Các đặc tính quan trọng của bao bì mềm

Với bao bì mềm các đặc tính quan trọng của bao bì mềm như nhiệt độ, độ chảy, độ ổn định khi chảy .....

1. Các đặc tính quan trọng của vật liệu bao bì mềm

Đối với bao bì mềm, chất dẻo đã trở thành vật liệu chính. Để bao bì mềm đạt những tính chất như mong muốn, trước tiên cần phải nghiên cứu tính chất của màng dẻo trong điều kiện sử dụng được dự đoán trước.

Khi chọn màng làm vật liệu cho các loại bao bì như bao tải dứa bao pp dệt, bao nilong..... , những tính chất quan trọng nhất của chất dẻo được xem xét là: các tính chất cơ lý, tính chất nhiệt, tính ngăn cản, tính chất bề mặt.

1.1 Các tính chất liên quan đến nhiệt

Màng dùng trong bao bì mềm là loại nhựa dẻo, nhựa nhiệt dẻo là loại vật liệu mềm khi bị đốt nóng và một số tính chất của màng thay đổi khi thay đổi điều kiện nhiệt độ. Tính chất nhiệt của từng loại màng ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất của chúng và ảnh hưởng đến quá trình tạo màng (quá trình đun chảy, đóng rắn màng), quá trình sản xuất (quá trình ghép màng, hàn nhiệt) và sử dụng bao bì (sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình sử dụng). Vì vậy khi cần lựa chọn vật liệu cho bao bì mềm, tính chất nhiệt là tính chất quan trọng cần xem xét.

1.1.1 Nhiệt độ thủy tinh hóa và nhiệt độ hóa lỏng của vật liệu

Tính chất của nhựa nhiệt dẻo thay đổi không chỉ tùy theo loại vật liệu mà còn thay đổi tùy vào các cấu trúc kết tinh của màng. Nhựa nhiệt dẻo của của polymer có các cấu trúc vô định hình, kết tinh và bán kết tinh.

Cấu trúc polymer vô định hình có chứa các mạch cuộn xoắn ngẫu nhiên. Cấu trúc kết tinh là vùng ở đó có các mạch polymer sắp xếp theo một chuỗi có trật tự. Những vùng kết tinh này nằm bên trong nền polymer vô định hình tạo các cấu trúc bán kết tinh.

Cả hai cấu trúc vô định hình và kết tinh đều ở trạng thái thủy tinh (rắn) ở nhiệt độ thấp và cả hai chuyển từ trạng thái thủy tinh sang trạng thái đàn hồi hoặc mềm dẻo khi nhiệt độ tăng. Sự thay đổi từ trạng thái thủy tinh sang trạng thái đàn hồi thường xảy ra trong khoảng thời gian khá hẹp (2 độ tới 5 độ), và điểm chuyển pha này gọi là nhiệt độ thủy tinh hóa (glass transition temperature Tg). Với polymer, nhiệt độ thủy tinh hóa là một đặc tính quan trọng.

Ở nhiệt độ cao hơn Tg, các polymer vô định hình cí các tính chất khác với polymer kết tinh. Khi tăng nhiệt độ của polymer vô định hình, pha đàn hồi chuyển từ từ sang pha mềm dẻo, kế đó thanh dạng keo dính và cuối cùng hóa lỏng. Không có sự chuyển pha rõ ràng, chỉ là sự thay đổi dần tính chất.

Trái lại, các polymer kết tinh vẫn còn ở trạng thái đàn hồi mềm dẻo khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ thủy tinh hóa, cho tới khi nhiệt độ nóng chảy Tm thì polymer kết tinh bắt đầu hóa lỏng.

Các cấu trúc vô định hình, kết tinh là đặc trưng của polumer mạch thẳng và mạch nhanh. Nói chung, các đặc tính này không có ở polymer có cấu trúc mạng không gian.

Nhiệt độ thủy tinh hóa, nhiệt độ nóng chảy của polymer là các thông số rất quan trọng trong quá trình tạo màng, còn mức độ kết tinh của polymer chịu ảnh hưởng rất lớn bởi cách thức thay đổi nhiệt độ từ nhiệt độ nóng chảy xuống nhiệt độ thủy tinh hóa trong quá trình tạo màng. Nếu đột ngột giảm nhiệt độ, cấu trúc vô định hình cao; nếu nhiệt độ giảm chậm, cấu trúc kết tinh lớn.

