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高溫蒸煮袋破袋原因探析
[摘要]著重分析了目前普遍存在的高溫蒸煮袋破袋的原因，重點(diǎn)探討了原材料、膠粘劑、復(fù)合工藝參數(shù)、制袋工藝參數(shù)的影響，提出一些控制破袋不良現(xiàn)象出現(xiàn)的建議方法，為提高產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)生產(chǎn)工藝的改進(jìn)提供參考。
關(guān)鍵詞：高溫蒸煮袋；破袋；軟塑包裝
高 溫蒸煮袋又叫軟罐頭，用于食品包裝并能承受高溫蒸煮、加熱、殺菌的復(fù)合薄膜袋。由于它在抽真空的條件下充填或灌裝食品后進(jìn)行高溫蒸煮殺菌，殺菌后的食品可 以在常溫下長(zhǎng)期保存。食用時(shí)，既可冷食又可熱食，能在3分鐘以內(nèi)加熱食用，使用方便，且廢棄物容易處理，空間占據(jù)小，因此很受人們的歡迎。但容易破袋，特 別是灌裝果汁之類的酸性液體進(jìn)行高溫蒸煮殺菌時(shí)，破袋的情況屢有發(fā)生，是各廠家最為棘手的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)高溫蒸煮袋破袋原因進(jìn)行調(diào)查、實(shí)驗(yàn)、分析，提出了一 些解決問(wèn)題的辦法。
1、高溫蒸煮袋的生產(chǎn)工藝流程
軟塑包裝多采用凹版印刷和干式復(fù)合，以下僅就此工藝進(jìn)行分析說(shuō)明。其生產(chǎn)工藝流程為：
原料準(zhǔn)備——印刷——復(fù)合——熟化——分切——制袋
2、高溫蒸煮包裝袋的質(zhì)量特性
a、 有良好的耐熱性，耐蒸煮性，蒸煮后尺寸穩(wěn)定，對(duì)強(qiáng)度的影響小，根據(jù)蒸煮袋的殺菌溫度，可分為高溫蒸煮袋(殺菌條件：135℃，半小時(shí))，低溫蒸煮袋（殺菌 條件：100℃，半小時(shí)），超高溫蒸煮袋（殺菌條件：145℃，幾秒鐘至幾分鐘）。同時(shí)耐寒性好，熱封性要好，熱封強(qiáng)度要高，熱封的尺寸穩(wěn)定性好，不會(huì)因 熱封而收縮，即便污染，仍有良好的熱封強(qiáng)度。
b、蒸煮袋的填充性能要好，袋子的開(kāi)口性好，有良好的機(jī)械加工性能，耐沖擊性要好，耐針孔性要好。
c、要有良好的防濕阻氣性能，要有良好的衛(wèi)生性，耐油脂性，無(wú)臭味。價(jià)格要合理，外表要美觀。
3、常用高溫蒸煮包裝袋材料質(zhì)量特性
a、 內(nèi)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 有較好的熱封性。但也都各有其不足，如PE在120℃時(shí)有一定的臭味，流延聚乙烯CPE抗沖擊強(qiáng)度不好熱合溫度較高，綜合而言一般都采用它作為內(nèi)封材料。
b、中層材料：AL阻隔性好，不透光，耐高溫；NY薄膜阻隔性好，耐高溫，機(jī)械性能好，耐針孔性好：PET薄膜阻隔性好，耐高溫。
c、外層材料：PET薄膜有較好的機(jī)械性，加工性，內(nèi)層材料保護(hù)性，耐水煮性。由于高溫蒸煮袋使用的材料質(zhì)量特性直接影響袋成品的質(zhì)量，對(duì)原材料的檢驗(yàn)就顯得十分重要，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題也證明了這一點(diǎn)。
4．影響高溫蒸煮時(shí)破袋的因素
4.1原材料的影響
4.1.1表面張力
任 何一種物料的表面都會(huì)受到一種迫使物料減少表面面積的力，這種力就是表面張力，要使油墨及膠水有好的附著力，必須使物料的表面張力等于甚至大于油墨及膠水 的表面張力，因此物料表面張力直接影響到油墨及膠水在物料上的附著牢度。塑料薄膜成型后表面張力值不足以便油墨及膠水牢固地附著在薄膜上，特別是對(duì)一些非 極性材料，如：PE、PP料，必須經(jīng)過(guò)一定的表面預(yù)處理來(lái)增大材料的表面張力，表面預(yù)處理的方法有很多，但是適用于工業(yè)化生產(chǎn)并應(yīng)用最廣的還是電暈處理。
4.1.2原材料包裝結(jié)構(gòu)
高 溫蒸煮袋表層材料在蒸煮后的熱穩(wěn)定性非常重要，特別是蒸煮冷卻后尺寸的穩(wěn)定性，否則容易出現(xiàn)蒸煮冷卻收縮后離層剝離，導(dǎo)致破袋的現(xiàn)象。對(duì)于耐熱表層材料 PET是最佳防尺寸變化的表層材料，其熱收縮率只有1%～1.5%，而NY作為表層材料時(shí)溫度不能超過(guò)120℃，否則容易劣化收縮，其熱收縮率將達(dá)到5% 以上。因此高溫蒸煮袋中材料結(jié)構(gòu)選擇：一般選PET為表層材料；RCPP為蒸煮級(jí)CPP，作為內(nèi)層熱封材料；而NY和AL的選擇與排列則需根據(jù)內(nèi)容物來(lái)決 定。
