Do kẹo là sản phẩm ăn liền trong đó có nhiều chất dinh dưỡng cũng như thành phần dễ bị hư hỏng, biến chất, biến đổi cấu trúc nếu như chúng tiếp xúc với không khí ẩm, hay do vi sinh vật xâm nhập...Nên cần một loại bao bì có thể giúp bảo vệ sản phẩm kẹo ngoài ra còn phải mang một số tính chất nhằm làm tăng chất lượng cảm quan cho sản phẩm kẹo như bao bì dễ sử dụng, dễ in ấn, chống dính chống thấm khí tốt, chống thấm dầu, dung môi, độ bền chống va đập tốt riêng đối với một số loại kẹo dẻo như kẹo bắp bao bì ngoài những tính năng trên nó còn phải trong đễ người tiêu dùng có thể thấy được hình dạng, màu sắc sản phẩm làm tăng tính hấp dẫn cho sản phẩm.
Thực tế không có vật liệu nào có thể đồng thời đáp ứng mọi tính chất cần thiết vì thế cần thiết kết hợp nhiều vật liệu bổ sung ưu điểm che lấp hoàn toàn khuyết điểm. Do đó màng ghép nhiều lớp được chế tạo và nhanh chóng chiếm ưu thế trong ngành bao bì thực phẩm, hằng năm 14 triệu pounds nhựa nhiệt dẻo được sản xuất thì ½ số lượng này được tạo thành dạng màng ghép hoặc tấm nhiều lớp.[1, 258]
Các loại thực phẩm như kẹo, sản phẩm ăn liền được đóng trong bao bì plastic. Bao bì có thể được xé nhanh một cách dễ dàng nhờ làm bằng bao bì ghép có lớp OPP ngoài cùng và có một vết cắt nhỏ ở bìa hay vết răng cưa ở đầu hàn dán mí bao bì, do đó không
cần dùng dụng cụ cắt như dao kéo.[1, 49]
Các phương pháp ghép màng.[3]
• Ghép hai hay nhiều lớp màng bằng chất kết dính
• Tráng lên một lớp màng vật liệu một lớp vật liệu khác ở dạng lỏng (nóng chảy) sau khi lớp vật liệu này nguội đi sẽ đông cứng lạ
Một số loại màng phức hợp:[3]
2 lớp: BOPP/PE, BOPP/PP, BOPP/CPP, BOPP/MCPP 3 lớp: BOPP(PET)/PET(M)/PE, BOPP(PET)/AL/PE 4 lớp: BOPP(PET)/PE/AL/PE…
Các vật liệu bao bì plastic làm màng ghép 2.5.1. OPP (Oriented polypropylene)
Màng OPP chính là màng PP cải tiến, cũng thuộc dạng homopolyme, công thức
phân tử:
Tương tự như PP, nhưng màng OPP được định hướng theo cả hai chiều thẳng góc nhau trong quá trình chế tạo: phương dọc theo chiều dài của
màng được đùn ép và phương ngang thẳng góc với chiều dọc của màng (do sự định hướng cả hai chiều nên trước đây
được gọi là BOPP:Bi-oriented polypropylene) và hiện nay chỉ dùng từ OPP.
Đặc tính
Do được chế tạo đặc biệt có sự định hướng hai chiều, nên các mạch polymer có khả năng tạo vùng kết tinh tăng cao, tạo nên tính chất đặc biệt khác PP và các loại plastic khác là:
Tính bền cơ học cao (bền xé và bền kéo đứt)
Đặc biệt khả năng bị xé rách dễ dàng khi có một vết cắt hoặc một vết thủng nhỏ OPP có tỉ trọng gần tương đương với PP: 0.902-0.907 g/cm3
OPP có độ trong suốt, độ bóng bề mặt cao hơn PP, tiếng kêu khi vò cũng trong và thanh hơn PP
OPP có tính bền nhiệt tương tự như PP
OPP có tính chất chống thấm o2, khí và hơi cao hơn so với PP. Do đó OPP được chế tạo dạng màng đễ ghép tạo lớp ngoài cùng cho bao bì nhiều lớp để nhằm tăng tính chống thấm khí hơi và dễ xé rách để mở bao bì (do có tạo sẵn một vết đứt) và tạo độ bóng cho bao bì
2.5.2. PP (Polypropylene)
Polypropylene (PP) có mối quan hệ gần nhất với PE. Cả hai thuộc họ polyolefin, được hình thành từ những nguyên tử C và H. Trên thị trường PP được sản xuất ở hai dạng chính: homopolyme (chuỗi polymer của propylene) và dạng copolymer với ethylene, một số mắc xích của chuỗi polymer được thay thế bằng ethylene.
