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尼龙膜与耐高温蒸煮袋
发布时间:2020-07-26    浏览人次:244次

高温蒸煮袋是一种通过高温在一定时间内高效的彻底的杀菌的生产工艺,广泛用于军需食品、肉类、豆制品、坚果类、各种饮料制品等。也在医疗用品、医药、针剂的消毒处理方面使用。高温蒸煮袋杀菌温度范围一般在120℃以上即121℃~135℃之间,目前也有在短时间内就能把最耐热的芽孢肉毒杆菌类有害病菌彻底杀灭的145℃3min左右的超高温杀菌处理工艺。超过120℃的耐高温蒸煮袋每提高一度都有不可预见的变化,因许多原辅材料在耐120℃已经是临界限,并且在生产工艺就耐高温蒸煮袋都需要慎之又慎,更何况是耐121℃以上的蒸煮袋。


尼龙膜以其特有的耐油性、耐穿刺性、耐紫外线和优良的阻气性,在耐高温蒸煮袋结构组合中占有重要的一席之地。尼龙膜作为复合软包装材料的结构设计要满足高温杀菌的工艺要求,通常要考虑多方面的因素,除了包材在生产工序中保证自身的功能外,更多地考虑内容物的要求,同时兼顾杀菌处理的工艺条件、流通、仓储和销售使用环节对包装袋性能的影响。对于尼龙膜本身吸潮性大,生产中不能加入防静电剂,加之弓形效应和厚薄均衡性大的缺点,在生产高温蒸煮袋时更应该关注尼龙膜的厚薄均衡度、吸潮性、静电、晶点和耐湿热收缩率以及在湿度80%情况下的氧气透过率的大小等事项的要求。

1、高温蒸煮袋对尼龙薄膜基材要求:1) 高温蒸煮袋的印刷基材最常用的是BOPET12um和BOPA15um两种,选用基材的级别要高,质量要有保证,包括电晕值达到52达因以上,并且电晕均匀;厚度均匀无荷叶边、无晶点、无异物污染等。高温蒸煮的BOPA15um(包括中间夹层复合用的)不同于普通袋,最好选用同步拉伸工艺生产的,以此来保证各项功能的稳定。生产高温蒸煮袋用的薄膜基材是满足蒸煮条件的基础,BOPA膜通常要根据高温蒸煮袋的蒸煮条件和内容物的特点来确定选用哪些基材、什么规格、组合顺序,要用哪种类型油墨和胶水等。BOPA膜可做印刷层或夹中间层。组合复合包材的结构,有单层材料既做印刷层也做阻隔层,所以包装袋可以根据需要设计为两层、三层或更多层,常用的BOPA薄膜基材有:B0PA6、BOPA66、共聚尼龙MXD6、SiOxBOPA、KBOPA、vmBOPA、高阻隔尼龙膜等。根据内容物的形态和性质选用合适的材料和结构,如固态、液态或固液混合态要选用不同的材料结构,有骨头、有刺的肉类、海鲜品、含油脂、含辛辣类等内容物。高温蒸煮前后均不能扎破袋子,以及因为内容物的理化特性影响,在高温下可能发生变化而产生新物质,有可能在蒸煮袋层之间渗透从而引起蒸煮袋包装性能的下降。或因内容物的酸碱性有差别,也要根据需要调整袋子材料结构和材料规格。对于阻隔层通常选择高阻隔尼龙膜和AL,根据实际需要也有选择BOPA15um、BOPA25um、BOPA30um。也有特殊要求的高温蒸煮袋所选择超过厚度100um的RCPP。但RCPP有不耐跌落的缺陷,一般可在膜内添加助剂来增强其抗跌落性能,因此高温蒸煮包材结构设计需要综合考虑。3)包材是否满足要求,使用者和生产者都非常关注。一定要考虑包装的内容物是哪一种性质的物品,包装的容量是多少,包装好后要经受什么样的蒸煮灭菌条件,保存在什么样的环境中,要求多长的保质期等。不同内容物的要求,对蒸煮袋质量的要求就不同,对材料结构的组合、胶粘剂和油墨的选择也不同,生产工艺控制也会有差异,确定使用哪种结构之前,一定要做充分的评估,要根据使用者的具体要求来确定。如:袋子会有较好的封合强度,有较好的耐穿刺、耐挤压、防渗漏和抗跌破的性能,同时阻隔性能更强一些,适合长途运输、多次搬运和远距离销售。

