江阴升辉包装材料有限公司

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激光对食品包装的影响(一)

发布人:升辉包装   发布日期:2009-12-14   浏览数:1090

密封CO2激光技术在不断发展,性能在提高,可信度在增加,体积在减小,激光器总成本在下降。

本刊最近发表的几篇文章,解释了作为坚固和可靠工具的密封CO2激光器,为什么在工业中用得如此广泛。最新的应用之一是软包装,即将纸、塑料薄膜和其它网状材料折叠成预先设定的包装形状。

本文描述:CO2激光技术的最近进展是如何促进食品激光软包装市场快速增长的。

激光软包装技术 用于加工食品和饮料的软包装可以采用多种格式和形状,包括封套、袋装,特别是能重新封口的包装发展很快。这些包装大都采用薄膜材料,如聚酯(PE)、铝箔和聚丙烯(PP)-通常为双轴导向的聚丙烯(BOPP)。通常,还要将这些材料组合起来,形成二层或多层的复合结构。最普通的薄膜合成材料是碾压在一起的双层PP和PE,其中PE为阻隔层,与食品直接接触,有图形的PP层在外面,是印刷层。总膜厚约在100微米量级,即使是能立起来的袋状包装也是如此。在包装过程中,绕在卷筒上的薄膜,由于卷筒快速转动而不断向前运动,这时则用激光来切割、修整薄膜,或在薄膜上刻痕和钻孔。例如,激光刻痕可使包装袋容易打开,激光钻孔可使包装袋透气。
  
同使用机械加工的传统方法相比,非接触式激光加工的优点是:无工具磨损问题,提高了产品的一致性。此外,灵活性也是非常重要的,因为当今的产品生产,周期很短。包括工具成本在内的机械加工不适合于短期经营,不适合于在不同薄膜类型和包装格式间来回变化。由于可对激光参数进行实时控制,激光加工包装的灵活性可使生产者得到一致的刻痕结果,即使在薄膜厚度发生变化时,也是一样。 很明显,在产量大利润低的业务领域,如薄膜包装,激光的可信度和总成本都是业主考虑的关键问题。激光器的体积小也是非常重要的,因为这样就可以把它们装配到包装设备中。在激光输出功率方面,这些应用通常只需要30到100瓦的功率,因为所要加工的多层结构材料通常都是很薄的。


图(一)

          这个小型、密封的激光器能输出30瓦功率,重量仅为6公斤。
   这些特点使今天的小型CO2激光器成为折叠软包装市场的理想工具。Coherent公司生产的低功率密封钻石CO2激光器,可信度很高,每瓦的成本较低,而且体积也很小,典型的尺寸就像鞋盒那样大(见图1)。这些折叠式波导激光器是加工塑料(聚丙烯和聚酯)薄膜的理想工具,加工速度大于300米/分钟(1000英尺/分钟)。除了能为中等功率应用项目提供廉价的解决方案之外,新型激光器的小尺寸,还使在较宽卷筒(如1.5公尺/60英寸宽的主卷筒)上安排多个激光器成为可能,从而,为软包装提供了前所未有的加工灵活性。而且,这些激光器无需维修,寿命在10,000到20,000小时之间,完全可以满足典型的高产量包装设备的需要。
   更高的速度
   小型CO2激光器在其它输出波长方面的进步,是对食品软包装市场产生重大影响的另一个重要因素。原因是:大多数高分子薄膜的红外吸收谱含有若干个尖峰。因此,激光波长的微小变化就可能对吸收系数产生巨大影响,因为在软包装中所使用的薄膜都是非常薄的,通常只能吸收很小部分的激光功率。因此,通过调整波长来增加薄膜的吸收系数,会大大提高在给定激光功率下的加工速度。
   大多数CO2激光器的输出波长集中在10.6微米,但是,如果在折叠腔结构中插入波长选择光学元件,就会产生其它波长,如10.2微米波长。Coherent应用实验室最近研究了商用10.2微米激光器对热塑性塑料的影响,结果发表在文献1中。对于未伸展的聚丙烯薄膜,采用10.6和10.2微米激光加工,在加工速度方面只有小小的差别。但对普遍使用的BOPP薄膜(30-50微米厚),差别就非常明显(见图2)。


图(二)

  用10.2和10.6微米波长的激光切割PP时,两者切割速度之比较。
  顺便提一下,采用不同的二氧化碳同位素,可以将激光输出波长移得更远,这将对其它方面的应用产生重要影响。例如,Coherent公司已经发现:在对电子和其它行业中普遍使用的Kapton(聚酰亚胺)膜进行加工时,9.4微米波长的激光能产生最佳结果。