高溫蒸煮袋破袋原因探析
[摘要]著重分析了(le)目前普遍存在的高溫蒸煮袋破袋的原因(yīn),重點探討了原材(cái)料、膠粘劑、複合工藝(yì)參數、製袋工藝參數的影響,提出一些控製破袋不良現(xiàn)象出現(xiàn)的建議方法,為提高產品質量,對生產工(gōng)藝的改進提供參考。
關鍵詞:高溫蒸煮袋;破(pò)袋(dài);軟塑包裝
高 溫蒸煮袋又叫軟罐頭,用(yòng)於食品包裝並能承受高溫(wēn)蒸煮、加熱、殺菌的複合薄膜袋。由於它在抽真空的條件(jiàn)下充填或灌裝食品後進行高(gāo)溫蒸煮殺菌,殺菌後的食品可 以在(zài)常溫下(xià)長期保存(cún)。食用(yòng)時,既可冷食又可熱食,能在3分鍾以內加熱食用,使用方便,且廢棄物容(róng)易處理,空間占據小,因此很(hěn)受人們的歡迎。但容易破袋,特 別是灌裝(zhuāng)果汁之類的酸(suān)性液體進行高溫蒸煮殺菌時,破袋的情況屢有(yǒu)發生,是各廠家最為棘手的(de)問題(tí)。通過對高溫蒸煮(zhǔ)袋破袋原因進行調查、實驗、分析,提出了一 些解決(jué)問題的辦法。
1、高溫蒸煮袋的生產工藝流(liú)程
軟塑包裝多采用凹版印刷和幹式複合,以下僅就此工(gōng)藝進行分析(xī)說明。其生產工藝(yì)流程為:
原(yuán)料準備——印刷——複合——熟(shú)化——分切——製袋
2、高溫蒸(zhēng)煮包裝袋的質量特性
a、 有良好的耐熱性(xìng),耐蒸煮性,蒸煮(zhǔ)後尺(chǐ)寸穩定,對(duì)強度的影響小,根據蒸煮(zhǔ)袋的殺菌溫度,可分為高溫蒸煮袋(殺菌條件:135℃,半小時),低溫蒸煮袋(殺菌 條件:100℃,半小(xiǎo)時),超高溫蒸煮袋(殺菌條件:145℃,幾秒鍾(zhōng)至幾分鍾(zhōng))。同時耐寒性好,熱封性要好,熱封強度要高,熱封的尺寸穩定性(xìng)好,不會因 熱封而收縮,即便汙染,仍有良好的熱封強度。
b、蒸(zhēng)煮袋的填充性能要好,袋子的開口性好,有良好的機械加工性能,耐衝擊性要好,耐針孔性要好。
c、要有良好的防濕阻氣性(xìng)能,要有良好的衛生性,耐油脂性,無臭味。價格要合理,外表要美觀。
3、常用高溫蒸煮包(bāo)裝袋材料質量特性
a、 內層材料:PE使用溫度最高110℃;特殊PE使用溫度最高120℃;RCPP使用溫度最高125℃,有較好的挺度;特殊CPP使用溫度最高145℃,都 有(yǒu)較好的熱封性。但也都各有其(qí)不足,如PE在(zài)120℃時有一定的臭味,流延聚乙烯CPE抗(kàng)衝擊(jī)強度不好熱合溫度較高,綜合而言(yán)一般都采用它作為內封材料(liào)。
b、中層材料:AL阻隔性好,不(bú)透光(guāng),耐高溫;NY薄膜(mó)阻隔性好,耐高溫,機械性能好,耐針孔性好:PET薄膜阻隔性好,耐高(gāo)溫。
c、外(wài)層材(cái)料:PET薄膜(mó)有較好的機械性,加工性,內層材料保護(hù)性,耐水煮性。由於高溫蒸煮袋使用的材料質量特性直接影響袋成品的質量,對原材料的(de)檢驗就顯得十分重要,實際生產過程中出現的問(wèn)題也證明了(le)這一(yī)點。
4.影響(xiǎng)高溫蒸(zhēng)煮(zhǔ)時破袋的因(yīn)素
4.1原材料的影響
4.1.1表(biǎo)麵張(zhāng)力
任 何一種物料的表麵都(dōu)會(huì)受到一種迫使物料減少表麵麵積的力,這(zhè)種力就是表麵張力,要使油墨及膠水有好(hǎo)的附著力,必須(xū)使物料(liào)的表麵張力等於甚至大於油墨及膠水 的表麵張力(lì),因(yīn)此物料表麵張力直(zhí)接影響到油墨及膠水在物料上的附著牢度。塑料薄膜成(chéng)型後表(biǎo)麵(miàn)張力值不足以便油(yóu)墨及膠水牢固地附著在薄膜上,特別是(shì)對一些非(fēi) 極性材料,如:PE、PP料,必須經過一定的表麵預處理來增大(dà)材料的表麵張力,表麵預處理的(de)方(fāng)法有很多,但是(shì)適用(yòng)於工(gōng)業化(huà)生產並應用最廣的還是電暈(yūn)處理。
