1.5 HS의 과가열의 과제
Heat sealant는 가열 온도의 상승과 함께 고체상으로부터 연화-용융(액상) 상태로 변태한다. 연화부터 용융 상태까지와 용융상태의 접착 메커니즘은 다르게 되고 있다. 전자는 접착면의 계면접착(peel seal)이고, 후자는 용융 후의 응집접착(tear seal)으로 된다. 응집 접착에서는 플라스틱 등의 고분자 고는 분자간 힘이 가장 가하게 작용하고 있는 상태로 되기 때문에 용착면의 인장강도는 최대로 된다. 실제로는 용융 상태의 고온 영역에서는 플라스틱 재료 중의 미중합 혼합물의 기화, 해중합, 침투산소의 결합 등에 의해 변성이 일어나고 온도 상승과 함께 접착부의 강도 열화가 발생한다.
포장에 적용되는 플라스틱 필름이나 시트는 강성이 적기 때문에 포장품에 걸리는 외부응력은 접착면 전체에 걸리지 않고, 응력은 접착면의 가장자리 부근을 따라 선상에 부하시킨다. 도1.5(a)에 나타낸 것과 같이, peel seal에서는 응력에 대하여 접착면의 끝부터 박리가 일어난다. Tear seal에서는 접착면은 용융 상태로 일체로 되기 때문에 접착면은 명확히 존재하지 않고 도1.5(b)에 나타낸 것과 같이 가열 부분과 비가열 부분의 경계선 부근부터 신장이 일어나 파괴(파단)을 일으킨다.
실제 레토르트 파우치의 peel seal과 tear seal의 상태를 사진1.1에 나타내었다.
종래의 HS의 가, 불가의 판정은 가열체의 온도 조절을 순차적으로 변경하고, 가열 후의 샘플의 용착면을 잡아당겨 육안 검사로 평가하고 있었다. 이 방법에서는 가열 부족의 실패는 용이하게 판정 가능하기 때문에 세계적으로 폭넓은 판정 수단으로서 보급되어 있다.
이 방법은 가열 정보를 직접적으로 파악하지 못하기 때문에 적정 가열 범위의 정량화나 과가열의 평가는 곤란하다. 대다수 경우 실패를 두려워하여 과가열에 빠져든다. 또한 HS의 운전 정보가 정량화되어 있지 않기 때문에 가열의 운전 조건은 매번 현장에서 시행착오로 행해지고 있다. 과가열은 핀홀, edge 끊어짐의 부적합을 유발한다. 합리적인 대책이 실시되지 않고, 오로지 두꺼운 두께 설정이 업계에서는 정상화하여 파우치의 코스트도 높게 되고, 레토르트 포장의 전세계적인 보급 지연의 원인으로도 되고 있다.
1.6 합리적인 HS의 달성 방법
종래의 HS 기법은 반세기 이상 긴 시간 동안 온도, 시간, 압력이 관리 항목으로서 열거되고 있다. 하지만 세계적으로 봐도 각 항목의 설정에 대해서 명쾌한 정의가 되어 있지 않기 때문에 각 항목은 각각의 현장에 있어서 경험치나 각각의 해석에 의해 지속되어 오고 있다.
HS의 확실한 달성은 어떤 방법으로 heat sealant를 적절한 용착 온도로 유지하는가에 있다. 범용화 되고 있는 7가지의 가열방법에 대해서는 제3장에 상세 설명한다.
HS의 완성의 여건은 가열 방법에 관계없고, 온도와 시간을 파라미터로 하여 다음의 4가지 조건의 계측 확인이 필요하다.
(1) 용착층의 용착 온도
(2) 용착층이 용착온도에 도달했다는 확인
(3) 용착층이 용착온도에 도달한 시간
(4) 피가열 재료의 열 열화온도
이 4항목의 계측 대상의 도해 설명은 제3장에서 다룬다.
합리적인 가열방법에 대해서 이 책에서는 이하의 신해석법에 대해서 제4장에서 다룬다
1. HS의 해석과 검토에 불가결한 두께의 수 10㎛의 가열접착면의 온도를 고속, 고정밀도에서 간단히 계측하는 용착면의 온도 계측 기술
2. 용착면 온도의 계측 기술을 이용하여
(1) 정착해 있는 종래법의 정량적인 검토
(2) 고정밀도, 고속의 용착면의 계측 기술을 이용하여, tear seal, peel seal의 특성 해석과 용착 현상의 적정이용법의 검토
(3) 열접착의 최적 가열 범위를 적용한 가열 방법의 최적화에 의한 HS의 신뢰성의 확힙
(4) 용착면 온도를 파라미터로 한 HS 기법의 개선
(5) HS 기법에 의한 포장자재의 유효이용과 성자원(省資源, 너무 많이 만들고, 너무 많이 사용하는 것에 의한 자원의 낭비를 막기 위해 소비를 억제해 재이용을 도모하는 등 자원을 보호하는 것)
(6) 코스트 저감에 의한 포장기법의 전세계로의 평등 활용의 제언
가열 온도의 최적화 과제는 가열 온도의 정량적 파악과 열접착에 peel seal과 tear seal 영역의 공존 상태를 만들어 내는 것에 있다.