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  • 粉料污染包裝封口的發生機理及改善方式

    近年來,粉體物料越來越多的出現在固體飲料、調味料、奶粉、添加劑等行業中。

    同樣持續增多的,還有工作人員日常接收的粉體包裝封口強度的檢測業務量,以及用戶對于粉體包裝為何經常出現封口不牢的疑問。

    包裝封口不牢往往有多重原因,但粉體包裝出現這一問題更多的源于充填過程中粉料對封口部位的污染。要想避免粉料的污染,就要知道粉料在包裝過程中的運動軌跡。

    一、粉料下落的運動軌跡分析

    粉體物料一般質輕、干燥,因而易隨氣流飛揚擴散。在利用包裝機充填粉料時,粉體物料顆粒以積聚流的形態自由下落進入包裝袋,攪動原本相對靜止的空氣向上流動。隨著粉料下落加速,附近的氣流被裹入粉料顆粒中,粉料流外層的顆粒發生內旋,逐漸脫離粉料流,懸浮于空氣中。由于在下料口位置,粉體物料下落的初速度相對較小,因此更多的顆粒被氣流帶離粉體流,懸浮在下料口四周。

    與此同時,持續下落的粉料顆粒與已沉降顆粒、懸浮顆粒、包裝壁面相互撞擊,亦導致部分顆粒懸浮于空氣中。這些懸浮顆粒被向上的氣流沿袋壁攜帶至包裝口,造成了包裝上封口部位四周的大量粉料顆粒聚集,為后續粉料對封口的污染制造了先決條件。

    二、包裝材料的靜電影響

    如今,高分子聚合物薄膜已經廣泛應用于粉體物料的包裝上,而靜電則是影響這類包裝材料生產、包裝的重要因素。

    靜電起電,是指因物體的接觸分離、靜電感應、介質極化和帶電微粒的附著等原因使物體正負電荷失去平衡或電荷分布不均的現象。當兩種高聚物薄膜相互接觸時,接觸表面上就會發生電荷的交換,當電荷達到平衡,在接觸界面就會形成偶電層,即兩種材料分別帶有等量的正電荷和負電荷。當接觸后又分離時,比如將高聚物薄膜從膜卷上剝離,會引起正負電荷分離而使兩物體分別帶電。

    除剝離起電外,由于大多數高聚物薄膜材料的分子為極性分子,易吸引空氣中漂浮的帶正電荷或負電荷的粒子,整體電荷過剩,因而包裝材料帶電。此外,包裝材料在包裝機傳送帶運輸及包裝過程中不可避免的會發生摩擦,雖然摩擦并不是靜電起電的必要條件,但會增強靜電起電效應。

    綜合上述原因,懸浮于包裝袋口和下料口的粉料顆粒就會被包裝材料的靜電吸引,吸附于包裝材料的封口部位,致使封口無法完全封合,由此造成封口不牢。

    三、改善方式

    優化下料口到包裝底部的距離

    根據上述分析,包裝封口部位的懸浮粉料顆粒來源于兩個方面,一是下料口位置被氣流卷吸而出的顆粒,二是下落過程中及已沉降的顆粒被上行氣流攜卷而來。

    由此,可以適當縮短下料口與包裝底部的距離,如此既減小了粉體物料下降的速度和動能,也減小了袋內氣體的流速,故而減少了下料口被氣流卷吸而出的顆粒量以及被上行氣流攜帶來的沉降顆粒量,因而封口部位的懸浮顆粒量有所減少。

    增加封口部位的除塵裝置

    目前,專門針對粉料填充的包裝設備多種多樣,這類設備大多配備具有回收功能的除塵裝置,有的除塵裝置還具備靜電消除功能,用以消除包裝材料自身所帶的靜電,從而減少充填環節的粉料懸浮量。

    若粉料充填包裝設備無除塵功能,亦可以單獨增設除塵裝置。例如,馮彬彬等人在粉料充填包裝設備上設置了粉體除塵罩。該設計通過除塵罩內部抽氣形成負壓,收集懸浮粉料顆粒,以避免粉料污染包裝封口。

    隨著除塵罩罩口風速的逐漸增大,大量的懸浮顆粒被捕獲,但同時亦有可能使包裝袋內部的氣流及由其帶動的顆粒流動更加紊亂,甚至帶起已沉降的顆粒,故風速的控制是粉體除塵罩技術應用的關鍵。

