塑料軟包裝袋在生產、運輸和儲存中產生破損,是企業常見的質量問題,一般來說,以下幾種情況最容易出現破損:
1、自動包裝過程產生的破損:自動包裝時,灌裝的內容物對袋子底部產生強烈沖擊,如果袋子底部無法承受沖擊力的作用就會出現底部開裂。
2、運輸和產品堆放時產生的破損:軟包裝袋承受不住由于商品堆壓、運輸過程的摩擦等引起的內壓增大原因,袋子破裂。
3、包裝袋抽真空過程產生的破損:包裝袋厚度偏薄,抽真空時包裝袋收縮,內容物有硬物、針角或抽真空機有硬物(臟物)刺破包裝袋產生破損。
4、高溫蒸煮袋在抽真空或高溫高壓滅菌時,因材料耐壓、耐高溫不足產生破損。
5、冷凍包裝袋由于溫度低,包裝袋變硬發脆,耐凍碎裂性、耐穿刺性不良引起包裝袋破裂。
一、破損原因
1、自動包裝過程中包裝袋破損的原因
一般熱封強度指的是將兩張薄膜通過熱合的方式粘在一起,完全冷卻后的粘結強度。但是在自動包裝生產線上,兩層包裝材料并未獲得充足的冷卻時間,因此包裝材料的熱封強度不適宜用于此處來判斷材料的熱封性能。這時應采用熱黏力即材料熱封部分尚未冷卻時的剝離力為依據,進行熱封材料的選擇,這樣才能符合灌裝時材料熱封強度要求。
要達到薄膜材料的最佳熱黏力有一個最合適的溫度點,而當熱封溫度超過這個溫度點后熱黏力會表現出下降的趨勢。在灌裝生產線上,軟包裝袋的熱封與內容物的灌裝幾乎同步,因此在進行內容物灌裝時,袋底部的熱封部分并未完全冷卻,而所能承受的沖擊力也會大打折扣。
內容物灌裝時對于軟包裝袋底部的沖擊力,可使用熱黏拉力試驗儀通過調節熱封溫度、熱封壓力和熱封時間來繪制熱黏力曲線,選擇最佳的熱封參數組合用于生產線。
2、存儲和運輸過程中的破袋原因
用軟包裝袋包裝的物品,在存放和運輸時會由于物品的摞放而引起袋內氣體壓力的增大,進而能夠引起軟包裝袋的破裂。由于發生破裂的位置多集中在材料間的熱合位置,即軟包裝袋的熱封最薄弱處,因此破袋可以通過檢測包裝熱封邊的熱封強度、進而更換材料或者調整熱封工藝參數來避免。
材料的熱封強度根據檢測方法大致可分為拉伸熱封強度和膨脹熱封強度。可以使用拉力機檢測的是拉伸熱封強度,是包裝材料在受力方向一致、力值均勻的情況下熱封處抵抗分離的能力,特別適用于評價軟包裝袋的開口性,但不適用于解決軟包裝袋的破袋問題,因為引起破袋的袋內壓力的方向和大小都不確定,而且熱封處附近的材料由于承受了部分壓力可能會出現形變,產生軟包裝袋的受壓破損。
膨脹熱封強度的檢測需要使用泄漏與密封強度測試儀,需要向軟包裝袋內加壓,同時可以檢測出整個包裝中強度最差最薄弱的位置(不僅限于熱封部位)。由于膨脹熱封強度不能代表熱封的平均強度,所以膨脹熱封強度與拉伸熱封強度之間沒有什么關聯。膨脹熱封強度與軟包裝袋的尺寸、幾何形狀以及使用材料有關。
3、抽真空食品包裝破損原因
主要為食品真空包裝設計及外真空包裝材料兩方面原因:
1)食品真空包裝設計方面,如內容物的凈含量或體積超過了所用軟包裝材料的承受范圍,在運輸或銷售流通過程中,稍受外力,就會出現破袋、開裂問題。一般作為抽真空包裝袋熱封層,材料厚度不得低于50um厚。
2)食品真空包裝材料的質量問題導致成品包裝出現封口開裂問題,一般集中在以下幾個方面:
A )食品包裝的物理機械性能——如拉斷力與斷裂伸長率、抗穿刺強度、抗擺錘沖擊性能、剝離強度等,可綜合判斷包裝袋的韌性、耐穿刺性、抗沖擊性等物理機械性能是否符合包裝、儲存堆碼及運輸過程的需求。(與內容物、包裝袋的大小、運輸路途及包裝形式有關)