4.1.2原材料包裝結構
高 溫蒸煮袋表層材料在蒸煮後的熱穩定性非常重要,特別是蒸煮冷卻後尺(chǐ)寸的穩定性,否則容易(yì)出(chū)現蒸(zhēng)煮冷卻收縮後離(lí)層剝離,導致(zhì)破袋的現象。對於耐熱表層材料 PET是最佳防尺寸變化的表(biǎo)層材料,其熱收縮率隻有1%~1.5%,而NY作(zuò)為表層材料時溫度(dù)不能超過120℃,否則容易劣化收縮,其熱收縮率將達到5% 以上。因此高溫蒸煮袋中材料結構選(xuǎn)擇:一般選PET為表層材(cái)料;RCPP為蒸煮(zhǔ)級CPP,作為內層熱(rè)封材料;而(ér)NY和AL的選擇與排列則需根(gēn)據內容物來(lái)決 定。
4.2油墨
對於高溫蒸煮袋印刷所使用的油(yóu)墨必須是耐高溫的,否則會出現包裝袋從油墨(mò)層(céng)剝離的現象。通常采(cǎi)用聚異氰酸酯類樹脂和適量的含(hán)活潑氫的固化(huà)劑為連接料的油墨(mò),如DIC或東洋的蒸煮油墨,不會出現網(wǎng)點擴散、油墨層剝離現象同時不會有重金屬的遷移發生。
4.3膠粘(zhān)劑及膠水(shuǐ)濃度
高溫蒸煮包裝基本都是采用幹式(shì)複合(hé),在複合(hé)中一般采用由主劑和固化劑二個組分構成的聚氨酯膠粘劑。為了耐高溫(wēn)蒸煮,通常為高固(gù)含量的脂肪族(zú)雙組份聚氨酯膠。如果要得到更高的耐水耐熱性,可以在膠粘劑中添加約1%的偶聯劑。
膠水濃度太高容易堵(dǔ)塞塗(tú)膠網版的網點,使上膠量越來(lái)越低;膠水濃度(dù)太低則膠水不容易轉(zhuǎn)移到材料上,通常是使主劑和(hé)固化劑按規定比例混合,加溶(róng)劑稀釋至混合後膠粘劑的工作固含量為30%左右。
4.4複合工藝參數
複合工(gōng)藝參數的設(shè)定直接影響(xiǎng)到產品(pǐn)的複合強度,也是控製高溫蒸煮袋不破袋的(de)很重要的(de)一環,如膠粘劑的塗布量、張力及溫度的設定、熟(shú)化條件等等。
4.4.1膠粘劑(jì)塗布量
塗 布量對複合強度非常重要,塗布量(liàng)太少會達不到複合強度的要(yào)求,而且會產生小氣泡,影響產品的(de)外觀;塗布量太高則不(bú)僅不能增加複合強度,而且會下降(jiàng),同時產 品的透明度也差,容易起皺,使(shǐ)產品的(de)成本增加,所以必須嚴格控(kòng)製好塗布量。塗布量的控製是通過塗膠網版(bǎn)網點深淺來(lái)控製的,同一濃度的同種膠(jiāo)水配比網版網點 越深則上膠(jiāo)量越大。一(yī)般來說如果膠粘劑工(gōng)作固含量為30%,則140線的網版塗膠量(幹基)為(wéi)1.5~1.8g/m2,120線網(wǎng)版塗膠量1.8~2.5g/m2,90線(xiàn)網版塗(tú)膠量3.5~4.5/m2。 同時塗膠量還與膠(jiāo)粘劑(jì)的濃度(dù)、刮(guā)刀的(de)角度、膠壓輥的(de)硬度與壓力、機器的速度有關;其它條件相同的情(qíng)況下,濃度越大,上(shàng)膠量越大(dà);刮刀(dāo)越平,軟(ruǎn)刀片伸出越 長,上膠量越大;機速慢,上膠量要稍大(dà);膠壓輥(gǔn)硬度越小,壓力越大,上(shàng)膠量也越大,通常複合(hé)的膠壓輥的硬度為70度。塗膠量與複合強(qiáng)度的關係如下表1所 示。
由(yóu)表1可見從成本控製及質量保障方麵來說塗布量采用4.5g/ m2最為合(hé)適。
4.4.2機(jī)器烘箱溫度及張力
