แผ่น รีดร่วมกั้นสิ่งกีดขวาง EVOH ผสมผสานโคโพลีเมอร์เอทิลีนไวนิลแอลกอฮอล์กับผิวหนังโพลีโอเลฟินที่มีโครงสร้างเป็นพื้นผิวเรียบแผ่นเดียว ให้ประสิทธิภาพการกั้นออกซิเจนที่ไม่มีโพลีเมอร์ชั้นเดียวใดสามารถทำได้ด้วยต้นทุนที่เทียบเคียงได้ สำหรับวิศวกรบรรจุภัณฑ์และการอัดรีดแผ่นโดยมีเป้าหมายไปที่บรรจุภัณฑ์ที่ยืดอายุการเก็บรักษา รูปแบบหลายชั้นนี้ได้กลายเป็นโซลูชันเริ่มต้นสำหรับถาดใส่เนื้อสด ฝาปิดชีส และภาชนะบรรจุอาหารพร้อมรับประทาน ซึ่งการควบคุมอัตราการส่งผ่านออกซิเจน (OTR) ต่ำกว่า 0.1 ซีซี/ตรม./วัน จะเป็นตัวกำหนดว่าผลิตภัณฑ์จะวางตลาดได้เป็นเวลาหลายวันหรือหลายสัปดาห์ มีการกำหนดค่าอย่างเหมาะสม เครื่องอัดรีดแผ่น ที่มีความสามารถในการประสานงานกับเครื่องอัดรีดหลายเครื่องผ่านฟีดบล็อกที่มีความแม่นยำนั้นเป็นข้อกำหนดเบื้องต้น — แต่ความแตกต่างที่แท้จริงอยู่ที่การทำความเข้าใจพฤติกรรมของวัสดุ EVOH ตัวเลือกสถาปัตยกรรมเลเยอร์ และระเบียบวินัยในการประมวลผลที่รักษาความสมบูรณ์ของสิ่งกีดขวางตั้งแต่ถังเรซินไปจนถึงม้วนที่เสร็จแล้ว
แผ่นรีดร่วม EVOH Barrier: คุณสมบัติและคุณประโยชน์
ประสิทธิภาพการกั้นออกซิเจนของ EVOH เกิดจากกลุ่มไฮดรอกซิลที่มีขั้วสูงของโพลีเมอร์ ซึ่งสร้างเครือข่ายที่มีพันธะไฮโดรเจนหนาแน่น ซึ่งต้านทานการแพร่กระจายของก๊าซผ่านเมทริกซ์แบบแผ่น ที่ความชื้นสัมพัทธ์ 0% แผ่นอัดรีดร่วมกั้น EVOH ขนาด 15 ไมครอนสามารถให้ค่า OTR ต่ำเพียง 0.01 cc/m²/วัน ซึ่งต่ำกว่าโพลีเอทิลีนหรือโพลีโพรพีลีนที่ไม่มีการดัดแปลงในเกจเดียวกันประมาณ 1,000 เท่า ประสิทธิภาพนี้ทำให้ EVOH เป็นเรซินที่มีคุณสมบัติกั้นสูงที่โดดเด่นในซับสเตรตเทอร์โมฟอร์มของบรรจุภัณฑ์อาหารแข็ง
นอกเหนือจากคุณสมบัติของการกั้นก๊าซ แผ่นเอทิลีนไวนิลแอลกอฮอล์ยังมีข้อดีรองหลายประการ ทนทานต่อการซึมผ่านของน้ำมันและตัวทำละลายอินทรีย์ ซึ่งสำคัญสำหรับการบรรจุอาหารที่มีไขมัน เช่น เนื้อสัตว์แปรรูปและน้ำสลัด นอกจากนี้ยังช่วยกักเก็บกลิ่นได้ดีเยี่ยม โดยกักเก็บสารประกอบที่มีรสชาติระเหยได้ ซึ่งอาจจะถูกส่งผ่านบรรจุภัณฑ์โพลีโอเลฟินแบบเดิมๆ เมื่อเวลาผ่านไป คุณสมบัติทางแสง — ชั้น EVOH มีความโปร่งใสโดยเนื้อแท้ — ช่วยให้คอนเวอร์เตอร์สามารถผลิตบรรจุภัณฑ์กั้นที่ชัดเจน ซึ่งการมองเห็นผลิตภัณฑ์เป็นข้อกำหนดในการขายปลีก
เศรษฐศาสตร์ก็ทำงานเพื่อประโยชน์ของ EVOH เช่นกัน เนื่องจากเรซินกั้นใช้เพียงเศษแกนบางของหน้าตัดแผ่นทั้งหมด (โดยทั่วไปคือ 5—15% ตามความหนา) ต้นทุนวัสดุจึงยังคงสามารถจัดการได้ โครงสร้างส่วนใหญ่ประกอบด้วยโพลีโอเลฟินส์ที่มีต้นทุนต่ำกว่า เช่น PP, PE หรือเกรดแบบผูกมัด ซึ่งให้ความแข็งแรงเชิงกล ทนต่อความชื้น และความสามารถในการขึ้นรูปด้วยความร้อน การกระจายต้นทุนนี้ทำให้การอัดขึ้นรูปชั้นกั้นสามารถทำได้ในเชิงพาณิชย์ แม้สำหรับการใช้งานในปริมาณมากและไวต่อส่วนต่าง เช่น ถาดใส่เนื้อสำหรับขายปลีก
