Aby otworzyć opakowanie typu flowpack, należy zniszczyć część jego głównych spoin (zgrzewów). Spoiny wzdłużne i poprzeczne są zaprojektowane tak, aby nie były odporne na rozdarcie – w przeciwnym razie wydobycie zawartości byłoby niezwykle trudne. Jednak do tego momentu doskonale pełnią swoją funkcję, dzięki mocnemu połączeniu warstw folii zapewniając hermetyczne zamknięcie opakowania. Użycie określonego procesu w konkretnym przypadku zależy od rodzaju materiału opakowaniowego; niektóre z nich pozwalają nawet na zaoszczędzenie energii.
Opakowanie typu flowpack zawdzięcza swój charakterystyczny kształt szwom uszczelniającym. Aplikuje się je w poprzek i wzdłuż opakowań – używanych w przemyśle spożywczym, kosmetycznym i farmaceutycznym – zarówno jednostkowych (do pakowania ciastek), jak i iniektorów albo blistrów na tabletki. Konstrukcja szwów jest mniej widoczna niż same szwy. Aby zapewnić trwałe i mocne połączenie dwóch warstw folii, można je podgrzać, skleić lub poddać działaniu wibracji. Eksperci nazywają te procesy (odpowiednio) zgrzewaniem na gorąco, zgrzewaniem na zimno lub zgrzewaniem ultradźwiękowym.
To materiał, z którego wykonane jest opakowanie, decyduje ostatecznie o wyborze metody zgrzewania: folie kompozytowe wykonane z mieszanki tworzyw sztucznych o różnych temperaturach topnienia idealnie nadają się do zgrzewania na gorąco, natomiast bardziej wrażliwe materiały – zwłaszcza folie monomateriałowe lub wykonane na bazie papieru – wymagają zastosowania mniej inwazyjnych technologii. W takich przypadkach alternatywą jest zgrzewanie na zimno lub zgrzewanie ultradźwiękowe.
Czasem trzeba na gorąco
Ponieważ większość polimerów poddanych wpływowi ciepła ulega przemianie – przejściu z postaci stałej w lepką lub kleistą – zgrzewanie na gorąco (zgrzewanie termiczne) stanowi sprawdzoną metodę łączenia tworzyw sztucznych w rodzaju polietylenu (PE), polipropylenu (PP) lub poliamidu (PA). Zarówno grubość, jak i struktura folii decydują o tym, jak skutecznie rozprowadzane jest ciepło i jak szybko materiały ulegają schłodzeniu. Oprócz specjalnych warstw zgrzewalnych, kluczową rolę w procesie termicznym odgrywają również ciepło, ciśnienie i czas: proces polega na przepuszczeniu dwóch warstw folii ułożonych jedna na drugiej między rozgrzanymi szczękami zgrzewającymi. Górne warstwy zgrzewane miękną lub topią się pod wpływem ciepła, a kilka łańcuchów molekularnych przenika się nawzajem. Jednocześnie narzędzia wywierają nacisk, dzięki czemu folie łączą się ze sobą w stanie lepkim. Po takim krótkotrwałym zetknięciu warstwy stygną, ulegając zestaleniu i tworząc w efekcie mocny, zwarty zgrzew.
W przypadku folii kompozytowych taka metoda zgrzewu jest wydajna i nie powoduje pogorszenia jakości poszczególnych warstw, które cechują się różnymi temperaturami topnienia. Nie bez powodu: warstwa zewnętrzna o wysokiej temperaturze topnienia – taka jak PET – jako pierwsza styka się z zaciskami zgrzewającymi. Ciepło stopniowo przenika do znajdującej się poniżej warstwy polietylenu. PE ma niższą temperaturę topnienia niż PET lub PP i dlatego idealnie nadaje się jako warstwa zgrzewająca. Ze względu na wyższą temperaturę topnienia warstwa PET nie ulega spaleniu podczas tego procesu.
