هدف از لمینیت در بسته بندی، 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.
به‌عنوان‌مثال پلی‌اتیلین ماده‌ای 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 به‌خوبی سیل نمی‌شود و قیمت آن نیز بالاتر است. در این شماره به توضیح درباره متالایز کردن با روش وکیوم می‌پردازیم.
فرآیند متالایز کردن
متالایز کردن با روش وکیوم عبارت است از پوشاندن سطح یک ماده با یک فلز در محیط خلأ اگرچه فلزات زیادی را بدین منظور می توان به کار برد اما در صنعت بسته‌بندی فقط از آلومینیوم برای متالایز کردن استفاده می شود. این فرآیند در اواخر سال ۱۹۴۰ معرفی و در سال ۱۹۷۰ به‌عنوان یک گزینه مهم در بسته بندی انعطاف پذیر استفاده شد. امروزه فیلم های پلاستیکی و کاغذهای متالایز شده در بسته بندی استفاده های بسیار گسترده ای یافته‌اند.
مواد متالایز شده در ابتدا به علت ظاهر جذاب آن ها در بسته بندی به کار می رفتند؛ اما با شناسایی بیشتر این مواد از سایر خواص آن‌ها هم استفاده شد. متالایز کردن نفوذناپذیری نور و گازها را بهبود می‌بخشد و انعکاس نور و حرارت را فراهم می کند و رسانایی الکتریکی را افزایش می دهد. نفوذ ناپذیری به ضخامت لایه متالایز و خواص نمونه بستگی دارد.
اغلب فرآیندهای متالایز کردن در یک فرآیند نوبتی Batch انجام می گیرد. به‌عنوان نمونه می توان سیستم متالایز شامل یک محفظه استوانه ای افقی با قطر بیشتر از ۲.۱ متر و طول ۲.۸ متر را مثال زد که رول فیلم یا کاغذ در ایستگاه های باز کردن رول در یک سمت محفظه، قرار می‌گیرد و توسط غلتک‌های کشنده، صفحه موردنظر به پایین کشیده می‌شود و پس‌ازآن از یک غلتک سرد شده بزرگ عبور می‌کند و پس از عبور از دو غلتک کشنده دیگر جمع‌آوری می‌شود. (شکل ۱)
شکل ۱- برش مقطعی از یک دستگاه متالایزر
برای بخار شدن آلومینیوم در دماهای پایین و حداقل اکسید شدن فلز روی سطح صفحه به محیط خلأ نیاز است. سیم آلومینیومی خالص با ضخامت تقریبی ۳.۲ میلی‌متر (۱.۸ اینچ)، وارد تشتک تعبیه‌شده در پایین غلتک سرد شده می‌شود و به‌وسیله انرژی الکتریکی دمای این سیم‌ها به دمای بخار آلومینیوم رسانده می‌شود.
تشتک مذکور در آب سرد شده گذاشته می‌شود تا حرارت جانبی را جذب کند و آلومینیوم فقط در جهت بالا تبخیر شود. ضخامت لایه فلز ایجاد شده روی سطح نمونه به‌سرعت حرکت آن و سرعت ورود سیم آلومینیوم و به تشتک و دمای تشتک بستگی دارد. متالایز کردن طرح‌دار با این روش عملی نیست؛ اما با متالایز کردن فیلم‌های چاپ شده می‌توان سطوح متالایز شده طرح‌دار ایجاد کرد. روش دیگری که برای طرح‌دار کردن وجود دارد استفاده از محلول‌های شیمیایی برای حذف قسمتی از لایه متالایز و ایجاد یک دریچه روی سطح فیلم است.
