لمینیت کردن در بسته‌ بندی انعطاف‌پذیر «بخش ششم»

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 لمینیت‌ها 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. 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 شماره‌های پیشین درباره فویل آلمینیوم، متالایز کردن با روش وکیوم و خواص فیزیکی و ساختاری لمینیت، کیسه‌های انعطاف‌پذیر و ماشین‌های فرم، فیل، سیل عمودی و افقی، سیل‌پذیری و نفوذناپذیری توضیح دادیم و در این مطلب نیز به توضیحی درخصوص فرآیندهای لمینیت کردن و معرفی دستگاه‌های لمینیت می‌پردازیم.

جذابیت سطح و سایر خواص

یکی از اهداف نهایی انتخاب لمینیت ایجاد بسته‌بندی با ظاهری جذاب و مطلوب است. معمولاً در مواردی که محصول جذاب باشد و تحت تأثیر نور آسیب نبیند بسته‌بندی شفاف ارجح می‌شود و برای محصولاتی مانند صدف پخته‌شده، بسته‌بندی شفاف مناسب نبوده و بهتر است از بسته‌بندی‌های مات استفاده کرد.

پلی‌پروپیلن جهت یافته (OPP) که ترکیبی از خواص مطلوب و هزینه مناسب را با هم دارد جزو پرمصرف‌ترین موادی است که برای لفاف‌پیچی و لمینیت کردن با شفافیت بالا مناسب است. به کمک روکش‌ها و پردازش سطح می‌توان خواصی همچون ماشین‌پذیری و نفوذناپذیری در برابر بوها را بهبود بخشید.

در مواردی که استحکام یا مقاومت حرارتی بالا نیاز باشد OPP را می‌توان با PET جایگزین کرد که البته قیمت آن ‌قدری بالاتر است. هم OPP و هم PET جزو فیلم‌هایی هستند که پایداری ابعادی داشته و با رجیستر مناسب می‌توان روی سطح آن‌ها چاپ انجام داد که این عمل روی فیلم‌های تغییر طول‌پذیر (extensible) مانند پلی‌اتیلن قدری مشکل‌تر است.

در برخی موارد که نیاز به بسته‌هایی با سطوح براق است استفاده از فویل‌های آلومینیوم و متالایز کردن مناسب‌ترین روش خواهد بود. (ایجاد سطوح براق مقطعی به روش چاپ hot-stamp نیز امکان‌پذیر است) OPP و PET دو نوع فیلمی هستند که بیشتر از سایر فیلم‌ها متالایز می‌شوند. منظور از زیبایی سطح اغلب ایجاد سطح چاپ شده مناسب است. لمینیت‌های پلاستیکی شفاف معمولاً به روش معکوس Reverse-print چاپ می‌شوند تا مرکب چاپ روی سطح آن ثابت شود و سطحی یکنواخت و صیقلی ایجاد کند.

با کمک این لایه زیرین سفید رنگ می‌توان زمینه‌ی سفید روشن برای تصاویر گرافیکی با کیفیت بالا ایجاد کرد و لایه زیرین متالایز شده یک زمینه متالیک براق ایجاد می‌کند. صفحات لمینیت معمولاً به هر دو روش گراور و فلکسوگرافی چاپ می‌شوند که انتخاب نوع روش چاپ به کیفیت گرافیک موردنظر و اندازه صفحه بستگی دارد. روکش‌های شفاف یا لاک‌های پوشاننده را می‌توان در آخرین ایستگاه چاپ به کار برد. روکش‌های سطح که برای پلاستیک‌ها به کار می‌روند معمولاً با ترکیبات آنتی‌استاتیک پردازش می‌شوند تا مشکل جذب گرد و غبار مرتفع شود.

برخی موارد ممکن است در زمره هیچ‌کدام از موارد بالا قرار نگیرند مانند چسب یا لایه پیونددهنده‌ای Tie layer که باید دو لایه یک لمینیت را به هم بچسباند. در برخی موارد نیز آسترها یا سیل‌کننده‌های سطح جهت افزایش چسبندگی لازم است. لاک‌های نیترو سلولز یا لاک‌های شیشه‌ای هم معمولاً با آلومینیوم به کار می‌روند.