Cấu trúc kết tinh ảnh hưởng lớn đến độ trong, độ mềm dẻo, độ cứng của màng.

1.1.2 Chỉ số chảy

Chỉ số chảy là tốc độ chảy của nhựa nhiệt dẻo ở nhiệt độ cho sẵn dưới áp suất đặc biệt và qua khe đặc biệt trong khoảng thời gian cho sẵn. Chỉ số chảy biểu diễn lượng nhựa chảy qua khe tính bằng: g/10 phút.

1.1.3 Tính chất hàn nhiệt

Phương pháp chủ yếu dùng để hàn kín, đảm bảo khả năng chứa đựng sản phẩm bên trong của bao bì mềm là hàn nhiệt. Mỗi vật liệu có khả năng hàn nhiệt và độ bền mối hàn khác nhau. Các tính chất hàn nhiệt bị ảnh hưởng bởi tính lưu biến và tính chất nhiệt của polymer.

Độ bền hàn nhiệt biểu diễn lực cần để tách hai bề mặt đã hàn bằng nhiệt ra khỏi nhau theo hướng vuông góc.

Một tính chất quan trọng về khả năng hàn nhiệt là độ bền của mối hàn khi còn nóng. Độ bền khi còn nóng là rất quan trọng đối với các máy hàn nhiệt, nạp liệu dạng thẳng đứng (VFFS = vertical form-fill-seal) bởi vì mối hàn phải chịu một lực tài của sản phẩm đặt vào.

Polyethylene có lực bền hàn nhiệt rất cao và cellophane thì có giá trị này thấp hơn nhiều. Đôi khi mối liên kết hàn nhiệt mạnh là không cần thiết chửng hạn túi đựng kẹo, khoai tây chiên,...

1.1.4 Độ ổn định của màng khi thay đổi nhiệt độ

Độ ổn định này có thể được miêu tả như là khả năng chịu được sự thay đổi nhiệt độ mà không mất đi những tính chất chủ yếu.

Trong vòng đời của mình, màng bao bì chịu nhiều tác động của nhiệt độ như: chưa đựng các thực phẩm nóng, các quá trình khử trùng cho thực phẩm và hàn nhiệt. Độ bên về kích thước của màng phải được duy trì dưới tác động của sự thay đổi này. Một số trường hợp khác có yêu cầu ngược lại như với các yêu cầu của bao bì màng co, hoặc màng căng.

Một số tính chất khác được xét đến là màng nhựa có trở nên giòn khi chịu nhiệt độ thấp hay không. Điều này rất quan trọng đối với bao bì của thực phẩm đông lạnh (về mặt này polyethylene tốt hơn cellophane).

1.2 Tính chất cơ lý

1.2.1 Độ bền kéo căng (tensile strength)

Độ bền kéo căng (được biết như là ứng suất căng) cung cấp các dữ liệu về khả năng chịu tác dụng lực tải của màng, biểu diễn lực bẻ gãy vật liệu trong một diện tích.

Ứng suất căng (tensile stress) của vật liệu được định nghĩa là lực kéo căng trên một đơn vị diện tích. Đơn vị đo ứng suất căng (N/m2).

σ =as (N/m2)

Đơn vị đo độ bền kéo căng là pascal hoặc psi (pound per square inch).

1 Mpa = 145 psi.

Độ bền kéo căng được đo trên một máy đo vạn năng. Máy đo này kéo các cạnh của mẫu hình chữ nhật theo các hướng đối diện đến khi nó đứt gãy. Các kẹo dạng trục lăn đặc biệt được sử dụng để giữ các màng mỏng. Các mẫu màng được kiểm tra cắt theo cả hướng máy và hướng ngang (MD và CD). Trong quá trình kiểm tra, một bộ phận đo lực tác động lên màng suốt quá trình kéo căng. Độ bền kéo căng được báo cáo là lực/ diện tích mặt cắt ngang (tiết diện của màng) ứng với mẫu kiểm tra.