การออกแบบโครงสร้างชั้น
สถาปัตยกรรมของแผ่นรีดร่วมกั้นสิ่งกีดขวาง EVOH เป็นไปตามหนึ่งในการกำหนดค่าที่กำหนดไว้หลายรูปแบบ โดยแต่ละรูปแบบได้รับการคัดเลือกเพื่อให้เกิดความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพของแผงกั้น ความน่าเชื่อถือในการยึดเกาะ และพฤติกรรมการขึ้นรูปด้วยความร้อน
A/B/A โครงสร้างสามชั้น
แนวทางที่ตรงไปตรงมาที่สุดจะวาง EVOH (B) ไว้ระหว่างชั้นผิวโพลีโอเลฟินที่เหมือนกัน 2 ชั้น (A) โพรพิลีนและโพลีเอทิลีนเป็นวัสดุผิวมาตรฐาน สมมาตรนี้ การจัดเรียง Co ของแผ่นวัสดุหลายแผ่น ช่วยปกป้อง EVOH จากความชื้นโดยรอบบนพื้นผิวทั้งสอง โดยรักษาประสิทธิภาพ OTR ตลอดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ การแบ่งอัตราส่วนชั้นโดยทั่วไปอยู่ในช่วงตั้งแต่ 80/10/10 ถึง 60/20/20 (ผิวหนัง/สิ่งกีดขวาง/ผิวหนัง) โดยมีการแยกที่แน่นอนที่กำหนดโดยข้อกำหนด OTR เป้าหมายและเกจแผ่นทั้งหมด
โครงสร้าง A/B/A ทำงานได้ดีเมื่อโพลีเมอร์ผิวหนังเกาะติดกับ EVOH โดยตรง ในทางปฏิบัติ สิ่งนี้จะจำกัดวัสดุผิวให้เป็นเกรดที่เข้ากันได้กับชั้นที่กราฟต์ด้วยมาลิกแอนไฮไดรด์ เนื่องจากโพลีโอเลฟินส์ที่ไม่มีการดัดแปลงจะเกาะติดกับ EVOH ได้ไม่ดี
โครงสร้างห้าชั้นและเจ็ดชั้น (A/B/C/B/A และถัดไป)
เมื่อจำเป็นต้องใช้สกินโพลีโอเลฟินที่ไม่มีการดัดแปลง —ตัวอย่างเช่น เพื่อให้ได้อุณหภูมิเริ่มต้นการซีลที่เฉพาะเจาะจงหรือความสามารถในการพิมพ์พื้นผิว — เรซินกาวชั้นผูกเฉพาะจะถูกแทรกระหว่างแกน EVOH และแต่ละสกิน ผลลัพธ์ที่ได้คือโครงสร้าง 5 ชั้น ได้แก่ skin / tie / EVOH / tie / skin การกำหนดค่าบางอย่างเพิ่มชั้นแกนกลางที่เป็นวัสดุรีเคลมไว้ด้านนอกชั้น Tie ทำให้การออกแบบมีเจ็ดชั้น: skin / tie / regrind / EVOH / regrind / tie / skin
การเพิ่มแกนลับมีจุดประสงค์สองประการ ช่วยลดการใช้เรซินบริสุทธิ์ได้ 20-30% ซึ่งช่วยลดต้นทุนวัสดุต่อกิโลกรัม นอกจากนี้ยังวางชั้น EVOH ใกล้กับพื้นผิวด้านหนึ่งของแผ่น ซึ่งอาจเป็นประโยชน์สำหรับรูปทรงการขึ้นรูปเฉพาะ ข้อเสียเปรียบคือความซับซ้อนของอุปกรณ์ที่เพิ่มขึ้นและข้อกำหนดในการควบคุมกระบวนการที่เข้มงวดมากขึ้น —เครื่องอัดรีดเพิ่มเติมแต่ละเครื่องจะแนะนำตัวแปรปริมาณงานอื่นที่ต้องซิงโครไนซ์กับความเร็วของสายการผลิต
การพิจารณาความหนาของชั้น
ประสิทธิภาพของแผงกั้นจะปรับขนาดแบบไม่เป็นเชิงเส้นด้วยความหนาของ EVOH การเพิ่มชั้น EVOH เป็นสองเท่าจาก 10 ไมครอนเป็น 20 ไมครอนจะช่วยลด OTR ลงประมาณครึ่งหนึ่งที่ความชื้นต่ำ แต่ประโ
ความไวต่อความชื้น EVOH: การประมวลผลความท้าทายและแนวทางแก้ไข