B)食品包裝的密封性——如爆破壓力測試,可以確定發生破袋的位置和機械強度薄弱的部位。如熱封強度測試可判斷熱封強度是否滿足食品內容物的要求,并確定熱封不良的部位以及熱封效果的均勻度。例如雞爪真空包裝產生破損是因為雞爪被切分的時候,有些碎爪的骨頭被切的很尖,再加上煮沸的時候,肉皮收縮,所以骨頭就裸露出來,在運輸的過程中容易將袋子扎破。因此,包裝袋的耐穿刺性應做為包裝材料組合的重點考慮。
通過泄漏與密封強度測試儀不僅能夠檢測軟包裝袋的最大破裂力,還能通過設定施加的壓力來測試包裝袋的破裂時間,可以根據測試數據設計堆放結構,進一步調整熱封工藝的參數以改善包裝效果,或者根據軟包裝袋破裂的位置對包裝結構上存在的問題進行分析。
4、高溫蒸煮袋破袋原因
根據拉烏爾定律,絕對空間里液體汽化的壓力,由可液化物質的量決定。在常壓下,每摩爾的液體完全汽化后可以給22.4L的空間一個大氣壓的壓力,在進行反壓蒸煮試驗時,我們往往認為已經很精確地控制溫度,降溫時有足夠的反壓,還是常常發現有爆袋現象。爆袋肯定是因為袋內的壓力高于袋外。
加熱時水煮袋膨脹是正常的。因室溫時封口,這時袋內外壓力是平衡的,在室溫加熱到98℃的過程中,液體水本身要膨脹,袋內空氣要膨脹,這時產生的部分水蒸氣也占據部分空間,導致膨脹。這時候袋內壓力會增加。袋子的爆破是這種熱狀態下封口部位高分子材料產生蠕變現象的結果。
蒸煮袋在加熱到100℃以前,同水煮袋變化是一樣的,在蒸煮鍋內,加熱超過100℃時,袋內壓力遠遠高于袋外壓力。因此蒸煮袋在加熱滅菌前的抽真空過程時,必須將袋內空氣完全抽徹底,以免在高溫滅菌中因袋內壓力高于袋外壓力而產生破裂。
一般RCPP或SCPP可采用二元共聚物生產,厚度必須大于60um。作為耐高溫蒸煮的CPP,不應該用均聚聚丙烯去組合生產,而應用共聚聚丙烯(嵌段共聚聚丙PP--B)或共混改性的聚丙烯粒料薄膜去組合。因為用均聚聚丙烯薄膜做的CPP,經高溫蒸煮后要產生脆化,容易從封口處破裂,造成內容物泄漏,在抽真空處的折痕處易發生漏氣,而且耐油性極差。而共聚型或共混型CPP,因其結晶度高,所以耐低溫性和抗沖擊性比均聚CPP好。
5、冷凍袋包裝破損原因
塑料長時間處于低溫環境中會變脆,易破裂,物理性能急劇下降,這反映了塑料材料耐寒性較差的弱點。通常,塑料的耐寒性能用脆化溫度表示。隨著溫度的降低,塑料因其聚合物分子鏈活動性的降低而變得性脆易折,在規定的沖擊強度下,50%的塑料發生脆性破壞,此時的溫度即為脆化溫度,也即塑料材料正常使用的溫度下限。如果冷凍食品采用的包裝材料耐寒性較差,在后期的運輸裝卸過程中,冷凍食品尖銳的突起很容易刺破包裝,造成包裝袋破裂泄漏問題,加快食品的腐敗。
因此耐冷凍食品包裝熱封層材料一般用PE膜,PE膜的耐冷凍性能要比CPP膜好,在-18℃使用非常好,而CPP在零度以下就變得很脆易破裂。
在儲藏和運輸環節,冷凍食品是包裝在瓦楞紙箱內進行的。冷庫的溫度一般設定在-24~-18℃。在冷庫中,瓦楞紙箱會逐漸吸收環境中的水分,通常經4天可達水分平衡。冷凍食品在由冷庫運輸到銷售地點的過程中,將經過多次裝卸操作,溫差的不斷變化使瓦楞紙箱箱體周圍空氣中的水蒸氣冷凝在紙箱表面,紙箱含水率迅速升高至約19%,其邊壓強度將下降約23%~25%,此時瓦楞紙箱的力學強度進一步遭到破壞,增加了塌箱發生的幾率。從而也增加了包裝袋破損的機率。
二、應對措施
針對上述幾種情況,企業應從以下幾方面著手解決,以期能改善破袋狀況。
1、材料方面
