1. Giới thiệu chung • Đối với người tiêu dùng: bảo vệ sản phẩm, xác định các sản phẩm, dễ dàng mở. • Đối với các nhà bán lẻ : bắt mắt giúp bán các sản phẩm, tốc độ đóng gói cao, giá nguyên liệu thấp, đáp ứng các yêu cầu chức năng để bảo vệ sản phẩm bên trong gói. • Vào những năm 1970, bao bì đa lớp đã phát triển để phục vụ cho công nghệ đóng gói dựa trên nền BOPP.
• Trong thực tế không có loại vật liệu nào có thể đồng thời đáp ứng được mọi tính chất cần thiết để bảo quản thực phẩm, vì thế cần phải kết hợp nhiều loại vật liệu để bổ sung ưu điểm, che lắp khuyết điểm.
• Do đó màng ghép nhiều lớp được chế tạo và nhanh chóng chiếm ưu thế trong ngành bao bì thực phẩm.
• Sự hình thành màng ghép là việc kết hợp có chọn lọc giữa màng nguyên liệu ban đầu, mực in, keo dán, nguyên liệu phủ... • Khi đó chỉ một tấm vật liệu vẫn có thể cung cấp đầy đủ tất cả các tính chất như: tính cản khí, hơi ẩm, độ cứng, tính chất in tốt, tính năng chế tạo dễ dàng, tính hàn tốt… như yêu cầu đã đặt ra. • Tính chất cuối cùng của bao bì đa lớp phụ thuộc nhiều vào những tính chất của các lớp thành phần riêng lẻ.
2. Đặc điểm • Bao bì đa lớp bao gồm sự kết hợp của kim loại, nhựa, hoặc cellulose, độ dày từ 2,5 m -125 m).
• Độ dày tổng hợp của màng bao bì đa lớp theo quy ước 250 m. • Vật liệu tổng hợp dày hơn thường được coi là tấm vật liệu. Vật liệu này được chế tác thành các dạng sản phẩm khác nhau (túi, bao bọc, …).
• Ưu điểm: - Đáp ứng yêu cầu đặc biệt về tính chất mà bao bì đơn lớp không làm được - Bao bì đa lớp giúp giảm chi phí bằng cách giảm lượng polymer đắc tiền, tăng lượng polymer rẻ tiền, dùng vật liệu tái chế, giảm độ dày màng. - Khối lượng bao bì nhỏ
- Cản ánh sáng chiếu trực tiếp vào sản phẩm nhờ lớp lá nhôm ở giữa. - Có thể sản xuất hàng loạt trên dây chuyền công nghệ bao bì hiện đại với năng suất lớn, mức độ tiêu chuẩn hóa cao.
• Phương pháp đùn đa lớp: - Mang lại cho sản phẩm các tính chất mong muốn của các vật liệu khác nhau - Giảm lượng khí thải từ các dung môi được sử dụng trong quá trình ghép - Gia công nhiều loại vật liệu trong cùng một quá trình để tiết kiệm quy trình sản xuất, chi phí và thời gian.
• Nhược điểm: + Một số trường hợp Không có khả năng chịu được nhiệt độ cao nên không thể làm bao bì cho các sản phẩm thực phẩm cần thanh trùng ở nhiệt độ cao. + Bao bì ghép nhiều lớp phần lớn chỉ áp dụng trên dây chuyền đóng gói vô khuẩn. + Khó khăn trong tái chế, xử lý chất thải + Gia công sản xuất phức tạp, đầu tư lớn
3. Cấu trúc • Tùy theo từng loại sản phẩm thực phẩm mà người ta phối hợp các lớp màng với nhau một cách hợp lý: - Carton/ màng nhựa - Màng giấy/ màng nhựa - Màng nhựa/ màng giấy / màng nhựa - Màng nhựa/ kim loại - Màng nhựa/ kim loại/ màng nhựa - Màng nhựa/ màng giấy/ kim loại/ màng nhựa - Màng nhựa/ màng giấy/ màng nhựa/ kim loại/ màng nhựa
Các màng này được gắn kết với nhau bằng keo, hoặc bằng các biện pháp kỹ thuật khác như mạ, phun phủ, cán nóng,…
• Đa số các màng ghép có dùng chất kết dính đều có ghép lá nhôm, để ngăn cản ánh sáng hoặc tia tử ngoại; • hoặc ghép lớp giấy kraft có tính dễ xếp nếp, tăng độ dày, tính cứng vững của bao bì. • Ghép lớp PE trong cùng để tạo khả năng hàn nhiệt tốt, dễ dàng. Màng LDPE hay LLDPE cũng có thể được phủ ngoài cùng mục đích chống thấm hơi nước, chống ướt bao bì. • Thông thường màng OPP được ghép ngoài cùng của các bao bì dạng túi nhằm mục đích bao bì có thể xé, mở dễ dàng, in ấn tốt, tạo độ bóng cao cho bề mặt bao bì.
