วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่มีอุปสรรคสูงคืออะไร?

วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่มีอุปสรรคสูงคืออะไร?

วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่มีอุปสรรคสูงคือฟิล์มหรือลามิเนตเฉพาะทางที่ออกแบบมาเพื่อปิดกั้นการส่งผ่านของออกซิเจน ความชื้น แสง และก๊าซอื่นๆ ในอัตราที่ต่ำมาก จึงช่วยยืดอายุการเก็บรักษาผลิตภัณฑ์และรักษาคุณภาพ วัสดุเหล่านี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในบรรจุภัณฑ์อาหาร ยา อิเล็กทรอนิกส์ และอุปกรณ์ทางการแพทย์ ซึ่งการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมนำไปสู่การย่อยสลายของผลิตภัณฑ์อย่างรวดเร็ว

ในทางปฏิบัติ วัสดุบรรจุภัณฑ์จัดอยู่ในประเภท "อุปสรรคสูง" เมื่ออัตราการส่งผ่านออกซิเจน (OTR) ต่ำกว่า 1 ซีซี/ตรม./วัน และมีอัตราการส่งผ่านไอน้ำ (WVTR) ต่ำกว่า 1 กรัม/ตรม./วัน . การจะบรรลุเกณฑ์เหล่านี้จำเป็นต้องเลือกโพลีเมอร์ที่อุดมไปด้วยสิ่งกีดขวางโดยธรรมชาติ หรือการรวมชั้นวัสดุหลายชั้นเข้าด้วยกันผ่านกระบวนการอัดรีดร่วมหรือกระบวนการเคลือบ

คุณสมบัติอุปสรรคที่สำคัญและสิ่งที่พวกเขาป้องกัน

การใช้งานบรรจุภัณฑ์ที่แตกต่างกันต้องการการปกป้องจากภัยคุกคามที่แตกต่างกัน การทำความเข้าใจว่าคุณสมบัติกั้นใดมีความสำคัญมากที่สุดช่วยในการเลือกวัสดุที่เหมาะสม:

การใช้งานจริงส่วนใหญ่จำเป็นต้องมีคุณสมบัติกั้นผสมผสานกัน ตัวอย่างเช่น ผลิตภัณฑ์เนื้อสดบรรจุสุญญากาศต้องการทั้งสองอย่าง กั้นออกซิเจนและความชื้นได้ดีเยี่ยมในเวลาเดียวกัน ซึ่งฟิล์มชั้นเดียวโดยทั่วไปไม่สามารถส่งได้

วัสดุกั้นสูงทั่วไปและลักษณะเฉพาะ

มีการใช้โพลีเมอร์พื้นฐานและสารเคลือบหลายชนิดเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพในการกั้นสูง แต่ละคนมีจุดแข็งและข้อด้อยที่แตกต่างกัน:

EVOH (เอทิลีน ไวนิล แอลกอฮอล์)

EVOH เป็นหนึ่งในวัสดุกั้นออกซิเจนที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดที่มีอยู่ โดยสามารถรับค่า OTR ได้ต่ำที่สุด 0.01–0.1 ซีซี·มม./ตร.ม./วัน/atm ภายใต้สภาวะที่แห้ง อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของแผงกั้นจะลดลงอย่างมากเมื่อมีความชื้นสูง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม EVOH จึงถูกประกบอยู่ระหว่างชั้นทนความชื้นในโครงสร้างหลายชั้นเกือบตลอดเวลา มักใช้ในบรรจุภัณฑ์อาหารสำหรับผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น ซอส น้ำผลไม้ และเนื้อสัตว์แปรรูป

PVDC (โพลีไวนิลิดีนคลอไรด์)

PVDC นำเสนอคุณสมบัติการกั้นออกซิเจนและความชื้นที่ดีเยี่ยม และรักษาประสิทธิภาพการทำงานในสภาวะความชื้นต่างๆ ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบเหนือ EVOH มักใช้เป็นสารเคลือบบนฟิล์มเน้น โดยทั่วไปค่า OTR สำหรับการเคลือบ PVDC จะมีตั้งแต่ 0.5 ถึง 2 ซีซี/ตร.ม./วัน . การใช้งานได้รับการตรวจสอบมากขึ้นเนื่องจากปริมาณคลอรีนและข้อกังวลเรื่องการรีไซเคิล

