یک ورق هم اکستروژن مانع EVOH کوپلیمر اتیلن وینیل الکل را با پوسته های پلی اولفین ساختاری در یک بستر صاف ترکیب می کند و عملکرد مانع اکسیژن را ارائه می دهد که هیچ پلیمر تک لایه ای نمی تواند با هزینه قابل مقایسه به دست آورد. برای مهندسین بستهبندی و عملیات اکستروژن ورق با هدف بستهبندی طولانیمدت ماندگاری، این قالب چند لایه به راهحل پیشفرض برای سینیهای گوشت تازه، درب پنیر و ظروف آماده غذا تبدیل شده است که در آن کنترل نرخ انتقال اکسیژن (OTR) کمتر از 0.1 سیسی بر مترمربع در روز تعیین میکند که آیا محصول برای روزها یا هفتهها قابل فروش است یا خیر. A به درستی پیکربندی شده است ماشین اکستروژن ورق که قادر به هماهنگی اکسترودرهای متعدد از طریق یک بلوک فید بلاک دقیق است، پیش نیاز است - اما تمایز واقعی در درک رفتار مواد EVOH، انتخابهای معماری لایهها و رشتههای پردازشی است که یکپارچگی مانع را از قیف رزین تا رول نهایی حفظ میکند.
برگه EVOH Barrier Co-Extrusion: خواص و مزایا
عملکرد سد اکسیژن EVOH از گروه های هیدروکسیل بسیار قطبی پلیمر ناشی می شود که یک شبکه پیوند هیدروژنی متراکم ایجاد می کند که در برابر انتشار گاز از طریق ماتریس ورق مقاومت می کند. در رطوبت نسبی 0 درصد، یک ورق 15 میکرونی مانع EVOH میتواند مقادیر OTR را تا 0.01 سیسی بر متر مربع در روز به دست آورد - تقریباً 1000 برابر کمتر از پلی اتیلن یا پلی پروپیلن اصلاحنشده همان گیج. این عملکرد EVOH را به عنوان رزین با مانع بالا غالب در بسترهای حرارتی بسته بندی مواد غذایی سفت و سخت قرار می دهد.
فراتر از خواص مانع گاز، ورق اتیلن وینیل الکل چندین مزیت ثانویه دارد. در برابر نفوذ روغن و حلال آلی که برای بسته بندی غذاهای چرب مانند گوشت های فرآوری شده و سس های سالاد اهمیت دارد، مقاومت می کند. همچنین حفظ عطر بسیار خوبی را فراهم می کند و ترکیبات طعم فرار را محبوس می کند که در غیر این صورت از طریق بسته بندی پلی اولفین معمولی در طول زمان مهاجرت می کنند. ویژگیهای نوری - لایههای EVOH ذاتاً شفاف هستند - به مبدلها اجازه میدهد تا بستهبندی مانع شفافی را تولید کنند که در آن دید محصول یک نیاز خردهفروشی است.
اقتصاد به نفع EVOH نیز کار می کند. از آنجایی که رزین سد تنها بخش نازکی از سطح مقطع کل ورق را اشغال می کند (معمولاً 5 تا 15 درصد ضخامت)، هزینه مواد قابل کنترل باقی می ماند. بخش عمده ای از ساختار شامل پلی اولفین های ارزان قیمت - PP، PE، یا گریدهای اصلاح شده با کراوات - است که استحکام مکانیکی، مقاومت در برابر رطوبت و شکل پذیری حرارتی را تامین می کند. این توزیع هزینه باعث می شود اکستروژن لایه مانع حتی برای کاربردهای با حجم بالا و حساس به حاشیه مانند سینی های گوشت خرده فروشی از نظر تجاری قابل دوام باشد.
طراحی ساختار لایه
معماری یک ورق هم اکستروژن مانع EVOH از یکی از چندین پیکربندی ایجاد شده پیروی می کند که هر کدام برای متعادل کردن عملکرد مانع، قابلیت اطمینان چسبندگی و رفتار ترموفرمینگ انتخاب شده اند.
