا است، نیازمند نیاز داریم» کامل نیست و باید نوع گاز نیز مشخص شود. نفوذناپذیری اکسیژن و بخارآب معمولاً اهمیت زیادی دارند؛ زیرا که عامل اصلی تخریب و فساد بیشتر محصولات هستند (جدول ۲).
جدول ۲ – خواص عمومی نفوذناپذیری در برابر اکسیژن و رطوبت
دسته دیگری از مواد که نفوذناپذیری در برابر آن‌ها اهمیت زیادی دارد، مواد متصاعد شدنی و روغن‌هایی هستند که بو یا طعم خاصی دارند. معمولاً این مواد در محصول بسته بندی شده بسیار پایین هستند و وجود آن‌ها در کیفیت محصول نقش بسیار مهمی دارد.
برخی از طعم‌ها یا بوها بسیار فرار و مؤثر هستند و هدف اصلی بسته بندی محصول، حفظ این خواص است. بوی قهوه تازه در اثر وجود یک روغن فرار با ترکیب پیچیده است که به‌سرعت تبخیر یا اکسید می‌شود و با ماده باقی‌مانده، بدون طعم یا بوی مطبوع خواهد بود. لمینیت‌های بسته‌بندی قهوه باید از تبخیر این روغن و خروج آن جلوگیری کند و اجازه ندهد اکسیژن و رطوبت به داخل بسته نفوذ کند.
با بسته بندی وکیوم (خلأ) نیز محصولات گرانولی (دانه‌ای) کاملاً در داخل بسته محبوس می‌شوند و لذا تا حد زیادی نیاز به چقرمگی و مقاومت سایش بالا برای بسته بندی مرتفع می‌شود.
نفوذناپذیری اغلب بر حسب سرعت عبور یک ماده نفوذکننده از یک ضخامت معلوم در ۲۴ ساعت، تحت‌فشار اتمسفر، اندازه‌گیری می‌شود لذا روش‌های زیادی برای تشریح این اطلاعات وجود دارد و در مقایسه دو مقدار حتماً باید به هماهنگی روش اندازه‌گیری و واحدها توجه شود. اتحادیه آمریکایی آزمون و مواد استاندارد ASTMD 1434 را برای اندازه‌گیری فیلم‌ها و ورق‌های پلاستیکی معرفی کرده است که ضرایب تبدیل واحدهای مختلف نفوذپذیری گازها به همدیگر نیز در ضمیمه‌ای موجود است. بسته بندی انعطاف پذیر
نفوذناپذیری اکسیژن بر حسب واحد قدیمی انگلیسی و متریک بیان می‌شود.
STP= دما و فشار استاندارد
d= روز
atm= فشار اتمسفر
در بین مواد اولیه بسته بندی انعطاف پذیر فقط فویل آلومینیوم سالم ۱۰۰ درصد در برابر نفوذ گازها مقاوم است. فویل‌های آلومینیوم با ضخامت کم که در بیشتر بسته‌بندی‌ها کارایی دارند (کمتر از هر ۷ میکرومتر) به علت وجود منفذهای بسیار ریز، نفوذپذیر هستند. علاوه بر این، فویل‌های مذکور در برابر انعطاف‌پذیر شدن پیاپی مقاوم نبوده و لذا ضمن ماشین‌کاری و حمل‌ونقل تعداد منفذهای آن‌ها افزایش می‌یابد.
نفوذپذیری اکسیژن معمولاً با تجهیزات ساخته شده توسط شرکت Mocon (ASTMD 3985) اندازه‌گیری می‌شود. نفوذپذیری بخار آب (WVTR) بر حسب گرم آب نفوذ یافته بیان می‌شود. روش آزمون مرجع برای این کار در ASTM E 96 و D1251 روش‌های اندازه‌گیری نفوذپذیری بخار آب در مواد مختلف نیز موجود است بین نفوذ آب و اکسیژن مقاوم باشد در مقابل دی‌اکسید کربن هم مقاوم خواهد بود. در اغلب موارد ماده‌ای که در برابر نفوذ اکسیژن مقاوم است در برابر بیشتر بخارهای آلی (نه همه‌ی آن‌ها) نیز مقاوم خواهد بود.بسته بندی انعطاف پذیر
متالایز کردن فیلم‌های پلاستیکی تا حد زیادی نفوذناپذیری آن‌ها را در برابر تمامی گازها افزایش می‌دهد. پلی‌وینیلیدین کلراید (PVDC) و پلی‌کلروتری فورواتیلن (آکلار) نیز در برابر تمامی مواد نفوذناپذیری خوبی دارند.
