افزايش جمعيت و سلیقه‌های مختلف و نيازهاي بهداشتي و حفظ ویژگی‌های كالا تا رسيدن به مصرف‌کننده‌ی نهايي باعث شده تا بهترين و باکیفیت‌ترین بسته‌ها روز به روز طراحي شوند. آنچه در اين مقاله موردبررسی قرارگرفته آشنايي با تاریخچه‌ی بسته بندی مايعات و شرکت‌های سازنده‌ای است كه برای ماندگاری بالا و صادرات بین‌المللی محصولات خود تلاش می‌کنند و همچنين در ادامه به مواد و خصوصيات انواع آن اشاره‌ای شده و طرح‌های مختلف نيز معرفی‌شده‌اند.
بسته بندی مايعات با استفاده از مقوا در قرن گذشته به‌عنوان يك كار كلاسيك مطالعه می‌شد. ازنظر فني، اين ايده در حدود سال 1900 شكل گرفت و بر اساس اين ايده، در پي يافتن ظروف كاغذي بدون نفوذ بودند. در سال 1915 در آمريكا كه حق ثبت اختراع براي بطري كاغذي به جان وانورمر از تولدو، در اُهايو اهدا شد و او نام آن را پيورپك گذارد. به‌وضوح گسترش و اهميت علوم مهندسي براي انجام كارهاي شكل دادن، پر کردن و آب‌بندی كردن لازم بود تا در مقابل، انجام اين فرآيندها با سرعت‌های متعارف بر پيچيدگي امور موردنیاز فائق آمد.
شرك اكس-سل-اُ به‌عنوان مالك پيري پك ظاهر شد و ماشین‌آلات موفقي در رابطه با انجام امور فوق توليد نمود. پس از جنگ جهاني دوم، پيورپك در اروپا مورداستفاده قرار گرفت.
در ابتدا در كار تنها از آمريكا براي پر کردن وارد اروپا می‌شد. در سال 1975 اِلُپَك (شركت اروپايي تحت ليسانس پيورپك) شكل گرفت. در سال 1987 شركت مذكور سیستم‌های بخش بسته بندی شركت اكس-سل-اُ و همچنين ليسانس پيورپك را خريداري نمود (شكل 1).
شكل 1- بسته بندی مايعات با مقطع سه‌گوش
در آلمان جاگنبرگ محصولي به نام پگرا را معرفي كرد كه مواد اولیه‌ی آن مقواي موم دار هم به‌کاررفته شده بود. فرم اصلي آن دایره‌ای با مقطع مربعي شكل بود. در سال 1939، استفاده از پگرا به‌سرعت گسترش يافت. 26 كارخانه در هشت كشور شامل: آلمان، انگليس، سوئد، آمريكا، كانادا و استراليا وجود داشت. جاگنبرگ در سال 1958 پي-كي-ال را پایه‌گذاری كرد و يك بسته بندی معروف به نام بلوك پس را معرفي كرد. در سال 1929 كمپاني آكرلوند و روسينگ به‌عنوان مصرف‌کننده‌ی اين نوع بسته بندی شكل گرفتند.
ابتدا بسته هاي چهارگوش حاوي شير و نوشیدنی‌ها اسانس دار توسط چند ماده‌ی پلاستيكي جهت ساخت محصولات جديد آزمايش شدند و يك تركيبي به نام پلي استايرن با موفقيت به دست آمد. در سال 1956 اقدام به توليد مقواهاي پوشش داده شده با پلی‌اتیلن PE شد. اولين بسته بندی در سال 1952 واقع در لوند سوئد در يك کارخانه‌ی مواد لبنياتي نصب شد. اين كارخانه امروزه تولیدکننده‌ی بسته‌هاي بزرگ بوده و صاحب‌نام در سراسر جهان است و حدود 80 درصد بازار جهاني را در اختيار دارد.
در ابتدا فقط شير و خامه را به‌وسیله‌ی بسته‌هايي بر پایه‌ی مقوا بسته بندی می‌کرده‌اند، سپس اقدام به بسته بندی كردن آبمیوه‌ها نمودند و از دهه‌ی 1980 به بعد سوپ، چاشنی‌ها، روغن‌های خوراكي و آب را بسته‌بندی می‌کنند.
مواد بسته بندی مايعات
استفاده از مقوا و مواد پليمري با كاربری بسته بندی مايعات و مواد غذايي منجر به افزايش كيفيت محصول و استحكام آن شده و ماندگاري را بالا می‌برد. به همين دليل در ذيل به اين مباحث اشاره شده است.
مقوا:
مقوا در کارتن‌های بسته بندی مايعات استحكام، ساختار مناسب، ظاهر بهداشتي و تميز و سطح مناسب با قابليت چاپ پذيري خوب را تأمين می‌نماید (مقوا به خاطر اين ویژگی‌های در صنايع بسته بندی كاربرد زيادي دارد). اساس ساختار مقوا، چندلايه است. براي اطمينان از عدم اثرگذاري آن‌ها بر روي مزه و همچنين حفظ سلامت مواد غذايي، از الياف بكر كه استانداردهاي سطح بالايي دارند، تهیه‌شده‌اند.
