제4장 HS 조작의 기본
플라스틱을 이용한 용기나 파우치의 제대와 밀봉에 적용되고 있는 HS 기법은 분자 레벨의 용착이 간단한 기법으로 달성 가능하여 기밀성과 미생물 침입에 대한 봉함이 거의 완벽하게 달성 가능한 능력을 갖고 있다. 통상적으로 제조된 플라스틱 열특성의 재현성은 매우 높기 때문에 HS의 정량적인 온도 관리를 한다면 신뢰성이 높은 봉함이 가능하다.
4.1 HS 관리의 기본은 용착면 온도
4.1.1 종래의 온도관리의 과제
HS의 제어 요소로서 온도, 시간, 압력이 널리 알려져 있다.
주 제어 요소의 온도의 규정은 접착재의 용융온도이다. 하지만 세계적으로 보아도 수십년간, 가열체(가열원)의 온도 조절치를 관리치로 사용하고 있다. 제조 현장에서의 접착의 확인은 가열 온도와 운전 속도를 변화시켜 얻은 HS 샘플에 인열, 가압 등의 응력을 가해 분리하여 파손 상태의 측정/관찰을 하고 있다.
그렇게 때문에
(1) 재료가 갖는 고유 성능을 확실히 발휘시키는 설정이 불가
(2) 기대하는 봉함성의 옳고 그름의 보증이 불가
(3) 조건의 확인과 설정에 대량의 자재, 수고, 시간을 요하고 있다.
(4) 제품의 양품 수율, 봉함의 안전률을 높이기 위해 자재의 고급화, 후육화 등으로 코스트업이 되고 있음
(5) HS의 HACCP, 악용 방어의 요구를 보증하는 논리 확립이 불가
등의 과제를 내재하고 있다.
현장에서는
(1) 경험치에 의해 조건 설정을 위한 제조 설비의 장시간의 생산 휴지의 가동률 로스(품종 마다)
(2) 통계적 평가를 위한 수천회에 상당하는 대량의 테스트 자재의 소비 로스
(3) 테스트 운전과 테스트 결과의 사람의 평가(관찰평가)
(4) 용착면 온도가 직접 관리되지 않기 때문에 가열 조건은 높게 설정하게 되고, HS 부분에 열 열화를 줄 수 있는 경우가 많음
(5) 다층 필름의 접착층에 대한 열 열화의 고려가 불가 (폴리옥, 발포)
(6) 정밀한 온도가 필요한 easy peel과 같은 층간 박리의 제어가 곤란
(7) 운전 조건의 관리가 온도 조절치와 속도 뿐이기 때문에, 고객에 봉함의 적부의 보증 범위를 제시하지 못함.
(8) HS의 정량적 품질관리가 불가능하기 때문에 언제라도 불안이 있다.
(9) 포장설비의 설계, 제작에 HS 조건의 사양을 사전에 제시하지 않기 때문에, 제조 시작에 수고가 든다.
의 과제가 존속하고 있다.
이것을 해결하기 위해서는 HS의 가공 조건에 직접적으로 관계되어 있는 용착면 온도를 직접 측정하는 수단이 요구되고 있다.
4.1.2 용착면 온도 정보의 필요성
HS 기법의 중요한 점은 heat sealant를 용착 온도 이상으로 확실히 도달시키는 것인데 종래는 온도의 달성방법이 보이지 않았기 때문에 가열원의 온도나 초음파 가열, 전자(電磁) 가열의 경우는 전기 출력의 조정과 작동 시간의 직접적인 방법에 의해 HS 조건을 결정하고 있다. 가열원의 조정 방법은 적정 가열 범위의 조절 능력이 낮았기 때문에 포장 재료 측에서는 적용 가열 온도대를 넓히는 검토가 되어왔다.
종래는 파라미터로 되는 용착면 온도의 정확한 정보가 없었기 때문에, peel seal이나 tear seal의 식별이나 가열이 원인의 부적합 구명은 곤란하였다. 확실한 HS는 용착면 온도에서 5~10℃의 범위로 조절하는 것이 요구되고 있다. 실제의 가열조건에서는 용착면 온도가 수백℃/s ~ 100℃/s의 비율로 고속 상승하는 온도 경사이다. 정확한 가열에는 이 도중의 용착이 일어나는 20℃ 정도의 온도 폭으로 반복적의 압착 가열 조절이 필요하고, 압착 시간은 0.01초 정도의 정밀도가 요구되고 있다.