ハイバリアフレキシブルパッケージングにおける成形フィルムと非成形フィルムの違いは何ですか?

はじめに: 軟包装における成形フィルムと非成形フィルムの定義

特に食品および医療分野における生鮮食品の軟包装は、成形フィルムと非成形フィルムという 2 種類のフィルムの重要な違いに依存しています。前者は深く引き伸ばされるか、キャビティに成形される (熱成形) ように設計されていますが、後者は平らなままで、カバーまたはトップウェブとして機能します。指定する際には、この違いを理解することが不可欠です 上下ハイバリアフィルム 修正雰囲気包装 (MAP) や真空スキン包装などの用途向けのシステム。下部ウェブ (形成フィルム) と上部ウェブ (非形成フィルムまたは蓋) の間の相互作用によって、シールの完全性、酸素の侵入、および機械的耐穿刺性が決まります。この記事では、EVOH、PA、PE の共押出を使用した高バリア構造に焦点を当てて、これらのフィルムの材料科学、性能測定基準、選択基準について技術的に詳しく説明します。

業界調査のデータによると、標準的な単層フィルムから、適切に適合した成形/非成形高バリア システムに切り替えると、酸素透過率 (OTR) が 90% 以上低下し、新鮮な赤身肉の製品の保存期間が 7 ～ 10 日から 25 ～ 30 日に延長されることが示されています。 2 つのウェブ間の相乗効果には交渉の余地がありません。成形フィルムは許容範囲を超えて薄くすることなく深絞りに耐える必要があり、非成形フィルムは一貫したヒートシール性とデッドフォールド特性を提供する必要があります。この記事では、それぞれの物理的および化学的要件を分析し、比較データを提供し、食肉包装の効率改善に関するケーススタディを示します。

成膜技術の基礎

ボトムウェブと呼ばれることが多い成形フィルムは、熱成形包装ラインの主力製品です。これらは加熱され、金型に真空成形または圧力補助されて、製品を保持するポケットが作成されます。あ ハイバリア熱成形フィルム 深絞り性、均一な厚さ分布、極めて低い OTR (高バリアの場合、通常 ≤ 1.0 cc/(m²・24h・atm)) という 3 つのしばしば相反する特性のバランスを取る必要があります。ポリマー構造には通常、酸素バリアを提供する中央の EVOH 層 (エチレンビニルアルコール) が含まれ、その周囲を接着結合層と、機械的強度を高めるポリアミド (PA) とシール性を高めるポリエチレン (PE) の構造層で囲まれています。

フィルムを形成するための主要な機械的要件

• 破断点伸び: 最低 300% (MD および TD) により、破断することなく最大 3:1 または 4:1 の深絞り比に対応します。
• ドレープ性と耐たるみ性: フィルムは、成形温度 (通常 90°C ～ 130°C) に加熱しても寸法安定性を維持する必要があります。
• 耐パンク性: 肉包装の鋭い骨の端に耐えるには、15 N 以上 (ASTM F1306 を使用)。
• 間引きの均一性: うまく設計された PA PE 共押出フィルム 最も深いコーナーの薄化を元の厚さの 35% 以下に制限し、バリア性能を維持します。

熱成形構造におけるEVOHの役割

EVOH は、軟包装における酸素バリアのゴールドスタンダードです。ただし、その酸素バリア特性は相対湿度の増加に伴って直線的に低下します。湿潤または凍結用途で使用されるフィルムを形成するには、EVOH 層を耐湿性スキン (PA または厚い PE 層など) で保護する必要があります。一般的な成形フィルムの構造は、PE (シーラント)/タイ/EVOH/タイ/PA (外側) です。 PA は耐摩耗性を提供するだけでなく、その非晶質特性により熱成形性の向上にも貢献します。このような 5 層の OTR 値 EVOHハイバリアフィルム 23°C、相対湿度 50% では 0.3 ～ 0.5 cc/(m²･24h･atm) まで低くなりますが、結合層が不十分な場合は 85% RH で 1.5 ～ 2.0 cc/(m²･24h･atm) に増加します。

