제3장 Heat seal 가열의 기본 - 2 (합리적 HS 조건 설정)

[YDfamily]

3.2 합리적 HS의 조건설정

3.2.1 종래 HS 확인의 결함

종래는 온도, 시간, 압력을 HS의 3요소로 하여 취급하였다.

HS는 분자간 결합력의 발생을 조작하는 것으로, 주된 조작 요소는 온도이다. 온도는 접착층(heat sealant)의 용착면 온도를 조절하는 것이 합리적이다. 하지만 용착면 온도의 범용적인 측정법이 없기 때문에, 온도 지표는 가열체의 온도 조절을 사용하고 있다. 접착의 옳고 그름은 재료를 늘리는 강도를 원칙으로 접착면을 15~25mm의 폭으로 잘라 샘플의 인장강도에 의해 판정하고 있다 [ASTM F88-00].

압착력은 접착면을 분자 결합이 발현하는 거리에 접근시켜 조작하고, 적정한 실측치는 0.08~0.2MPa이다. 0.08MPa 이하에서는 전열 부족이 일어나 접착은 불안정하게 된다. 용착 온도 이상의 가열로 0.2MPa를 초과하면 액상화 한 접착층은 압출되어 HS선에서 나와 이물(폴리 玉)을 만든다 (사진7.2 도5.2 참조).

3.2.2 확실한 HS는 접착 표면 온도의 확인

HS의 완성 메커니즘의 해석으로부터 HS의 확실한 달성에는 용착면 온도에 주목할 필요가 있는 것은 알고 있다. 구체적으로는 다음에 나타난 4가지 조건이다.

(1) 용착층의 용착 온도

(2) 용착층이 용착 온도에 도달 확인

(3) 용착층이 용착 온도에 도달하는 시간

(4) 재료의 열 열화 온도 이하의 제한

실제로는 사용하는 각 재료의 용착 온도와 열 열화의 제한온도를 파악한 후에 이 4 조건을 도3.4에 나타난 수순으로 확인한다. 그래프 중에 흰 글씨로 나타낸 수자는 4조건의 번호에 해당한다. 각 수자의 첨자는 가열 조건에 상당한다.

도3.4 합리적인 HS의 가열 조건

(1)의 용착온도는 용착면 온도 베이스로 측정한 인장 강도 데이터로부터 peel seal과 tear seal의 영역을 고려하여 선택 결정한다. 적정 용착 온도의 결정방법은 4.3.2의 열변성 해석법에서 설명한다.

(4)의 피가열재의 열 열화 온도는 heat sealant가 액상화 하여 HS edge에 나오는 이물질(폴리 玉)이나 접착층의 발표로 edge 끊어짐이 발생하기 쉬운 온도 영역으로부터 설정한다.

(3), (4)는 용착면 온도로의 고속, 고정밀도의 실측 검증이 필요하다. 제4장에서 설명할 용착면 측정법은 “MTMS”를 적용하여 확인 가능하다. 도3.4를 사용하여 최저조건의 확인 수순을 설명한다. ④에서는 얼마의 시간이 지나도 가열 온도가 낮기 때문에 규정의 용착 온도에 도달하지 않고 부적합하다. 세로축에 표시한 T1. T2. T3은 설정 변경한 각각 가열체의 온도에 해당한다. T1. T2. T3의 용착면 온도 응답은 ①, ②, ③이 된다. 가열 온도 T1에서는 시간 3-1 이후에 용착면 온도는 적정 가열의 범위이고, 가열 시간의 하한을 지킨다면 어떤 시간을 선택해도 적정 가열이 가능하게 된다.

가열온도 T2에서는 3-2 이후와 응답곡선 ②의 열 얼화 제한 온도선과의 교점의 차이가 적정 가열의 범위로 된다. 가열온도 T3에서는 시간 3-3 이후와 응답곡선 ③의 열 열화 온도 제한 온도선과 교점이 좁은 범위가 적정 가열의 범위로 된다. ③의 응답에는 표면 온도의 모습 ③-2를 부기하였다. 고온에서 고속 가열을 행하면 용착면 온도 표면 온도와의 차가 넓어지기 때문에 열 열화 제한은 표면온도에 대하여도 검증이 필요하게 되고, 이 경우에는 적정 가열 범위는 다시 좁게 된다.

Lab에서 얻어진 이들의 기본 진단 데이터로부터 포장 재료를 기준으로 한 설비 설계, 생산 계획의 정량적 검토를 사전에 행해질 수 있다.

3.3 가열 방법의 특징과 사용 분류

3.3.1 가열 방법의 종류

HS를 완성하기 위해서는 접착면을 용착면 온도 이상으로 가열할 필요가 있다.

현재 범용적으로 이용되고 있는 가열 방법을 표3.1에 나타내었다.

가열은 발열체를 접촉시킨 전열과 전자파를 조사한 무접촉으로 특별한 층에 발열을 일으켜 heat sealant를 가열하는 방법이 있다. 어느 방법을 적용하는 가는 사용하는 포장 재료와 포장형태의 특징을 검토하여 선택할 필요가 있다.

표3.1 HS의 가열 방법의 특징

방법	가열면		가열 원리	특징	용도
	양면	편면
(1) Heat bar	O	O	표층으로부터 열전	열용량: 大 (양면가열) 받는 측의 온도 변동의 영향 있음 (편면 가열)	복합필름 전반 단일 필름
(2) 열선 (impulse)	(O)	O	표층으로부터 열전	열용량: 小 HS폭: 좁게 된다. 간편, 염가	단일 필름 얇은 복합 필름
(3) 열풍	O	O	열풍을 불어 줌	용착면으로의 직접 가열 기재의 열전도의 영향이 적음	종이팩 튜브의 열용착
(4) 초음파	-	O	전파 경계면의 에너지 로스	포장 재료의 열전도의 영향을 받기 어려움 금속막 복합 필름에는 부적합	두꺼운 단일 필름 단일 시트
(5) 자력선	-	O	전도막의 Joule 열	금속박이 필요 원의 주변만 가열	금속 복합 필름 원형 seal이 원칙
(6) 전계	O	(O)	수전 로스의 발열	(수분) 함유량의 영향이 있음	종이 시트 복합체
(7) 열세선/ 열용단 (hot wire)	-	O	표증으로부터 열전/용해	열세선의 가열에 의한 용해와 용단 후의 edge의 선상 용착을 이용 고속 제대	단일 필름 쇼핑백 Fin이 없는 포장