探析粉料污染包裝封口的發(fā)生機理及改善方式

范珺

在包裝過程中，由于粉體物料下料過程中對氣流的擾動以及氣流對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。

近年來，粉體物料越來越多的出現(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度的檢測業(yè)務(wù)量，以及用戶對于粉體包裝為何經(jīng)常出現(xiàn)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(xiàn)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。

1 粉料下落的運動軌跡分析

粉體物料一般質(zhì)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(tài)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(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(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，接觸表面上就會發(fā)生電荷的交換，當(dāng)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(dāng)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(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(fā)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(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。

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(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)備無除塵功能，亦可以單獨增設(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)計通過除塵罩內(nèi)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(fēng)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(nèi)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(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)這類包裝材料實際應(yīng)用于粉料包裝時，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)對外力的抵御能力以及對內(nèi)容物的保質(zhì)作用。對于食品粉料包裝，還需加強包裝材料對內(nèi)容物的遷移情況的監(jiān)測，避免降低內(nèi)容物的衛(wèi)生品質(zhì)。

4 封口熱封質(zhì)量的試驗驗證

確定改善措施后，為驗證其效果和封口質(zhì)量，仍需進一步開展試驗驗證。熱封參數(shù)關(guān)系到封口質(zhì)量，對于薄膜生產(chǎn)企業(yè)、包裝機械加工企業(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)量的試驗驗證在一定意義上也是對熱封參數(shù)的科學(xué)性驗證。在試驗設(shè)計上，可以先沿用原熱封參數(shù)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(jù)此綜合評價封口質(zhì)量，具體方法如下。

試驗儀器：i-Thermotek 2400熱封與熱粘性能測試儀，濟南蘭光機電技術(shù)有限公司。

試驗方法及結(jié)果分析：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?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(qū)域的兩環(huán)形夾具的外圈，將儀器調(diào)至熱封強度試驗?zāi)Ｊ?，啟動試驗。兩環(huán)形夾具異向轉(zhuǎn)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(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(zhì)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(xiàn)壓穿、褶皺、灼化等現(xiàn)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(diào)整熱封參數(shù)。

熱封強度試驗后，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)置過大導(dǎo)致的封口邊緣內(nèi)層薄膜被壓制過薄，局部抗拉強度較弱，當(dāng)外力作用時，此處易先出現(xiàn)斷裂，對于此情況亦需調(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)合強度較為薄弱，需重新更換包裝材料。

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(shù)據(jù)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。

5 結(jié)語

在包裝過程中，由于粉體物料下料過程中對氣流的擾動以及氣流對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。