非形成フィルム: トップウェブとリディングの役割

トップウェブまたはリッドとも呼ばれる非成形フィルムには、深絞り加工が施されていません。代わりに、形成されたポケットの上に平らに置き、熱と圧力を加えて密封します。この一見単純な役割にもかかわらず、技術的な要求は次のとおりです。 ハイバリアリッドフィルム も同様に厳しいです。フィルムは、優れたデッドフォールド (カールせずに平らな状態を保つ)、一貫したヒートシール開始温度 (通常 115°C ～ 135°C)、および剥離時の高い層間剥離耐性を備えていなければなりません。イージーピール用途では、制御されたシール強度 (例: 5 ～ 10 N/15mm) が必要ですが、ハーメチックシールの場合は、25 N/15mm を超える剥離強度が指定されています。

トップとボトムのウェブフィルム: 相乗効果のあるペアリング

完全な包装システムでは、上部ウェブ (非成形) と下部ウェブ (成形) が同一であることはほとんどありません。上部のウェブは通常より薄く (40 ～ 90 μm)、印刷適性、光学的透明性、防曇性を考慮して設計されています。 「弱いリンク」効果を避けるために、そのバリア層 (通常は EVOH または酸化アルミニウムでコーティングされた PET) は、底部ウェブの OTR と一致またはそれを超える必要があります。たとえば、成形フィルムの OTR が 0.5 cc/(m²・24h・atm) であるが、蓋フィルムの OTR が 3.0 cc/(m²・24h・atm) である場合、パッケージ全体の OTR は蓋によって支配されます。これが指定する理由です 上下ハイバリアフィルム システムとしては重要です。実際の監査では、バリア層の不一致が MAP 食肉製品の早期腐敗の 40% の原因であることが示されています。

• 防曇コーティング: 冷蔵商品の視認性を確保するために必要です。
• レーザーで刻み込まれたイージーピール: フィルムを破れずに部分開封が可能です。
• 高い滑り性と帯電防止性: 高速横型成形充填シール (HFFS) 機械には不可欠です。

注目すべき革新の 1 つは、非形成フィルムに配向 PA (OPA) を使用して、厚さを削減しながら耐突き刺し性を向上させたことです。 OPA/EVOH/PE 構造は優れた剛性対重量比を提供し、肉トレイの PET ベースの蓋に取って代わられることが増えています。

主な違い: 形成フィルムと非形成フィルム – 比較表

各ウェブに適切なフィルムを選択するには、エンジニアは個別のパフォーマンス指標を理解する必要があります。以下の表は、高バリア性フレキシブル包装における成形フィルムと非成形フィルムの基本的な違いをまとめたものです。

高速包装ラインでは、成形フィルムは加熱プレート上での摩擦が低く、一貫したたるみ挙動を示す必要もあります。逆に、非形成フィルムには、ウェブの破損を防ぐために優れた巻き戻し特性と静電気散逸が必要です。これらの補完的だが異なる仕様により、以下の選択が可能になります。 形成膜と非形成膜 専門的なエンジニアリング業務。

ハイバリア構造：EVOH、PA、PE共押出の役割

成形フィルムと非成形フィルムの両方が、通常 5 層、7 層、または 9 層の多層共押出成形によって高いバリア性能を実現します。中心的な酸素バリアはほとんどの場合 EVOH (エチレン含有量 27 ～ 44 mol%) です。エチレン含有量が低いほどバリア性は向上しますが、加工性は低下します。構造的主鎖は PA6 またはアモルファス PA (PA6I/6T) であり、熱成形の深さと耐穿刺性に貢献します。シーラント層は通常 PE、または LLDPE とLDPE の混合物であり、広い温度範囲にわたって気密封止を保証します。下の画像は、成形用途と非成形用途の両方に使用される典型的な 5 層共押出ハイバリアフィルムを示しています (役割ごとに層の厚さの比率が調整されています)。

