용기성형충전포장기_포션팩 포장기

[원텍지기]

나. 성형장치

(그림2-6)에 나타냈듯이 성형방식은 크게 나누어보면 성형 틀의 구조에 의해 블록형 성형,

오목형 성형으로 나뉘고, 성형방식에 따라 압공성형, 진공성형, 플러그 어시스트성형,

요철압착성형으로 나눌 수 있습니다. 어떤 것을 채택할지는 필름의 종류 외에 포장에

요구되는 모든 조건에 의하지만 식품용의 경우는 플러그 어시스트 압공성형이 일반적입니다.

플러그 어시스트 압공성형은 삼교성형에 있어서 균일할 두께를 얻을 수 있기 때문에

필름을 우선 플러그 성형에서 기계적으로 신장한 후 압공성형에 의해 오목형 면에 밀착시키고,

냉각해 용기를 꺼냅니다.

(표2-2)에서는 플러그 어시스트 성형방식 (그림2-7)과 다른 성형방식과의 두께 비교를 하고 있습니다.

가능한 한 균등한 두께를 얻는 데는 플러그 형상, 플러그 삽입 압력,플러그 삽입 스피드, 플러그 깊이,

플러그 온도, 플러그 삽입과 압공과의 타이밍 등 조건 항목이 많습니다.

① 성형 압력

성형 압력을 가하는 데는 공기압 (0.05~0.6MPa) 을 사용합니다. 성형 면적에 따라서 그 압력에 견디는

성형 상하 틀의 클램프 힘이 필요하고, 거기에는 공기압, 액압, 토글링크 기구를 사용합니다.

② 성형 틀

성형 틀은 성형을 용이하게 한다는 점에서는 간단한 용기 형상이 바람직하지만, 포션팩에서는 상품

어필상 복잡한 형상으로 디자인되는 경우가 많습니다. 성형 틀의 가공은 절삭가공 외에 방전가공 등에

의하지만, 가공기술의 진보에 의해 상당히 복잡한 형상의 틀에서도 제작이 가능하게 되고 있습니다.

또 성형 틀의 재료도 일반적인 알루미늄이나 경합금 이외에 다공질의 재료 (세라믹 등)를 사용하면

에어 빼기 구멍 가공이 불필요하게 됩니다.

틀의 설계는 필름의 수축을 충분히 고려한 것이 아니면 안 됩니다. 특히 성형 면적을 넓게 해 다수개

성형할 경우 성형 용기 사이의 피치나 성형 용기의 용적은 수축을 예상해 크게 할 필요가 있습니다.

이것들의 수치는 필름 메이커의 실험실에서의 수치와 실제 기계에서는 다른 경우가 많기 때문에

기계 특성을 충분히 파악한 다음에 용기 필름으로의 인쇄 피치나 용기의 면적을 결정할 필요가 있습니다.

③ 틀 냉각

성형 용기는 연화점 이하로 차가워진 성형 틀에 밀착함으로써 성형되고, 그 온도는 필름 수축량에도

영향을 주기 때문에 틀 냉각은 성형 조건의 크기 요소의 하나입니다. 틀 온도가 너무 높거나 압공 힘의

부족으로 틀어 밀착하지 않는 경우 성형 불량이 발생합니다. 틀 냉각은 일반적으로 수냉각방식이 채택되지만

수축물이 큰 필름을 사용할 경우는 냉각수의 수량을 적절하게 조절해 순환시키는 장치를 마련하는 등,

틀의 온도를 일정하게 지킬 필요가 있습니다.

다. 접착장치

접착장치는 뚜껑 필름과 용기 필름이 겹친 부분을 뚜껑 필름 쪽의 열판에 의해 가열해 압착합니다.

한편 용기 필름 쪽은 수냉각해서 온도의 상승을 방지하고 있습니다. 접착방식에는 평판압착접착,

임펄스접착, 초음파접착, 고주파접착 등이 있는데, 식품용의 경우는 통상, 평판압착접착방식이 채택됩니다.

① 접착틀

접착할 때의 열은 열판에서 뚜껑 필름을 끼워서 뚜껑 필름 내측의 실런트재에 전해져 거기에서 실런트재를

녹입니다. 이 경우 어떻게 재빨리 균일하게 열이 전해지는가가 포인트가 됩니다. 접착 상하 틀의 평형도가

맞지 않으면 틀과 필름 사이에 간격이 생겨 전열불량으로 접착불량을 일으킵니다. 가열온도가 불균일한

경우도 접착불량을 생기게 합니다. 접착 틀에는 평행도의 착오를 흡수하는 등의 목적으로 통상, 접착선을

가공해 적은 압력으로 용기 필름에 들어가는 방법을 취할 수 있지만, 들어가는 양은 50㎛ 미만이라고

생각하는 편이 좋습니다. 따라서 틀의 어그러짐, 필름의 편육 등은 그 수치 이내로 억제할 필요가 있습니다.

