بسته بندی انعطاف پذیر که در ساخت آنها از لمینیت استفاده شده است در چند دهه گذشته از زمینه‌های اصلی رشد در صنعت بسته‌بندی به شمار می‌روند. ازلحاظ آلودگی محیط‌زیست نیز لمینیت‌ها موادی قابل‌توجه بوده و در بسیاری از موارد در کاهش آلودگی محیط‌زیست مؤثر هستند.
هدف از لمینیت کردن، به دست آوردن مجموعه‌ای از خواص مطلوب، اعم از محافظت، ماشین‌پذیری و هزینه مناسب در یک ساختار بسته‌بندی است. به عبارت ساده‌تر لمینیت ها به یک دلیل ساده ساخته می‌شوند و آن این است که امکان تولید ماده‌ای با خواص فوق‌العاده که تمام شاخص‌های مطلوب را به تنهایی داشته باشد، وجود ندارد.
به عنوان مثال پلی اتیلین 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.
لایه‌های به کار رفته در ساختار یک لمینیت
بسته بندی انعطاف پذیر که در ساخت آنها از لمینیت استفاده شده است در چند دهه گذشته از زمینه‌های اصلی رشد در صنعت بسته‌بندی به شمار می‌روند. از لحاظ آلودگی محیط زیست نیز لمینیت ها موادی قابل توجه بوده و در بسیاری از موارد در کاهش آلودگی محیط زیست مؤثر هستند.
لمینیت ها با ترکیب دو یا چندلایه، ماده انتخابی با همدیگر ساخته می‌شوند. معمولاً البته نه همیشه، این لایه‌ها به‌صورت صفحه هستند. برای ساخت یک ماده مناسب بسته بندی انعطاف پذیر که خواص مطلوب و بهینه را داشته باشد کافی است از چندلایه که هر کدام یک یا چند عدد از خواص مطلوب را دارا باشد استفاده شود و مجموعه آنها را به صورت لمینیت تولید کرد.
لایه‌های به کار رفته در ساختار یک لمینیت را می‌توان از لحاظ کیفیت یا خواص به‌قرار زیر آزمایش کرد:
– خواص ساختاری مانند استحکام فیزیکی، تغییر طول، مقاومت ترکیدگی، مقاومت سایشی و…؛
– خواص مربوط به کارایی مانند ماشین‌پذیری، سیل‌پذیری و مقاومت محیطی؛
– نفوذناپذیری در مقابل رطوبت، گازها، بوها و نور ماورا بنفش؛
– خواص ظاهری مانند شفافیت، ماتی، خواص احساسی و ظاهر متالیک.
این خواص و سایر کارایی‌های لازم باید با حداقل هزینه به دست آید. در ادامه این مقاله هرکدام از این خواص بررسی خواهند شد.
لمینیت‌ها از ترکیبات مختلف اعم از چسب‌ها، کاغذ، فیلم‌های پلاستیکی، روکش‌های سطح فویل‌های آلومینیومی و کاغذهای متالایز شده با آلومینیوم و سایر فویل‌ها ساخته می‌شوند.
فویل آلومینیوم
آلومینیوم از بوکسیت که ماده‌ای متشکل از اکسیدهای آلومینیوم و سیلیکات‌ها است، استخراج می‌شود. از هر چهار کیلوگرم بوکسیت، دو کیلوگرم اکسید آلومینیوم به دست می‌آید و با مصرف حدود هشت کیلو وات انرژی الکتریسیته، می‌توان یک کیلوگرم آلومینیوم به دست آورد.
آلومینیوم خالص، ماده‌ای نرم و نقره‌ای‌رنگ است که چگالی آن پایین است (حدود یک‌سوم چگالی فولاد). خاصیت چکش‌خواری آلومینیوم در دماهای معمولی بالا است و رسانایی گرما و الکتریسیته آن مناسب است.