การผลิตแผ่นอัดรีดร่วมกั้น EVOH ที่สอดคล้องกันนั้นต้องให้ความสนใจกับความท้าทายเฉพาะของวัสดุหลายประการ ซึ่งทำให้การประมวลผล EVOH แตกต่างจากการอัดรีดแผ่นโพลีโอเลฟินมาตรฐาน
ความไวต่อความชื้น
ความไวต่อความชื้น EVOH เป็นปัญหาการประมวลผลที่สำคัญที่สุดข้อเดียว เรซิน EVOH ดูดซับความชื้นในบรรยากาศอย่างรวดเร็ว การสัมผัสกับอากาศโดยรอบเป็นเวลา 30 นาทีก็สามารถเพิ่มปริมาณความชื้นให้สูงกว่าเกณฑ์ 0.1—0.3% โดยทั่วไปที่จำเป็นสำหรับการอัดขึ้นรูป การประมวลผล EVOH แบบเปียกทำให้เกิดการกระเด็นของพื้นผิว การเกิดฟองในการหลอมเหลว และการสูญเสียประสิทธิภาพของสิ่งกีดขวางอย่างถาวรเนื่องจากการไฮโดรไลซิสที่อุณหภูมิการประมวลผล ผลลัพธ์คือชีตที่ดูยอมรับได้แต่ไม่ผ่านการทดสอบ OTR
ระบบทำแห้งโดยใช้สารดูดความชื้นโดยเฉพาะที่มีจุดน้ำค้างต่ำกว่า -40°C ถือเป็นมาตรฐาน อุณหภูมิในการทำให้แห้งอยู่ระหว่าง 80°C ถึง 110°C ขึ้นอยู่กับเกรด EVOH (เกรดที่มีปริมาณเอทิลีนสูงกว่าจะทนต่ออุณหภูมิการอบแห้งที่สูงขึ้นได้) เวลาพักในเครื่องอบผ้าควรเกินสามชั่วโมงสำหรับการชาร์จครั้งแรก โดยจะมีการป้อนฮอปเปอร์แบบลดความชื้นอย่างต่อเนื่องในระหว่างการผลิต
อุณหภูมิหลอมเหลวและการย่อยสลายด้วยความร้อน
หน้าต่างการประมวลผล EVOH ค่อนข้างแคบ โดยทั่วไปอุณหภูมิหลอมเหลวจะอยู่ระหว่าง 200°C ถึง 240°C โดยค่าที่ตั้งไว้ที่แน่นอนขึ้นอยู่กับปริมาณเอทิลีน (ปริมาณเอทิลีนที่สูงขึ้นจะทำให้อุณหภูมิหลอมละลายลดลง) อุณหภูมิสูงเกิน 250°C เสี่ยงต่อการเสื่อมสภาพจากความร้อน — โพลีเมอร์เปลี่ยนสี รูปแบบเจล และคุณสมบัติของกั้นจะเสื่อมลงอย่างถาวร การทำโปรไฟล์อุณหภูมิบาร์เรลต้องคำนึงถึงค่าการนำความร้อนต่ำของ EVOH: โซนการบีบอัดและสูบจ่ายควรตั้งค่าให้ต่ำกว่าโซนฟีดอย่างต่อเนื่อง เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้โพลีเมอร์ที่หลอมละลายแล้วร้อนเกินไป
การยึดเกาะระหว่างชั้นและการจับคู่ความหนืด
ที่จุดรวมบล็อกป้อน กระแสหลอมที่อยู่ติดกันจะต้องมีความหนืดใกล้เคียงกัน เพื่อรักษาส่วนต่อประสานของชั้นที่สม่ำเสมอและเสถียร ความหนืดที่ไม่ตรงกันขนาดใหญ่ทำให้เกิดการห่อหุ้มที่มีความหนืด - ของเหลวที่มีความหนืดต่ำจะไหลไปรอบๆ วัตถุที่มีความหนืดสูงกว่า ซึ่งบิดเบือนเรขาคณิตของชั้นที่ต้องการ เนื่องจากความหนืดของ EVOH ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิสูง การควบคุมอุณหภูมิกระบอกที่แม่นยำบนเครื่องอัดรีดแต่ละเครื่องจึงเป็นสิ่งสำคัญ ความแปรปรวนของอุณหภูมิหลอมละลายระหว่างชั้นไม่ควรเกิน 15-20°C ที่จุดรวมตัว