2、高温蒸煮袋油墨的选用:(水墨暂不讨论)普通油墨不具耐高温性,蒸煮后会离层,有些颜色会变化,耐高温蒸煮油墨应该是以双组分反应型聚氨酯为连结料的油墨,它的印刷附着牢度好,经交联固化反应后,能耐高温蒸煮,与胶水之间能形成很牢固的粘结力。一定要根据油墨厂家提供的技术资料来确定固化剂添加量,不可过多或过少。墨盘中收回的剩余油墨,不论存放了多长时间,均不可再用于高温蒸煮产品的印刷。根据油墨生产厂家的技术资料选用油墨,高温蒸煮油墨不同厂家的不可混用,不同类型的油墨不能相互叠印。与油墨配套使用的混合溶剂比例必须根据印刷机速、印刷版面大小、生产时车间的湿度,烘干温度进行调节,并且有效成分的纯度要达到99%以上。为达到卫生要求,注意溶剂和油墨中均不含甲苯、二甲苯、酮类或其它高沸点溶剂。要根据承印材料的特性和复合膜结构选定适合的油墨,比如选用BOPA为承印层,个别颜色的油墨在蒸煮状态下颜料可能会在BOPA上渗透和转移(如玖红、射光兰、深兰色),同样对于只有承印层和热封层两层结构的蒸煮袋,油墨也有在RCPP上渗透的可能,从而带来对内容物污染的风险。对于大面积的专色和白色印刷,要添加1%~3%的油墨固化剂。选用油墨时要特别注意区分耐100℃以下水煮型油墨、耐121℃以上高温蒸煮型油墨,和耐135℃以上高温蒸煮型油墨以免误用。

3、 双组分聚氨酯胶粘剂 :(无溶剂复合另外专题讨论)目前干式复合最常用的是双组分聚氨酯胶粘剂,要选用耐高温蒸煮级别的,复合后必须具有很好的粘结牢度、高温抗介质性和耐热性,选用溶剂要和油墨、胶水能很好搭配,可满足工艺要求,但不能影响油墨、胶水的耐高温蒸煮性能。要想取得好的复合效果,找到一个与其它材料、环境等匹配的配比,也就是既要保证固化剂与树脂的交联充分,又不会发生过度的交联,从而避免分层和高温蒸煮分层。同时需要注意保证胶液调配均匀,避免局部过度交联固化和局部交联程度低的情况发生导致高温蒸煮分层。一般胶的档次往高一档靠比较保险。如:耐135℃的蒸煮袋,不能用耐121℃的胶粘剂复合,否则将产生蒸煮后脱层或使材料老化现象。同时,耐高温蒸煮溶剂胶应选择具有良好的耐介质性(耐湿热、冻、酸、碱、盐、油、辣等)和无毒,无异味,卫生安全性好的型号。耐高温蒸煮复合时胶水组分配比要合理。高温蒸煮胶水的使用一定要按厂家的说明,比如配比、上胶花辊、熟化的温度和时间等,稀释用的醋酸乙酯溶剂的纯度要达到99%以上。

4、干式复合工艺:

A、 蒸煮袋用复合涂胶辊网线数一般应在80~100线,复合烘干加热箱应从低到高递增,复合钢辊的表面温度应大于55℃,复合铝箔和超过60um较厚热封层时可适当提高复合温度,便于胶的活化。若复合厚度较大或含有铝箔的组合时,温度可适当提高,一般不超过90℃。若复合温度太低,不利于胶的活化,可能产生剝离牢度不良、假粘等现象。若温度太高,可能产生材料收缩起皱。复合时压力可适当大些,有利于胶粘剂的活化。由于复合第一基材是从烘干箱出来的还带有余热,与第二基材相比,两者温度相差大,压力不一、亲和性就差,影响复合强度,因此必须使用预热輥和保持复合热辊温度,以提高胶剂的蠕动性。这项在冬季和湿度大时特别注意,_若使用满版印刷或60um以上薄膜时,可适当提高烘干箱温度5~10度,但提高温度的同时,应考虑材料的热收缩性以及膜内爽滑剂向粘接层迁移造成摩擦系数的增加和复合牢度的下降。另外,有印刷的高温蒸煮袋,尽量不要选择PET//RCPP或BOPA//RCPP两层结构,因在高温蒸煮状态下油墨颜料会在RCPP内加速渗透,会对内容物造成污染,为防止此风险,就需要在RCPP前加一层AL箔。确定结构后,要严格选材,严格按工艺要求生产,保证高温蒸煮袋的安全使用是生产者和使用者双方的共同责任。

B、胶水涂布要均匀,根据不同厂家和不同型号胶水的特性,干基量一般要在4.5~5.0g/m2,并且以左、中、右各位置的涂布偏差不可超过0.3g/m2。固化剂要按要求添加,如果干复的车间环境湿度超过了70%,要适当增加固化剂的添加量,一般在原来的基础上增加5%~10%,如果产品印刷图案有较多的浅色区域,复合生产时涂布量要比深色设计增加0.3~0.5g/m2左右的涂布量,以防止蒸煮后出现明显斑点。一般干复车间环境湿度超过80%建议停止生产。