4.2油墨
對(duì)于高溫蒸煮袋印刷所使用的油墨必須是耐高溫的，否則會(huì)出現(xiàn)包裝袋從油墨層剝離的現(xiàn)象。通常采用聚異氰酸酯類樹脂和適量的含活潑氫的固化劑為連接料的油墨，如DIC或東洋的蒸煮油墨，不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)散、油墨層剝離現(xiàn)象同時(shí)不會(huì)有重金屬的遷移發(fā)生。
4.3膠粘劑及膠水濃度
高溫蒸煮包裝基本都是采用干式復(fù)合，在復(fù)合中一般采用由主劑和固化劑二個(gè)組分構(gòu)成的聚氨酯膠粘劑。為了耐高溫蒸煮，通常為高固含量的脂肪族雙組份聚氨酯膠。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(lián)劑。
膠水濃度太高容易堵塞涂膠網(wǎng)版的網(wǎng)點(diǎn)，使上膠量越來(lái)越低；膠水濃度太低則膠水不容易轉(zhuǎn)移到材料上，通常是使主劑和固化劑按規(guī)定比例混合，加溶劑稀釋至混合后膠粘劑的工作固含量為30%左右。
4.4復(fù)合工藝參數(shù)
復(fù)合工藝參數(shù)的設(shè)定直接影響到產(chǎn)品的復(fù)合強(qiáng)度，也是控制高溫蒸煮袋不破袋的很重要的一環(huán)，如膠粘劑的涂布量、張力及溫度的設(shè)定、熟化條件等等。
4.4.1膠粘劑涂布量
涂 布量對(duì)復(fù)合強(qiáng)度非常重要，涂布量太少會(huì)達(dá)不到復(fù)合強(qiáng)度的要求，而且會(huì)產(chǎn)生小氣泡，影響產(chǎn)品的外觀；涂布量太高則不僅不能增加復(fù)合強(qiáng)度，而且會(huì)下降，同時(shí)產(chǎn) 品的透明度也差，容易起皺，使產(chǎn)品的成本增加，所以必須嚴(yán)格控制好涂布量。涂布量的控制是通過(guò)涂膠網(wǎng)版網(wǎng)點(diǎn)深淺來(lái)控制的，同一濃度的同種膠水配比網(wǎng)版網(wǎng)點(diǎn) 越深則上膠量越大。一般來(lái)說(shuō)如果膠粘劑工作固含量為30%，則140線的網(wǎng)版涂膠量（干基）為1.5～1.8g/m2,120線網(wǎng)版涂膠量1.8～2.5g/m2，90線網(wǎng)版涂膠量3.5～4.5/m2。 同時(shí)涂膠量還與膠粘劑的濃度、刮刀的角度、膠壓輥的硬度與壓力、機(jī)器的速度有關(guān)；其它條件相同的情況下，濃度越大，上膠量越大；刮刀越平，軟刀片伸出越 長(zhǎng)，上膠量越大；機(jī)速慢，上膠量要稍大；膠壓輥硬度越小，壓力越大，上膠量也越大，通常復(fù)合的膠壓輥的硬度為70度。涂膠量與復(fù)合強(qiáng)度的關(guān)系如下表1所 示。
由表1可見(jiàn)從成本控制及質(zhì)量保障方面來(lái)說(shuō)涂布量采用4.5g/ m2最為合適。
4.4.2機(jī)器烘箱溫度及張力
由 于塑料材料都有一定的耐熱性，如果烘箱溫度及張力太大，就會(huì)造成材料如RCPP的拉伸，冷卻后收縮，再經(jīng)過(guò)高溫蒸煮加熱后又冷卻，這樣就很容易使材料在膨 脹收縮中發(fā)生離層最終導(dǎo)致破袋。因此烘箱的溫度通常都在40～90 ℃之間，溫度太低會(huì)造成溶劑殘留超標(biāo)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是不超10mg/m2，歐美、日本要求更高不超過(guò)5mg/m2，而且溶劑殘留太高會(huì)在熟化或蒸煮時(shí)爆發(fā)出來(lái)，破壞膠粘劑層，也會(huì)導(dǎo)致破袋的產(chǎn)生。特別需要注意的是烘箱溫度通常是三段溫區(qū)控制，溫度是由低到高設(shè)置，如果第一段設(shè)置太高會(huì)造成膠水表面局部高溫結(jié)皮，內(nèi)部溶劑無(wú)法干燥，最終導(dǎo)致離層。
表中數(shù)據(jù)是裝入10%的食鹽水后排氣封口，在121℃蒸煮30min冷卻后測(cè)得，經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)度數(shù)據(jù)為PET/AL/NY/RCPP中的NY/AL層。
4.4.3熟化條件