Alternatywy dla zgrzewania
Folie kompozytowe są tyleż kontrowersyjne, co łatwe w obróbce. Po utylizacji materiały te są w większości poddawane recyklingowi termicznemu. Recykling mechaniczny nie jest możliwy, ponieważ materiał opakowania składa się z różnych rodzajów polimerów. Ich „linearne” wykorzystanie jest jednak sprzeczne z zasadami recyklingu zorientowanego na obieg zamknięty.
Wskutek tego producenci dóbr konsumpcyjnych coraz częściej sięgają po folie monomateriałowe, które również składają się z kilku warstw, ale zazwyczaj wykonuje się je tylko z jednego rodzaju tworzywa sztucznego, np. polipropylenu. Producenci muszą zwracać baczną uwagę, by podczas zgrzewania nie doszło do naruszenia integralności materiału opakowaniowego. Ryzyko przypalenia folii jednowarstwowej wzrasta wraz ze zmianą tempa dozowania produktu lub przesuwu folii, jeśli materiał pozostanie zbyt długo na narzędziach zgrzewających – bowiem PP ma niższą temperaturę topnienia niż PET. Jednakże w przypadku folii papierowych systemy zgrzewania mogą potrzebować znacznie więcej czasu na przeniesienie ciepła z zewnątrz do wewnątrz niż w przypadku tworzyw sztucznych, ze względu na izolacyjne właściwości papieru.
Precyzyjne wytwarzanie ciepła
Rozwiązaniem problemu może być zgrzewanie ultradźwiękowe: drgania powodują tarcie, które delikatnie ogrzewa warstwy folii i łączy je ze sobą; to idealne rozwiązanie do niezawodnej obróbki jednorodnych materiałów, nawet na liniach o dużej prędkości. W przypadku zgrzewania ultradźwiękowego warstwy folii umieszcza się między sonotrodą a kowadłem, a drgania o wysokiej częstotliwości oddziałują na strefę zgrzewu przez czas nie dłuższy od kilku milisekund. Powoduje to wytworzenie ciepła bezpośrednio na powierzchniach styku: folie miękną w tym miejscu i łączą się pod naciskiem, podobnie jak w przypadku zgrzewania termicznego.
Gdy tylko wibracje ustaną, szew natychmiast się ochładza i zestala, tworząc szczelne, stabilne zamknięcie. Ponieważ proces ten zajmuje bardzo mało czasu, umożliwia on uszczelnianie w krótkich przedziałach czasu, które są typowe dla bardzo szybkich procesów. Ponadto, ponieważ nie powoduje generowania ciepła na dużych powierzchniach, zgrzewanie ultradźwiękowe nie oddziałuje negatywnie na pakowane produkty, takie jak czekolada czy farmaceutyki.
Oszczędność energii to też zaleta
Jednak zalety zgrzewania ultradźwiękowego nie ograniczają się do krótkiego czasu trwania procesu i utrzymania jakości produktu. Przewyższa ono inne metody również pod względem zużycia energii, co czyni je atrakcyjną opcją w dobie ekologicznego projektowania produkcji. Systemy zgrzewania ultradźwiękowego pozwalają zaoszczędzić znaczną ilość energii, ponieważ ciepło jest generowane tylko w określonych punktach, a nie na dużej powierzchni, i nie wymagają wcześniejszego podgrzewania szczęk zgrzewających. W trybie czuwania zużycie energii jest 3,5-krotnie niższe w porównaniu z opcją zgrzewania na gorąco, bowiem nie ma potrzeby podtrzymywania temperatury. W trakcie pracy oszczędności wynoszą 40%, czego dowodzą pomiary przeprowadzone przez firmę Gerhard Schubert.
Ten producent maszyn pakujących odegrał decydującą rolę w rozwoju ultradźwiękowego zgrzewania opakowań foliowych typu flowpack w poziomych maszynach pakujących. Przedsiębiorstwo z siedzibą w Crailsheim – we współpracy z firmą Herrmann Ultraschall GmbH – z powodzeniem przeniosło technologię termoformowania do produkcji takich opakowań. W 2016 r. firma Schubert wprowadziła na rynek maszynę do pakowania w folię Flowmodul, a później, we współpracy z Herrmann Ultraschall, dodała do niej ultradźwiękowy moduł zgrzewania poprzecznego Box Motion, co stanowiło kolejny ważny krok w rozwoju poziomego zgrzewania opakowań typu flowpack. Box Motion uzupełnia istniejącą technologię ultradźwiękowego zgrzewania wzdłużnego firmy Schubert o istotny wariant, zapewniający jeszcze większą elastyczność procesu pakowania.