کاغذهای متالایز شده به روش وکیوم
بیشتر کاغذهای متالایز شده، کاغذهای روکش داده‌شده با Clay هستند که برحسب نوع کاربرد نهایی ازیک‌طرف یا هر دو طرف پوشانده می‌شوند. وزن روکش برای تولیدکننده‌های مختلف تغییر می‌کند اما به‌طورکلی هر چه وزن روکش بیشتر باشد سطح ایجاد شده یکنواخت‌تر بوده و پس از متالایز شدن براق‌تر خواهد بود. تمام کاغذها قبل از متالایز شدن باید حتماً با لاک روکش داده شده باشند. این روکش موجب افزایش یکنواختی سطح و چسبندگی لایه فلز به سطح می‌شود.
با توجه به اینکه محیط خلأ ایجاد شده برای متالایز کردن، باعث تبخیر رطوبت موجود در کاغذ می‌شود، رطوبت موجود در کاغذ ضمن فرآیند متالایز کردن کمتر از ۵ درصد است. ازاین‌رو رطوبت‌زنی مجدد یک مرحله ضروری پس از متالایز شدن کاغذ است که با این عمل رطوبت کاغذ به حالت اولیه باز می‌گردد و مقاومت آن در برابر مچاله شدن افزایش می‌یابد. پس از متالایز کردن با روکش‌دهنده‌های گراور یک لایه آستر برای چاپ روی سطح نمونه کشیده می‌شود.
گرچه متالایز کردن کاغذ باعث زیبایی و جذاب شدن سطح آن می‌شود اما در عین حال کاغذ ما را به یک ماده نفوذناپذیر تبدیل نمی‌کند. بیشترین مصرف این کاغذها در تولید برچسب است.
فیلم‌های متالایز شده با وکیوم
فیلم‌های پلاستیکی مانند صفحات کاغذی به خشک کردن، یکنواخت کردن و سیل شدن نیاز ندارند. علاوه بر تأثیر زیاد متالایز کردن بر جذابیت سطح، این عمل نفوذناپذیری فیلم‌ها در برابر گازها را هم بهبود می‌بخشد. گرچه بیشتر فیلم‌های پلیمری را می‌توان متالایز کرد؛ اما فیلم‌های پلی‌پروپیلن جهت یافته (OPP)، پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) و نایلون (PA) معمول‌ترین فیلم‌های بسته‌بندی هستند که متالایز می‌شوند. پلی‌پروپیلن جهت یافته (OPP) پرمصرف‌ترین فیلم متالایز در بسته‌بندی است که در بسته‌بندی تنقلاتی همچون چیپس سیب‌زمینی و پفک مصرف گسترده‌ای دارد.
خواص صفحات پلی‌پروپیلن
– در برابر رطوبت نفوذناپذیری بسیار پایینی دارند؛
– در دماهای بالاتر از ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد هم قابل‌استفاده هستند؛
– نفوذناپذیری اکسیژن آن‌ها هم مناسب است که با متالایز کردن بهبود می‌یابد؛
– ازنظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه هستند؛
– در دماهای بالا (بالاتر از ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد) قابل استفاده‌اند.
فیلم‌های نایلون جهت یافته دو محوره (BON) نیز در بسته‌بندی برخی محصولات مانند قهوه آسیاب شده به کار می‌رود که علت آن نفوذناپذیری و مقاومت سایشی مناسب نایلون است. البته فیلم‌های PET متالایز شده به علت مقرون‌به‌صرفه بودن ازنظر اقتصادی نیز به این منظور به کار می‌روند.
خواص BON
– نفوذناپذیری آن در برابر اکسیژن مناسب است؛
– مقاومت سایشی، پارگی و ترکیدگی آن عالی است؛
– مقاومت ترک‌خوردگی آن خوب است؛
– آب‌دوست است (نفوذناپذیری آن در برابر رطوبت متوسط است).
گرچه در برخی کاربردها فیلم‌های متالایز شده به تنهایی هم استفاده می‌شوند اما در ساختارهای لمینیت کارایی دارند. در جدول ۱ چند نمونه از لمینیت‌هایی که در ساختار آن‌ها از فیلم متالایز شده استفاده می‌شود آمده است.
