EVOH食品包装シート用バリア層共押出

{ EVOHバリア共押出シートは、 エチレン ビニル アルコール コポリマーと構造用ポリオレフィン スキンを組み合わせて単一の平らな基材を形成し、単層ポリマーでは同等のコストでは達成できない酸素バリア性能を実現します。賞味期限の延長を目的とした包装技術者やシート押出成形作業では、この多層フォーマットが生肉トレイ、チーズの蓋、レディーミール容器のデフォルトのソリューションとなっており、酸素透過率 (OTR) を 0.1 cc/m²/日未満に制御することが、製品が数日または数週間市場で通用するかどうかを左右します。適切に設定された 精密フィードブロックを介して複数の押出機を調整できるシート押出機が 前提条件ですが、本当の差別化は、 EVOHの材料挙動、層アーキテクチャの選択、樹脂ホッパーから完成したロールまでバリアの完全性を維持する加工規律を理解することにあります。

EVOHバリア共押出シート: 特性と利点

EVOH酸素バリア性能は、ポリマーの極性の高いヒドロキシル基に由来しており、シート マトリックスを通るガス拡散を防ぐ高密度の水素結合ネットワークを形成します。相対湿度 0% では、15 ミクロンのEVOHバリア共押出シートは、0.01 cc/m²/日という低い OTR 値を達成できます。これは、同じゲージの未変性ポリエチレンまたはポリプロピレンよりも約 1,000 倍低い値です。この性能によりEVOH硬質食品包装用熱成形基材における主要な高バリア樹脂として位置付けられます。

エチレンビニルアルコールシートはガスバリア性以外にも、いくつかの二次的な利点をもたらします。油や有機溶剤の浸透に耐性があり、加工肉やサラダドレッシングなどの脂肪の多い食品の包装に重要です。また、優れた芳香保持性を実現し、従来のポリオレフィン包装を経て時間の経過とともに移行してしまう揮発性フレーバー化合物を閉じ込めます。 EVOH層は本質的に透明であるという光学特性により、コンバーターは製品の視認性が小売要件である透明なバリア包装を製造できます。

経済学もEVOHに有利に働きます。バリア樹脂はシートの全断面の薄いコア部分（通常、厚さの 5 ～ 15%）のみを占めるため、材料コストは依然として管理可能です。構造の大部分は、機械的強度、耐湿性、および熱成形性を提供する低コストのポリオレフィン ( PP 、 PE 、または結合変性グレード) で構成されています。このコスト配分により、小売肉トレイのような大量生産でマージン重視の用途でも、バリア層押出成形が商業的に実行可能になります。

層構造の設計

EVOHバリア共押出シートのアーキテクチャは、確立されたいくつかの構成の 1 つに従い、それぞれバリア性能、接着信頼性、熱成形挙動のバランスをとるように選択されます。

A/B/Aの3層構造

最も単純なアプローチではEVOH (B) を 2 つの同一のポリオレフィン スキン層 (A) の間に配置します。ポリプロピレンとポリエチレンが標準的な表皮材料です。この対称的な マルチ マテリアル シート Co の 配置によりEVOHの両面が周囲の湿気から保護され、製品の耐用年数を通じて OTR 性能が維持されます。一般的な層比率の分割範囲は 80/10/10 ～ 60/20/20 (スキン/バリア/スキン) であり、正確な分割はターゲット OTR 仕様と合計シート ゲージによって決まります。

A/B/A 構造は、スキンポリマーがEVOHに直接付着している場合にうまく機能します。実際には、未変性ポリオレフィンはEVOHとの結合が弱いため、スキン材料は無水マレイン酸グラフト結合層と適合するグレードに限定されます。

5層構造と7層構造（A/B/C/B/A以降）

たとえば、特定のシール開始温度や表面印刷適性を達成するために未変性のポリオレフィンスキンが必要な場合、専用の結合層接着樹脂がEVOHコアと各スキンの間に挿入されます。その結果、スキン / タイ / EVOH / タイ / スキンの 5 層構造が得られます。一部の構成では、タイ層の外側に再生材料コア層を追加し、設計をスキン / タイ / リグラインド / EVOH / リグラインド / タイ / スキンの 7 層に押し上げます。

