پلی‌اتیلن در صنعت بسته‌بندی مواد غذایی: 1- اثر ساختار زنجیر بر درزگیری گرمایی

نوع مقاله : تالیفی

نویسندگان

1 پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران. تهران

2 مهندسی پلیمر، دانشکده مهندسی پلیمر و علوم رنگ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

3 عضو هیئت علمی پژوهشگاه پلیمر

چکیده

در سال‌های اخیر، کاربرد پلیمرها در صنعت بسته‌بندی با توجه به مزایای فوق‌العاده آن‌ها نسبت به مواد مرسوم با افزایش چشمگیری مواجه بوده است. دراین­ میان، پلی‌اتیلن‌ها به ­دلیل تنوع ساختاری زیاد، قیمت کم، فرایندپذیری آسان و انعطاف‌پذیری در طراحی و معماری زنجیر‌ها و اثر آن­ها بر کنترل خواص مهندسی پلیمر، به یکی از مهم‌ترین گزینه‌ها در ساخت بسته‌بندی‌های پلیمری مواد غذایی تبدیل شده ­اند. هدف از این مقاله، معرفی فرایند درزگیری گرمایی فیلم‌های پلیمری با تأکید بر پلیمر پلی‌اتیلن و همچنین روش‌ها و سازوکارهای مربوط به این فرایند است. در بررسی فرایند درزگیری گرمایی، پدیده نفوذ زنجیر‌های درهم­گیر از طریق مرز مشترک و اثر ساختار زنجیر بر بهبود استحکام چسبندگی و افزایش قابلیت درزگیری گرمایی فیلم‌های پلی‌اتیلنی مطالعه شد. شناخت عوامل مؤثر بر پدیده نفوذ زنجیر‌ها موجب می‌شود تا با کنترل این عوامل، استحکام مرز مشترک در حین فرایند درزگیری گرمایی افزایش داده شود که به بهبود چسبندگی دو پلیمر به یکدیگر منجر می‌شود. همچنین، روش‌های مختلف اصلاح ساختار زنجیر‌های پلی‌اتیلن و قراردادن گروه‌های جانبی مختلف روی زنجیر معرفی شده ­اند. ایجاد شاخه­ های جانبی در مرحله‌ پلیمرشدن، با استفاده از پرتوهای پرانرژی و در حالت مذاب واکنشی با استفاده از عوامل ایجادکننده‌ رادیکال آزاد سه روش اصلی به ­منظور تغییر در ساختار زنجیر‌های پلی‌اتیلنی است. هر یک از این روش‌ها، مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند و متناسب با خواص مدنظر برای پلیمر از روش‌‌های گوناگون استفاده می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Polyethylene in Food Packaging Technology. I. The Effect of Chain Structure on Heat Sealing

نویسندگان [English]

  • Fatemeh salmani 1
  • mohammadsoroush abzan 2
  • Shervin Ahmadi 3
1 Iran Polymer and Petrochemical Institute, Iran, Tehran
2 polymer engineering,Department of Polymer Engineering and Color Technology, AmirKabir Universuty of Technology, tehran, iran
3 academic staff in IPPI
چکیده [English]