Cấu trúc đơn vị cơ bản của Polypropylene là:
Cấu trúc của mạch PP tương tự cấu trúc của PE với một nhóm methyl thay thế cho một nguyên tử H. Sự trùng hợp tạo propylene không có xúc tác của chất xúc tác lập thể đặc hiệu sẽ xảy ra sự nối kết không trật tự cho ra một loại cao su hoặc một chất polymer như dầu nhờn. Cấu trúc không gian của PP bao gồm bốn loại:
Cấu trúc atactic với sự sắp xếp ngẫu nhiên của những nhóm methyl bên cạnh của chuỗi, như hình dưới:
Polyme có cấu trúc cân đối được sản xuất bằng xúc tác lập thể đặc hiệu được gọi là thể Isotactic, tên này xuất phát từ cấu trúc khá đặc biệt: nhóm methyl luôn ở vị trí giống nhau dọc theo nhánh polymer. Những nguyên tử C tự sắp xếp vào một chuỗi xoắn ốc với nhóm methyl nằm bên ngoài, hai dạng cấu trúc của thể isotactic
Loại isotactic có cấu trúc cân đối và chặt khít trong khi loại atactic thì có sắp xếp ngẫu nhiên.
Hai loại cầu trúc khác là syndiotactic và stereoblock loại syndio tactic có nhóm CH3 phân bố xen kẽ đều đặn ở hai bên của mạch chính. Những polymer stereoblock có thể có sự nghịch chuyển không bình thường và trở thành loại polymer isotactic
Tính chất của polypropylene
Mạch polypropylene có cấu trúc dạng xoắn như lò xo là có cấu tạo cis-trans đối với nhóm CH3, không có mạch nhánh và trong quá trình chế tạo mạch PP đã được kéo giãn theo chiều dài, do đó có xu hướng tạo vùng kết tinh cao, nên có tính chất chống thấm khí hơi rất cao, cứng vững, cũng như tính chịu nhiệt cao hơn một số loại plastic khác.
Do cấu trúc khá đặc biệt, màng PP có thể giãn theo chiều ngang, tuy hệ số giãn không cao.
Màng trong suốt có độ bóng bề mặt cao, khi bị vò cho tiếng thanh hơn so với PE PP có tỷ trọng thấp (0.885-0.905 g/cm3)
PP khá bền nhiệt: nhiệt độ chảy mềm; Tnc = 132-140C
Tmin = -180C thàn = 1400C
nhiệt độ hàn dán mí (thân) bao bì PP cao so với PE vì vậy thường ít dùng PP là lớp trong cùng vì khi hàn dán nhiệt độ đễ đóng kín bao bì phải dùng nhiệt độ cao khoảng
1400C, không thuận lợi như PE và có thể gây chảy hư hỏng cấu trúc các lớp màng ghép phía ngoài
Màng PP có tính chống thấm khí hơi rất tốt, chống thấm chất béo tốt.
Màng PP có tính bền cơ học cao, khá cứng vững, không mềm dẻo như PE, không bị kéo giãn dài do đó được chế tạo thành sợi, dệt thành bao bì đựng lương thực.
