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 هماهنگ کردن چندین اکسترودر 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 از قیف رزین تا رول نهایی را حفظ می‌کنند.
EVOH برگه مانع اکستروژن مشترک: خواص و مزایا
EVOH عملکرد مانع اکسیژن از گروه‌های هیدروکسیل بسیار قطبی پلیمر ناشی می‌شود که یک شبکه پیوند هیدروژنی متراکم ایجاد می‌کند که در برابر انتشار گاز از طریق ماتریس ورق مقاومت می‌کند. در رطوبت نسبی 0٪، یک ورق هم اکستروژن مانع 15 میکرونی 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 اصلاح نشده همان گیج. این عملکرد EVOH را به عنوان رزین با مانع بالا غالب در بسترهای ترموفرمینگ 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 بسته‌بندی مانع شفافی را تولید کنند که در آن دید محصول یک نیاز خرده‌فروشی است.
اقتصاد نیز به نفع EVOH است. 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 کنند. 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 هماکستروژن مانع EVOH یکی از چندین پیکربندی ایجاد شده را دنبال می‌کند که هر کدام برای متعادل کردن عملکرد مانع، قابلیت اطمینان چسبندگی و رفتار ترموفرمینگ انتخاب شده‌اند.
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 چیدمان 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، به خوبی کار می‌کنند. در عمل، این مواد پوست را به گریدهای سازگار با لایه پیوندی پیوندی 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: skin / tie / regrind / EVOH / regrind / tie / skin.
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 در رطوبت کم تقریباً به نصف کاهش می‌دهد، اما به دلیل ماهیت مجانبی انتشار گاز از طریق لایه‌های پلیمری، مزیت افزایشی بیش از 25 تا 30 میکرون کاهش می‌یابد. اکثر مبدل های بسته بندی مواد غذایی دریافته اند که یک هسته 10 تا 20 میکرونی EVOH بهترین نسبت هزینه به عملکرد را برای محصولات با ماندگاری کمتر از 21 روز ارائه می دهد.
EVOH حساسیت به رطوبت: 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
EVOH حساسیت به رطوبت تنها مهم‌ترین نگرانی پردازش است. رزین EVOH رطوبت اتمسفر را به سرعت جذب می‌کند — قرار گرفتن در معرض هوای محیط حتی به مدت 30 دقیقه می‌تواند رطوبت را بالاتر از آستانه 0.1 تا 0.3 درصدی که معمولاً برای اکستروژن لازم است افزایش دهد. پردازش مرطوب EVOH 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 نسبتاً 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 دنبال دارد - تغییر رنگ پلیمر، ژل تشکیل می شود و خواص سد به طور غیر قابل برگشتی بدتر می شود. پروفیل دمای بشکه باید رسانایی 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 فیدبلوک، جریان های مذاب مجاور باید ویسکوزیته مشابهی را برای حفظ سطح مشترک لایه های 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 یکپارچه اکستروژن ۵ لایه و ۷ لایه را با سیستم‌های فیدبلاک محصور و جابجایی مواد خشک شده، به‌طور خاص مهندسی شده برای جلوگیری از تخریب EVOH در حین ذخیره‌سازی و پردازش ارائه می‌کنند - یک عامل حیاتی برای مبدل‌های بسته‌بندی مواد غذایی که سرعت انتقال اکسیژن کمتر از mcc/day را هدف قرار می‌دهند.
کاربردهای بسته بندی مواد غذایی
بازار اولیه برای ورق مانع چند لایه مبتنی بر EVOH بسته بندی مواد غذایی گرما شکل است که ترکیبی از مانع اکسیژن، شفافیت و شکل پذیری افزایش عمر مفید قابل اندازه گیری را ارائه می دهد.
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 گرما شکل می‌گیرد، همراه با تخلیه گاز 70 تا 80 درصد O2/ 20 تا 30 درصد CO2، عمر نمایش خرده‌فروشی را از 2 تا 4 روز (سینی‌های بدون پوشش PP یا PS روز) به 7 روز افزایش می‌دهد. 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 لایه های مهر و موم EVOH و PE هر دو نگرانی را به طور همزمان برطرف می کند — EVOH اکسیژن را مسدود می کند و پوسته های PE مانع بخار رطوبت قابل قبولی را در سراسر توزیع ایجاد می کنند که وزن محصول را 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 چندلایه EVOH با لایه‌های پوستی PP در گرم کردن مجدد تا دمای 120 درجه سانتیگراد به خوبی عمل می‌کنند. برای کاربردهای معمولی کوره با دمای بیش از 150 درجه سانتیگراد، زیرلایه ترموفرمینگ به سمت ساختارهای مبتنی بر CPET تغییر می‌کند—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 اجاق، 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 15 میکرونی EVOH به 0.01-0.1 سی سی در متر مربع در روز می رسد. در RH 80 درصد، عملکرد سد با ضریب 5 تا 10 برابر کاهش می‌یابد، به همین دلیل است که EVOH باید در پوسته‌های پلی اولفین آبگریز که ورود رطوبت را به هسته مانع محدود می‌کند، محصور شود.
آیا می توان ورق هماکستروژن EVOH را بازیافت کرد؟
ورق‌های چند لایه چالش‌های بازیافت را ایجاد می‌کنند، زیرا لایه‌های EVOH و اتصال از طریق بازیافت مکانیکی استاندارد از ماتریس پلی اولفین جدایی‌ناپذیر هستند. در عمل، ضایعات حاوی EVOH معمولاً به برنامه‌های بدون مانع تبدیل می‌شوند یا به عنوان سنگ‌زنی 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 تا 0.3 درصد با استفاده از خشک کن قیفی 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 در رطوبت کم سد اکسیژن برتری را فراهم می‌کند اما نسبت به PVDC به رطوبت حساس‌تر است. PVDC پروفیل سد رطوبتی و گاز متعادل تری را ارائه می دهد و نیازی به کپسوله شدن 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 بسته‌بندی‌های مواد غذایی گرماساز، EVOH در یک ساختار چند لایه به درستی طراحی شده بهترین ترکیب کلی از عملکرد، پردازش پذیری و پذیرش نظارتی را ارائه می‌دهد.