Độ bền kéo căng của màng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:

• Loại vật liệu để tạo ra màng. Các loại polymer khác nhau có độ bền khác nhau.
• Các chất phụ gia và chất độn trong màng polymer. Một vài chất phụ gia như sợi thủy tinh được đưa vào để gia cường (tăng thêm độ bền) cho màng.
• Chế độ, điều kiện gia công (nhiệt độ, tốc độ quay của vít, cùng cách làm lạnh màng ngăn khi tạo màng polymer).
• Hướng ngang và hướng máy (CD và MD) ảnh hưởng mạnh đến sự định hướng polymer, từ đó ảnh hưởng tới các tính chất kéo căng

Màng polyester hoặc polyethylen mật độ thấp (LDPE) thì giá trị này nằm giữa 100kp/cm2 và 200kp/cm2.

Bảng 3.1 Các tính chất cơ nhiệt của một số tính năng thông dụng

Màng	Độ dày (μm)	Tensile Strength - MD (Mpa)	Tensile Strength - CD (Mpa)	Elongation at break - MD (%)	Elongation at break - TD (%)	Nhiệt độ hàn nhiệt (℃)
LDPE	25-250	200-280	160-230	300-450	450-680	100-110
HDPE	20-25	33	25	800	1000	-
PP	25-30	410	290	730	700	155-165
PA-6	13-20	300	300	70	70

Để kiểm tra các tính chất kéo căng thường theo chuẩn ASTM

D882. Đơn vị đo độ bền kéo căng Mpa

1.2.2 Độ giãn dài (elongation) ASTM D882

Một tính chất kéo căng cũng được đo giống như độ bền kéo căng theo chuẩn ASTM D882 là độ giãn dài. Tính chất này mô tả khả năng bị kéo căng của màng trước khi đứt gãy hoặc điểm chảy chia cho chiều dài ban đầu của mỗi mẫu rồi nhân với 100.

Cũng giống như độ bền kéo căng, độ giãn dài phụ thuộc nhiều vào loại vật liệu, các điều kiện đùn gia công, các điều kiện kiểm tra kéo căng và sự định hướng của màng. Mặc dù quá trình định hướng màng cho độ bền kéo căng hơn nhưng nó thường cho kết quả là độ giãn dài thấp hơn.

1.2.3 Độ bền xé rách (tear strenth)

Độ bền xé rách là lực làm rách màng ở tốc độ xé xác định, được tính bằng N hoặc Lbs. Độ bền xé rách là một tính chất quan trọng để đo lường chất lượng màng.

Độ chống xé rách là một yêu cầu quan trọng đối với các màng nhựa ứng dụng trong bao bì mềm. Trong quá trình tạo màng, việc định hướng của màng ảnh hưởng đáng kể đến độ bền xé rách. Vì vậy, kết quả kiểm tra độ bền xé rách của màng sẽ chuyển trở lại cho nhân viên đứng máy đùn, để thay đổi điều kiện gia công nhằm tăng độ bền xé rách cho màng.

Có một phương pháp đo độ bền xé rách của màng. Phương pháp phổ biến nhất được sử dụng để đo độ bền xé rách của màng là sử dụng một thiết bị con lắc để đo độ kháng xé rách lan rộng (ASTM D1922). Dụng cụ được sử dụng như hình 3.2, mẫu đem kiểm tra phải được xé khe rãnh ở biên và được kẹp trên một con lắc, còn con lắc còn lại ở trạng thái cố định. Khi nhả ra, con lắc (dưới tác dụng của trọng lực) sẽ chuyển động theo hình vòng cung xe rách mẫu kiểm tra từ khe xẻ rãnh ban đầu.

Đối với một vài loại bao bì, tính chịu xé thấp trở nên có lợi (ví dụ như túi khoai tây chiên).

Polyethylene có lực bền xé rách cao trong khi cellulose acetate và màng polyester có giá trị này thấp.

1.2.4 Độ bền va đập (impact strength)

Là tính chất đặc biệt có cần thiết khi đóng gói sản phẩm nặng trong màng nhựa, khi chúng phải chịu va đập trong quá trình vận chuyển.