C、BOPA及各层材料的厚度要均匀,平均厚度偏差不超过5%,各层材料的耐湿热收缩率一般不超过0.5%。BOPA膜本身纵横向收缩差值不要大于0.5%,否则也会因自身方向收缩差值太大而产生起皱、卷曲。复合在中间的BOPA要为双面电晕,且电晕值均不低于52达因。并且双面电晕值差应大于4达因。

D、一般生产环境温度最佳在25℃±3℃、湿度在65%±5%。超过80%建议慎重使用复合设备,或停止复合生产。BOPA膜吸潮性大,在生产中不能加入防静电剂,湿度在40%以下,空气中湿度小,易产生大量静电场。因此BOPA膜表面电阻在10的14次方以内可放心投产,高于10的15次方就证明膜面静电太大,不宜使用。在高温高湿天气中,注意露点的温度,在复合车间由于机速快,胶粘剂、油墨溶剂挥发快,容易在胶辊筒和油墨辊筒、拦墨刀上方集积小水珠,这些小水珠又易破坏胶粘剂和油墨的正常运转和正常质量的发挥,因此应注意检查并用干净的布将水珠擦掉。

5、 熟化、制袋:

A、熟化工序:熟化的目的是促进双组份聚氨酯胶粘剂的主剂和固化剂产生化学反应,使分子生成网状交联结构,从而有更高的复合牢固度。因此,熟化的两个重要因素----时间和温度缺一不可。熟化,无论采取外加热或内加热都以达到室内温度稳定、均匀为目的。因为不同材料结构的复合膜对固化要求不一样,复合胶只有形成网状结构才可以达到较高的粘结强度。从试验结果看,PET//AL的熟化时间为36h比较合适,AL//PA为24h而PA6//CPP则需要60h才可以达到合适的剥离强度。因此,为考虑周全,一般普通的双组份胶粘剂要在45~55℃,24小时后才能彻底交联。而蒸煮胶复合膜需用低温长时间固化,蒸煮袋胶粘剂则要72小时后才能彻底交联固化。复合PET镀铝膜时,温度应控制在50℃以下,千万不要超过60℃,因铝粉的膨胀系数比PET的大20倍。若温度过高,复合时会造成铝粉脱层。在熟化过程中,粘合剂仍然有一定的流动性,所以用悬挂式熟化效果最好。但也有些胶粘剂要求放15~7天。熟化室的门不可经常去开闭,尽可能在复合膜放入后不开门,直到规定时间,一次性熟化充分再取出。根据操作经验,一个产品如果不能够一次性熟化充分,二次熟化的剥离力相比较一次熟化充分的剥离力要差很多,也容易分层和导致高温蒸煮分层。