یک لایه آلومینیوم را می‌توان برای ایجاد سطح منعکس‌کننده حرارت به کار برد. هم سطوح فویل شده و هم سطوح متالایز شده برای بسته‌بندی‌هایی که حذف بارهای الکتریکی در آن‌ها اهمیت دارد مناسب هستند. در بسیاری از موارد یک ماده به‌تنهایی چند خاصیت را برآورده می‌کند به‌عنوان‌مثال پلی‌اتیلن هم به‌خوبی سیل حرارتی می‌شود و هم نفوذناپذیری آن در برابر رطوبت مطلوب است. متالایز کردن نفوذناپذیری گاز آن را بهبود می‌بخشد و سطح آن را جذاب‌تر می‌کند.

فرآیندهای لمینیت کردن (Laminating Processes)

روش‌های چسباندن لایه‌ها (Bonding Methods)

تک لایه‌ها یا صفحات چندلایه را می‌توان به روش‌های زیر ایجاد کرد یا به هم چسباند.

چسباندن تر (Wet Bonding)

 در این روش از چسب‌های بر پایه آب یا حلال استفاده می‌شود که پس از چسبیده شدن لایه‌ها به یکدیگر حلال خشک‌شده یا تبخیر می‌شود. روش چسباندن تر فقط برای صفحاتی که حداقل یکی از آن دو منفذهایی (Porous) برای خروج آب یا حلال داشته باشد کارایی دارد که در عمل این بدان معنا است که حداقل یکی از دو سطح باید کاغذ باشد.

چسباندن خشک (Dry Bonding)

 در این روش از چسب‌های محلولی Solvent-Carried adhesives استفاده می‌شود که پس از قرار گرفتن چسب روی سطح و خشک شدن حلال چسب رزین شکل روی آن باقی می‌ماند. در برخی موارد سطح موردنظر مانند سطح چسب نواری چسبنده است. لایه دوم نیز با گذراندن دو لایه از بین دو غلتک چسبانده می‌شود. این چسب‌ها در برخی موارد به حالت سیال و چسبنده هستند که فرآیند پخت (شبکه‌ای شدن) با گذراندن صفحات از بین دو غلتک داغ تسریع می‌یابد.

چسباندن با چسب‌های گرما – ذوب (Hot-melt Bonding)

در این روش نیز از چسب‌های گرما-ذوب برای چسباندن سطوح استفاده می‌شود. ازنظر عدم نیاز به حذف حلال این روش مشابه چسباندن خشک است اما مزیت آن در این است که نیاز به یک مرحله خشک کردن ندارد. نمونه‌هایی که با این روش استفاده می‌شوند باید در دمای کاربرد پایداری ابعادی داشته باشند که این مورد از محدودیت‌های این روش است.

اکستروژن و اکستروژن هم‌زمان (Extrusion and Co- Extrusion)

 در این روش از اکسترودر برای ذوب کردن رزین پلیمری استفاده می‌شود که مذاب مذکور با فشار از یک دای شکاف مانند عبور می‌کند و به‌صورت فیلمی نازک سطح نمونه را می‌پوشاند و در لمینیت کردن با اکستروژن از مذاب خروجی از اکستروژن به‌منظور چسباندن دو سطح به یکدیگر استفاده می‌شود. در اکستروژن هم‌زمان چند اکسترودر به یک دای مخصوص متصل هستند که خروجی آن فیلمی چندلایه متشکل از چند ماده است.

بیشتر بخوانید: لمینیت در بسته‌بندی انعطاف‌پذیر «بخش سوم»

دستگاه‌های لمینیت (Laminating Machines)

تقریباً فرآیندهای لمینیت کردن، به‌صورت خوراک صفحه Web-fed و نه ورق Sheet-fed انجام می‌گیرد و جدا از نوع دستگاه، ایستگاه‌های مشخصی در تمام آن‌ها ثابت هستند.