熟 化也叫固化，是將復(fù)合材料放置在40～60℃的一個(gè)恒溫室內(nèi)維持一段時(shí)間，通常在24～72hr。其目的是讓雙組份聚氨酯膠粘劑的主劑與固化劑產(chǎn)生化學(xué)反 應(yīng)，便分子量成倍的增加，生成網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到更高的復(fù)合強(qiáng)度、更好的耐熱性和抗介質(zhì)性。當(dāng)溫度提高時(shí)，反應(yīng)的速度就會(huì)加快，固化時(shí)間縮短復(fù)合強(qiáng)度 效果也較好，但是溫度一定得在材料的承受范圍內(nèi)增加，否則會(huì)使材料變形、收縮等。所以固化溫度大多數(shù)都在40～60℃范圍內(nèi)。
4.5制袋工藝參數(shù)
制 袋工藝中影響包裝袋的熱封強(qiáng)度即密封性的有3個(gè)因素：熱封刀的溫度、壓力和機(jī)速。表2為PET12/AL7/NY15/CPP70結(jié)構(gòu)的制袋工藝參數(shù)和測(cè) 試數(shù)據(jù)。由下表可見(jiàn)：熱封強(qiáng)度必須達(dá)到65N/15mm，機(jī)速越高，熱封溫度、壓力設(shè)置要越高；溫度太低，壓力太低，熱封強(qiáng)度達(dá)不到；溫度太高，壓力太 高，會(huì)使熱封部位出現(xiàn)裂紋，同樣影響熱封強(qiáng)度，使密封性下降，導(dǎo)致蒸煮時(shí)破袋。
5、結(jié)束語(yǔ)
影響高溫蒸煮袋蒸煮時(shí)破袋的因素很多，涉及到原材料、油墨、膠水、復(fù)合及制袋工藝參數(shù)等方面，其中每一道工序都必須嚴(yán)格把關(guān)，只要有一點(diǎn)控制不好，就會(huì)功虧一簣。通過(guò)在生產(chǎn)第一線的長(zhǎng)期觀察了解，以及取樣測(cè)試，對(duì)實(shí)驗(yàn)和工藝參數(shù)的統(tǒng)計(jì)和分析，得出以下結(jié)論及解決方案。
a、盡量使用由固定供應(yīng)商提供的原材料，利于把握原材料的加工特性，要對(duì)原材料按技術(shù)條件進(jìn)行檢驗(yàn)。
b、 原材料結(jié)構(gòu)要視內(nèi)容物酸堿性、重量、對(duì)光、氧的敏感性等特征來(lái)龍去脈決定。無(wú)AL的結(jié)構(gòu)，可視內(nèi)容物，成本低，但遮光及阻氧的性能不如有AL的結(jié)構(gòu)；如果 是酸堿性內(nèi)容物：采用含AL結(jié)構(gòu)的包裝一定在AL及熱封層RCPP之間加復(fù)一層NY以增加抗酸堿滲透性，同時(shí)如果內(nèi)容物是液體蒸煮殺菌，殺菌裝置必須有反 壓裝置。
c、油墨必須采用高溫蒸煮油墨，且須與所采用的高溫蒸煮膠具有很好的親和性。
d、膠水采用耐高溫蒸煮的雙組份聚氨酯膠。膠水的主劑與固化劑配比、工作固含量及涂布量一定要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，找出最佳數(shù)據(jù)，而不能只為減少成本使用低工作固含量及涂布量。
e、復(fù)合及制袋工藝參數(shù)、熟化條件一定要根據(jù)材料結(jié)構(gòu)，膠粘劑的具體情況設(shè)置，要進(jìn)行數(shù)據(jù)積累，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不能一概而論。
f、復(fù)合強(qiáng)度必須達(dá)到7.0N/15mm以上；熱封強(qiáng)度必須達(dá)到65N/15mm以上。除以上分析的主要因素外，還有溶劑的純度，車間的溫度、濕度，復(fù)合機(jī)的第二放卷預(yù)熱輥溫度，熱合輥的溫度、壓力等等都對(duì)蒸煮袋的性能產(chǎn)生影響。
江蘇申凱包裝高新技術(shù)股份有限公司成立于2002年，公司注冊(cè)資本8000萬(wàn)RMB，天交所上市企業(yè),，股權(quán)代碼000057，高新技術(shù)企業(yè)，公司總投資超過(guò)2.1億RMB，擁有20000余平方米普包廠區(qū)；擁有13000平方米的藥包廠區(qū)， 11000平方米的辦公面積。公司擁有二位行業(yè)頂尖研發(fā)博士，每年新增超過(guò)100多個(gè)專利，專業(yè)生產(chǎn)食品包裝膜（袋）、藥用包裝膜（袋）、化工包裝膜（袋）、電子監(jiān)管碼防偽包裝等各類彩印復(fù)合包裝膜（袋）?，F(xiàn)位于無(wú)錫新區(qū)碩放中通路99號(hào)，毗鄰上海車程2小時(shí)內(nèi)。
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