ساختار سه لایه A/B/A
ساده ترین رویکرد EVOH (B) را بین دو لایه پوست پلی اولفین یکسان (A) قرار می دهد. پلی پروپیلن و پلی اتیلن مواد استاندارد پوست هستند. این متقارن آرایش Multi Material Sheet Co از EVOH در برابر رطوبت محیط در هر دو سطح محافظت می کند و عملکرد OTR را در طول عمر محصول حفظ می کند. تقسیمبندی نسبت لایههای معمولی از 80/10/10 تا 60/20/20 (پوست/سد/پوست)، با تقسیم دقیق توسط مشخصات OTR هدف و گیج ورق کل تعیین میشود.
ساختارهای A/B/A زمانی که پلیمر پوست مستقیماً به EVOH میچسبد خوب عمل میکنند. در عمل، این مواد پوست را به گریدهای سازگار با لایه کراواتی پیوند شده با انیدرید مالئیک محدود می کند، زیرا پلی اولفین های اصلاح نشده پیوند ضعیفی با EVOH دارند.
سازه های پنج لایه و هفت لایه (A/B/C/B/A و فراتر از آن)
هنگامی که پوسته های پلی اولفین اصلاح نشده مورد نیاز است - به عنوان مثال، برای دستیابی به دمای شروع مهر و موم خاص یا قابلیت چاپ سطح - رزین های چسب لایه کراواتی اختصاصی بین هسته EVOH و هر پوسته قرار می گیرند. نتیجه یک ساختار پنج لایه است: پوست / کراوات / EVOH / کراوات / پوست. برخی از پیکربندیها یک لایه هسته مواد احیا شده را در خارج از لایههای کراوات اضافه میکنند و طرح را به هفت لایه سوق میدهند: پوست / کراوات / دوباره خرد کردن / EVOH / دوباره گریند / کراوات / پوست.
افزودن یک هسته regrind دو هدف را دنبال می کند. مصرف رزین بکر را 20 تا 30 درصد کاهش می دهد و هزینه مواد در هر کیلوگرم را کاهش می دهد. همچنین لایه EVOH را به یک سطح از ورق نزدیکتر میکند که میتواند برای هندسههای شکلدهی خاص مفید باشد. مبادله افزایش پیچیدگی تجهیزات و الزامات کنترل فرآیند سخت تر است - هر اکسترودر اضافی متغیر توان عملیاتی دیگری را معرفی می کند که باید با سرعت خط هماهنگ شود.
ملاحظات ضخامت لایه
عملکرد مانع به صورت غیر خطی با ضخامت EVOH مقیاس می شود. دوبرابر کردن لایه EVOH از 10 میکرون به 20 میکرون، OTR را تقریباً به نصف در رطوبت کم کاهش می دهد، اما مزیت افزایشی به دلیل ماهیت مجانبی انتشار گاز از طریق لایه های پلیمری، بیش از 25 تا 30 میکرون کاهش می یابد. اکثر مبدل های بسته بندی مواد غذایی دریافته اند که یک هسته EVOH 10 تا 20 میکرونی بهترین نسبت هزینه به عملکرد را برای محصولات با ماندگاری کمتر از 21 روز ارائه می دهد.
حساسیت به رطوبت EVOH: چالش ها و راه حل های پردازش
تولید یک ورق هم اکستروژن مانع EVOH مستلزم توجه به چندین چالش خاص مواد است که پردازش EVOH را از اکستروژن ورق پلی اولفین استاندارد متمایز می کند.
حساسیت به رطوبت
حساسیت به رطوبت EVOH تنها مهم ترین نگرانی پردازش است. رزین EVOH رطوبت اتمسفر را به سرعت جذب می کند - قرار گرفتن در معرض هوای محیط حتی به مدت 30 دقیقه می تواند رطوبت را بالاتر از آستانه 0.1-0.3٪ که معمولاً برای اکستروژن لازم است افزایش دهد. پردازش EVOH مرطوب باعث پخش شدن سطح، تشکیل حباب در مذاب و از دست دادن دائمی عملکرد مانع به دلیل هیدرولیز در دمای پردازش می شود. نتیجه برگه ای است که به نظر قابل قبول است اما در تست OTR ناموفق است.