دستگاه روکش دهی/ لمینیت کردن

 یک ایستگاه باز کردن رول unwind برای هرکدام از صفحات خوراک اولیه که در فرآیند استفاده می‌شوند و یک ایستگاه جمع‌کردن رول rewind برای جمع‌آوری محصول نهایی دارد. در ایستگاه‌های باز کردن رول وسایل کنترل میزان تنش وجود دارد تا ماده اولیه با تنش ثابت وارد ایستگاه‌های عملیاتی شوند.

وسایل کنترل تنش ایستگاه جمع‌کردن رول کشیده شدن کامل محصول از دستگاه و رول شدن آن با تنش ثابت را تضمین می‌کند. برحسب نوع دستگاه ممکن است نواحی کنترل تنش اضافی در نقاط دیگر نیز تعبیه شود.

وسایل مرتب کننده مواد اولیه را هم‌سطح ایستگاه‌های عملیاتی در جهت کار دستگاه قرار می‌دهند غلتک‌های ویژه‌ای مانند غلتک‌های کمان شکل و غلتک‌های شانه‌ای مواد اولیه را در حین فرآیند مسطح نگه می‌دارند.

دستگاه‌های روکش‌دهی/ لمینیت یک یا چند ایستگاه روکش‌دهی دارند که مواد لازم به حالت مایع به ماده اصلی افزوده می‌شوند که این دستگاه‌ها از ایستگاه‌های چسب‌زنی ساده تا دای‌های استروژنی متصل شده به اکسترودرها نرم‌کننده متغیر است.

سطوح در اثر فشار ناشی از عبور از بین دو غلتک به هم می‌چسبند و بسته به نوع فرآیند روکش‌دهی امکان استفاده از کوره‌های خشک‌کن قبل یا بعد از خروج محصول از بین دو غلتک وجود دارد. برای محصولاتی که در اثر نور آسیب می‌بینند باید از یک لایه مقاوم در برابر نور استفاده کرد که معمولاً باید محصول را در برابر پرتوهای ماورای بنفش محافظت نماید.

ظاهر بسته‌بندی و سایر خواص

یکی از نکات مهم در انتخاب بسته‌بندی مناسب توجه به‌ظاهر بسته نهایی است که باید جذابیت مناسب داشته باشد. طراح بسته‌بندی باید در نظر داشته باشد که ظاهر بسته‌ها یا باید ظاهری صیقلی و شفاف یا مات داشته باشند. معمولاً در مواردی که محصول جذاب باشد و تحت تأثیر نور آسیب نبیند، بسته‌بندی‌های شفاف مناسب هستند.

پلی‌پروپیلن جهت یافته (OPP) به علت خواص و قیمت مناسبی که دارد به‌عنوان ماده‌ای پرمصرف برای لفاف‌پیچی و لمینیت‌هایی که شفافیت بالا دارند شناخته می‌شود.

با روکش دهی و پردازش سطح می‌توان خواصی همچون ماشین‌پذیری، نفوذناپذیری در برابر اکسیژن و سایر گازها را بهبود بخشید. در کاربردهایی که به استحکام یا مقاومت حرارتی بسیار بالا نیاز است OPP را می‌توان با PET جایگزین کرد که البته همانطور که گفته شد، قیمت آن ‌قدری بالاتر است. هم فیلم‌های OPP و هم فیلم‌های PET پایداری ابعادی مناسبی دارند و با کیفیت بالا و رجیستر خوب می‌توان روی سطح آن‌ها چاپ انجام داد که برای فیلم‌های تغییر طول‌پذیر مانند PE حفظ رجیستر مناسب مشکل‌تر است.

در بعضی موارد برای ایجاد بسته‌بندی جذاب از سطوح متالیک براق که کل بسته یا قسمتی از آن را تشکیل می‌دهد استفاده می‌شود که تنها روش‌های تولید این‌گونه سطوح، متالایز کردن یا استفاده از فویل آلومینیومی است (به‌منظور متالایز کردن جزئی از چاپ hot-stamp استفاده می‌شود). OPP و PP پرمصرف‌ترین فیلم‌هایی هستند که برای متالایز کردن به کار می‌روند. منظور از جذابیت سطح در اغلب موارد سطحی با چاپی مناسب است.

