探析粉料污染包裝封口的發(fā)生機(jī)理及改善方式

□ 范珺 濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司

在包裝過(guò)程中，由于粉體物料下料過(guò)程中對(duì)氣流的擾動(dòng)以及氣流對(duì)粉料顆粒的卷吸作用，造成下料口附近懸浮顆粒增多，加之包裝材料自身的靜電作用易吸附粉料顆粒，從而形成粉料顆粒對(duì)包裝封口的污染，這是粉料包裝封口不牢的主要原因之一。對(duì)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(wèn)題，最終可借助熱封試驗(yàn)及熱封強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證其改善作用。

近年來(lái)，粉體物料越來(lái)越多的出現(xiàn)在固體飲料、調(diào)味料、奶粉、添加劑等行業(yè)中。同樣持續(xù)增多的，還有工作人員日常接收的粉體包裝封口強(qiáng)度的檢測(cè)業(yè)務(wù)量，以及用戶對(duì)于粉體包裝為何經(jīng)常出現(xiàn)封口不牢的疑問(wèn)。包裝封口不牢往往有多重原因，但粉體包裝出現(xiàn)這一問(wèn)題更多的源于充填過(guò)程中粉料對(duì)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(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡。

1 粉料下落的運(yùn)動(dòng)軌跡分析

粉體物料一般質(zhì)輕、干燥，因而易隨氣流飛揚(yáng)擴(kuò)散。在利用包裝機(jī)充填粉料時(shí)，粉體物料顆粒以積聚流的形態(tài)自由下落進(jìn)入包裝袋，攪動(dòng)原本相對(duì)靜止的空氣向上流動(dòng)。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(fā)生內(nèi)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(duì)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(shí)，持續(xù)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(dǎo)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(xù)粉料對(duì)封口的污染制造了先決條件。

2 包裝材料的靜電影響

如今，高分子聚合物薄膜已經(jīng)廣泛應(yīng)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(chǎn)、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(yīng)、介質(zhì)極化和帶電微粒的附著等原因使物體正負(fù)電荷失去平衡或電荷分布不均的現(xiàn)象。當(dāng)兩種高聚物薄膜相互接觸時(shí)，接觸表面上就會(huì)發(fā)生電荷的交換，當(dāng)電荷達(dá)到平衡，在接觸界面就會(huì)形成偶電層，即兩種材料分別帶有等量的正電荷和負(fù)電荷。當(dāng)接觸后又分離時(shí)，比如將高聚物薄膜從膜卷上剝離，會(huì)引起正負(fù)電荷分離而使兩物體分別帶電。

除剝離起電外，由于大多數(shù)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(fù)電荷的粒子，整體電荷過(guò)剩，因而包裝材料帶電。此外，包裝材料在包裝機(jī)傳送帶運(yùn)輸及包裝過(guò)程中不可避免的會(huì)發(fā)生摩擦，雖然摩擦并不是靜電起電的必要條件，但會(huì)增強(qiáng)靜電起電效應(yīng)。

綜合上述原因，懸浮于包裝袋口和下料口的粉料顆粒就會(huì)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(wú)法完全封合，由此造成封口不牢。

3 改善方式

3.1 優(yōu)化下料口到包裝底部的距離

根據(jù)上述分析，包裝封口部位的懸浮粉料顆粒來(lái)源于兩個(gè)方面，一是下料口位置被氣流卷吸而出的顆粒，二是下落過(guò)程中及已沉降的顆粒被上行氣流攜卷而來(lái)。由此，可以適當(dāng)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(dòng)能，也減小了袋內(nèi)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(lái)的沉降顆粒量，因而封口部位的懸浮顆粒量有所減少。

3.2 增加封口部位的除塵裝置

目前，專門針對(duì)粉料填充的包裝設(shè)備多種多樣，這類設(shè)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(huán)節(jié)的粉料懸浮量。

若粉料充填包裝設(shè)備無(wú)除塵功能，亦可以單獨(dú)增設(shè)除塵裝置。例如，馮彬彬等人在粉料充填包裝設(shè)備上設(shè)置了粉體除塵罩。該設(shè)計(jì)通過(guò)除塵罩內(nèi)部抽氣形成負(fù)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(fēng)速的逐漸增大，大量的懸浮顆粒被捕獲，但同時(shí)亦有可能使包裝袋內(nèi)部的氣流及由其帶動(dòng)的顆粒流動(dòng)更加紊亂，甚至帶起已沉降的顆粒，故風(fēng)速的控制是粉體除塵罩技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。

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(yùn)和使用中產(chǎn)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(fā)展史，耗散靜電和屏蔽靜電是兩個(gè)主要方向。從在包裝材料中填充碳粉、TiO2等能賦予材料導(dǎo)電性能的基料，到具有靜電屏蔽層的復(fù)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(fā)展。