リグラインドコアを追加することには 2 つの目的があります。バージン樹脂の消費量を 20 ～ 30% 削減し、1 キログラムあたりの材料コストを削減します。また、 EVOH層をシートの一方の表面の近くに配置するため、特定の成形形状に有利になる可能性があります。その代償として、装置の複雑さが増し、プロセス制御要件が厳しくなります。押出機を追加するたびに、ライン速度と同期させる必要がある別のスループット変数が導入されます。

層の厚さに関する考慮事項

バリア性能はEVOH厚さに応じて非線形に変化します。 EVOH層を 10 ミクロンから 20 ミクロンに 2 倍にすると、低湿度では OTR が約半分に減少しますが、ポリマー フィルムを介したガス拡散の漸近的性質により、25 ～ 30 ミクロンを超えると増分効果が減少します。ほとんどの食品包装コンバーターでは、賞味期限が 21 日未満の製品では、10 ～ 20 ミクロンのEVOHコアが最高のコストパフォーマンス比を実現することがわかっています。

EVOH感湿性: 加工の課題と解決策

一貫したEVOHバリア共押出シートを製造するにはEVOH加工を標準的なポリオレフィン シート押出と区別するいくつかの材料固有の課題に注意を払う必要があります。

耐湿性

EVOH感湿性は、最も重要な処理上の懸念事項です。 EVOH樹脂は大気中の水分を急速に吸収します。たとえ 30 分間でも周囲の空気にさらされると、含水率が押出成形に通常必要な 0.1 ～ 0.3% のしきい値を超える可能性があります。湿式EVOHを処理すると、表面の広がり、溶融物中での気泡の形成、および処理温度での加水分解によるバリア性能の永久的な損失が発生します。結果として、シートは許容範囲内に見えますが、OTR テストには合格しませんでした。

露点が-40℃以下の専用乾燥剤乾燥システムが標準装備されています。乾燥温度はEVOHグレードに応じて 80°C ～ 110°C の範囲です (エチレン含有量が高いグレードは、より高い乾燥温度に耐えます)。乾燥機内の滞留時間は、生産中に連続的に除湿ホッパーに供給する場合、初期充填で 3 時間を超える必要があります。

溶融温度と熱劣化

EVOHの処理ウィンドウは比較的狭いです。溶融温度は通常 200°C ～ 240°C の範囲で、正確な設定値はエチレン含有量によって異なります (エチレン含有量が高いほど溶融温度は低くなります)。 250°C を超えると熱劣化の危険があり、ポリマーが変色し、ゲルが形成され、バリア特性が不可逆的に劣化します。バレル温度プロファイリングでは、 EVOHの低い熱伝導率を考慮する必要があります。すでに溶融したポリマーの過熱を避けるために、圧縮ゾーンと計量ゾーンは供給ゾーンよりも徐々に低く設定する必要があります。

層間接着力と粘度のマッチング

フィードブロックの結合点では、安定した均一な層界面を維持するために、隣接する溶融ストリームが同様の粘度を示さなければなりません。粘度の不一致が大きいと、粘性カプセル化が発生します。つまり、低粘度の溶融物が高粘度の溶融物の周りを流れ、意図した層の形状が歪みます。 EVOH粘度は温度に大きく依存するため、各押出機の正確なバレル温度制御が不可欠です。層間の溶融温度の差異は、結合点で 15 ～ 20°C を超えてはなりません。

EVOH共押出ラインでは、加工中のバリア層の感湿性を注意深く管理する必要があります。 JWELLなどの装置プロバイダーは、密閉型フィードブロック システムと乾燥した材料ハンドリングを備えた統合 5 層および 7 層共押出プラットフォームを提供しており、特に保管および加工中のEVOH劣化を防ぐように設計されています。これは、酸素透過率 0.1 cc/m²/日未満を目標とする食品包装コンバーターにとって重要な要素です。