Chất liệu làm màng
Chức năng
Màng parrafin
Chống ẩm và chống xuyên thấm khí
Màng nhựa (chủ yếu là PE)
Chống ẩm, tạo độ mềm cho bao bì, tạo khả năng hàn kín bao bì, tạo mặt bong trang trí
Màng kim loại (chủ yếu là màng Chống ẩm và chống xuyên thấm khí, ánh nhôm) sáng Màng cellulose
Tạo nền để in nhãn hàng và trang trí, tạo khung để định dạng cho bao bì, tăng độ bền
Màng keo
Gắn kết các lớp màng
3. Cấu trúc *Cấu trúc bao bì đa lớp thông dụng: • Cấu trúc thông thường của bao bì đa lớp gồm lớp cấu trúc, lớp liên kết, lớp rào cản, lớp hàn. • Lớp cấu trúc: đảm bảo các tính chất cơ học cần thiết, tính chất in dễ dàng và thường có cả tính chống ẩm. Thông thường đó là những loại nhựa rẻ tiền. Vật liệu được dùng thường là LDPE, HDPE, EVA, LLDPE, PP ... • Các lớp liên kết: là những lớp keo nhiệt dẻo được sử dụng để kết hợp các loại vật liệu có bản chất khác nhau. • Các lớp rào cản: được sử dụng để có được những yêu cầu đặc biệt về khả năng cản khí và giữ mùi. Vật liệu được sử dụng thường là PET, nylon, EVOH và PVDC. • Các lớp vật liệu hàn: thường là LDPE và hỗn hợp LLDPE, EVA, inomer,…
3.1. Bulk layer – Lớp cấu trúc 1. HDPE, LLDPE, LDPE, VLDPE 2. Homopolymer PP, Co PP (ethylene-propylene copolymer), Ter-PP (ethylene-propylene-butene terpolymer) 3. EVA: low, medium, and high VA content 4. Polystyrene 5. PA, PET
• Độ cứng của màng đa lớp là kết quả tổng hợp của modul, độ dày và vị trí của mỗi lớp.
• Lớp ngoài cùng của bao bì có ảnh hưởng lớn nhất lên độ cứng. • PP đùn sản xuất bao bì cứng hơn so với pp ghép
• Nếu có cùng độ dày thì màng càng nhiều lớp tính rào cản tốt hơn: màng PA / tie / PA / tie / LLDPE có hiệu suất cao hơn PA / tie / LLDPE ở cùng độ dày. • Nếu có lá nhôm hoặc giấy thì dùng phương pháp ghép. • Trong ghép đùn, các lớp được ghép với nhau bằng 1 loại polymer nóng chảy, thường là LDPE. • Phương pháp này cũng giúp bảo vệ mực in bằng cách ghép thêm 1 lớp bên ngoài. • Phương pháp này có chi phí cao hơn đùn đa lớp nên thường sử dụng cho các bao bì đòi hỏi giá trị ứng dụng cao (bao bì thịt, pho mai).