PA (โพลีเอไมด์ / ไนลอน)

ไนลอนมีคุณสมบัติกั้นออกซิเจนในระดับปานกลางและมีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีเยี่ยม ต้านทานการเจาะทะลุ และความสามารถในการขึ้นรูปด้วยความร้อน มักใช้เป็นชั้นโครงสร้างในฟิล์มขึ้นรูปหลายชั้น PA6 และ PA6,6 เป็นเกรดที่พบมากที่สุดในบรรจุภัณฑ์อาหาร

ฟิล์มเคลือบโลหะ (การเคลือบ AlOx, SiOx)

การเคลือบอนินทรีย์ออกไซด์แบบบาง — อะลูมิเนียมออกไซด์ (AlOx) และซิลิคอนออกไซด์ (SiOx) — ที่สะสมอยู่บนฟิล์ม PET หรือ OPP มอบคุณสมบัติของการกั้นที่เทียบได้กับอะลูมิเนียมฟอยล์ แต่มีข้อดีของ ความโปร่งใสทางแสง . สิ่งเหล่านี้มีการใช้มากขึ้นในถุงรีทอร์ทและกระเป๋าตั้งยืนซึ่งการมองเห็นผลิตภัณฑ์มีความสำคัญ

อลูมิเนียมฟอยล์

ลามิเนตฟอยล์เป็นตัวกั้นออกซิเจน ความชื้น แสง และกลิ่นอย่างสมบูรณ์ ใช้ในการใช้งานที่ต้องการการปกป้องอย่างสมบูรณ์ เช่น ยาฆ่าเชื้อที่มีอายุการใช้งานยาวนาน บรรจุภัณฑ์กาแฟ และถุงรีทอร์ท ข้อเสียคือความทึบและความสามารถในการรีไซเคิลลดลง

การอัดรีดร่วมหลายชั้น: วิธีสร้างฟิล์มขึ้นรูปที่มีอุปสรรคสูง

โพลีเมอร์ตัวเดียวไม่ค่อยมีคุณสมบัติที่จำเป็นทั้งหมด การอัดรีดร่วมหลายชั้น เป็นเทคโนโลยีที่โดดเด่นในการผลิตฟิล์มบรรจุภัณฑ์ประสิทธิภาพสูงโดยการรวมความแข็งแกร่งของเรซินต่างๆ ไว้ในโครงสร้างเดียวที่ครบวงจร

แบบฉบับ ฟิล์มขึ้นรูปกั้นสูง ที่ใช้ในงานเทอร์โมฟอร์มอาจประกอบด้วย 7 ถึง 9 ชั้น ซึ่งแต่ละส่วนมีส่วนช่วยในฟังก์ชันเฉพาะ:

• ชั้นโครงสร้างภายนอก (เช่น PA หรือ PP): ความแข็งแรงทางกล ความต้านทานการเจาะทะลุ ความสามารถในการขึ้นรูปด้วยความร้อน
• ชั้นกั้นกลาง (เช่น EVOH): อุปสรรคออกซิเจน
• ผูกชั้น (เรซินกาว): เชื่อมโพลีเมอร์ที่เข้ากันไม่ได้เข้าด้วยกันโดยไม่เกิดการหลุดล่อน
• ชั้นเคลือบหลุมร่องฟัน (เช่น PE หรือ PP): ความสมบูรณ์ของการซีลด้วยความร้อนและความสอดคล้องกับการสัมผัสผลิตภัณฑ์

สถาปัตยกรรมการอัดรีดร่วม 9 ชั้นช่วยให้สามารถปรับความหนารวมของฟิล์มได้อย่างแม่นยำ (โดยทั่วไป 100–400 ไมครอน สำหรับการขึ้นรูปฟิล์ม) สมรรถนะของสิ่งกีดขวาง และพฤติกรรมการขึ้นรูป เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างแบบลามิเนต ฟิล์มที่อัดรีดร่วมให้การยึดเกาะระหว่างชั้นที่ดีกว่า ไม่มีความเสี่ยงในการเคลื่อนตัวของกาว และกระบวนการผลิตที่คล่องตัวยิ่งขึ้น