食品包装用途

EVOHベースの多層バリア シートの主な市場は熱成形食品包装であり、酸素バリア、透明性、および成形性の組み合わせにより、測定可能な保存期間の延長が実現されます。

新鮮な赤身の肉と鶏肉

生肉の調整雰囲気包装 (MAP) では、消費者が鮮度から連想する明るい赤いオキシミオグロビンの色を維持するために、OTR 値を 1 cc/m²/日未満にする必要があります。トレイに熱成形されたEVOHバリア共押出シートと、70 ～ 80% O₂ / 20 ～ 30% CO₂ のガス フラッシュを組み合わせると、小売店での陳列寿命が 2 ～ 4 日 (コーティングされていないPPまたはPSトレイ) から 7 ～ 14 日に延長されます。バリア層は、残留酸素がパッケージのヘッドスペースに浸透するのを防ぎ、オキシミオグロビンから茶色のメトミオグロビンへの移行を遅らせます。

加工肉とチーズ

塩漬け肉、スライスされたデリ製品、チーズは、酸素と湿気の両方に非常に敏感です。酸素は脂質の酸化とカビの増殖を促進し、水分の損失は質感の劣化と重量収縮を引き起こします。 { EVOHコア層とPEシール層を備えた 5 層または 7 層の共押出食品包装シートは、両方の懸念に同時に対処します。 EVOHは酸素をブロックし、 PEスキンは水蒸気バリアを提供し、流通全体で製品の重量を安定に保ちます。

レディミールおよび電子レンジ対応容器

オーブンおよび電子レンジ対応のデュアル調理済み食事トレイには、剥離することなく加熱サイクルに耐えられる基板が必要です。 EVOHスキン層を備えたPP多層構造は、最大 120°C までの再加熱用途で優れた性能を発揮します。 150°C を超える従来のオーブン用途では、熱成形基板はCPETベースの構造に移行します。これは、 食品グレードのペットシートの 製造ガイド。 EVOH / PPとCPETのどちらを選択するかは、必要な酸素バリア レベル、オーブンの最高温度、およびブランド所有者のリサイクルの好みによって決まります。

よくある質問

EVOHバリア共押出シートの一般的な酸素透過率はどれくらいですか?

OTR はEVOHグレード、層の厚さ、および周囲湿度によって異なります。 0% RH では、15 ミクロンのEVOHコアは 0.01 ～ 0.1 cc/m²/日を達成します。 80% RH では、バリア性能が 5 ～ 10 倍低下します。そのため、 EVOH疎水性ポリオレフィン スキン内にカプセル化し、バリア コアへの湿気の侵入を制限する必要があります。

EVOH共押出シートはリサイクルできますか?

EVOH層と結合層は標準的な機械的リサイクルではポリオレフィン マトリックスから分離できないため、多層シートにはリサイクルの課題があります。実際には、 EVOHを含むスクラップは通常、非バリア用途にダウンサイクルされるか、新しい多層シートのコア層の再生材として使用されます。ケミカルリサイクル技術は出現していますが、商業的に利用できるのは限られています。

EVOH樹脂を押し出す前にどのような乾燥条件が必要ですか?

EVOH 、除湿ホッパードライヤーを使用して、含水率 0.1 ～ 0.3% 以下になるまで乾燥する必要があります。標準乾燥パラメータ: 80 ～ 110 °C、最小滞留時間 3 ～ 4 時間、露点は -40 °C 以下に維持されます。乾燥材料の供給を中断すると、たとえ短時間であっても、大気中の水分が再吸収され、次の生産サイクルに支障をきたす可能性があります。

EVOHはバリア層として PVDC とどのように比較されますか?

EVOHは、低湿度で優れた酸素バリアを提供しますが、PVDC よりも湿気に敏感です。 PVDC は、よりバランスの取れたガスと湿気のバリア プロファイルを提供し、同程度のカプセル化を必要としません。しかし、PVDC には塩素が含まれているため、多くの市場、特に EU で環境および規制上の懸念が生じています。ほとんどの硬質熱成形食品包装の場合、適切に設計された多層構造のEVOHは、性能、加工性、規制への適合性の総合的な最適な組み合わせを実現します。