Màng PP cho khả năng in ấn cao, nét in rõ. Ứng dụng của PP
Dùng làm bao bì một lớp chống thấm nước, hơi, khí CO2 chứa đựng bảo quản thực phẩm, nếu yêu cầu chống oxy hóa một cách nghiêm ngặc thì dùng màng PP có độ dày cao khoảng 25-30 μm
PP cũng được sản xuất dạng màng ghép cùng với nhiều loại màng vật liệu khác để đảm bảo tính chống thấm khí, hơi, dầu, mỡ…[1, 205]
2.5.3. PE (Polyethylene)
Được sản xuất từ sự trùng hợp khí ethylene C2H4 tạo thành mạch polymer (-CH2- CH2-)n. Tùy mục đích sử dụng có thể pha các phụ gia vào PE như chất TiO2 để tạo độ đục, C để tạo màu đen ngăn chặn ánh sáng thấy được, các tác nhân trượt, chất làm chậm cháy hoặc chất màu
PE được phân thành ba nhóm chính theo khối lượng riêng như sau: LDPE 0.91-0.925 g/cm3
MDPE 0.926-0.94 g/cm3 HDPE 0.941-0.965 g/cm3 LLDPE 0.92 g/cm3
Plastic PE được sử dụng với tỷ lệ cao nhất so với tổng lượng plastic được sử dụng hằng năm (khoảng 40-50%) trong đó số lượng ba loại LDPE, LLDPE,HDPE được sử dụng với tỷ lệ gần tương đương nhau
Cấu trúc của PE
Cấu trúc của mạch polyethylene có thể không mang nhánh -CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2-
Hoặc mang nhánh với các mạch nhánh có thể dài và ngắn khác nhau và sự phát sinh nhiều mạch nhánh sẽ ngăn cản sự phát sinh độ dài của mạch chính
Đặc tính của màng bao bì LDPE và LLDPE
Tính chống oxy hóa kém nên không dùng làm bao bì chống oxy hóa.
LLDPE có tính bám dính thấp so với PVC và EVA nên không thuận tiện khi làm màng co, có thể cấu tạo màng ghép với LLDPE làm lớp ngoài và LDPE làm lớp trong để tạo được màng tăng tính bền tác động cơ học, hoặc pha trộn LLDPE và EVA để làm màng co bọc thực phẩm
LDPE có điểm mềm thấp hơn 1000C, do đó không thể sử dụng làm bao bì thực phẩm có thanh trùng, tuyệt trùng bằng hơi nước hoặc sấy bằng không khí nóng khoảng 1000C nhưng LDPE có tính hàn dán nhiệt dễ dàng cho nên được dùng làm lớp trong các bao bì ghép để dễ hàn kín, nhiệt độ hàn kín xấp xỉ 1100C trong khi LLDPE rất khó hàn dán nhiệt
Khả năng in ấn trên bề mặt PE không cao, dễ bị nhòa nét in do màng PE có thể bị kéo dãn…
Công dụng của màng bao bì LDPE và LLDPE
LDPE thường dùng làm lớp lót trong cùng của bao bì ghép nhiều lớp đễ hàn dán dễ dàng do nhiệt độ hàn thấp, mối hàn đẹp, không bị rách cấu tạo bao bì sao cho (do plastic bên ngoài có nhiệt độ hàn cao hơn nhiệt độ hàn PE) khi tiếp xúc trực tiếp với bộ phận hàn mối hàn sẽ không bị nứt và rách.
Có thể dùng làm lớp phủ bên ngoài của các loại giấy, bìa cứng, giấy bìa carton gợn sóng để chống thấm nước, hơi nước.…[1, 196]
2.5.4. PET (Polyethylene terephthalate)
PET thuộc nhóm polyester là loại copolymer được chế tạo bởi phản ứng trùng ngưng. Tên viết tắt PET để chỉ loại polyester đã sử dụng ethylene glycol làm chất nền khởi đầu cho quá trình trùng hợp. Tương tự đối với loại polyester được viết tắt là PBT thì chất buthyleneglycol là chất khởi đầu. PET còn có tên thương mại là Mylar, Milinex, Hoslaphane và Terphane.