لمینیت‌های پلاستیکی شفاف را عموماً به روش چاپ معکوس چاپ می‌کنند که در مرکب چاپ بماند و سطحی یکنواخت و صیقلی ایجاد شود. به کمک یک لایه زیرین سفید رنگ می‌توان سطحی روشن با زمینه سفید ایجاد کرد که کیفیت گرافیکی بالا داشته باشد. لایه زیرین متالایز نیز سطحی با زمینه متالیک براق ایجاد می‌کند.

چاپ روی صفحات لمینیت در برخی موارد برحسب اندازه و کیفیت گرافیکی به روش گراور یا فلکسوگرافی انجام می‌گیرد. روکش‌های شفاف یا ورنی‌ها را می‌توان در ایستگاه نهایی چاپ به کار برد. روکش‌های سطح که برای پلاستیک‌ها به کار می‌روند معمولاً با ترکیبات آنتی استاتیک پردازش می‌شوند تا مشکل جذب گرد و غبار آن‌ها مرتفع شود.

در برخی موارد که خواص خاصی مانند چسب‌ها یا لایه‌های رابط tie- layer که دو لایه یک لمینیت را به هم پیوند می‌زنند، گاهی مواقع آسترها و سیل‌کننده‌های سطوح برای افزایش چسبندگی لازم است که لاک‌های نیترو سلولز با آلومینیوم به کار رود.

در برخی موارد یک لایه آلومینیوم با هدف انعکاس امواج گرما استفاده می‌شود. در بسته‌بندی‌هایی که از بین بردن الکتریسیته ساکن اهمیت دارد، از فویل و یا متالایز کردن می‌توان استفاده کرد.

لازم به ذکر است در بسیاری موارد یک ماده به‌تنهایی چند خاصیت را با هم دارا است. به‌عنوان‌مثال پلی‌اتیلن هم سیل‌پذیری حرارتی خوبی دارد و هم نفوذناپذیری آن در برابر رطوبت مناسب است که با متالایز کردن نفوذناپذیری آن در برابر گازها و جذابیت آن‌ها بهبود می‌یابد.

 فرآیند لمینیت کردن با یک صفحه پایه شروع می‌شود که سایر لایه‌ها به آن افزوده شده تا ساختار مناسب حاصل شود. لایه‌های افزوده شده را می‌توان به شکل روکش‌های سیال که به روش اکستروژن یا کو اکستروژن یا ترکیبی از این دو، روی سطح را می‌پوشانند، ایجاد کرد. صفحه پایه یا مسطح، بدون چاپ است یا طرح خاصی روی آن چاپ شده است و یا متالایز شده و یا سایر فرآیندها روی آن انجام گرفته است.

ایستگاه‌های روکش دهی

در ایستگاه‌های روکش دهی مواد سیالی مانند ورنی‌ها، واکس‌ها، امولسیون‌های PVDC و چسب‌ها به کار می‌روند. صدها روش برای کشیدن یک روکش روی سطح وجود دارد که وجه تمایز آن‌ها در روش فیزیکی کاربرد روکش و سنجش میزان آن است که این عوامل به نوع ماده، بافت آن، طبیعت روکش و هدف و کاربرد نهایی بستگی دارد و هر روش مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارد. روکش‌دهی اکستروژنی و گراور در بسته‌بندی‌های انعطاف‌پذیر کاربرد گسترده‌تری دارند.

در روکش دهی گراور (شکل ۱) ضخامت روکش توسط سل‌های (منفذهای) روی غلتک تنظیم می‌شود. با استفاده از غلتک‌های گراور بدون توجه به ضخامت نمونه می‌توان روکش‌هایی با ضخامت بسیار دقیق ایجاد کرد؛ اما روکش‌دهی گراور برای سطوح سخت و غیر انعطاف‌پذیر مناسب نیست؛ زیرا امکان تماس کامل سل‌های زیر غلتک با سطح نمونه وجود ندارد. روکش مورداستفاده نیز باید ویسکوزیته نسبتاً پایینی داشته باشد.