1.2.5 Sự phục hồi ứng suất (stress relaxation)

Sự phục hồi ứng suất được định nghĩa như là sự thay đổi ứng suất khi vật liệu đặt dưới độ biến dạng không đổi.

Khi một màng bao bì bị kéo căng do quá tình chứa đựng các sản phẩm, độ đàn hồi của màng sẽ giữ các sản phẩm dưới sức căng không đổi để bảo vệ, giúp dễ dàng giữ và vận chuyển sản phẩm.

Khi sự phục hồi ứng suất xảy ra, sức căng bao bì sẽ mất. Sự phục hồi ứng suất có thể đo được với một dụng cụ kiểm tra ứng suất tiêu chuẩn, tại đó ứng suất được đo tại một số thời điểm, khi mẫu vật được giữ dưới độ biến dạng không đổi. Đo sự phục hồi ứng suất theo ASTM D2991

Bảng 3.2 Đo sự phục hồi ứng suất theo ASTM D2991

Các mẫu kiểm tra	Mẫu hình vuông, tròn hoặc hình chữ nhật.
Các điều kiện kiểm tra	Duy trì với nhiệt độ chính xác ± 2℃ và độ ẩm ± 5 %.
Các quan sát	Bắt đầu ghi lại các giá trị lực tải sau các khoảng thời gian 0.1; 0.2; 0.5; 0.7; 1; 2; 3; 5; 7; 10; 20 giờ; sau đó mỗi 24 giờ đến 500 giờ sau và sau đó mỗi 48 giờ đến 1000 giờ.

Có hai loại thiết bị chính để kiểm tra sự phục hồi ứng suất của vật liệu có sẵn trên thị trường hiện nay: đo liên tục, đo gián đoạn.

1.2.6 Độ rão (Creep)

Độ rão là sự thay đổi độ biến dạng khi mẫu vật chịu tác động bởi một ứng suất không đổi.

Các màng polyolefin bị tác dụng bởi áp lực trong một khoảng thời gian dài sẽ dần bị kéo dãn. Áp lực được tạo ra bên trong bao bì là nguyên nhân làm cho bao bì trở nên lớn hơn và polymer sẽ rão.

1.3 Tính chất ngăn cản

Các màng nhựa được sử dụng để bao bọc và bảo vệ các sản phẩm khác như: thực phẩm, các loại trà, cà phê, ngũ cốc,... Trong một số trường hợp sản phẩm sinh khí hoặc có yêu cầu đặc biệt cần cung cấp khi như:

• Cà phê sống sinh ra khi CO2 mà khí này cần được thoát ra khỏi vật chứa, nếu không, khí này có thể gây bục vỡ do áp suất nội. Mặt khác, khí O2 làm cà phê cũ đi và trong trường hợp này, khí cần được ngăn không thấm vào trong, đo đó cần chọn lựa vật liệu có tính thấm ký O2 thấp nhưng thấm khi CO2 cao.
• Một ví dụ khác cần tốc độ truyển khí O2 cao, là trường hợp thịt tươi, và thịt cần O2 để giữ được màu đỏ tươi hấp dẫn khách hàng.

Vì vậy khi chọn màng làm vật liệu bao bì, một tính chất quan trọng của màng được xét đến là sự chống thấm (hay ngăn cản) khí, đặc biệt là chống thấm oxi, CO2, hơi nước và chống thấm mỡ.

Khả năng ngăn cản khí được gọi một cách khác là chống sự xuyên thấm của các phân tử khí qua bao bì. Các phần tử khi có thể di chuyển từ bên ngoài vào bên trong bao bì hoặc ngược lại. Quá trình xuyên thấm diễn ra bởi vì sự chênh lệch về nồng độ hoặc áp suất, nhiệt độ và độ ẩm tương đối.

Đối với các màng có cấu trúc vô định hình thì sự thấm khí diễn ra dễ dàng, các polymer có cấu trúc tinh thể càng cao thì có khả năng chống thấm khí càng cao.

Sản phẩm sợi cuốn rơm trong nông nghiệp: https://namphatplastic.com/vi/day-cuon-rom