آلیاژهای آلومینیوم که شامل درصدهای کمی مس، روی، منیزیم و منگنز یا کروم است، استحکامی عالی دارند. آلیاژهای ۱۱۰۰، ۱۱۴۵ و ۱۲۳۵، معمولاً در مواردی که نیاز به رول شدن است به کار می‌روند و آلیاژ ۳۰۰۳ که در ساختار آن به‌کار رفته است، در کاربردهایی مانند، صفحه‌هایی که نیاز به کشش مناسب و سختی بالاتری دارند به کار می‌رود.
آلومینیوم و آلیاژهای آن را می‌توان به‌آسانی بازیافت کرد و با مصرف پنج درصد انرژی می‌توان ماده‌ای با خلوص نزدیک به ماده اولیه به دست آورد.
تولید فویل آلومینیوم
طبق تعریف به ورق‌های آلومینیومی رول شده، با ضخامت کمتر از ۴/۱۵۲ میکرومتر (شش‌هزارم اینچ)، فویل گفته می‌شود. فویل‌ها یا با شکل‌دهی شمش‌ها به‌صورت رول و یا ریخته‌گری پیوسته پس از خروج از کوره تولید می‌شوند. فویل آلومینیوم خالص، نرم‌ترین و پرکاربردترین نوع فویل آلومینیوم است.
در خط تولید فویل آلومینیوم به روش ریخته‌گری پیوسته، عملیات خوراک‌دهی، ریخته‌گری، خنک‌کاری و رول کردن فویل به‌صورت پیوسته انجام می‌گیرد و مرحله میانی تبدیل آلومینیوم به شمش حذف می‌شود. در فرآیند تولید فویل به روش پیوسته نیاز به حرارت‌دهی مجدد قبل از شکل‌دهی نیز رفع می‌شود و شرایط تولید، شرایط حرارت‌دهی مناسبی است. در صورت استفاده از شمش آلومینیوم برای تولید فویل، عملیات حرارت‌دهی قبل از فویل شدن لازم است.
عملیات غلتک‌زنی از جهاتی شبیه اکستروژن است. آلومینیوم در فاصله بین دو غلتک تحت نیروهای فشار و برشی قرار می‌گیرد و در جهت چرخش غلتک‌ها به سمت بیرون هدایت می‌شود. با هر بار عبور آلومینیوم از دهانه غلتک‌ها ضخامت کاهش‌یافته و طول محصول خروجی افزایش می‌یابد تا اینکه در یک میزان مشخص ثابت می‌شود.
سطوح غلتک‌ها باید کاملاً صاف و صیقلی باشد تا سطح محصول نهایی مطلوب از کار دربیاید. غلتک‌های اصلی با غلتک‌های سنگین‌تری به‌عنوان غلتک‌های پشتیبان جفت می‌شوند که فشار و پایداری لازم را فراهم می‌کنند تا میزان انحراف غلتک‌های اصلی حداقل شود و یکنواختی محصول نهایی افزایش یابد. سطوحی از فویل که با غلتک اصلی در تماس‌اند صاف و صیقلی هستند و زمانی که یک سطح تک‌لایه تولید شود هر دو سطح آن صاف و صیقلی خواهد بود.
فویل‌های با ضخامت کمتر از ۲۵ میکرومتر (حدود یک‌هزارم اینچ) به‌صورت پشت‌به‌پشت از بین غلتک عبور می‌کنند و دولایه هم‌زمان از آن خارج می‌شود که سطوح میانی، مات هستند. سایر عملیات تکمیلی، به کمک صفحات مخصوص در غلتک‌های اصلی یا استفاده از دستگاه‌های مجزا انجام می‌گیرد.
جدول ۱: انواع فویل‌های آلومینیومی استاندارد با عملیات تکمیلی مورداستفاده در بسته‌بندی
خواص شیمیایی
زمانی که سطح آلومینیوم در برابر هوا قرار می‌گیرد یک‌لایه اکسید شفاف و سخت طبیعی، روی آن را می‌پوشاند که از اکسید شدن بیشتر آلومینیوم جلوگیری می‌کند. مقاومت فویل آلومینیوم در مقابل حملات شیمیایی، به نوع ماده‌ای که با آن در تماس است بستگی دارد.