لایه‌ی بيروني مقوا معمولاً از الياف رنگ بري شده تهيه می‌شود، يعني خمير شيميايي سفيد شده. (توجه: لازم به ذكر است كه خمير سولفات رنگ بري شده به‌عنوان خميري كه فيبرهاي سلولزي آن به‌وسیله‌ی فرآيند سولفات به‌عنوان روشي شيميايي، از چوب جدا می‌شود). ممكن است لایه‌ی بيروني براي يكنواختي بهتر در چاپ، با رنگ‌دانه‌های سفيد پوشش داده شود.
لایه‌های خارجي همچنين ممكن است شامل هر دو نوع خمير رنگ بري شده و رنگ بري نشده باشند. خمير رنگ‌بری نشده يعني خمير شيميايي قهوه‌ای. تفاوت عمده‌ی مقواي موردنیاز براي بسته بندی مايعات و مقواهاي معمول مورداستفاده در کارتن‌ها (کارتن‌های بسته بندی كه در آن‌ها خم كاري شده) در استفاده از عوامل آهارزني دروني، در بخش آماده‌سازی خمير است.
اگرچه طراحي بسته‌ها اين اطمينان را می‌دهد كه هيچ بخشي از لبه‌های سطوح صاف مقوا كه آهارزني شده يا نشده‌اند، در معرض رطوبت مايعات قرار نمی‌گیرند، چون لبنيات حاوي مقادير زيادي رطوبت می‌باشند و يك محيط مرطوب ايجاد می‌کنند؛ اما لازم است اطمينان حاصل شود كه لبه‌های بدون آهار داخلي مقوا در معرض اين محیط‌های مرطوب قرار نگيرند و رطوبت آب يا مواد را جذب نكنند.
لایه‌های گرماگير و نفوذناپذير:
اساس ساختار پليمرهاي گرماگير در صنايع بسته‌بندی، سازگار بودن آن‌ها در قسمت‌های مختلفي كه در بسته‌بندی استفاده می‌شوند، است. به‌عنوان‌مثال در بالاي بسته يا سطح‌رویی (سطحي كه عمليات چاپ روي آن اجرا می‌شود) و قسمت دروني بسته (عكس قسمت چاپ)، است. معمولاً اين حالت با پوشش اكستروژن پلی‌اتیلن با دانسيته ي جرياني كم (ويسكوزيته LDPE) ايجاد می‌شود. در برخي از طراحی‌ها PE سطح بيروني را به سطح دروني می‌چسباند و ازاین‌رو پلی‌اتیلن بايد در دو سطح در اثر گرما، چسبندگي خوبي ايجاد نمايد. اغلب طرح‌ها نيز به چسبيدن دو لايه در بيرون نسبت به هم نياز دارند.
شكل 2 مقوايي را نشان می‌دهد كه در دو طرف آن PE قرار دارد. اين ساختار، سد محكمي در برابر مايع و نفوذ رطوبت خواهد بود. اين نوع ساختار بسته‌بندی عمدتاً براي مواد تازه‌ای كه داراي زمان ماندگاري نسبتاً كم بوده و بايستي به‌صورت منجمد توزيع شوند، است.
ضخامت PE مصرفي به‌اندازه‌ی كارتن (بسته) بستگي دارد. وزن لایه‌ی بيروني معمولاً 14 تا 26 2g/m بوده و لایه‌ی دروني نيز 41.26 تا 56 2g/m است كه البته اين دو اندازه‌ی آخري (41 – 56) به‌صورت دو يا سه لايه پشت سر هم براي رسيدن به ضخامت PE موردنیاز استفاده می‌شود. نبايد PE و اغلب مواد پلاستيكي را به‌عنوان تنها مواد موردنیاز براي ساخت بسته‌ها موردبررسی قرار داد.
شكل 2- دو لایه‌ی پلی‌اتیلن در اطراف مقوا
اخيراً كاتاليزورهاي متالوسن با اثرگذاري بسيار زياد روي خواص PE و ديگر پلاستیک‌ها، معرفی‌شده‌اند. ازاین‌رو اين يك نقطه‌ی قوت در پيشرفت، براي توليدكنندگان PE به شمار می‌آید. HDPE (پلی‌اتیلن با دانسيته ي زياد) در اكثر خواص مثل مقاومت به كشش، فشرده شدن و مقاومت به سوراخ شدن، برتر از LDPE است. تركيب اين پليمرها و ديگر پليمرهاي همسان با هم، برای بهبود يا تغيير دادن خواص، امکان‌پذیر است.
دراین‌ارتباط بايد اتيلن وينيل الكل (EVA) را نام برد. با اعمال روش پوشش اكستروژني، توانايي EVA به چسبيدن، در اثر گرما بهبود می‌یابد. لایه‌های استفاده‌شده در بگ-اين-باكس هاي مورداستفاده از اين نوارها (EVA) تهيه شده، EVA باعث بهبود مقاومت‌ها و انعطاف‌پذیری و همچنين داراي توانايي چسبندگي خوبي در اثر گرما است. براي افزايش نفوذناپذيري بسته بندی مايعات، علاوه بر PE می‌بایست از مواد ديگري نيز استفاده شود.