PET là loại vật liệu plastic quan trọng dùng làm bao bì thực phẩm. PET được sản xuất từ phản ứng trùng ngưng giữa ethylene (TPA) dưới áp suất thấp. Phản ứng trùng ngưng tạo PET như sau:
Các monomer tham gia phản ứng trùng ngưng tạo nên PET đều có hai nhóm chức như: OH trong ethyleneglycol và COOH trong TPA và nhóm COOH3 trong DMT. Sự trùng ngưng tạo nên phân tử polymer mạch dài, các phân tử H2O hoặc CH3OH được loại tùy thuộc monomer tác chất.
Tính trong suốt, tính bền cơ và tính mềm dẻo được tăng lên khi màng PET được định hướng hai chiều. Do đó trong thực tế sản xuất và áp dụng, từ PET được dùng để chỉ màng PET đã được định hướng hai chiều bởi vì PET không định hướng không thể được ứng dụng phổ biến vì một số tính năng kém.
Tính chất
PET là một loại bao bì thực phẩm quan trọng có thể tạo màng hoặc tạo dạng chai lọ bởi có các tính chất:
- Tỉ trọng: 1,4
- Bền cơ học cao, có khả năng chịu đựng lực xé và lực va chạm, chịu đựng sự mài mòn cao, có độ cứng vững cao.
- Trơ với môi trường thực phẩm. - Trong suốt.
- Chống thấm khí O2 và CO2 tốt hơn các loại polyelefin.
- Màng PET luôn được phủ một lớp plastic khác bên ngoài để có thể hàn dán nhiệt ghép mí bao bì, thường dùng là PVDC nhằm đồng thời làm tăng tính chống thấm hơi nước và khí O2, hoặc cũng có thể dùng lớp phủ PE để hàn dán nhiệt tốt (chứ không để tăng khả năng chấm thấm khí, hơi).[1, 219]
Loại màng PET này được thiết kế đặc biệt cho ứng dụng bao bì kẹo xoắn , dùng thay thế cho giấy bóng kính trong bao bì kẹo!
Có 2 loại sản phẩm : Màng PET Bao Bì Xoắn và Màng PET Bao Bì Xoắn cách điện (chống tĩnh điện)
Màu sắc :có màng trong và màng phủ kim loại(màu bạc). Độ dày : 18 mic , 23 miccron
Sản phẩm thân thiện với môi trường và đã được chứng nhận phù hợp với yêu cầu về an toàn của FDA của Mỹ và EEC từ Châu Âu về sức khỏe và môi trường.
• Màng PET Bao Bì Xoắn
Tốc độ bao bì nhanh so với PVC và giấy bong kính Màng này một mặt được phủ corona.
• Màng PET Bao Bì Xoắn cách điện (chống tĩnh điện)
Loại màng này một mặt được phủ chất cách điện và một mặt còn lại trơn, không phủ hoặc có phủ corona.
Sản phẩm có thể dung cho bao bì kẹo nóng và lạnh.[4] 2.5.5. PS (Polystyrene)
Được sản xuất từ dầu thô bằng phương pháp trùng hợp styrene. PS thì hoàn toàn trong suốt nhưng tính ngăn cản độ ẩm và khí thấp. PS cứng nhưng độ kháng va đập thấp vì thế người ta thường trộn nó với loại cao su tổng hợp butadien để tăng thêm độ bền va chạm. Tuy nhiên, thêm butadien vào sẽ làm mất trong suốt và PS chịu va đập thường có màu trắng. PS rất dễ cho các quy trình dùng sản xuất bao bì. Sự định hướng 2 chiều sẽ làm màng PS có lực bền và tính dai cao hơn, nó được gọi là màng PS được định hướng (OPS).[3]
2.5.6. Màng Metalized
Màng Metalized được mạ lớp kim loại cực mỏng. Thông thường lớp kim loại được mạ là nhôm. Chiều dày lớp kim loại mạ tùy thuộc vào tính chất cần phải có như tính chống thấm khí, hơi ẩm và nước... của từng loại bao bì yêu cầu. Lớp mạ càng dày thì các tính chống thấm càng cao nhưng giá thành cũng tăng theo.