สายการอัดรีดร่วม EVOH จำเป็นต้องมีการจัดการความไวต่อความชื้นของชั้นกั้นอย่างระมัดระวังในระหว่างการประมวลผล ผู้ให้บริการอุปกรณ์ เช่น JWELL จัดหาแพลตฟอร์มการอัดรีดร่วมแบบ 5 ชั้นและ 7 ชั้นพร้อมระบบฟีดบล็อกแบบปิดและการขนถ่ายวัสดุแบบผึ่งให้แห้ง ซึ่งออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อป้องกันการย่อยสลาย EVOH ในระหว่างการจัดเก็บและการแปรรูป ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับตัวแปลงบรรจุภัณฑ์อาหารที่กำหนดเป้าหมายอัตราการส่งผ่านออกซิเจนต่ำกว่า 0.1 ซีซี/ตรม./วัน
การใช้งานบรรจุภัณฑ์อาหาร
ตลาดหลักสำหรับแผ่นกั้นหลายชั้นที่ใช้ EVOH คือบรรจุภัณฑ์อาหารที่ขึ้นรูปด้วยความร้อน ซึ่งการผสมผสานระหว่างตัวกั้นออกซิเจน ความโปร่งใส และความสามารถในการขึ้นรูปทำให้ยืดอายุการเก็บรักษาที่วัดผลได้
เนื้อแดงสดและสัตว์ปีก
บรรจุภัณฑ์ดัดแปลงบรรยากาศ (MAP) สำหรับเนื้อสดต้องใช้ค่า OTR ต่ำกว่า 1 ซีซี/ตรม./วัน เพื่อรักษาสีออกซีไมโอโกลบินสีแดงสดที่ผู้บริโภคเชื่อมโยงกับความสด แผ่นกั้นร่วมอัดขึ้นรูป EVOH ที่ขึ้นรูปด้วยความร้อนในถาด รวมกับการจ่ายก๊าซ 70—80% O₂/ 20—30% CO₂ ช่วยยืดอายุการแสดงผลการค้าปลีกจาก 2—4 วัน (ถาด PP หรือ PS แบบไม่เคลือบ) เป็น 7—14 วัน ชั้นกั้นจะป้องกันไม่ให้ออกซิเจนที่ตกค้างซึมเข้าไปในพื้นที่ส่วนหัวของบรรจุภัณฑ์ ซึ่งช่วยชะลอการเปลี่ยนจากออกซีไมโอโกลบินไปเป็นเมตไมโอโกลบินสีน้ำตาล
เนื้อสัตว์และชีสแปรรูป
เนื้อสัตว์แปรรูป ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่หั่นเป็นชิ้น และชีสมีความไวต่อทั้งออกซิเจนและความชื้นสูง ออกซิเจนส่งเสริมการเกิดออกซิเดชันของไขมันและการเจริญเติบโตของเชื้อรา ในขณะที่การสูญเสียความชื้นทำให้พื้นผิวเสื่อมโทรมและการหดตัวของน้ำหนัก แผ่นบรรจุภัณฑ์อาหารแบบอัดขึ้นรูปร่วมห้าชั้นหรือเจ็ดชั้นที่มีแกน EVOH และชั้นซีล PE จะช่วยแก้ปัญหาทั้งสองอย่างไปพร้อมๆ กัน โดย EVOH จะปิดกั้นออกซิเจน และสกิน PE จะเป็นเกราะป้องกันไอความชื้น ซึ่งช่วยให้น้ำหนักของผลิตภัณฑ์คงที่ตลอดการกระจายสินค้า
อาหารพร้อมรับประทานและภาชนะที่สามารถเข้าไมโครเวฟได้
ถาดอาหารพร้อมรับประทานแบบเตาอบคู่และแบบไมโครเวฟได้ต้องการวัสดุพิมพ์ที่คงอยู่ในวงจรการทำความร้อนโดยไม่แยกชั้น โครงสร้างหลายชั้น EVOH พร้อมชั้นผิว PP ทำงานได้ดีในการอุ่นซ้ำที่อุณหภูมิสูงถึง 120°C สำหรับการใช้งานเตาอบทั่วไปที่มีอุณหภูมิเกิน 150°C สารตั้งต้นที่ขึ้นรูปด้วยความร้อนจะเปลี่ยนไปใช้โครงสร้างที่ใช้ CPET ซึ่งเป็นตัวเลือกวัสดุที่มีการสำรวจใน แผ่นสัตว์เลี้ยงเกรดอาหาร คู่มือการผลิต การตัดสินใจระหว่าง EVOH/PP และ CPET ขึ้นอยู่กับระดับอุปสรรคออกซิเจนที่ต้องการ อุณหภูมิเตาอบสูงสุด และความต้องการรีไซเคิลของเจ้าของแบรนด์
คำถามที่พบบ่อย
อัตราการส่งผ่านออกซิเจนโดยทั่วไปสำหรับแผ่นอัดรีดร่วมกั้น EVOH คือเท่าใด?