เกณฑ์มาตรฐานประสิทธิภาพหลักสำหรับฟิล์มขึ้นรูปเกรดเทอร์โมฟอร์มิงที่มีอุปสรรคสูง ได้แก่:

• โอทีอาร์: < 5 ซีซี/ตรม./วัน (มักจะ < 1 ซีซี/ตรม./วัน สำหรับเกรดพรีเมียม)
• WVTR: < 3 กรัม/ตร.ม./วัน
• ความลึกของการขึ้นรูป: สูงสุด 80–120 มม ขึ้นอยู่กับโครงสร้าง
• ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน: เหมาะสำหรับการใช้งานทั้งแบบแช่เย็นและแช่แข็ง

การใช้วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่มีอุปสรรคสูงตามอุตสาหกรรม

บรรจุภัณฑ์อาหาร

นี่คือกลุ่มแอปพลิเคชันที่ใหญ่ที่สุด ฟิล์มกั้นสูงใช้สำหรับบรรจุภัณฑ์สูญญากาศ (VSP) ของเนื้อสัตว์สดและอาหารทะเล บรรจุภัณฑ์ดัดแปลงบรรยากาศ (MAP) ของอาหารสำเร็จรูป ถาดที่ขึ้นรูปด้วยความร้อนสำหรับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป และถุงแบบยืดหยุ่นสำหรับซอสและซุป ขยายอายุการเก็บรักษาจาก 5–7 วัน เป็น 21–28 วัน โดยทั่วไปสามารถทำได้ด้วยบรรจุภัณฑ์สูญญากาศที่มีอุปสรรคสูงสำหรับเนื้อแดงสด

บรรจุภัณฑ์ยา

บรรจุภัณฑ์พลาสติกสำหรับยาเม็ดและแคปซูลต้องมีการควบคุมความชื้นและออกซิเจนอย่างเข้มงวด เพื่อรักษาเสถียรภาพของยาและการปฏิบัติตามกฎระเบียบ มีการใช้ลามิเนตฟอยล์แบบเย็นและฟิล์มเทอร์โมฟอร์มที่มีอุปสรรคสูง โดยการเลือกขึ้นอยู่กับโปรไฟล์ความไวของยา

บรรจุภัณฑ์อุปกรณ์การแพทย์

ระบบกั้นปราศจากเชื้อสำหรับเครื่องมือผ่าตัดและการปลูกถ่ายจะต้องรักษาความเป็นหมันตลอดอายุการเก็บรักษาที่ระบุไว้ของผลิตภัณฑ์ ซึ่งอาจเป็นเช่นนั้น 3-5 ปีหรือนานกว่านั้น . ฟิล์มกั้นสูงที่ใช้ที่นี่ต้องเข้ากันได้กับวิธีการฆ่าเชื้อ เช่น ก๊าซ EO การฉายรังสีแกมมา หรือไอน้ำ

อิเล็กทรอนิกส์

ส่วนประกอบที่ไวต่อความชื้น เช่น OLED เซ็นเซอร์ และแผงวงจร จำเป็นต้องมีบรรจุภัณฑ์ที่มีค่า WVTR ต่ำมาก ซึ่งบางครั้งอาจต่ำกว่านั้น 10⁻⁴ ก./ตร.ม./วัน . ส่วนนี้มีการใช้ฟิล์มกั้นหลายชั้นแบบพิเศษพร้อมการเคลือบอนินทรีย์

ปัจจัยที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกวัสดุบรรจุภัณฑ์ที่มีอุปสรรคสูง

การเลือกวัสดุกั้นสูงที่เหมาะสมเกี่ยวข้องกับการรักษาสมดุลของปัจจัยทางเทคนิคและเชิงพาณิชย์หลายประการ:

