제5장 Heat seal의 부적합을 발생시키는 요소 - 2

[YDfamily]

5.1.2 Over heat(과가열)에서 일어나는 부적합

(1) 폴리옥(poly 玉)

Heat sealant는 가열온도의 상승과 함께 연화 하여 액상화 한다.

라미네이션 소재는 heat sealant가 액상화 한 상태에서 높은 압착압(0.3MPa 이상; 6.3 참조)을 가하면 비가열부와의 경계 라인상(HS선)으로 빠져나와 “폴리옥”을 형성한다. 이 도해를 도5.2에 나타내었다. 이 형태의 접착면에는 접착층이 얇게 되어 버리는 면의 접착력은 현저히 낮아지는 부적합이 발생한다.

도5.2 폴리옥의 생성 모델

(2) 수축

플라스틱을 필름으로 할 때 평면성이나 투명성을 나오게 하기 위해, 필름상으로 압출하여 나중의 서냉 중에 장력을 가하면서 권취하는 연신이 있다. 연신이 가해진 필름을 용융상태로 재 가열하면 용적은 원래대로 돌아가 작아지게(수축) 된다. 연신이 가해진 필름을 over heat하면 HS선에 무수한 tuck가 발생하고, 파우치에 가해진 응력의 집속 기능으로 되어, 핀홀의 발생 원인을 구성한다.

(3) 재료의 열변성

일반적으로 열 열화로 칭하고 있는데, 대표적인 열변성에는 해중(解重)과 함유하고 있는 휘발성 성분의 기화가 있다.

해중은 가열에 의해 고분자 고리의 도중에 수소나 산소가 결합하는 radical 현상이 일어나고, 고분자 고리가 짧아지게 된다. 이 상태가 일어나면 탄성이 저하하여 딱딱하고, 부서지기 쉽게 된다.

발포는 휘발성 성분의 기화에 의해 발생한다.

휘발성 물질에는 미중합의 monomer와 공기 중으로부터 흡수된 수분이 있다. 휘발 성분은 가열 온도에 상당하는 증기 분압을 발생하고, 용적은 대기압 하에서는 1000배로도 되기 때문에 미량이라도 heat sealant 중에 기포로 되어 백탁의 시인 상태로 된다. 발포 상태는 압착압과 가열 온도, 이에 더해 용융 상태의 점성(hot tack성)에 의해 상태가 변한다. 발포의 제어 방법은 8.6에서 논한다.

5.2 파대 응력원

HS에 peel이나 tear의 불량이 있어도 파괴력이 작용하지 않으면 부적합으로 연결되지 않는다. HS의 파괴력은 낙하, 진동, 적재에 의해 발생하지만 최종적으로는 HS선의 직각 방향으로 작용하는 응력성분의 크기이다. 응력을 내용물에서 받던가, 변형을 외장으로 받거나 하면 파괴력은 경감한다. 파우치의 파대 응력의 발생 메카니즘은 도3.18에 제시되어 있다. HS 강도는 일원적으로 선택하지 않고 포장형태에 의해 설계하는 것이 좋다.

5.3 Tuck의 발생원인

플라스틱을 이용한 포장에서는 평면상의 필름이나 시트의 2방 또는 3방을 HS 하여 파우치를 만들고, 제품을 충전하여 충전 구를 HS하여 봉함한다. 평면을 겹쳐서 만든 파우치에 용적이 있는 제품을 충전하기 때문에 응력의 분포가 불균일 하게 되기 때문에, 파우치의 표면에는 반드시 “tuck(주름)”가 생긴다. 이 주름은 파우치에 가해진 응력의 집속 기능을 낳는다. 이 주름은 충전 중량, 파우치를 개구하는 때의 그립의 위치, grip력, 충전물의 용량과 유동성, 파우치의 형상 그리고 연신 필름의 수축이 요인으로 되어 가열 접착 시 HS면에도 발생한다.

① 충전물에 의해 발생하는 “tuck”(도5.3 참조)

② 포장재료의 구김을 교정할 수 있는 힘을 주지 못함

③ HS면이 평탄하게 되도록 tension을 주지 못함(도5.4 참조)

④ Grip 위치가 top부터 아래 쪽으로 심하게 내려옴 (도5.5 참조)

⑤ 충전물의 중량을 gripper에서 지지하고 있음(도5.6 참조)

상품에 발생하고 있는 모습을 사진5.1에 나타내었다.

도5.3 충전물에 의한 “tuck” 발생                    도5.4 HS면으로의 tension

5.5 Gripper의 올바른 쥐는 위치                                     5.6 충전물의 중력에 의한 “느슨함” 발생

사진5.1 HS선에 발생하고 있는 tuck

5.4 HS의 부적합의 해결은 over heat의 제어

HS의 peel과 seal의 원인 요소의 분류와 메커니즘을 고찰하였다. 또한 각 항목을 직접적인 제어요소와 부수요소로 나눠서 보면 표 5.1중에 ★마크를 붙였다.

(1) 용착 온도의 달성

(2) Over heat

(3) 충전 중량의 인장

(4) Grip력

(5) Grip 위치

가 제어요소로서 관계되어 있다는 것을 알 수 있다. (3), (4), (5)의 부적합은 HS의 결과에는 관계되는데 가열과는 직접적으로 관계하지 않는 항목이기 때문에 여기에서 검토 외로 생각해도 좋다. 접착 상태와 파괴 응력의 요소는 복합적으로 관계하여 부적합의 발생으로 되고 있다. 2가지 요소가 같은 타이밍으로 발생하지 않으면 부적합으로는 연결되지 않는 복합 기인 특성이다. 핀홀이나 파대의 발생원인의 첫번째 접착은 실패하면 계속되지만, 파괴응력이 없으면 부적합으로는 되지 않는다. 부적합의 방어 등의 요소를 제어 하여도 방어는 가능한데, 돌발적인 현상을 다루는 것보다 정상적으로 나타나고 있는 요소인 over heat를 취급하는 편이 개선은 확실하다. 용착 온도와 over heat는 개별의 것이 아니고 적정가열과 over heat는 표리를 이루고 있는 관계이기 때문에, 적정가열을 한다 / 과열을 하지 않는다는 동의어이다. 즉 over heat의 메커니즘을 해명하면, HS의 부적합의 발본적 대책이 가능하게 된다.