3.2. Barrier layer – lớp rào cản Các polyme thường dùng cho lớp rào cản gồm: 1. EVOH copolymer Oxygen barrier, flavor/aroma barrier 2. Polyamide (PA6) Oxygen barrier, aroma barrier, and some oil barrier. 3. Semicrystalline (polyamide MXD6) Gas (O2, CO2) barrier, aroma barrier 4. Polyesters(PET) Moisture barrier, some flavor/aroma barrier, and some chemical barrier 5. Polyvinylidenechloride(PVDC) Moisture, oxygen, flavor,aroma,and some chemical barrier 6. PEN 7. HDPE : Moisture barrier 8. PP : Moisture barrier
3.3. Sealant (also adhesive or tie) layer : 1. Ionomers of acid copolymers 2. Acid copolymer EAA (ethylene acrylic acid) or EMAA (ethylene methacrylic acid) 3. VLDPE (very low-density polyethylene) 4. EVA or EMA (ethyl methacrylate) blends with LLDPE 5. CoPP/Ter-PP, EVA, EMA, LLDPE, LLDPE 6. LDPE or PP
• Lớp keo giúp cho bao bì kín để bảo vệ sản phẩm. • Copolyme của ethylene thường được sử dụng làm lớp keo vì nhiệt độ nóng chảy thấp. • Độ dày lớp keo ảnh hưởng đến hiệu suất bám dính, lớp này thường dày 2-3 m. • Tổng lượng chất kết dính của các lớp rất nhỏ, khoảng 15 -20% khối lượng các loại màng chính.
• Độ bám dính tăng theo nhiệt độ gia công và thời gian tiếp xúc ở trạng thái chảy
• Lớp hàn nhiệt ảnh hưởng đến nhiệt độ bắt đầu hàn, phạm vi nhiệt độ, độ trong, kháng thủng, độ cứng, độ bền kéo, và khả năng tương thích với các lớp kết dính. • Điều kiện bảo quản và sử dụng (nhiệt độ, độ ẩm) và môi trường bao gói, các chất hóa học (khử trùng, thanh trùng, chất có trong sản phẩm) có thể làm thay đổi độ bám dính. • Bản thân sản phẩm có thể chứa các chất hóa học di chuyển đến bề mặt bao bì và phá hủy chất kết dính.
• Nhiều loại nhựa không thể kết dính với nhau => cần lớp kết dính trung gian. • Những loại nhựa có cấu trúc hóa học cơ bản giống nhau có thể kết dính với nhau khi nâng nhiệt độ lên cao mà không cần lớp kết dính trung gian. • Các loại nhựa bám dính được yêu cầu tạo mối nối tốt ở cả nhiệt độ thường và nhiệt độ cao, phải được gia công ở nhiệt độ tương thích về độ nhớt đối với các vật liệu khác trong cấu trúc... và nhiều công trình còn đang nghiên cứu để đáp ứng được những yêu cầu này.
- Việc phát triển loại vật liệu trung gian bám dính đóng vai trò quan trọng trong công nghệ chế tạo màng nhiều lớp.
- Nhiều màng được chế tạo trên những thiết bị riêng, ghép lại với nhau bằng phương pháp ép dán nhiệt khi các màng là những polyme có cấu trúc cơ bản tương tự nhau.
VÍ DỤ Bao bì Tetra Pak
Nguồn gốc • Tỷ phú Ruben Rausing - Thụy Điển • Các sản phẩm của tập đoàn bao bì Tetra Pak hiện có mặt tại hơn 170 nước trên thế giới. Gần 20.000 công nhân đang làm việc tại các xưởng sản xuất của Tetra Pak đem lại doanh thu hàng năm lên tới 8 tỷ euro từ bao bì carton. • Năm 1951, chiếc hộp Tetra Pak lần đầu tiên ra đời và có kích thước nhỏ để chuyên đựng sữa và váng sữa.