In recent years, the use of polymers in the packaging industry has increased significantly due to their excellent advantages over conventional materials. In the meantime, polyethylenes (PE) have become one of the most important options in the manufacture of polymer food packaging, due to high structural diversity, low cost, easy processability, and flexibility in the design and chain architecture and their effect on the control of polymer engineering properties. The aim of this article is to introduce the heat sealing process of polymer films with an emphasis on polyethylene polymer as well as methods and mechanisms related to this process. In the heat-sealing process study, the diffusion phenomenon of tangled chains through the interface and the effect of chain structure on improving the adhesion strength and increasing the heat-sealing capability of polyethylene films were studied. Understanding the factors affecting the chain diffusion phenomenon, by controlling these factors, the strength of the interface during the heat-sealing process can be increased, which leads to improvement the adhesion of the two polymers to each other. Also, different methods of modifying the structure of polyethylene chains and placing different side groups on the chain were introduced. Hyper branching in the polymerization stage, hyper branching using high-energy rays, and hyper branching in the reactive melt mixing state using free radical generators are the three main methods for changing the structure of polyethylene chains. Each of these methods has its advantages and limitations, and different methods are used according to the desired properties of the polymer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Packaging
  • polyethylene
  • Heat Sealing
  • adhesion strength
  • Chain Structure
1.  Selke S.E.M., Culter J.D., Auras R.A., and Rabnawaz M., Plasics Packaging: Properties, Processing, Applications, and 
Regulations, Hanser, Germany, 2-8, 2021.
2.  Ghosh A., Technology of Polymer Packaging, Hanser, Stuttgart, Germany, 19-80, 2015.
3.  Troughton M.J., Handbook of Plasics Joining: A Practical Guide, William Andrew, New York, USA, 121-126, 2008.
4.  Wu D.Y., Meure S., and Solomon D., Self-healing Polymeric Materials: A Review of Recent Developments, Prog. Polym. 
Sci., 33, 479-522, 2008.
5.  Mihindukulasuriya S.D.F.,  Invesigations of Heat Seal Parameters and Oxygen Detection in Flexible Packages, PhD 
Thesis, University of Guelph, Canada, May 2012.
6.  Kanani Aghkand Z., Jalali Dil E., Ajji A., and Dubois C., Simulation of Heat Transfer in Heat Sealing of Multilayer 
Polymeric Films: Efect of Process Parameters and Material Properties, Ind. Eng. Chem. Res.,  43, 14571-14582, 2018.
7.  Poisson C., Hervais V., Lacrampe M.F., and Krawczak P., Optimization of PE/Binder/PA Extrusion Blow-Molded Films. 
II. Adhesion Properties Improvement Using Binder/EVA Blends,  J. Appl. Polym. Sci.,  101, 118-127, 2006.
8.  Bousmina M., Qiu H., Grmela M., and Klemberg-Sapieha J.E., Difusion at Polymer/Polymer Interfaces Probed by 
Rheological Tools, Macromolecules, 31, 8273-8280, 1998.
9.  Zhao R. and Macosko C.W., Slip at Polymer–Polymer Interfaces: Rheological Measurements on Coextruded Multilayers, J. Rheol.,  46, 145-167, 2002.
10. Grewell D. and Benatar A., Welding of Plasics: Fundamentals and New Developments, Int. Polym. Proc., 22, 43-60, 2007.
11. Najarzadeh Z., Control and Optimization of Sealing Layer in Films, PhD Thesis, École Polytechnique de Montréal, Canada, April 2014.
12. Wool R.P. and O’Connor K.M., A Theory Crack Healing in Polymers,  J. Appl. Phys.,  52, 5953-5963, 1981.
13. Wool R.P. and O’Connor K.M., Time Dependence of Crack Healing,  J. Polym. Sci. Polym. Lett. Ed., 20, 7-16, 1982.
14. Sperling L.H., Introduction to Physical Polymer Science, John Wiley and Sons, USA, 185-259, 1992.
15. Pokrovskii V.N., Reptation and Difusive Modes of Motion of Linear Macromolecules, J. Exp. Theor. Phys., 106, 604-607, 
2008.
16. Kovacevic V., Surface and Interface Phenomenon in Polymers, International Workshop on Advanced Polymer Science and Turbulent Drag Reduction, University of Zagreb, Croatia, 1984-2077, 10-20 March, 2008.
17. Abzan M.S., Mirzaee R., and Ahmadi S., The Correlation Between Morphological Variations and Thermo-Mechanical 
Properties of the PA6/PC/PP Ternary Blends: An Esablished Boundary Between Structures, Polym. Tes., 93, 106930, 2020.
18. Tongnuanchan P., Benjakul S., Prodpran T., Pisuchpen S., and Osako K., Mechanical, Thermal and Heat Sealing Properties of Fish Skin Gelatin Film Containing Palm Oil and Basil Essential Oil with Diferent Surfactants, Food Hydrocolloid., 56, 93-107, 2016.
19. Zhu X., Zhou Y., and Yan D., Infuence of Branching Architecture on Polymer Properties, J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys., 49, 1277-1286, 2011.
20. McLeish T.C.B., Tube Theory of Entangled Polymer Dynamics, Adv. Phys., 51, 1379-1527, 2002.
21. Yang Z., Peng H., Wang W., and Liu T., Crysallization Behavior of Poly(ε-caprolactone)/Layered Double Hydroxide 
Nanocomposites, J. Appl. Polym. Sci., 116, 2658-2667, 2010.
22. Gell C.B., Graessley W.W., Efsratiadis V., Pitsikalis M., and Hadjichrisidis N., Viscoelasicity and Self-Difusion in Melts 
of Entangled Asymmetric Star Polymers, J. Polym. Sci. Polym. Phys., 35, 1943-1954, 1997.
23. Wang J. and Mao Q., Methodology Based on the PVT Behavior of Polymer for Injection Molding, Adv. Polym. Technol., 32, 474-485, 2012.
24. Ye J., Ye Z., and Zhu S., Synthesis and Characterization of Hyperbranched Polyethylenes Containing Cross-Linking 
Structures by Chain Walking Copolymerization of Ethylene with Diacrylate Comonomer, Polymer, 49, 3382-3392, 2008.
25. Wang H., Improving the Adhesion of Polyethylene by UV Grafting,  J. Adhes.,  82, 731-745, 2006.26. Ma H., Davis R.H., and Bowman C.N., A Novel Sequential Photoinduced Living Graft Polymerization, Macromolecules, 33, 331-335, 2000.
27. Ma H., Davis R.H., and Bowman C.N., Principal Factors Afecting Sequential Photoinduced Graft Polymerization, 
Polymer, 42, 8333-8338, 2001.
28. Brown M.W.R., Johnson A.F., and Coates P., Reactive Extrusion of Polymers, Eng. Plas., 8, 406-409, 1995.
29. Cao K., Li Y., Lu Z., Wu S., Chen Z., Yao Z., and Huang Z.M., Preparation and Characterization of High Melt Strength 
Polypropylene with Long Chain Branched Structure by the Reactive Extrusion Process, J. Appl. Polym. Sci., 121, 3384-
3392, 2011.
30. Lamnawar K. and Maazouz A., Rheological Study of Multilayer Functionalized Polymers: Characterization of nterdifusion and Reaction at Polymer/Polymer Interface, Rheol. Acta, 45, 411-424, 2006