또 열에 의한 어그러짐을 적게 하기 위해서 접착 면적이 큰 경우는 틀의 분할이나 설치 면과의 사이의

단열도 고려하지 않으면 안 됩니다.

②접착선

접착선을 (그림2-8)에 나타냈습니다. 식품포장에서 접착의 목적은 내용물을 밀봉하는 것인데, 동시에

개봉의 용이성도 요구됩니다. 여기에는 접착선의 형상이나 디자인을 고려하는 한편 실런트의 선택도

중요합니다. 복합필름 사용 시에는 접착 틀에서 벗길 때 래미네이트 면에서 벗겨지는 트러블이 일어나는

경우도 있기 때문에 주의를 요합니다.

접착선에는 전면 접착, 선 접착, 점 접착, 링 접착 등의 종류가 있는데 선택에 따라서는 실런트의 종류와

박리강도 등의 데이터에 따라서 접착선의 종류, 선의 굵기를 선정할 필요가 있습니다.

<그림2-8> 접착의 종류와 디자인

③ 접착 방식

접착방식을 (표2-3)에 나타냈습니다. 용융 접착 장식은 상하의 필름을 완전히 용융하는 방식으로 위 뚜껑을

벗길 수가 없습니다. 계면 박리 방식은 용기필름을 뚜껑재 실런트의 경계면에서 벗겨내는 방식이며,

협잡물 접착성이나 내 레트르트성이 있습니다. 응집 박리 방식은 실런트 층의 중간에서 웅집 파괴하는 것으로

접착 강도의 안정성이 좋고, 협잡물 접착성이나 내 레토르트성이 있습니다. 접착의 기능은 타이트한 접착과

위뚜껑의 벗기기 쉬움이라는 2가지의 모순된 기능을 달성하지 않으면 안 됩니다.

A : 용기본체, B : 실런트 <표2-3> 접착 방법

라. 타발장치

타발장치는 용기성형충전 후 1개 또는 수개씩 분리하는 장치로 펀치와 대에 의해 타발 다이세트 방식이나

얇은 칼을 가열해 눌러 자르는 눌러 자름 방식이 있습니다. 다이세트 방식은 깨끗한 타발이 가능하지만,

틀이 고가인 외에 무겁고 교환하기 어렵다는 난점이 있습니다. 눌러 자름 방식은 저렴하고 틀 교환도

편하지만, 칼의 마모, 접착재가 칼에 묻는 등의 단점이 있어 빈번한 청소나 교환이 필요하게 됩니다.

일관공정에서는 다이세트 방식이 사용되는 경우가 많습니다.

① 타발 틀

다이세트식 타발 틀은 펀치와 대의 클리어런스가 너무 크다는 것과 변화가 생기고, 볼품이 좋지 않습니다.

통상 PS필름에서는 0.01mm 정도의 클리어런스로 상관없지만, PP필름에서는 0.005~0.007mm 정도가

아니면 변화가 일어납니다. 와이어 커트나 연마가공기술의 발달에 의해 클리어런스의 정밀도는 비교적

용이하게 지킬 수 있도록 되어 있지만, PP필름을 사용할 경우는 틀의 마모가 심하고, 재연마까지의 기간도

비교적 짧습니다. 특히 식품의 포장에 사용할 경우 점도를 낮게 해 충전성을 향상시키거나, 살균 목적으로

가열 충전하는 경우가 많고, 타발 시의 피리름 온도가 올라가기 때문에 피리름이 끊어지기 어렵게 되기 때문에

빈번한 틀의 연마가 필요하게 됩니다. 이것들의 결점을 경감하는 데는 타발 시의 필름 온도를 내리고, 타발

속도는 올리고, 타발 틀의 재질 선정에 유의할 필요가 있습니다.

② 제품의 배출

일반적으로 타발 후의 제품 배출은 벨트컨베이어 위에 랜덤하게 떨어뜨립니다. 단지 후공정을 자동화하거나

뚜껑 필름의 내측에 내용물을 부착시키고 싶지 않을 경우는 컨베이어 위에 자세를 무너뜨리지 않고 정렬시켜

송출할 필요가 있습니다. 그 때문에 예를 들면 (그림2-9)에 나타냈듯이 타발된 제품을 흡반으로 흡착시켜

꺼내는 방식이 증가하고 있다고 판단됩니다.

마. 충전기

충전기는 다수를 동시에 그리고 일반적으로 소량씩 고정밀도로 정량 충전할 수 있는 기능이 필요합니다.

