Värmeförsegling med mjuk förseglingsback

Bakgrund

Vissa förpackningar tillverkas i förpackningsmaskiner där också innehållet fylls i förpackningen och förpackningen förseglas, allt i samma förpackningsmaskin. Förpackningsmaterialet, som traditionellt mest varit plast, sammanfogas och förseglas ofta med värmeförseglingsteknik. För att få en snabb och säker förpackningsprocess krävs det att värmeförseglingen kan ske snabbt och med så låg temperatur som möjligt. För att kunna ersätta plast med papper för sådana applikationer, utvecklas papper med värmeförseglingsförmåga. För dessa papper gäller givetvis också att de ska kunna värmeförseglas snabbt och med så låg temperatur som möjligt.

Själva förseglingsprocessen fungerar så att förpackningsmaterialet kläms ihop mellan två förseglingsbackar, där antingen den ena eller båda kan vara värmda, och förseglingsmaterialet smälts ihop. När bara den ena backen är värmd krävs högre temperaturer eller längre förseglingstider för att smälta ihop förpackningsmaterialet, jämfört med om båda backarna är värmda. Normalt används två metallbackar, eller en metallback och ett metallhjul.

Metod

För att undersöka vid vilka förseglingsförutsättningar det fungerar att värmeförsegla papper med värmeförseglingsförmåga, genomfördes tester i labb, där olika temperaturer, förseglingstider och tryck testades. Testerna genomfördes med hjälp av en KOPP Labormaster HCT3000 labb-värmeförseglare.

Bild 1 vänster: Värmeförseglare KOPP Labormaster HCT3000.
Bild 2 höger: Förseglingsbackar, här med övre back av metall och undre back av gummi med teflontape.
(Värmeskyddsgaller har tagits bort för detta foto.)

Förseglingsbackarna kan bytas för att testa olika kombinationer och mönster på backarna. Backarna kan vara släta, med spår eller räfflade. I detta test användes släta metallbackar.

I detta test provades också en mjukare förseglingsback av gummi. (60 shore A hårdhet). Ytan på gummit skyddades av en teflontape. Denna förseglingsback av gummi var inte värmd.

Testet utfördes genom att klippa ut lappar av värmeförseglingsbart papper, 50x50mm stora. Dessa lappar lades sedan ihop, förseglingssida mot förseglingssida, och fogades i KOPP värmeförseglare.

Fogningar gjordes vid ett antal olika temperaturer, tryck mellan backar och förseglingstider. Se tabell 1 nedan.

Förseglingarnas kvalitet betygsattes genom att manuellt dra isär de två fogade papperslapparna och bedöma fogens kvalitet enligt nedanstående betygsskala:

0: Ingen försegling, ingen vidhäftning mellan lapparna
1: Vidhäftning, men fogen är svag och ger inget fiberriv
2: Starkare vidhäftning med tendens till fiberriv
3: Stark fog med fiberriv över del av fogen
4: Stark fog med fiberriv över hela eller större delen av fogen.

Material

Två olika värmeförseglingsbara papper testades. Dessa hade olika baspapper men var sedan ytbelagda på ena sidan (förseglingssidan) med en EAA-baserad bestrykning.

EAA (Ethylen Acrylic Acid) är en polymer som ger vissa barriäregenskaper men som också ger värmeförseglingsförmåga.

Prover:
A: Reguljärt baspapper utan förbestrykning, 45 g/m2 ytvikt, bestruket med 11,7 g/m2 värmeförseglingsmaterial.

B: Förbestruket baspapper, 45 g/m2 ytvikt, bestruket med 10,3 g/m2 värmeförseglingsmaterial.

Test och resultat

Testet gjordes först med både övre och undre back av slät metall, och följdes sedan upp med att byta ut den undre backen till en back av gummi. I alla tester var det endast den övre backen som var värmd.

Som förväntad gav det en bättre fog (högre betyg) med en högre temperatur, högre tryck respektive en längre fogningstid. Detta gällde för båda pappersmaterialen och för båda typerna av backar.

Det var dock inte förväntat att gummibacken skulle ge så pass mycket bättre fogningsförutsättningar jämfört med metallbacken. Vid samma tryck och fogningstid kunde gummibacken ge en fog av högsta betyg vid 30°C lägre temperatur. Förklaringen till detta är troligen att den mjukare undre gummibacken ger en bättre kontakt mellan papperslapparna men kanske också att en icke värmd undre metallback troligen stjäl en del värme från fogen. Detta är intressanta resultat då man genom att byta från metallback till gummiback på förpackningsmaskiner bör kunna foga värmeförseglingsbart med lägre temperatur, och på det sätter får högre hastighet på förpackningsprocessen och därigenom ge bättre förutsättningar att byta ut förpackningsmaterial av plast mot papper.