    采用防靜電包裝材料

    防靜電包裝材料就是利用各種方法減少或消除在搬運和使用中產生摩擦電荷的包裝材料,通常材料的電阻越低,防靜電性能越好??v覽防靜電包裝材料的研制發展史,耗散靜電和屏蔽靜電是兩個主要方向。從在包裝材料中填充碳粉、TiO2等能賦予材料導電性能的基料,到具有靜電屏蔽層的復合高阻隔包裝材料,成熟的防靜電包裝逐漸向著多元化、功能化方向發展。

    當這類包裝材料實際應用于粉料包裝時,尤需注意包裝材料的常規性能和阻隔性能,這關系到包裝系統對外力的抵御能力以及對內容物的保質作用。對于食品粉料包裝,還需加強包裝材料對內容物的遷移情況的監測,避免降低內容物的衛生品質。

    3.3 采用防靜電包裝材料    防靜電包裝材料就是利用各種方法減少或消除在搬運和使用中產生摩擦電荷的包裝材料,通常材料的電阻越低,防靜電性能越好??v覽防靜電包裝材料的研制發展史,耗散靜電和屏蔽靜電是兩個主要方向。從在包裝材料中填充碳粉、TiO2等能賦予材料導電性能的基料,到具有靜電屏蔽層的復合高阻隔包裝材料,成熟的防靜電包裝逐漸向著多元化、功能化方向發展。    當這類包裝材料實際應用于粉料包裝時,尤需注意包裝材料的常規性能和阻隔性能,這關系到包裝系統對外力的抵御能力以及對內容物的保質作用。對于食品粉料包裝,還需加強包裝材料對內容物的遷移情況的監測,避免降低內容物的衛生品質。

    封口熱封質量的試驗驗證

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    封口熱封質量的試驗驗證

    確定改善措施后,為驗證其效果和封口質量,仍需進一步開展試驗驗證。熱封參數關系到封口質量,對于薄膜生產企業、包裝機械加工企業以及終端食品企業的包裝相關產品有著重要意義,故封口熱封質量的試驗驗證在一定意義上也是對熱封參數的科學性驗證。

    在試驗設計上,可以先沿用原熱封參數進行封口試驗,再利用拉力機測試其封口強度,同時觀察封口處斷裂情況,據此綜合評價封口質量。

    試驗方法丨

    若采用更換包裝材料的改進方式,首先選擇儀器的熱封試驗模式,根據原熱封參數設置儀器的熱封溫度、熱封壓力和熱封時間等參數。將新選擇的包裝材料置于上、下熱封頭之間,啟動試驗,完成封口的熱封。同樣對原包裝材料進行相同試驗,以作對比。將熱封后的試樣封口兩端固定在熱封強度測試區域的兩環形夾具的外圈,將儀器調至熱封強度試驗模式,啟動試驗。兩環形夾具異向轉動,使試樣從封口處斷裂,儀器自動記錄斷裂時的最大力值,即熱封強度。

    對于測試結果,一方面可以比較采用原熱封參數封口新舊不同的包裝材料的熱封強度差異,以此來評價新包材的適宜性。一般情況下,強度越大意味著封口質量越佳。另一方面,觀察熱封試驗后和熱封強度試驗后試樣的外觀情況。熱封試驗后,若新包裝材料熱封邊出現壓穿、褶皺、灼化等現象,這就意味著熱封溫度過大、熱封時間過長或壓力過大,需要重新調整熱封參數。

    熱封強度試驗后,若新包裝材料熱封邊的內側根部斷裂,反映了熱封環節熱封溫度、壓力設置過大導致的封口邊緣內層薄膜被壓制過薄,局部抗拉強度較弱,當外力作用時,此處易先出現斷裂,對于此情況亦需調整熱封參數。若新包裝材料熱封邊的破裂處位于熱封邊內側內層,且可明顯觀察到熱封層與其他層發生脫層,這意味著新包裝材料的層間復合強度較為薄弱,需重新更換包裝材料。

    若采用粉料充填優化方式和除塵裝置,則需從最終包裝產品上取封口處試樣,測試其熱封強度。除了比較與原充填包裝方式下包裝封口的熱封強度數據外,還可以從封口斷裂處粉料的殘留情況來評價改良方式的作用情況。

    對此,采用縮短下料口與包裝底部的距離、增加除塵裝置以及更換防靜電包裝材料等手段以改善上述問題,最終可借助熱封試驗及熱封強度試驗驗證其改善作用。

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