Box Motion umożliwia hermetyczne, delikatne zgrzewanie poprzeczne, w którym stałe szczęki zgrzewające całkowicie zaciskają folię w miejscu zgrzewu i zgrzewają ją za pomocą ultradźwięków. Urządzenie porusza się liniowo z prędkością folii; w tym przypadku „czas przemieszczania” i czas zgrzewania są identyczne. Ponieważ czas zgrzewania można dostosować do prędkości folii, Box Motion jest w stanie wykonywać hermetyczne zgrzewy poprzeczne nawet w przypadku wyjątkowo grubych folii barierowych i monomateriałowych o dłuższym czasie zgrzewania. W przeciwieństwie do obrotowych urządzeń zgrzewających, Box Motion zapewnia pełny kontakt między folią a szczękami zgrzewającymi, co skutkuje wyjątkowo mocnymi zgrzewami.
Zgrzewanie ultradźwiękowe za pomocą ruchomej jednostki ma tę kluczową zaletę, że zapewnia niezmiennie niezawodne wyniki bez konieczności stosowania narzędzi podgrzewanych na stałe. Jest to niezbędny wymóg dla zleceń o wysokich wymaganiach ekologicznych, w których jakość i oszczędność zasobów mają ogromne znaczenie – podkreśla Laura Gascho, ekspertka ds. opakowań giętkich w firmie Gerhard Schubert. Box Motion umożliwia dodatkowo zgrzewanie oraz docinanie folii bliżej zapakowanego produktu. Skrócenie długości docinanego materiału pozwala z kolei zaoszczędzić jego straty, dzięki czemu produkcja staje się jeszcze bardziej zrównoważona.
Klejenie jako trzecia opcja
W przypadku produktów wrażliwych istnieje również możliwość zgrzewania folii na zimno, zwłaszcza w zastosowaniach wymagających dużej prędkości. Zgrzewanie na zimno, znane również jako klejenie na zimno, nie polega na łączeniu folii za pomocą ciepła, ale raczej za pomocą kleju wrażliwego na nacisk, wykonanego z naturalnego kauczuku lub syntetycznych dyspersji lateksowych, który nakłada się na materiał opakowaniowy w określonych miejscach. Do zgrzewania na zimno szczególnie dobrze nadają się giętkie folie o gładkiej powierzchni, które łatwo się powleka. Orientowany polipropylen (OPP) jest często stosowany jako standardowy materiał do pakowania wyrobów cukierniczych, podobnie jak folie PET o wysokiej stabilności i dobrych własnościach barierowych. Producenci wybierają również folie kompozytowe na bazie papieru, często w połączeniu z OPP lub PET.
Kiedy dwie powlekane powierzchnie stykają się pod naciskiem, natychmiast tworzy się mocne, szczelne połączenie – bez konieczności stosowania ciepła. Dzięki temu zgrzewanie na zimno jest idealnym rozwiązaniem dla produktów wrażliwych na temperaturę, ponieważ nie wymaga ono czasu na ogrzewanie ani chłodzenie. Można również uniknąć śladów po przypaleniu lub stopieniu, które są powszechne w przypadku zgrzewania na gorąco i stanowią główną przyczynę powstawania odpadów – wyjaśnia Gascho. Ostateczny wybór procesu przez producentów zależy od rodzaju pakowanych produktów oraz od tego, jakie cele przyświecają im w zakresie zrównoważonego rozwoju. Nie ulega wątpliwości, że proste folie i procesy zgrzewania w niskiej temperaturze uzupełniają się wzajemnie – a nawet są od siebie zależne – i w wielu przypadkach stanowią najbardziej przyjazną dla środowiska kombinację materiału opakowaniowego i procesu zgrzewania.
Opracowano na podstawie informacji firmy Schubert
Tłumaczenie: TK