Cấu trúc của bao bì tetrapak: gồm 7 lớp • Lớp 1: Màng HPPE: Chống thấm nước, bảo vệ lớp in bên trong bằng giấy, tránh bị trầy xước. • Lớp 2: Giấy in ấn: Trang trí và in nhãn. • Lớp 3: Giấy kraft: có thể gấp nếp tạo hình dáng hộp, lớp này có độ cứng và dai chịu đựng được những va chạm cơ học. Là lớp giấy bìa để tạo hình dạng và độ cứng cho hộp giấy. • Lớp 4: Màng copolymer của PE: lớp keo kết dính giữa giấy kraft và màng nhôm. • Lớp 5: Màng nhôm: có nhiệm vụ làm rào chắn chống lại các ảnh hưởng có hại của không khí và ánh sáng, ẩm, hơi. • Lớp 6: Màng copolymer của PE: lớp keo kết dính giữa màng nhôm và màng LDPE trong cùng. • Lớp 7: LDPE: Cho phép bao bì dễ hàn và tạo lớp trơ tiếp xúc với sản phẩm bên trong, có tác dụng ngăn cản độ ẩm từ bên ngoài xâm nhập vào.
Ưu điểm • Bao bì Tetra Pak rẻ hơn rất nhiều so với các bao bì bằng thủy tinh, bằng gỗ hay kim loại. • Xếp vào kho rất dễ và tiết kiệm chỗ chứa hơn rất nhiều. • Chi phí vận chuyển giảm (Một chiếc xe tải có thể chở mỗi chuyến hơn 9.000 lít sữa, gấp hơn 2 lần so với việc chở sữa bằng chai thủy tinh hay bằng can nhôm). • Thuận tiện vì không phải lưu giữ vỏ chai hay can nhôm để đi đổi hay trả lại.
Đặc điểm của Tetrapak: • Bao bì tetra là loại bao bì màng ghép rất nhẹ nhằm mục đích vô trùng, đảm bảo chất lượng tươi, nguyên cho sản phẩm giàu dinh dưỡng và vitamin từ nguồn nguyên liệu. • Phương thức đóng bao bì tetra pak được áp dụng cho những loại thức uống dạng lỏng, đồng nhất hoặc dạng huyền phù, nhũ tương với kích thước hạt rất nhỏ, độ nhớt không quá cao như sữa, nước ép rau quả.
• Sau khi đóng bao bì, sản phẩm được giữ ở nhiệt độ thường trong khoảng thời gian khoảng 6 tháng vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm. • Sau khi mở bao bì sử dụng, phần thực phẩm còn thừa lại trong bao bì phải được bảo quản ở 4 – 10°C.
Cách đóng bao bì Tetrapak • Các lớp vật liệu giấy được in nhãn theo yêu cầu của cơ sở sản xuất, sau đó được ghép cùng với các lớp vật liệu khác và quấn thành từng cuộn có chiều rộng bằng chu vi của thân trụ hộp (phải có phần ghép mí và thân). • Trước khi chiết rót, cuộn giấy được tiệt trùng bằng hơi H2O2 trong phòng kín vô trùng và được đưa vào máy hàn dọc thân hộp và ghép đáy. • Sau đó dịch thực phẩm được rót định lượng vào hộp và bao bì được hàn ghép mí đầu, cắt rời, xếp góc. • Hộp sản phẩm được dòng nước phun để làm sạch chất lỏng dính ở các mối hàn đầu và đáy, sau đó được thổi không khí nóng để khô hộp.
TÁI CHẾ bao bì Tetrapak: Thu hồi bột giấy • Bước 1: Xử lý vỏ hộp sữa bằng thủy lực Vỏ hộp sữa được thủy lực đánh tơi trong vòng 20 phút, tách giấy khỏi các thành phần còn lại là nhôm và nhựa. • Bước 2: Tách giấy và nhôm/nhựa Bột giấy lọt qua mặt sàng dưới đáy thủy lực, đi về bể chứa. Nhôm/nhựa giữ lại trên mặt sàng được đưa về lồng quay để rửa sạch bột giấy lần nữa trước khi chuyển sang nhà máy mái lợp. • Bước 3: Bột giấy từ vỏ hộp sữa là bột có chất lượng cao, sợi dài, dùng để sản xuất giấy carton.