제9장 HS 조작의 기능성 개선 - 8(Hot tack과 냉각 프레스의 효과)

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9.5 Hot tack과 냉각 프레스의 효과

HS의 tear seal 영역에서는 접착층(heat sealant)는 과가열에서는 액상화 한다. 가열을 종료하여도 접착면의 온도는 바로 내려가지 않기 때문에, 접착면이 고화하기 전에 외력을 가하면 접착면은 peel seal의 부적합을 일으킨다. 이것을 hot tack이라고 부른다. Hot tack의 시험법인 ASTM F1921에서는 HS가 발현하는 시간대와 각 가열온도의 peel 강도의 측정법을 규정하고 있다.

9.5.1 가열 후의 용착면 냉각 패턴

도9.15에 가열 후에 대기 중에 방치하는 자연 냉각과 종료 직후에 실온의 평평한 금속판에 압착 냉각한 경우의 용착면 온도의 모습을 나타내었다. 샘플은 시판 레토르트 파우치 재료를 사용하였다.

자연 냉각의 상태를 세밀하게 관찰하면 102~103℃에서 하강이 멈춰 평탄하게 되는 지점이 관찰된다. 이러한 패턴은 재료의 발열 반응 현상(재결정화)에 의해 나타난다.

용착면이 안정화되는 온도를 100℃ 이하로 하면 자연 냉각에서는 압착 개방 후 6.5s로 된다. 이 시간이 이 재료의 hot tack 대상 시간이 된다. 이 상태에서 HS면에 박리의 외력이 가해지면 접착면은 쉽게 불완전하게 된다.

가열 조작 종료 후 바로 실온의 금속판을 압착하면 용착면을 강제 냉각 가능하다. 이 때의 냉각 속도는 가열과 동일하게 된다.

도9.15 강제냉각과 자연방열의 냉각속도 비교

9.5.2 Hot tack 현상의 냉각 프레스에 의한 개선

Hot tack 현상은 HS 조작의 현장에서는 냉각 시간의 확보나 HS 조작 직후의 제품의 취급에 제약을 일으키는 과제이다. Hot tack의 개선은 포장재료의 설계에서는 용용 상태의 heat sealant의 점도를 놀리는 노력이 진행되고 있다.

확실한 개선 방법은

① 가열 직후에 냉각 공정을 설계하여 압착하여 빠르게 상온으로 냉각한다.

② 용착면 온도를 peel seal과 tear seal의 경계 온도로 선택하여 heat sealant를 액상화 시키지 않는다.

직후의 냉각 프레스는 HS면의 평탄화 마감, 충전물이나 개구의 왜곡 응력(도5.3~5.6 참조)에 의해 불완전한 밀착을 보정하는 효과도 겸비하고 있다.