اتيلن وينيل الكل (EVOH) و پلي آميد (PA) موادي با خواص ممانعتي خوبي در برابر اكسيژن می‌باشند و همچنين اين مواد محافظت از مزه و خواص چربي و روغني مواد غذايي را تأمين می‌کند. EVOH و PA در برابر برخي وضعیت‌ها به‌ویژه در برابر بخارآب، خواص ممانعتي خوبي ندارند و می‌بایست براي تأمين خواص ممانعتي در اين وضعيت از PE استفاده كرد. اين تركيبات براي مواد داراي زمان ماندگاري متوسط و طولاني در دماي نگهداري محيط كه سيستم توزيع آن‌ها به‌صورت منجمد صورت می‌گیرد، استفاده می‌شود. افزودن لایه‌ی فويل آلومينيوم به مقاوم‌سازی بدنه در اين تركيبات كمك می‌نماید (شكل 3).
شكل 3- در دو سمت مقوا دو لایه‌ی پلی‌اتیلن و تركيبي از اتيلن وينيل الكل (EVOH) قرار دارد
بیشتر بخوانید: بسته بندی؛ تبلیغات خاموش
فويل آلومينيوم ماده‌ای با خواص نفوذناپذيري بالا است كه باعث افزايش نفوذناپذيري نور، اكسيژن و بخارآب به داخل بسته می‌شود. اين ماده براي حفظ مزه و خواص روغني مواد غذايي است. اين امكان وجود دارد كه اين ماده به‌صورت چندلايه در دو طرف مقوا قرار بگيرد. در اكثر موارد فويل آلومينيومي به‌تنهایی براي تأمين خواص نفوذناپذيري مورداستفاده قرار می‌گیرد و یک‌لایه‌ی اضافي PE همان‌طور كه در شكل 4 مشاهده می‌شود، به كار می‌رود.
شكل 4- در دو سمت مقوا دو لایه‌ی پلی‌اتیلن و تركيبي از فويل آلومينيومي قرار دارد.
اين لایه‌ها براي موادي كه استريليزه (گندزدايي) شده و به‌صورت گرم با ماندگاري بالا در بسته قرار می‌گیرند و بايد در دماي محيط پخش شوند و به كار روند.
اينومر سورلين مثل PE، در برابر بخارآب مانع خوبي بوده و علاوه بر اين موضوع خواص روغني مواد غذايي را نيز حفظ می‌نماید. اينومر داراي خواص گرما چسب خوبي است و براي اينكه بتوان لایه‌ی PE را روي فويل آلومينيومي اكسترود كرد، از يك لایه‌ی نازك استفاده می‌کنیم. براي اكسترود كردن اينومر بر فويل آلومينيومي به حرارت كمتري نسبت به PE نيازمنديم، بنابراين براي حفظ مزه‌ی مواد غذايي به حرارت‌های بالاتري براي رسيدن به چسبندگي بهتر به فويل آلومينيومي نياز است.
اين حالت به افزايش حفظ ویژگی‌های مواد غذايي كمك می‌کند. نوار پلی‌استر (PET PETE) را در حالت خلأ می‌توان با يك لایه‌ی نازك، آلومينيوم لمينيت نموده تا مانع خوبي در برابر هوا و بخارآب شود و همچنين از آن به‌عنوان لایه‌ی پوششي در مقوا استفاده می‌شود، لایه‌های ديگري مثل پلی‌پروپیلن (PP) و پلي آميدها (PA) به همين روش می‌توان متالايز كرد.
نوع ديگر لایه‌ی نازك با خواص نفوذناپذيري بالا، ساختاري با پلاسماي پوشش داده شده از سيليكون اكسيد شده، روي لایه‌ی پلی‌استر است؛ به‌طوری‌که يك لایه‌ی كاملاً غيرفلزي نفوذناپذير را به وجود می‌آورد و می‌توان آن را روي مقوا با روش اكستروژن پوشش داد. در شكل 5 نحوه‌ی قرارگيري پليمرهاي ذکرشده نشان داده شده است كه وظايف آن‌ها عبارتند از:
پلی‌اتیلن: محافظت در مقابل رطوبت؛
مقوا: دوام و مقاومت؛
پلی‌اتیلن: چسبندگي؛
آلومينيوم: محافظت در برابر ورود نور و اكسيژن؛
پلی‌اتیلن: چسبندگي؛
پلی‌اتیلن: درزگيري كردن و عايق كردن.
شكل 5- ساختار قرارگيري لایه‌های مختلف در بسته‌بندی‌های بر پایه‌ی مقوا
همچنين در شكل 6 ویژگی‌های مواد بسته‌بندی ضدعفوني شده نشان داده شده است. در اين شكل به كاربرد مواد پليمري و اينكه چگونه آن‌ها در مقابل نفوذ هوا، اكسيژن، رطوبت و… از بسته محافظت می‌کنند، اشاره شده است.
شكل 6- ویژگی‌های مواد به كاررفته در بسته‌بندی‌های ضدعفوني شده