フィルムを形成する場合、PA 層は外側 (または内側) に配置され、深絞り時の亀裂から EVOH を保護します。非形成フィルムの場合、同じ構造を使用できますが、多くの場合、伸びを低減するために PA 層が PET や OPA などの高弾性材料と交換されます。の使用 EVOHハイバリアフィルム この技術により、包装業者は追加の EVOH 層と PA 層を含む 7 層設計で 0.2 cc/(m²・day) 未満の OTR 値を達成できます。ただし、コストの最適化により、無水マレイン酸グラフトポリオレフィンをベースとした結合層を備えた 5 層共押出が行われることが多く、層間接着強度 > 5 N/15mm が得られます。

食肉包装への応用: 真空皮包装と熱成形

食肉包装は、深絞り、高水分、シャープな製品輪郭を組み合わせた高バリアフレキシブルフィルムにとって最も要求の厳しい用途の 1 つです。真空スキンパッケージング (VSP) と熱成形 MAP という 2 つの主要な技術は、成形フィルムと非成形フィルムに依存しています。 VSP では、上部のウェブ (非成形) が加熱され、肉の上にしっかりと真空引きされ、あらゆる輪郭に適合しますが、下部のウェブ (成形) はわずかにのみ予備成形されます。これには、 真空スキン包装フィルム 並外れた柔らかさと高い伸び (> 400%) を備えています。通常、VSP は総厚 80 ～ 120 μm、OTR ≤ 0.8 cc/(m²・日) の PA/EVOH/PE 構造を使用します。

逆に、従来の熱成形では、深いキャビティを作成する硬い底部ウェブ (成形) が使用され、非成形上部ウェブはフランジ全体で平らにシールされるだけです。牛肉の大きなプリミカルカットの場合、成形フィルムは 100 mm 以上の絞り深さに対応する必要があります。ヨーロッパの食肉加工業者 (匿名) からのデータによると、標準的な PA/PE 成形フィルムから 5 層フィルムにアップグレードすることで、 PA PE 共押出フィルム 中央の EVOH を使用すると、パッケージ内の酸素含有量は 14 日後に 2.5% から 0.3% に低下し、保存期間は 2°C で 18 日から 34 日に延長されました。鍵となるのは、形成されたコーナー全体の均一な EVOH の厚さであり、延伸比 3.2:1 であっても 6 μm 以上を維持しました。

食肉包装用フィルムの選択ガイド

• 新鮮な赤身肉（ハイドリップ）： 防曇コーティングされた非形成フィルムと、WVTR の高い形成フィルム (湿気を逃がすため?) を使用します。実際には、乾燥を防ぐために WVTR が低くなります。 EVOH の厚さ ≥ 8 μm。
• 加工肉（サラミ、ハム）： 骨片による高い耐穿刺性が必要です。 PAリッチな成形フィルム（PA含有量40％）を使用します。
• 冷凍肉： 脆性を避けなければなりません。低温耐衝撃性改良剤（EVA ブレンドなど）を含む成形フィルムを選択します。

の 食肉用軟包装フィルム また、特に EVOH オリゴマーの移行に関して、FDA および EU の食品接触規制にも準拠する必要があります。主要なコンバーターは、EVOH の純度を維持し、残留溶媒がないことを保証する共押出ラインを使用しています。要約すると、肉の成形と非成形の選択は、単に機械的なものではありません。それは、コールドチェーン全体にわたる酸素除去、保湿、機械的完全性のバランスをとることです。

形成膜と非形成膜の選択: 重要なパラメータ

柔軟なパッケージ構造を設計する場合、エンジニアはどのウェブ (または両方) を高バリア要素にするかを決定する必要があります。多くの場合、どちらもパッケージの合計 OTR を 0.5 cc/(m²・日) 未満にするにはハードルが高くなります。ただし、製品の形状とコストに応じて、形成フィルムのみまたは非形成フィルムのみに EVOH が組み込まれるシナリオもあります。以下の表は決定マトリックスを示しています。