جدول ۱- معمول‌ترین لمینیت‌هایی که در ساختار آن‌ها از فیلم‌های متالایز استفاده می‌شود و کاربرد آن‌ها
کاربرد در فرهای ماکروویو
متالایز کردن در تولید بسته بندی های «حساس» نیز استفاده می شود که از آن جمله می توان و بسته بندی هایی که از یک قسمت خاص انرژی امواج ماکروویو را جذب می کنند (آلومینیوم انرژی امواج ماکروویو را به گرما تبدیل می‌کند) اشاره کرد. سیب‌زمینی‌های نیمه آماده و پیتزاهای منجمد دو نمونه از محصولاتی هستند که از این خاصیت فیلم‌های متالایز شده در آن‌ها استفاده می‌شود.
ازآنجایی‌که دمای قسمت جاذب امواج تا حد زیادی بالا می‌رود لذا فیلم مناسب برای این منظور فیلم پلی‌استر است. میزان رسوب فلز روی سطح فیلم نیز کم است.
اندازه‌گیری میزان رسوب فلز
ضخامت فلز موجود روی سطح فیلم از عوامل تعیین‌کننده در نفوذناپذیری یک فیلم متالایز است. ازآنجایی‌که ضخامت آلومینیوم در ابعاد یک میلیونیوم اینچ است ازاین‌رو اندازه‌گیری آن باید به‌صورت غیرمستقیم انجام گیرد.
مقاومت الکتریکی و چگالی نوری دو روشی هستند که برای اندازه‌گیری ضخامت فلز روی سطح متالایز شده به کار می‌روند. در صنعت روش چگالی نوری برای مواردی که فیلم موردنظر شفاف است، ترجیح داده می‌شود. میزان نوری که از سطح ماده متالایز شده عبور می‌کند، توسط یک چگالی‌سنج اندازه‌گیری می‌شود. اطلاعات به‌دست‌آمده به‌صورت درصد نور عبور یافته بیان می‌شود. مقاومت الکتریکی نیز برحسب اهم بر واحد سطح بیان می‌شود که این دو قابل‌تبدیل به همدیگر هستند. (جدول ۲)
جدول ۲ -تبدیل‌های لازم برای تعیین ضخامت لایه فلز (معمولاً درصد عبور نور حدود ۲ درصد است)
روکش‌های اکسید سیلیکون Silicone Rxide Coatings
یکی از مزایای متالایز کردن فیلم‌های پلاستیکی با آلومینیوم به روش وکیوم، افزایش نفوذناپذیری به میزان قابل‌توجه است اما متالایز کردن با آلومینیوم موجب مات شدن سطح فیلم می‌شود که البته در مواردی مانند جلوگیری از تخریب به‌وسیله نور UV، این خاصیت مفید است اما در برخی کاربردها لازم است که فیلم موردنظر هم نفوذناپذیری بالا داشته باشد و هم شفافیت آن قابل‌قبول باشد.
در طول چندین سال تلاش‌های زیادی برای ارائه فرآیندی مناسب برای رسوب دادن اکسیدهای سیلیکون روی سطح فیلم‌های پلاستیکی انجام شده است. روکش‌های سیلیس یا شیشه همانند آلومینیوم تا حد زیادی نفوذناپذیری در برابر گازها را بهبود می‌بخشد. به‌طوری‌که نفوذپذیری اکسیژن تا حد ۰.۰۴۶ سی‌سی بر مترمربع در ۲۴ ساعت گزارش‌شده است. مزیت اصلی این روکش‌ها شفافیت آن‌ها است. هزینه تولید فیلم‌های روکش داده با سیلیس هنوز بالا است اما در برخی کاربردهای تجاری به‌ویژه در بخش تولید تجهیزات پزشکی از این تکنولوژی استفاده می‌شود.
ادامه دارد…