OTR ขึ้นอยู่กับเกรด EVOH ความหนาของชั้น และความชื้นโดยรอบ ที่ 0% RH แกน EVOH ขนาด 15 ไมครอนจะได้ 0.01—0.1 ซีซี/ตรม./วัน ที่ 80% RH ประสิทธิภาพของแผงกั้นจะลดลง 5—10 เท่า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม EVOH จึงต้องถูกห่อหุ้มไว้ภายในสกินโพลีโอเลฟินที่ไม่ชอบน้ำ ซึ่งจะจำกัดความชื้นไม่ให้เข้าสู่แกนกลางของแผงกั้น
แผ่นรีดร่วม EVOH สามารถรีไซเคิลได้หรือไม่?
แผ่นหลายชั้นนำเสนอความท้าทายในการรีไซเคิล เนื่องจาก EVOH และชั้นผูกไม่สามารถแยกออกจากเมทริกซ์โพลีโอเลฟินส์ได้ผ่านการรีไซเคิลเชิงกลมาตรฐาน ในทางปฏิบัติ เศษที่มี EVOH มักจะถูกดาวน์ไซเคิลไปสู่การใช้งานที่ไม่มีสิ่งกีดขวาง หรือใช้เป็นการบดใหม่ในชั้นหลักของแผ่นหลายชั้นใหม่ เทคโนโลยีการรีไซเคิลสารเคมีกำลังเกิดขึ้นใหม่ แต่ยังคงมีข้อจำกัดในเชิงพาณิชย์
เรซิน EVOH ต้องการสภาวะการอบแห้งแบบใดก่อนการอัดขึ้นรูป
EVOH จะต้องทำให้แห้งให้มีความชื้นต่ำกว่า 0.1—0.3% โดยใช้เครื่องอบผ้าแบบลดความชื้น พารามิเตอร์การอบแห้งมาตรฐาน: 80—110°C เป็นเวลาพักขั้นต่ำ 3—4 ชั่วโมง โดยคงจุดน้ำค้างไว้ที่ -40°C หรือต่ำกว่า การขัดจังหวะการจัดหาวัสดุแห้ง—แม้เพียงช่วงสั้น ๆ — ช่วยให้สามารถดูดซับความชื้นในชั้นบรรยากาศกลับคืนมาซึ่งอาจส่งผลต่อวงจรการผลิตถัดไป
EVOH เปรียบเทียบกับ PVDC ที่เป็นชั้นกั้นได้อย่างไร
EVOH กั้นออกซิเจนได้ดีกว่าที่ความชื้นต่ำ แต่มีความไวต่อความชื้นมากกว่า PVDC PVDC นำเสนอโปรไฟล์กั้นก๊าซและความชื้นที่สมดุลมากกว่า และไม่จำเป็นต้องมีการห่อหุ้มในระดับเดียวกัน อย่างไรก็ตาม PVDC มีคลอรีน ซึ่งทำให้เกิดข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อมและกฎระเบียบในหลายตลาด โดยเฉพาะในสหภาพยุโรป สำหรับบรรจุภัณฑ์อาหารที่ขึ้นรูปด้วยความร้อนที่มีความแข็งมากที่สุด EVOH ในโครงสร้างหลายชั้นที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสมจะมอบการผสมผสานโดยรวมที่ดีที่สุดระหว่างประสิทธิภาพ ความสามารถในการแปรรูป และการยอมรับตามกฎระเบียบ