1. ระดับอุปสรรคที่จำเป็น : จับคู่เป้าหมาย OTR/WVTR กับความไวของผลิตภัณฑ์จริงและอายุการเก็บรักษาเป้าหมาย — การใช้วิศวกรรมมากเกินไปจะทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นโดยไม่จำเป็น
2. วิธีการประมวลผล : การขึ้นรูปด้วยความร้อน, VFFS, HFFS และการทำถุง ต่างก็มีความต้องการเชิงกลที่แตกต่างกันบนฟิล์ม
3. ข้อกำหนดด้านความร้อน : การรีทอร์ต การพาสเจอร์ไรซ์ หรือการเก็บแบบแช่แข็ง ต้องใช้เคมีโพลีเมอร์ที่แตกต่างกัน
4. การปฏิบัติตามกฎระเบียบ : ข้อบังคับเกี่ยวกับการสัมผัสอาหาร ยา และอุปกรณ์ทางการแพทย์แตกต่างกันไปตามภูมิภาค และต้องได้รับการยืนยันสำหรับวัสดุแต่ละชนิด
5. โปรไฟล์ความยั่งยืน : โครงสร้างวัสดุเดี่ยวหรือฟิล์มหลายชั้นที่สามารถรีไซเคิลได้มีความสำคัญมากขึ้นเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดความรับผิดชอบของผู้ผลิตเพิ่มเติม (EPR)
6. คุณสมบัติทางแสง : ไม่ว่าบรรจุภัณฑ์จะต้องมีความโปร่งใส โปร่งแสง หรือทึบแสง จะส่งผลต่อการเลือกใช้วัสดุและการเคลือบ
7. ความสามารถในการปิดผนึก : ช่วงการซีลด้วยความร้อน ความแข็งแรงของซีล และคุณลักษณะการลอกจะต้องสอดคล้องกับสายการบรรจุและข้อกำหนดการใช้งานขั้นสุดท้าย

แนวโน้มความยั่งยืนในบรรจุภัณฑ์ที่มีอุปสรรคสูง

โครงสร้างกั้นหลายชั้นแบบดั้งเดิมต้องเผชิญกับการตรวจสอบอย่างละเอียด เนื่องจากลามิเนตโพลีเมอร์ผสมนั้นยากต่อการรีไซเคิลในแหล่งน้ำมาตรฐานของเทศบาล มีการพัฒนาแนวทางหลายประการเพื่อแก้ไขปัญหานี้:

• ฟิล์มกั้นโพลีโอเลฟินส์ทั้งหมด : การแทนที่ชั้น PA และ PET ด้วย PE หรือ PP ที่มีฟังก์ชันกั้นเพื่อสร้างโครงสร้างรีไซเคิลจากวัสดุเดี่ยว
• สารเคลือบกั้นทินเนอร์ : เทคโนโลยีการเคลือบ AlOx และ SiOx ขั้นสูงช่วยลดปริมาณวัสดุกั้นที่จำเป็นในขณะที่ยังคงรักษาหรือปรับปรุงประสิทธิภาพ
• เรซินกั้นชีวภาพ : สารเคลือบกั้นที่ใช้ Bio-EVOH และ PLA กำลังเข้าสู่การใช้งานเชิงพาณิชย์ แม้ว่าประสิทธิภาพในระดับจะยังคงพัฒนาอยู่ก็ตาม
• การลดขนาด : การปรับปรุงประสิทธิภาพของแผงกั้นต่อความหนาของหน่วยจะช่วยลดการใช้วัสดุทั้งหมดโดยไม่ทำให้การปกป้องอายุการเก็บรักษาลดลง

ฉันทามติของอุตสาหกรรมก็คือ การลดขยะอาหารผ่านบรรจุภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพก่อให้เกิดประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมสุทธิ แม้กระทั่งเมื่อพิจารณาถึงรอยเท้าของวัสดุบรรจุภัณฑ์ ซึ่งเป็นข้อเท็จจริงที่ได้รับการยอมรับมากขึ้นในการศึกษาการประเมินวัฏจักรชีวิต (LCA)

คำถามที่พบบ่อย: วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่มีอุปสรรคสูง

Q1: อะไรคือความแตกต่างระหว่างบรรจุภัณฑ์กั้นและบรรจุภัณฑ์มาตรฐาน?