소형으로 장소를 차지하지 않는 것도 세정성이 뛰어난 점도 중요하고, 피포장물에 따라서 특별주문으로

설계되는 경우가 많습니다. 대표적인 충전기를 (그림 2-10)에 나타냈습니다.

바. 전기제어

전기제어는 에어 실린더 등의 각 장치의 동작 시퀀스, 서보모터의 제어, 성형 가열.접착가열의 온도제어,

충전기의 동작제어, 그리고 기계 스타트 시의 성형 불량용기에서는 충전을 막는 제어 등 포장기계 중에서는

상당히 복잡한 제어를 필요로 합니다. 또 위 뚜껑 필름에 일부인자, 위 뚜껑 필름이나 용기 필름의 인쇄모양

맞추기, 후공정기계와의 연동 등 상품의 다양화에 따라서 복잡한 경우도 증가하고 있습니다. 이것에 대해서

포장기계 메이커는 제어의 신뢰성과 조작성 향상에 힘쓰고, 사용자 측은 각각의 기능을 이해하고 조작이나

메인테넌스를 하는 것이 중요합니다.

(6) 포션팩 포장기의 전개

가. 어셉틱 용기성형충전포장기

용기성형충전포장기 (사진2-3)의 공정은 필름으로부터의 성형, 충전, 접착, 타발로 이러지는 일관공정이기

때문에 필름을 성형하기 전에 멸균해 무균상태에서 충전, 접착함으로써 무균포장을 할 수 있습니다.

이러한 어셉틱 용기성형충전은 커피크림이나 푸딩, LL디저트에 응용되고 있습니다.

필름의 멸균은 과산화수속로의 침지에 의해 이루어지고, 건조.열분해 공정을 통해 성형됩니다.

컵 공급식 충전포장의 경우 컵의 모퉁이부분의 멸균과 멸균 후의 과산화수소의 잔존이 문제가 되는 경우가

있는데 용기성형충전포장의 경우는 멸균공정에서는 평평한 필름의 상태에서 멸균하기 때문에

무균포장을 달성하기 쉽습니다.

나. 필름의 자동연결

용기성형충전포장기는 열을 사용하기 때문에 기계를 일단 정지시킨 후 재가동 시에 포장재료나 제품에

약간의 로스가 발생해 버립니다. 이것을 경감하기 위해서는 기계를 되도록 정지시키지 않는 것인데

필름을 교체할 때의 정지를 피하기 위해 작업자가 필름의 종료시간을 예측해 필름의 끝과 다음 필름의

앞부분과를 수작업이나 반자동화 작업으로 재빨리 연결시키는 경우가 많습니다. 그러나 약품용 용기성형

충전기 (PTP포장기) 에서는 대부분이 자동 연결이 돼 식품용도 그 뒤를 좇고 있습니다.

다. 포장재료의 다양화

용기성형충전포장기에 사용되는 포장재료는 포장의 목적에 따라서 선택되는 것은 물론이지만,

성형성, 접착성, 타발성 등의 기계적성이나 경제성도 중시하지 않으면 안 됩니다. 그래서 포장재료의

성질이나 특징을 충분히 파악한 다음에 결정할 필요가 있습니다. 용기성형충전포장기에 요구되는 포장재료

특성은 투명성, 내자외선성, 가스배리어성, 내고온성, 내저온성 등이며, 이것들은 기게적성과 상반될 경우도

있어 선택에는 주의를 요합니다. 식품용 용기성형충전포장기에 많이 이용되는 포장재료는 용기필름으로서는

HIPS, CPP, PET 등의 단일 필름이지만, 포장 목적, 기계 적성, 보일.레토르트 특성을 고려한 각종 복합

필름도 사용되고 있습니다. 뚜껑재로서는 알루미늄박이나 PET, OPP, 나일론 등에 PE 등의 실런트 필름을

래미네이트한 것이 이용되지만, 기밀성과 동시에 이지오픈성이 요구되는 경우도 고려해서 용기 필름과의

적합성을 예상해 선택할 필요가 있습니다.

라. 라인화와 마이크로 컴퓨터 제어

식품용 용기성형충전포장기의 경우는 단독기로서 사용되는 경우가 많고, 타발 후도 정렬해 배출시키고,

후공정 (봉투포장기, 상자포장기 등)과 연결해 일관라인으로 하는 경우도 조금씩 증가하고 있습니다.

그것에 빠른 전기제어도 시퀀스에서 마이크로 컴퓨터제어로, 그리고 라인 전체를 포괄한 생산관리시스템으로

발전하는 과정을 걷고 있습니다.

(참조:월간포장타임즈)