سیستم های خشک کن خشک کن اختصاصی با نقطه شبنم کمتر از -40 درجه سانتی گراد استاندارد هستند. دمای خشک کردن بسته به درجه EVOH از 80 درجه سانتیگراد تا 110 درجه سانتیگراد متغیر است (گریدهای محتوای اتیلن بالاتر دمای خشک شدن بالاتری را تحمل می کنند). زمان ماندن در خشک کن برای شارژ اولیه باید بیش از سه ساعت باشد، با تغذیه مداوم قیف بدون رطوبت در طول تولید.
دمای مذاب و تخریب حرارتی
پنجره پردازش EVOH نسبتا باریک است. دمای مذاب معمولاً بین 200 درجه سانتیگراد تا 240 درجه سانتیگراد متغیر است و نقطه تنظیم دقیق بستگی به محتوای اتیلن دارد (محتوای اتیلن بالاتر باعث می شود دمای مذاب کمتر شود). بیش از 250 درجه سانتیگراد خطر تخریب حرارتی را به همراه دارد - تغییر رنگ پلیمر، ژل تشکیل می شود و خواص سد به طور غیر قابل برگشتی بدتر می شود. پروفیل دمای بشکه باید هدایت حرارتی پایین EVOH را در نظر بگیرد: مناطق فشرده سازی و اندازه گیری باید به تدریج پایین تر از منطقه تغذیه تنظیم شوند تا از گرم شدن بیش از حد پلیمر از قبل ذوب شده جلوگیری شود.
چسبندگی بین لایه و تطبیق ویسکوزیته
در نقطه ترکیب بلوکهای خوراک، جریانهای مذاب مجاور باید ویسکوزیتههای مشابهی را برای حفظ سطح مشترک لایههای پایدار و یکنواخت از خود نشان دهند. عدم تطابق ویسکوزیته بزرگ باعث کپسولاسیون ویسکوز می شود - مذاب با ویسکوزیته پایین در اطراف مذاب با ویسکوزیته بالاتر جریان می یابد و هندسه لایه مورد نظر را مخدوش می کند. از آنجایی که ویسکوزیته EVOH بسیار وابسته به دما است، کنترل دقیق دمای بشکه در هر اکسترودر ضروری است. اختلاف دمای مذاب بین لایه ها نباید از 15 تا 20 درجه سانتیگراد در نقطه ترکیب تجاوز کند.
خطوط هماکستروژن EVOH نیاز به مدیریت دقیق حساسیت رطوبت لایه مانع در طول پردازش دارند. ارائهدهندگان تجهیزاتی مانند JWELL پلتفرمهای 5 لایه و 7 لایه هماکستروژن یکپارچه را با سیستمهای فیدبلاک محصور و جابجایی مواد خشک شده ارائه میکنند، که به طور خاص برای جلوگیری از تخریب EVOH در طول ذخیرهسازی و پردازش مهندسی شدهاند.
کاربردهای بسته بندی مواد غذایی
بازار اولیه برای ورق مانع چند لایه مبتنی بر EVOH، بستهبندی مواد غذایی گرماساز است، که در آن ترکیبی از مانع اکسیژن، شفافیت و شکلپذیری افزایش عمر مفید قابل اندازهگیری را ارائه میدهد.
گوشت قرمز و مرغ تازه
بسته بندی اتمسفر اصلاح شده (MAP) برای گوشت تازه به مقادیر OTR کمتر از 1 سی سی در متر مربع در روز نیاز دارد تا رنگ قرمز روشن اکسی میوگلوبین را که مصرف کنندگان با تازگی مرتبط می دانند حفظ کند. یک ورق هم اکستروژن مانع EVOH که در یک سینی ترموفرم شده است، همراه با تخلیه گاز 70 تا 80 درصد O2 / 20 تا 30 درصد CO2، عمر نمایش خرده فروشی را از 2 تا 4 روز (سینی های PP یا PS بدون پوشش) به 7 تا 14 روز افزایش می دهد. لایه مانع از نفوذ اکسیژن باقیمانده به فضای سر بسته جلوگیری می کند و انتقال از اکسی میوگلوبین به متمیوگلوبین قهوه ای را کند می کند.