شکل ۱- پوشش دهی به‌وسیله‌ی گراور میزان از پیش تعیین‌شده‌ای از ماده پوشش‌دهنده مرطوب را از طریق حفره‌های گود شده در گراور انتقال می‌دهد. نمای بزرگ‌تری از حفره‌ها در تصویر بالا نشان داده شده است.

در روکش‌دهی اکستروژنی مذاب پلیمر روی سطح نمونه را می‌پوشاند. روش کلی به این صورت است که دانه‌های پلی‌اتیلن با فشار از سیلندر اکسترودر عبور می‌کند که در ضمن حرارت دیده و نرم می‌شود و به ماده‌ای شربتی شکل یکنواخت تبدیل می‌شود. پلی‌اتیلن ویسکوز تولید شده وارد دای شکافی شکل می‌شود و یک لایه نازک از آن خارج می‌گردد که سطح نمونه را می‌پوشاند. پس از این عمل لایه ایجاد شده، سرد می‌شود یا یک ماده سوم روی آن فشرده می‌شود تا به پلی‌اتیلنی که هنوز مذاب است چسبیده شود (شکل ۲).

شکل ۲ – اکستروژن لمینیت برای اکسترود کردن ماده مذاب در بین دو ماده دیگر انجام می‌شود.

دای‌های کواکستروژن خروجی دو یا چند اکسترودر را با هم ترکیب می‌کنند به‌طوری‌که محصول خروجی به‌صورت چندلایه است. لمینیت کردن با واکس به‌عنوان یک روش اقتصادی برای چسباندن یک لایه مقوا یا کاغذ به فویل آلومینیوم استفاده می‌شود. البته پیوند ایجاد شده ازنظر ساختاری و محیطی پایدار نیست که این امر کاربرد آن را محدود می‌کند.

ماده پایه پس از باز شدن از غلتک وارد ایستگاه روکش‌دهی واکس گرم شده می‌شود. لایه دوم نیز با عبور از بین دو غلتک به لایه پایه چسبانده شده و فوراً سرد می‌شود. پس از سرد شدن لمینیت به‌صورت رول جمع می‌شود.

در روش پیوند تر (شکل ۳) لازم است حداقل یکی از سطوح به اندازه کافی منفذدار باشد تا امکان جذب چسب محلولی یا آبکی در آن فراهم شود. در واقع این بدان معنا است که یکی از سطوح باید کاغذ باشد. پس از پوشاندن یکی از سطوح با چسب دو سطح با هم از بین دو غلتک عبور داده می‌شود و لمینیت خروجی از بین غلتک‌ها وارد کوره می‌شود تا چسب پخته (Set) شود.

شکل ۳- نمایی از یک لمینیتور مرطوب

در چسبندگی خشک (شکل ۴) پس از قرار گرفتن چسب روی سطح نمونه، حلال از چسب جدا شده و چسب خشک می‌شود. چسب رزینی باقی‌مانده ماده‌ای چسبناک بوده و در اثر حرارت پخته می‌شود. سطح دوم با عبور از بین دو غلتک گرم شده، روی سطح اول قرار گرفته و دو سطح به هم چسبانده می‌شوند.

شکل ۴- نمایی از لمینیتور خشک. اگر هر دو سطح لمینیت شونده به طور نسبی رطوبت ناپذیر باشند تا زمانی که حلال موجود در چسب لمینیت از بین نرفته به هم نخواهند چسبید.

هم در چسبندگی خشک و هم در چسبندگی تر باید دقت شود که حلال به طور کامل از چسب جدا شود. از آنجایی که تولیدکنندگان لمینیت ترجیح می‌دهند دستگاه‌هایشان با حداکثر سرعت کار کنند، خطر محبوس شدن ذرات حلال متصاعد شده بین دو لایه وجود دارد که این مسئله در بسیاری موارد به ویژه بسته‌بندی مواد غذایی مشکل‌ساز است و از طرفی موجب افت کیفیت لمینیت می‌شود. تولیدکنندگان لمینیت به‌صورت پیوسته محصول را ازنظر حلال متصاعد شده با روش‌های گاز کروماتوگرافی بررسی می‌کنند.