مقاومت آلومینیوم در برابر مواد نیمه‌اسیدی بهتر از مواد نیمه‌باز مانند صابون‌ها و شوینده‌ها است. اسیدهای معدنی قوی سطح فویل را خواهد خورد. اسیدهای آلی متوسط مانند اسیدهایی که در مواد غذایی یافت می‌شوند هیچ‌گونه اثری بر آلومینیوم ندارند.
آلومینیوم در مقابل اغلب چربی‌ها، روغن‌های بر پایه نفت و حلال‌های آلی مقاوم است. به‌طورکلی مواد غذایی مانند شیرینی‌جات، شیر، گوشت‌ها، کره و مارگارین با آلومینیوم بدون روکش سازگار هستند و بیشتر مواد دارویی و آرایشی نیز این قابلیت را دارند.
تماس متناوب با آب تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر فویل آلومینیوم ندارد؛ اما در حضور بعضی نمک‌ها آب راکد می‌تواند خورنده باشد.
محصولات آب‌دوست درصورتی‌که با آلومینیوم روکش داده نشده بسته‌بندی شوند امکان خوردگی وجود خواهد داشت که این مسئله در مواردی که محصول شامل نمک یا اسیدهای آلی متوسط باشد، محسوس‌تر است. لذا در این موارد باید از روکش‌های مناسب استفاده کرد.
برای انتخاب ماده مناسب از بین فویل آلومینیوم بدون روکش، روکش‌دار و یا لمینیت باید راجع به محصول اطلاعات جامعی داشت و آزمون مناسب انجام شود ( جدول ۱)
بیشتر بخوانید: تولید کاغذ جدید بسته بندی غذا و دارو با تاییدیه BFR
فویل‌های آلومینیوم در بسته بندی انعطاف پذیر
فویل آلومینیوم با خواص منحصربه‌فرد خود استفاده گسترده‌ای در بسته‌بندی دارد. این خاص عبارت‌اند از:
ظاهر جذاب
فویل آلومینیوم ظاهری روشن و براق دارد که باعث جذابیت آن می‌شود، در بسته‌بندی محصولات، سطوح براق یا فویل آلومینیوم و یا سطح متالایز شده با آلومینیوم هستند.
نفوذناپذیری Barrier Properties
فویل‌های آلومینیومی که ضخامتی بیشتر از ۱۷ میکرومتر (۰۰۰۷/۰ اینچ) دارند در مقابل تمامی گازها صد درصد نفوذناپذیر هستند. با کاهش ضخامت، منفذهای روی سطح ایجاد می‌شود. سرعت نفوذ بخارآب از یک فویل به ضخامت ۰۰۰۳۵/۰ اینچ حدود ۰۲/ گرم از هر ۱۰۰ اینچ مربع در هر ۲۴ ساعت است. در بیشتر کاربردهای فویل آلومینیوم از خواص نفوذناپذیری عالی آن در برابر گازها و نور استفاده می‌شود. برای مواد غذایی و غیر غذایی که در برابر نور ماوراءبنفش، تخریب پذیر هستند، فویل‌های آلومینیومی مات مناسب است.
تا خوردن Dead fold
فویل‌های آلومینیومی قابلیت تا خوردن بالایی دارند و حالت تاخورده خود را به‌خوبی حفظ می‌کنند. برای لفاف‌هایی که باید در یک محل بدون کمک چسب ثابت بمانند و بعضی تیوب‌ها این خاصیت مفید است.
پاره شدن
فویل‌های بدون روکش به‌راحتی پاره می‌شوند که از این خاصیت می‌توان در بسته‌بندی بعضی محصولات مانند قرص‌ها استفاده کرد.
بهداشت
فویل‌های آلومینیومی را به‌آسانی می‌توان استریلیزه کرد. سطح متالیک و صاف فویل آلومینیوم باعث می‌شود که آلودگی‌ها جذب آن نشود. بیشتر مواد غذایی، آرایشی و سایر محصولات شیمیایی، بر آلومینیوم بی‌اثر هستند یا ترکیب ایجاد شده مضر نیست.
رسانایی
فیلم‌های مقاوم در برابر میکروویو، محفظه‌های الکترواستاتیک و سیل‌های هادی حرارت، نمونه‌هایی از کاربردهایی هستند که از رسانایی آلومینیوم در آنها استفاده می‌شود.