Nguyên lý tạo màng Metalized: kim loại nhôm nóng chảy, bay hơi và ngưng tụ trên vật liệu màng (nền) đã xử lý một cách đặc biệt để tăng độ kết dính, trong điều kiện chân không. Lượng nhôm mạ tùy thuộc vào nhiệt độ của nhôm, tốc độ kéo màng đưa vào, số trạm mạ...
Công dụng:
• Dùng để thay thế Al foil trong vài lĩnh vực.
• Dùng để cải thiện tính chất chống thấm của các sản phẩm sao cho đạt sự cân bằng thích hợp của các tính chất chống thấm đặc trưng, giá thành, hình dáng và phù hợp với các thiết bị gia công.
Tuỳ thuộc vào chiều dày của lớp mạ trên màng mà nó cải thiện thêm các tính chất tự nhiên của màng nền. Ví dụ màng MOPP có tính chống ẩm cao hơn OPP 20 lần.
Các loại màng Metalize thông dụng:
• MOPP : OPP Metalized
• MBON :Nylon Metalized
• MPET : Polyester Metalized.[3] 2.5.7. Nguyên tắc chế tạo màng bao bì plastic
Màng plastic được chế tạo qua nhiều công đoạn, nhưng công đoạn chung nhất là công đoạn đùn ép (hình 8.7) và sau đó được đùn qua khe để có thể tạo thành dạng màng hoặc tấm (hình 8.8 và 8.9). Nguyên tắc hoạt động của thiết bị ép đùn (hình 8.7) hoặc plastic được nhập liệu từ phiểu nhập liệu được trộn và đun đến trạng thái chảy mềm, sau đó được đùn ép bằng trục vít xoắn óc chuyển động xoay tròn bên trong thiết bị, plastic được ra ở khe cửa để tạo dạng màng, dạng ống trụ hoặc dạng tấm, được trục lăn kéo căng định hướng một chiều hoặc hai chiều để cải thiện tính chất cơ lý, tính chống thấm đồng thời cũng giảm độ dày của tấm và tăng chiều dài của màng tạo sự định hướng theo chiều dọc của màng khi sản xuất hoặc định hướng cả hai chiều như trường hợp định hướng chế tạo màng OPP, OPET, OPS.
Dạng tấm thường được chế tạo bằng vật liệu plastic có độ cứng vững cao , vật liệu plastic được đùn qua khe thẳng rồi từ đó được dập tạo hình khay, đĩa…
Yêu cầu:
Nguyên liệu plastic nhập liệu không được lẫn nước trong quá trình đùn ép, sự quá nhiệt cũng gây hư hỏng cấu trúc của plastic, sự gia nhiệt plastic đến trạng thái nóng chảy phải thực hiện ổn định cũng như tốc độ nhập liệu cũng đồng nhất.
Định hướng màng plastic theo hai chiều
Nguyên tắc định màng plastic để cải thiện tính năng, trường hợp OPP thì màng PP sau khi được đùn ép từ cửa khuôn là khe thẳng được tiếp tục gia nhiệt và được kéo dãn theo chiều dọc và chiều ngang bằng các trục lăn với tốc độ tương ứng.
Để tạo plastic ghép nhiều lớp vật liệu với nhau thì mỗi loại vật liệu được đưa qua từng thiết bị đùn ép. Theo nguyên tắc này (hình 8.12) cho thấy ba loại vật liệu được đùn
từ các thiết bị (1), (2), (3) và theo các đường dẫn a, b, c đến khe hở thẳng tạo màng hoặc tấm 5 lớp.
Nguyên tắc đóng gói bao bì plastic theo phương pháp dập