由 於塑料材料(liào)都有一定的耐熱性,如果烘箱溫度及張(zhāng)力太大,就會造成材(cái)料如RCPP的拉伸,冷卻後收(shōu)縮,再經過高溫蒸煮加熱後又冷卻,這(zhè)樣就很容易使材料在膨 脹收縮中發生離(lí)層最終導致破袋(dài)。因此烘箱的溫(wēn)度通常都在(zài)40~90 ℃之間,溫度太(tài)低會造成溶劑殘留超標,國家標準是不超10mg/m2,歐美、日(rì)本要求更高不超過5mg/m2,而且溶劑殘留太高會在熟化或蒸煮時爆發出來,破壞膠粘劑(jì)層,也會導致破袋的產生。特別需要注(zhù)意的是烘箱溫度通常是(shì)三段溫區控製,溫度是由低到高設置,如果第一(yī)段設置太高會造成膠水(shuǐ)表麵局部高溫結皮,內部溶劑(jì)無法幹燥,最(zuì)終導致離層。
表(biǎo)中數據是裝入10%的食(shí)鹽水後排氣(qì)封口(kǒu),在121℃蒸煮30min冷卻後測(cè)得,經濟日報度(dù)數據為PET/AL/NY/RCPP中的NY/AL層。
4.4.3熟化條件
熟 化也叫固化,是將複合材料放置在40~60℃的一個恒溫室內維持一段時間,通常在24~72hr。其目的是讓雙組份聚(jù)氨酯膠粘劑(jì)的主劑與固化劑產生化學反 應,便分子量成倍的增加,生成網狀交聯結構,從而達到更高的複合強(qiáng)度、更好的耐熱性(xìng)和抗介質性。當(dāng)溫度提高時,反應的速度就會(huì)加快,固化時間縮短複合強度 效(xiào)果也較好,但是溫度一定得在材料的承受範圍內增加,否(fǒu)則會使材料變形、收縮等。所以固化溫度(dù)大多數都在40~60℃範圍內。
4.5製袋工藝參數
製(zhì) 袋工藝中影響包裝袋的熱封強度即密封性(xìng)的有3個因素:熱(rè)封刀的溫度(dù)、壓力和機(jī)速。表2為PET12/AL7/NY15/CPP70結構的(de)製袋工藝參數和測 試數據。由下表(biǎo)可(kě)見:熱封強度必須達到65N/15mm,機速越高,熱封溫度、壓力設置要越高;溫度太低,壓力太低,熱封強度達不到;溫度(dù)太高,壓(yā)力太 高,會使熱封部位出現裂(liè)紋,同樣影響熱封強度,使密封性下降,導(dǎo)致蒸煮時破袋。
5、結束語
影響高溫蒸煮袋蒸煮時(shí)破袋的因素很多(duō),涉及(jí)到原材料、油墨、膠水、複合(hé)及製袋工藝參數等方(fāng)麵,其中每一道工序都必須嚴格把關,隻要有(yǒu)一點控製不好,就會功虧一簣。通過在生產第一線的長期觀察了解(jiě),以及取樣測試,對實驗和工藝(yì)參數的統計和分析,得出以下結論及解決方案(àn)。
a、盡量使用由固定供應商提供的原材料,利於把(bǎ)握(wò)原材料的(de)加工特性,要對原(yuán)材料按(àn)技術條件(jiàn)進行檢驗。
b、 原材料結(jié)構要視內容物(wù)酸堿性、重量、對光、氧(yǎng)的敏感性等特征來龍去脈決定。無AL的結構,可視內容物,成本低,但遮光及(jí)阻氧的性能不如有AL的結構;如果 是酸堿性(xìng)內容物:采用含AL結構的包裝一定在AL及熱封層RCPP之間加複一層NY以增(zēng)加抗酸堿滲(shèn)透性,同時如果內容物是液體蒸煮殺菌(jun1),殺菌裝置必須有反 壓裝置。
c、油墨必須(xū)采用高溫蒸煮油墨,且須(xū)與所采用(yòng)的高溫蒸煮膠具有很好的親和性。
d、膠水采用(yòng)耐高溫蒸煮的雙組份聚氨酯膠。膠水的主劑與固化劑配比、工作固含量及塗布(bù)量(liàng)一定要進行實驗測試,找出最佳數據,而不能(néng)隻為減少成(chéng)本使用低工作固含量及塗布量。
e、複合(hé)及製袋工藝(yì)參數、熟化條件一定要根據材料結構,膠粘劑(jì)的具體情況設置,要進行數據積累,並進行統計分析,不能一概而論。
f、複合(hé)強度必須達到(dào)7.0N/15mm以上(shàng);熱封強度(dù)必須達到65N/15mm以上(shàng)。除(chú)以上(shàng)分析的主要因素外,還有溶劑的純(chún)度,車間的溫(wēn)度、濕度,複合機的(de)第二放卷預熱輥溫度,熱合輥的溫度(dù)、壓力等等都對蒸(zhēng)煮袋的性能產生影響。
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