もう 1 つの重要なパラメータは、シール界面です。非形成フィルムを形成フィルムにシールする場合、シーラント層は相溶性でなければなりません。互換性のないシーラント (例: 上部のウェブに PP シーラント、下部に PE シーラント) を使用すると、シールが弱くなったり、シールバーが汚染されたりします。最もモダンな トップとボトムのウェブフィルム 融点 110 ～ 125°C の LLDPE の共押出シーラント層を使用します。気密シールを実現するには、0.2 秒でのホットタック強度が > 3 N/15mm である必要があります。

最後に、経済的な考慮事項: フィルムの形成は通常、フィルムが厚く、より多くの PA が含まれるため、平方メートルあたりのコストが高くなります。しかし、より薄い非形成性の高バリアフィルムがより厚い形成性バリアを置き換えることができれば、総材料使用量は 20 ～ 30% 減少する可能性があります。食肉包装のライフサイクル評価 (LCA) によると、180 µm の成形フィルムから 120 µm の成形フィルム、高さ 50 µm のバリア蓋に切り替えると、蓋の EVOH 層が成形中に薄くならないため、同じ OTR を維持しながらポリマーの消費量が 28% 削減されることが示されています。これは、形成フィルムと非形成フィルムの間の相乗効果の典型的な例です。

よくある質問 (FAQ)

Q1: 絞り深さが非常に浅い場合、未成形フィルムを成形フィルムとして使用できますか?

技術的には、非形成フィルム (例: 60 µm PET/EVOH/PE) は、引き裂くことなく 5 ～ 10 mm の延伸深さに耐える可能性がありますが、バリア特性を維持するために必要な伸びや厚さ分布を備えていません。 10 mm を超える絞り深さの場合は、過度の薄化やピンホールを防ぐために、PA またはアモルファス PET を使用した指定された成形フィルムが必要です。

Q2: PA/EVOH/PE ハイバリア形成フィルムで達成可能な最大延伸倍率はどれくらいですか?

25% PA と 10% EVOH を含む 5 層共押出フィルムの場合、延伸比は 1:3.5 が一般的です。 PA 層を追加した 7 層フィルムの場合、最大 1:4.5 の延伸比が可能です。成形後の厚さは最も深いコーナーで測定する必要があります。 EVOH 層を連続的に保つための安全な下限は、初期厚さの 35% です。

Q3: 湿気は、冷蔵肉包装の EVOH ベースのハイバリアフィルムにどのような影響を与えますか?

EVOH の酸素バリアは、相対湿度が上昇すると低下します。 90% RH では、OTR は 50% RH よりも 8 ～ 10 倍高くなる可能性があります。これを軽減するには、EVOH の両面に厚い防湿スキン (HDPE または PP) を備えた多層フィルムを使用します。実際には、冷蔵肉（パッケージ内で 2 ～ 4 °C、相対湿度 85 ～ 95%）の場合、保護されていない EVOH フィルムの有効 OTR は 4 ～ 5 cc/(m²・日) に上昇する可能性がありますが、これは長い保存期間には不十分です。常に高相対湿度でのデータのテストが必要です。

Q4: 熱成形におけるリッドフィルムとトップウェブの違いは何ですか?

熱成形では、上部ウェブは、製品が装填された後に形成された下部ウェブ上にシールされる非成形フィルムです。リッドフィルムはトップウェブのサブセットであり、通常はプレカットまたはロールフィードされており、多くの場合、より薄い（30 ～ 60 μm）ものです。すべての蓋フィルムは非成形ですが、すべての上部ウェブが蓋をしているわけではありません (一部の上部ウェブも VSP でわずかに熱成形されます)。

Q5: PA/EVOH/PE 共押出フィルムはリサイクルできますか?

のse films are multi-material and generally not accepted in curbside recycling streams due to the difficulty of separating EVOH and PA from PE. However, some advanced recycling facilities use solvent-based separation or pyrolysis. Many meat packers are switching to mono-material PE-based high barrier films (with SiOx coating) to improve recyclability, but those have lower thermoforming depth.