اتیلن وینیل الکل (EVAL) به‌عنوان ماده‌ای که در برابر اکسیژن نفوذناپذیری خوبی دارد مطرح است اما این ماده جاذب آب بوده و لذا باید بین دو لایه محافظ در برابر بخارآب قرار گیرد. یکی از ساختارهای معروف قرار دادن EVAL بین دو لایه پلی‌پروپیلن است.
از آنجایی که EVAL و PP به هم نمی‌چسبند برای چسباندن آن دو باید از یک لایه چسب یا پیوند دهنده استفاده کرد. به‌طورکلی نفوذناپذیری یک فیلم با ضخامت آن رابطه خطی داشته و افزایش می‌یابد. بدین معنا که با دو برابر کردن ضخامت، نفوذپذیری به نصف تقلیل خواهد یافت.
پس می‌توان گفت با افزایش ضخامت هر فیلم می‌توان به نفوذناپذیری مورد نظر رسید. به‌عنوان‌مثال نفوذناپذیری یک لایه PVDC به ضخامت ۲۵ میکرومتر (۰۰۱/۰ اینچ) با نفوذناپذیری یک لایه PE با ضخامت ۲۵ میلی‌متر (۱ اینچ) برابر است یعنی ضخامت آن هزار برابر بیشتر است. بسته بندی انعطاف پذیر
گرچه قیمت PVDC دو یا سه برابر قیمت PE است اما اثر نفوذناپذیری آن هزار برابر بیشتر از PE است و در عمل این دو ماده با هم به‌صورت یک ماده چند لایه به کار می‌روند.
در طراحی یک لمینیت باید گزینه‌های زیادی ارزیابی شده و بهترین ساختار انتخاب شود. معمولاً در تجزیه تحلیل نهایی روی قیمت مواد نفوذناپذیر، سازگاری آن با دستگاه و سایر خواص کاربردی تمرکز می‌شود.
لازم به ذکر است که تمام بسته بندی انعطاف پذیر به نفوذناپذیری با لایه نیاز ندارند و در بعضی موارد نفوذپذیری بالا نیاز است. به‌عنوان‌مثال گوشت قرمز تنها در صورتی که رنگ قرمز روشن خود را حفظ می‌کند که در معرض اکسیژن قرار گرفته باشد.
میوه‌ها و سبزیجات نیاز به تنفس دارند بدین مفهوم که اکسیژن را جذب کرده و سپس آب و دی‌اکسید کربن را دفع می‌کنند. محصولاتی که فعالیت آب بالا دارند در صورتی در بسته بندی هایی با نفوذناپذیری رطوبت بالا دارند به علت وجود رطوبت بالا به محل مناسبی برای رشد میکروارگانیسم‌ها تبدیل خواهند شد. نفوذپذیری فیلم های بسته بندی که برای این محصولات به کار می‌روند باید به نحوی طراحی شود که امکان تنفس به میزان مناسب فراهم باشد. بسته بندی انعطاف پذیر
برای محصولاتی که در برابر نور به‌ویژه پرتو ماوراءبنفش آسیب می بینند باید از محافظ نور استفاده شود. از آنجا که نور فلورسنت موجود در یخچال ها سوپرمارکت موجب تخریب کره می‌شود از فویل به‌عنوان ماده بسته بندی کره استفاده می شود زیرا صد درصد در برابر نفوذ نور مقاوم است.
بسته بندی انعطاف پذیر