บรรจุภัณฑ์มาตรฐานให้การปกป้องทางกายภาพขั้นพื้นฐาน บรรจุภัณฑ์แบบกั้นยังปิดกั้นการส่งก๊าซ (O₂, CO₂) ความชื้น แสง และกลิ่นเพิ่มเติมในอัตราที่ต่ำที่สามารถวัดได้ ช่วยยืดอายุการเก็บรักษาผลิตภัณฑ์และรักษาคุณภาพได้อย่างมาก

คำถามที่ 2: อะไรทำให้ EVOH เป็นตัวกั้นออกซิเจนที่มีประสิทธิภาพ

โครงสร้างโมเลกุลของ EVOH ประกอบด้วยหมู่ไฮดรอกซิลที่ก่อตัวเป็นโครงข่ายผลึกหนาแน่นและมีปริมาตรอิสระต่ำมาก ทำให้โมเลกุลออกซิเจนซึมผ่านได้ยากมาก OTR ของมันภายใต้สภาวะแห้งถือว่าต่ำที่สุดในบรรดาโพลีเมอร์ที่มีจำหน่ายในท้องตลาด

คำถามที่ 3: ฟิล์มกั้นสูงสามารถใช้สำหรับการเติมร้อนหรือการรีทอร์ตได้หรือไม่

ใช่ แต่การเลือกโพลีเมอร์ต้องสอดคล้องกับกระบวนการทางความร้อน โดยทั่วไปโครงสร้างเกรดรีทอร์ทจะใช้สารเคลือบหลุมร่องฟันที่ใช้ PP และชั้นกั้นที่มีความเสถียรต่อความร้อน ซึ่งสามารถทนต่ออุณหภูมิ 121°C หรือสูงกว่า โดยไม่มีการแยกชั้นหรือการสลายตัวของกั้น

คำถามที่ 4: ฟิล์มขึ้นรูป High Barrier ใช้ทำอะไร?

ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับกระบวนการเทอร์โมฟอร์ม ฟิล์มถูกให้ความร้อนและขึ้นรูปเป็นถาด ถ้วย หรือช่องบนสายการบรรจุอัตโนมัติ โดยผสมผสานความสามารถในการดึงออกลึกเข้ากับประสิทธิภาพในการกั้นออกซิเจนและความชื้นสูง ซึ่งมักใช้สำหรับบรรจุภัณฑ์เนื้อสด ชีส และอาหารพร้อมรับประทาน

คำถามที่ 5: โดยทั่วไปแล้วฟิล์มที่ขึ้นรูปเป็นอุปสรรคสูงจะมีกี่ชั้น?

ฟิล์มขึ้นรูปที่มีอุปสรรคสูงเชิงพาณิชย์มักมี 5 ถึง 9 ชั้น โครงสร้างอัดรีดร่วมเก้าชั้นช่วยให้สามารถปรับคุณสมบัติกั้น กลไก และการปิดผนึกได้แม่นยำที่สุดภายในฟิล์มรวมเพียงแผ่นเดียว

คำถามที่ 6: วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่มีอุปสรรคสูงปลอดภัยต่ออาหารหรือไม่

ต้องปฏิบัติตามระเบียบข้อบังคับเกี่ยวกับการสัมผัสกับอาหารที่เกี่ยวข้อง (เช่น ระเบียบสหภาพยุโรป 10/2011 หรือ FDA 21 CFR ในสหรัฐอเมริกา) ซัพพลายเออร์ที่มีชื่อเสียงจัดเตรียมเอกสารการปฏิบัติตามกฎระเบียบฉบับสมบูรณ์สำหรับวัสดุแต่ละชนิด ยืนยันการปฏิบัติตามข้อกำหนดสำหรับผลิตภัณฑ์และตลาดเฉพาะของคุณเสมอ

คำถามที่ 7: ฉันจะรู้ได้อย่างไรว่าฉันต้องการระดับ OTR หรือ WVTR ใด

ขึ้นอยู่กับความไวต่อออกซิเจนและความชื้นของผลิตภัณฑ์ อายุการเก็บรักษาเป้าหมาย สภาพการเก็บรักษา และปริมาตรช่องว่างด้านบน โดยทั่วไปแล้วนักเทคโนโลยีการบรรจุจะใช้แบบจำลองการซึมผ่านเฉพาะผลิตภัณฑ์หรือการศึกษาอายุการเก็บรักษาเพื่อกำหนดข้อกำหนดเฉพาะของสิ่งกีดขวางที่จำเป็น