شکل پذیری
آلومینیوم فلزی چغرمه است، فویل‌های ضخیم‌تر را می‌توان به شکل سینی یا لیوان قالب‌گیری کرد. ورق آلومینیوم به شکل قوطی برای بسته‌بندی نوشیدنی‌ها، شکل‌دهی می‌شود. از کاربردهای دیگر آلومینیوم سخت می‌توان تیوب‌های انعطاف‌پذیر و قوطی‌های حاوی مواد گازی شکل را نام برد.
ضخامت فویل اغلب در حدود چهار میکرومتر ۰۰۰۱۷/۰ اینچ است. برای انتخاب نوع آلیاژ فویل، ضخامت آن و نوع استفاده آن به صورت خالص یا ترکیب با مواد دیگر، همواره باید استفاده نهایی و فرآیند تبدیل لازم را مد نظر قرار داد.
پوشش‌دهی فویل Foil Coatings
استفاده از فویل‌های آلومینیوم، در بسته‌بندی به‌صورت خالص بسیار محدود است و در بیشتر کاربردها فویل آلومینیوم با سایر مواد مانند روکش‌ها، مرکب‌ها، کاغذها، مقواها و فیلم‌های پلاستیکی ترکیب می‌شود.
دلایل اصلی روکش‌دهی فویل عبارت‌اند از:
– اصلاح سیل‌پذیری حرارتی سطح فویل؛
– افزایش مقاومت در برابر خراش خوردن؛
– افزایش مقاومت پارگی یا استحکام کششی؛
– تولید سطح خاص (مانند سطح لغزنده، غیر لغزنده، جذاب و…)؛
– بهبود چسبندگی سایر روکش‌ها یا مرکب‌های چاپ؛
– افزایش نفوذناپذیری در مقابل گازها و بخارآب برای فویل‌های بسیار نازک؛
– افزایش مقاومت فویل در مقابل محصولات یا عوامل خورنده؛
– افزایش صیقلیت یا ایجاد سطحی با عمق سه‌بعدی؛
– تسهیل فرآیندهای تکمیلی.
روکش‌ها برای محافظت بسته‌ها، محصول و یا هر دو به کار می‌روند. به‌طورکلی روکش‌ها را می‌توان به سه دسته جلوه‌ساز، محافظ و سیل‌پذیر حرارتی طبقه‌بندی کرد. در بیشتر موارد هر روکش به علت یکی از این خواص انتخاب می‌شود اما برخی روکش‌ها، تمام این خواص را دارند.
با استفاده از روکش‌های شفاف می‌توان فایل‌های آلومینیوم با ظاهری درخشان و بسیار جذاب تولید کرد. به کمک یک لایه روکش زرد می‌توان فویلی با ظاهری طلایی‌رنگ تولید کرد و درصورتی‌که روکش موردنظر قرمز پرتقالی باشد حاصل مسی‌رنگ خواهد بود. فویل‌هایی که سطح آنها با مرکب‌های مات چاپ می‌شود ظاهری سخت دارند.
سیل‌پذیری حرارتی ذاتی بیشتر روکش‌های محافظ، امتیاز جانبی آنها است. روکش‌هایی که سیل حرارتی آنها استحکام مناسب دارد برای جلوگیری از نفوذ هوا به داخل بسته به کار می‌روند.
روکش‌های سیل‌پذیر حرارتی وینیلی برای روکش‌دهی فویل‌های آلومینیومی استفاده گسترده‌تری دارند، اما در برخی موارد از روکش دیگر نیز استفاده می‌شود. سازگاری روکش با تمام موادی که با آنها در تماس است از نکات ضروری در انتخاب روکش محسوب می‌شود. با افزایش ضخامت روکش استحکام سیل حرارتی بین دو سطح افزایش می‌یابد، اما معمولاً قدرت سیل حرارتی از قدرت پارگی فویل آلومینیوم بیشتر نیست. فقط در ضخامت‌های بالای ۲۵ میکرومتر ۰۰۱/۰ اینچ ضخامت روکش تأثیر خود را نشان می‌دهد.