材料必須具有足夠的厚度,厚度不足,將會造成復合膜的強度不足,從而造成破袋問題:注意材料中再生料(再造粒料)的加入,再生料多的話,薄膜各方面性能都會降低,加入過多,復合膜強度不足,從而造成破袋。在PE膜的制造過程中,加入LLDPE和MPE或高強型PE(FPE—T),以提高PE的強度和柔韌性,從而減少破袋。在低溫冷凍環境中使用的包裝,必須選用耐低溫的包裝材料(如BOPA)來生產復合膜,否則會造成低溫冷凍環境中,復合膜的脆裂。
復合膜常用在液體和粉末的包裝上。較重的內容物受到瞬間沖擊(比如跌落)時,對封口強度有較高要求。從材料結構方面考慮,僅是提高拉伸強度并不能解決問題,材料撕裂強度似乎可以更明顯地提高抗沖擊強度。
定向塑料薄膜經過拉伸定向,提高了結晶度,它的抗拉強度、彈性模量、沖擊強度、破裂強度大幅度上升,但薄膜的“繼發撕裂強度”下降,只要有一點缺口刀痕就容易產生撕裂。這是定向薄膜的特性,印刷基材采用的雙向拉伸薄膜,與撕裂強度最高的CPE、CPP復合,復合膜的撕裂強度卻不是兩種基材的相加,而是減少。復合強度越高,撕裂強度下降越多。擠出復合對提高撕裂強度有獨特的效果,共擠膜更有優勢。
2、制袋工藝
制袋的溫度過高,造成熱封處的熱封材料性能下降,從而破袋;制袋的壓力過大,造成熱封處的熱封材料被擠出,熱封壓力應熱封位內側壓力比外側壓力小,熱封位的熱封材料降低從而造成包裝袋在跌落或運輸時破袋。制袋的熱封條過于鋒利,或有機械飛刺,也會損傷袋子的熱割邊緣,從而造成破袋現象。
3、復合膜的剝離強度
如果復合膜的剝離強度過低,難以達到多層復合材料同時受力的要求,造成力不能更好的分散,那么在跌落過程中,就會造成破袋。另外,在高溫蒸煮袋中,由于有的粘合劑耐熱性不好,尤其在一些復雜結構中(如BOPAl5/AL7/CPP70),在高溫蒸煮時,也會造成在封口邊處的破裂,復合膜脫層的現象。
4、其它方面
在包裝一些重包裝或粉末類物品如鹽、洗衣粉時,在灌裝完該類物品后,熱封前,應將袋內的空氣排出,以減小包裝袋壁的受力,讓固形物直接受力,以減少袋的破損,在后加工過程中,應特別注意耐穿刺強度、耐壓性能、跌落破裂性、耐溫性及耐溫介質性和食品安合衛生性能等是否符合要求。
三、特別注意事項
雖然破損率在國際標準中一般不超過0.2%,但由于包裝袋破損產生的物品污染損失則可能很嚴重。因此,通過檢測材料的熱封性能,調節生產工藝中的熱封參數,企業降低在灌裝或存放、后加工、運輸過程中軟包裝袋破損的概率是可能的,但是需要特別注意以下幾個問題:
1、需要特別注意灌裝物在灌裝過程中是否會污染封口,污染物能致使材料的熱黏力或熱封強度顯著降低,導致軟包裝袋因無法承力而破裂。尤其要注意粉末類灌裝物,需要進行相應的模擬測試。
2、通過選擇生產線熱封參數得到的材料熱黏力及膨脹熱封強度,都應在設計要求的基礎上留出一點余量(應根據設備和材料的情況進行具體分析),因為無論是熱封元件還是包裝材料(尤其是軟包裝用薄膜材料)均勻性都不會非常好,累積誤差會導致包裝熱封處的熱封效果不均勻。
3、通過對材料的熱黏力和膨脹熱封強度的檢測,能分別獲得一套適用于特定產品及特定生產線的熱封參數,此時應結合測試獲得的材料熱封曲線進行綜合考慮、擇優選擇。
4、塑料軟包裝袋的破裂是材料、生產工藝、生產參數、生產操作等多種因素的綜合體現, 在詳細進行分析后才能找出產生破裂的真正原因, 應先在采購原輔材料和制定生產工藝時,制定好標準。生產時做好原始記錄, 不斷改進,就能在一定范圍內將塑料軟包裝袋的破損率控制到最佳水平。