B、制袋工序:速度、压力和温度是制袋工序的三大元素,保证制袋前的卷膜已充分冷却,并且各层间的复合强度,卷膜的溶剂残留等经检测后均已达标,做了首件检查项目的确认才投入制袋。1)批量制袋之前,要做样品试验,确定了加工工艺参数,包括各段热封刀的温度、压力和机器速度等,并且这些参数能保证蒸煮前后的热封强度均能达到标准。装入等容量的内容物在高温蒸煮试验机中做耐介质的试验,以此来确定材料结构的符合性。热刀压下去的压力既不能太小,也不能太大,太小牢度不够,太大又有可能破坏热封层内膜原来的厚度,易挤走部分热封材料,使热封熔接部位两层内膜的总厚度比原来两层之和的数值要小,焊缝边缘形成半切断状态,使焊缝发脆,造成封口力降低。特别要注意的是:热刀压下去时,千万不能靠袋内侧压力大、外侧压力小,最好调整到靠袋内侧的压力略小一点,同时注意热封硅胶垫的平整度,以免产生热封部位表面不平或有气泡现象。2) 剥离力、热合强度、密封性、耐穿刺性:严格按GB/T 10004-2008《包装用塑料复合膜、袋干法复合、挤出复合》标准中各种不同产品类别等级标准指标进行检测。检测数据合格后方能出厂。3)制袋时热封边宽度不低于8mm。另外,为保证热封合区域平整美观,冷却要保证足够低的温度,一般要在25℃以下。以防假粘或热封击穿现象,制袋过程中卷膜走膜顺畅,热封状况良好,制袋质量稳定。特别是RCPP做热封层,容易造成袋子开口性不好,要防止开口不良造成袋子板结。在生产前要做好摩擦系数的控制,建议在0.15-0.18COF范围内。4)因高温蒸煮材料和工艺的特殊性,制袋过程中对高温蒸煮产品的抽检比例要适当增加,以便能及早发现过程中的质量异常,蒸煮试验以一个生产班次做一次为宜,每卷或接头前后,停机开机时时要扩大抽检,试验方法要正确,模拟客户的使用条件,即包入等容量同性质的内容物,按客户的灭菌条件,蒸煮温度、时间、压力,进行耐高温蒸煮性的检测。6、BOPA薄膜做蒸煮袋质量检验控制要点:生产过程中,各个控制项目要按要求检验,这是验证质量是否符合标准的基本措施,所以从原材料到成品完成整个过程,检验要严格进行,特别是验证袋子功能的耐高温蒸煮检验不可有丝毫马虎。高温蒸煮袋最终要经受住内容物的包装工艺及后续的灭菌工艺的考验,所以这个条件对其影响很大。最终包装和灭菌处理完成的成品,必须是袋面平整,包材本身无收缩起皱、起泡、无离层、无渗漏等现象。因此要做好有尼龙膜组合的耐高温蒸煮袋对尼龙膜的要求必须达到以下几点:1)  卫生性能:在国标GB/T 10004-2008《包装用塑料复合膜、袋干法复合、挤出复合》标准中的卫生标准规定:除溶残留量总量≤5.0mg/m2,其中苯类溶剂不检出外,用于食品包装袋的卫生性能应符合GB9683标准要求。各单种材料(基材、胶水、油墨)中的特定化学物质的指标应符合GB/T10004-2008中5.7表10的规定GB-T.4.1原材料及添加剂卫生指标中还规定原材料应符合其相应原料的食品包装用卫生标准;添加剂应符合食品容器、包装材料用添加剂使用卫生标准。2)  耐热性及耐高温介质性:GB/T 10004-2008《包装用塑料复合膜、袋干法复合、挤出复合》标准突出的不同点在于对蒸煮袋的耐热性及耐高温介质性做出了各自独立的试验要求。耐热性和耐高温介质性是2008版标准中的一个亮点指标,在耐热性中,要求使用温度为80 ℃以上的产品经耐热试验后,应无明显变形、层间剥离、热封部位剥离等异常现象。而在温度为80 ℃以上的产品时应经耐高温介质性试验后,应无分层、破损,袋内、外无明显变形,剥离力、拉断力、断裂标称应变和热合强度下降率应≤30%。3) 选择BOPA膜时平均厚度和平均厚度公差(厚薄均衡度);应在±5%以内。以免复合起皱、气泡、卷边、严重时产生脱层。高温蒸煮袋在生产和使用过程中不同于普通袋的地方在于:高温蒸煮袋不但在蒸煮前要满足标准,蒸煮后和保质期内也要在外观、功能和卫生性等方面满足使用的要求,这个实际要求使各项检测指标远远高于高温蒸煮袋的国家标准。因此各企业应根据自身产品的要求制定标准并进行检验。一般BOPA膜各项指标的保质期不超过一年。4) 弓形效应小,(平衡收缩率范围、耐湿热收缩率);收缩率在0.5%范围,纵横向收缩差值在0.5%内。做耐高蒸煮袋建议用同步生产工艺生产的BOPA薄膜。耐湿热收缩性要小,一般控制在纵、横向收缩差值在0.5%。5) 电晕处理值、静电处理程度要达标;做为耐高蒸煮袋双表面晕值应达52/56达因,两面电晕差值要大于4达因。BOPA表面电阻在(10的13次方)以内可用,超过15次方,膜面静电大(1013。)。建议一般不采用。6)阻隔性,特别是阻氧性、阻湿性;因各企业生产的尼龙膜吸潮性不一样,建议选择吸潮性慢的尼龙膜,并且原膜的含水率在3%以下。因蒸煮袋灭菌的后道工序都在水中进行,因此要测在80%ph下的氧气阻隔性,合格后方可投产。7)由于聚氨酯类油墨对BOPA薄膜的总体附着牢度不如对PET膜,也不如氯丙类油墨对BOPP膜附着力好,并且夏天易产生干造成反粘现象要特别注意。必须做好BOPA与油墨、胶粘剂之间的配伍试验合格后方可投产。BOPA膜在印刷前应提前放置于生产车间以适应车间的温湿度,生产时应打开预热系统,以利生产顺利进行。8) 在批量使用蒸煮袋前,要对蒸煮袋性能通过模拟试验来确认。因为内容物的理化特性变化影响,在高温下可能发生变化而产生新物质,有可能在蒸煮袋层层之间渗透从而引起蒸煮袋包装性能的下降。确定稳定的高温灭菌工艺条件,若标准蒸煮条件为121℃耐温40min,制作蒸煮袋的各类材料在达到121℃时已到所能承受的极限,如果温度和时间过多超出这个工艺条件,较难保证蒸煮袋性能如浅色油墨变色,复合强度严重衰减,热封强度降低等。同时注意材料变化对包装物的影响,比如蒸煮后的RCPP变硬,材料中的添加剂析出等,并关注蒸煮前后物理性能变化的影响,还要注意对内容物的化学性能、卫生性的变化影响。(作者:本文由已故知名软包装行业专家陈孟杰所写)