گوشت و پنیر فرآوری شده
گوشت های پخته شده، محصولات اغذیه فروشی برش خورده و پنیرها هم به اکسیژن و هم به رطوبت بسیار حساس هستند. اکسیژن باعث اکسیداسیون لیپید و رشد کپک می شود، در حالی که از دست دادن رطوبت باعث تخریب بافت و کاهش وزن می شود. یک ورق بسته بندی مواد غذایی با اکستروژن پنج لایه یا هفت لایه با هسته EVOH و لایه های مهر و موم پلی اتیلن هر دو نگرانی را به طور همزمان برطرف می کند - EVOH اکسیژن را مسدود می کند و پوسته های پلی اتیلن سد بخار رطوبت را فراهم می کند که وزن محصول را در سراسر توزیع ثابت نگه می دارد.
غذاهای آماده و ظروف قابل مایکروویو
سینی های غذای آماده با دو فر و مایکروویو نیاز به بستری دارند که در چرخه های گرمایش بدون لایه برداری دوام بیاورند. ساختارهای چند لایه EVOH با لایه های پوستی PP در کاربردهای گرمایش مجدد تا دمای 120 درجه سانتی گراد به خوبی عمل می کنند. برای کاربردهای معمولی کوره با دمای بیش از 150 درجه سانتیگراد، زیرلایه ترموفرمینگ به سمت ساختارهای مبتنی بر CPET تغییر می کند - یک انتخاب ماده که در ورق پت درجه غذایی . راهنمای تولید تصمیم بین EVOH/PP و CPET به سطح مانع اکسیژن مورد نیاز، حداکثر دمای فر و ترجیحات بازیافت مالک برند بستگی دارد.
سوالات متداول
نرخ معمولی انتقال اکسیژن برای یک ورق هماکستروژن مانع EVOH چقدر است?
OTR به درجه EVOH، ضخامت لایه و رطوبت محیط بستگی دارد. در RH 0٪، یک هسته EVOH 15 میکرونی به 0.01-0.1 سی سی در متر مربع در روز می رسد. در RH 80 درصد، عملکرد مانع با ضریب 5 تا 10 برابر کاهش می یابد، به همین دلیل است که EVOH باید در پوسته های پلی اولفین آبگریز که نفوذ رطوبت را به هسته مانع محدود می کند، محصور شود.
آیا ورق EVOH هم اکستروژن قابل بازیافت است؟
ورقهای چند لایه چالشهای بازیافت را ایجاد میکنند زیرا لایههای EVOH و کراوات از طریق بازیافت مکانیکی استاندارد از ماتریس پلیالفین جداییناپذیر هستند. در عمل، ضایعات حاوی EVOH معمولاً به برنامههای بدون مانع تبدیل میشوند یا به عنوان آسیاب مجدد در لایه هسته ورق چند لایه جدید استفاده میشوند. فن آوری های بازیافت شیمیایی در حال ظهور هستند، اما در دسترس تجاری محدود باقی می مانند.
رزین EVOH قبل از اکستروژن به چه شرایط خشک کردنی نیاز دارد؟
EVOH باید با رطوبت کمتر از 0.1-0.3٪ با استفاده از یک خشک کن قیف رطوبت گیر خشک شود. پارامترهای استاندارد خشک کردن: 80-110 درجه سانتیگراد برای 3-4 ساعت حداقل زمان ماند، با نقطه شبنم حفظ شده در -40 درجه سانتیگراد یا کمتر. قطع کردن عرضه مواد خشک شده -حتی به طور خلاصه- امکان جذب مجدد رطوبت جو را فراهم می کند که می تواند چرخه تولید بعدی را به خطر بیندازد.
چگونه EVOH با PVDC به عنوان یک لایه مانع مقایسه می شود؟
EVOH مانع اکسیژن برتر در رطوبت کم است اما نسبت به PVDC به رطوبت حساس تر است. PVDC پروفیل سد رطوبتی و گازی متعادلتری را ارائه میکند و نیازی به کپسولهسازی به همان درجه ندارد. با این حال، PVDC حاوی کلر است، که نگرانی های محیطی و نظارتی را در بسیاری از بازارها، به ویژه در اتحادیه اروپا ایجاد می کند. برای اکثر بسته بندی های مواد غذایی ترموفرم شده سفت و سخت، EVOH در یک ساختار چند لایه به درستی طراحی شده بهترین ترکیب کلی از عملکرد، پردازش پذیری و پذیرش نظارتی را ارائه می دهد.