當(dāng)這類包裝材料實(shí)際應(yīng)用于粉料包裝時(shí)，尤需注意包裝材料的常規(guī)性能和阻隔性能，這關(guān)系到包裝系統(tǒng)對(duì)外力的抵御能力以及對(duì)內(nèi)容物的保質(zhì)作用。對(duì)于食品粉料包裝，還需加強(qiáng)包裝材料對(duì)內(nèi)容物的遷移情況的監(jiān)測(cè)，避免降低內(nèi)容物的衛(wèi)生品質(zhì)。

4 封口熱封質(zhì)量的試驗(yàn)驗(yàn)證

確定改善措施后，為驗(yàn)證其效果和封口質(zhì)量，仍需進(jìn)一步開(kāi)展試驗(yàn)驗(yàn)證。熱封參數(shù)關(guān)系到封口質(zhì)量，對(duì)于薄膜生產(chǎn)企業(yè)、包裝機(jī)械加工企業(yè)以及終端食品企業(yè)的包裝相關(guān)產(chǎn)品有著重要意義，故封口熱封質(zhì)量的試驗(yàn)驗(yàn)證在一定意義上也是對(duì)熱封參數(shù)的科學(xué)性驗(yàn)證。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)上，可以先沿用原熱封參數(shù)進(jìn)行封口試驗(yàn)，再利用拉力機(jī)測(cè)試其封口強(qiáng)度，同時(shí)觀察封口處斷裂情況，據(jù)此綜合評(píng)價(jià)封口質(zhì)量，具體方法如下。

試驗(yàn)儀器：i-Thermotek 2400熱封與熱粘性能測(cè)試儀，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司。

試驗(yàn)方法及結(jié)果分析：若采用更換包裝材料的改進(jìn)方式，首先選擇儀器的熱封試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，根?jù)原熱封參數(shù)設(shè)置儀器的熱封溫度、熱封壓力和熱封時(shí)間等參數(shù)。將新選擇的包裝材料置于上、下熱封頭之間，啟動(dòng)試驗(yàn)，完成封口的熱封。同樣對(duì)原包裝材料進(jìn)行相同試驗(yàn)，以作對(duì)比。將熱封后的試樣封口兩端固定在熱封強(qiáng)度測(cè)試區(qū)域的兩環(huán)形夾具的外圈，將儀器調(diào)至熱封強(qiáng)度試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，啟?dòng)試驗(yàn)。兩環(huán)形夾具異向轉(zhuǎn)動(dòng)，使試樣從封口處斷裂，儀器自動(dòng)記錄斷裂時(shí)的最大力值，即熱封強(qiáng)度。

對(duì)于測(cè)試結(jié)果，一方面可以比較采用原熱封參數(shù)封口新舊不同的包裝材料的熱封強(qiáng)度差異，以此來(lái)評(píng)價(jià)新包材的適宜性。一般情況下，強(qiáng)度越大意味著封口質(zhì)量越佳。另一方面，觀察熱封試驗(yàn)后和熱封強(qiáng)度試驗(yàn)后試樣的外觀情況。熱封試驗(yàn)后，若新包裝材料熱封邊出現(xiàn)壓穿、褶皺、灼化等現(xiàn)象，這就意味著熱封溫度過(guò)大、熱封時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或壓力過(guò)大，需要重新調(diào)整熱封參數(shù)。

熱封強(qiáng)度試驗(yàn)后，若新包裝材料熱封邊的內(nèi)側(cè)根部斷裂，反映了熱封環(huán)節(jié)熱封溫度、壓力設(shè)置過(guò)大導(dǎo)致的封口邊緣內(nèi)層薄膜被壓制過(guò)薄，局部抗拉強(qiáng)度較弱，當(dāng)外力作用時(shí)，此處易先出現(xiàn)斷裂，對(duì)于此情況亦需調(diào)整熱封參數(shù)。若新包裝材料熱封邊的破裂處位于熱封邊內(nèi)側(cè)內(nèi)層，且可明顯觀察到熱封層與其他層發(fā)生脫層，這意味著新包裝材料的層間復(fù)合強(qiáng)度較為薄弱，需重新更換包裝材料。

圖1 i-Thermotek 2400熱封與熱粘性能測(cè)試儀 熱封試驗(yàn)和熱封強(qiáng)度試驗(yàn)

若采用粉料充填優(yōu)化方式和除塵裝置，則需從最終包裝產(chǎn)品上取封口處試樣，測(cè)試其熱封強(qiáng)度。除了比較與原充填包裝方式下包裝封口的熱封強(qiáng)度數(shù)據(jù)外，還可以從封口斷裂處粉料的殘留情況來(lái)評(píng)價(jià)改良方式的作用情況。

5 結(jié)語(yǔ)

在包裝過(guò)程中，由于粉體物料下料過(guò)程中對(duì)氣流的擾動(dòng)以及氣流對(duì)粉料顆粒的卷吸作用，造成下料口附近懸浮顆粒的增多。加之包裝材料自身的靜電作用易吸附粉料顆粒，從而形成了粉料顆粒對(duì)包裝封口的污染，這是粉料包裝封口不牢的主要原因之一。對(duì)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(wèn)題，最終可借助熱封試驗(yàn)及熱封強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證其改善作用。