انواع مختلف روکش‌های پلیمری برای روکش‌دهی فویل‌های آلومینیومی به روش پوشش‌دهی اکستروژنی یا کواکستروژنی، به کار می‌روند. این‌گونه روکش‌ها، به همراه فویل و موادی دیگر برای حصول خواص مطلوب لمینیت می‌شوند.
نوع روکش و ضخامت آن باید به‌دقت بر اساس نیاز انتخاب شود. در جدول ۲ انواع روکش‌های معمول و خواص شیمیایی آنها آمده است.
جدول ۲: مقاومت شیمیایی روکش‌های معمولی
چاپ و ظاهرآرایی فویل
فویل‌های آلمینیوم به طراحان این امکان را می‌دهند که طرح‌های با جذابیت بسیار بالا روی سطح آن ایجاد کنند که سایر مواد این قابلیت را ندارند. سطح صاف و صیقلی و براق فویل امکان تولید سطوح منعکس‌کننده نور را فراهم می‌کند.
برای چاپ روی سطح فویل به یک‌لایه آستر و یا روکش قابل شستشو نیاز است تا از جدا شدن مرکب از سطح فویل جلوگیری کند و از طرفی مانع تماس مواد نامطلوب با سطح فویل قبل از چاپ یا روکش‌دهی شود. ورنی‌ها و وینیل‌ها جزو آسترهای معمول در چاپ به روش روتوگراور و فلکسو هستند. روکش‌های ضخیم‌تر کوپلیمرهای وینیلی یا نیتروسلولزها در چاپ افست لیتوگرافی کاربرد دارند. برای افزایش ضریب اصطکاک سطح و مقاومت خراش‌پذیری، یک لایه روکش ثانویه از فیلم‌های مناسب به کار می‌رود.
فویل‌های آلومینیوم به آسانی برجسته می‌شوند. با گذراندن فویل حرارت داده شده نازک از بین دو غلتک که یکی شیاردار فولادی و دیگری نرم است می‌توان این کار را انجام داد.
فویل‌های لمینیت شده و یا فویل‌های ضخیم‌تر را می‌توان با دو غلتک شیاردار فولادی (نر و ماده) هم برجسته کرد. طرح موردنظر روی یکی از غلتک‌ها به‌صورت برجسته و روی غلتک دیگر به‌صورت فرورفته وجود دارد. برجسته‌کاری روی فویل در مواردی که فویل روکش داده‌شده اما قابلیت چاپ یا ورنی زنی را ندارد مورداستفاده قرار می‌گیرد.
بیشتر فویل‌هایی مورداستفاده در بسته‌بندی ضخامتی کمتر از ۱۳ میکرومتر (۰۰۰۵/۰ اینچ) دارند. فویل‌های خانگی ضخامتی حدود ۱۸ میکرومتر (۰۰۰۷/۰ اینچ) دارند. با کاهش ضخامت فویل منفذهای ریزی به علت ناخالصی‌های فلزی و نایکنواختی سطح ایجاد می‌شود که نفوذناپذیری آن را از بین می‌برند.
با روکش‌دهی یا لمینیت کردن با مواد پلیمری فویل‌های نازک می‌توان آن نفوذناپذیری آنها را بهبود بخشید، به‌طوری‌که می‌توان اثر وجود منفذها را ناچیز در نظر گرفت.
فویل‌های آلومینیومی در برابر تا شدن‌های متوالی نیز مقاوم نبوده و این عمل موجب ترک خوردن آن می‌شود، این ترک‌های ایجادشده، موجب نفوذ گازها می‌شوند که بازهم به کمک لمینیت یا روکش مناسب می‌توان این مشکل را برطرف کرد.
لمینیت‌های فویل آلومینیوم که به‌منظور بهبود نفوذناپذیری استفاده می‌شوند را باید پس از اتمام فرایندهای ماشین‌کاری ارزیابی کرد، زیرا نفوذپذیری بیشتر لمینیت در اثر شکل‌دهی تا خوردن و عملیات بسته‌بندی افزایش می‌یابد.
ادامه دارد …
