Einer jener Verpackungsteile, die selten bemerkt werden – es sei denn, sie funktionieren nicht richtig – ist die Verpackungsfolie. Üblicherweise tritt ein Leck oder eine Versiegelungsstörung auf, weil Folie, Behälter und Versiegelungsbedingungen nicht harmonieren. Ob Sie Hersteller oder Verbraucher von Lebensmittelverpackungen sind: Zu wissen, wie sich die Versiegelungsfestigkeit entwickelt und wie man die richtige Verpackungsfolie für das Produkt auswählt, macht den Unterschied zwischen einer guten Verpackung und einer Beschwerde, die Sie viel Geld kostet. Dieser Leitfaden ist leicht verständlich, da er die relevanten praktischen Variablen schrittweise erläutert.
Was beim Heißversiegeln tatsächlich geschieht
Der Heißversiegelungsprozess besteht nicht einfach darin, zwei Oberflächen zu schmelzen. Heißversiegeln ist ein kontrollierter Prozess, bei dem die Versiegelungsschicht der Folie über ihren Erweichungspunkt, aber unter ihren Schmelz- oder Zersetzungspunkt erhitzt wird, gegen eine geeignete Oberfläche gepresst und unter Druck abgekühlt wird. Das Ergebnis ist eine molekulare Verhakung an der Grenzfläche.
Die drei Parameter, die diesen Prozess steuern, sind Temperatur, Druck und Haltezeit. Alle drei beeinflussen sich gegenseitig. Manchmal kann eine niedrigere Temperatur durch eine Erhöhung der Haltezeit ausgeglichen werden, allerdings nur bis zu einem gewissen Grad. Wird das Versiegelungsmaterial untererhitzt, diffundieren die Polymerketten nicht miteinander, und die Versiegelung ist schwach oder löst sich nicht korrekt ab. Zu viel Wärme hingegen kann zu übermäßigem Fließen des Versiegelungsmaterials führen; sie kann das Versiegelungsmaterial am Rand der Versiegelung verdünnen; sie kann eine Degradation des Versiegelungsmaterials, spröde Versiegelungen und Undichtigkeiten verursachen.
Die Versiegelungsschicht selbst besteht üblicherweise aus einem Polymer mit niedrigerem Schmelzpunkt (wie Polyethylen, Ethylen-Vinylacetat oder einem Ionomer), das coextrudiert oder laminierend auf eine Tragschicht aufgebracht wird, die Festigkeit, Steifigkeit und Sperrwirkung bereitstellt. Die Tragschicht versiegelt nicht; sie unterstützt lediglich die Versiegelung. Es ist keine gute Idee, beide Schichten zu verwechseln, da dies nicht gut funktioniert.
Versiegelungsstärke ist keine einzelne Zahl
Die Versiegelungsstärke wird häufig als Durchschnittswert in Gramm pro 25 mm oder Newton pro 15 mm angegeben, doch unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Versagensarten. Eine Fertigmahlzeit sollte einen abziehbaren Deckel besitzen, der sich leicht löst, ohne zu entfetten oder zu reißen. Ein Beutel zum Transport von Flüssigkeiten muss dem Berstdruck standhalten können. Eine Frischware-Schale benötigt eine Dichtung, die beim Stapeln an Ort und Stelle bleibt, sich aber beim Öffnen nicht mit Fasern ausreißt.
In der Praxis gibt es drei Messgrößen. Erstens die Abziehfestigkeit, also die Kraft, die erforderlich ist, um die Dichtung unter einem bestimmten Winkel auseinanderzuziehen. Zweitens die Berstdruckfestigkeit, also der innere Druck, dem die Dichtung widerstehen kann. Drittens die Heißklebekraft – die Dichtungsfestigkeit im heißen Zustand –, die bei vertikalen Form-, Füll- und Versiegelungsanlagen wichtig ist, wo die Dichtung bereits vor dem Abkühlen beansprucht wird. Die Heißklebekraft kann auf einer Hochgeschwindigkeitsverpackungsanlage problematisch sein, selbst wenn eine Folie eine gute endgültige Abziehfestigkeit aufweist.
Abstimmung der Folie auf das Behälter-Substrat
Die meisten Dichtungsfehler resultieren aus Kompatibilitätsüberlegungen. Ein wirksames Dichtmittel für Polyethylen-Behälter würde nicht auf Polyethylenterephthalat, Polypropylen oder Pappe funktionieren. Die Regel ist einfach: Ähnliches versiegelt am besten mit Ähnlichem – oder das Dichtmittel muss speziell für die Haftung auf dem jeweiligen Substrat entwickelt sein.
Üblicherweise bietet eine Dichtschicht aus Polyethylen eine gute, gleichmäßige Versiegelung für Polyethylen-Behälter. Um eine Verformung von Behältern aus Polypropylen zu vermeiden, ist ein Dichtmittel erforderlich, das bei einer niedrigeren Temperatur schmilzt als der Behälter selbst. Ionomer-basierte Dichtmittel werden häufig für PET- und amorphe PET-Behälter eingesetzt, da sie eine gute Haftung und Ablösbarkeit bieten. Pappe und geformte Fasern sind schwieriger zu versiegeln. Die Folie muss an einer porösen, faserigen Oberfläche haften; dabei ist die Beschichtung oder Dispersion auf der Pappe entscheidend dafür, ob eine Dichtung zustande kommt.
Weitere Verträglichkeitsfaktoren umfassen Kontamination. Das Vorhandensein von Fett, Feuchtigkeit, Krümeln oder Pulver im Versiegelungsbereich schwächt die Dichtung. Folien mit dickeren Siegellackschichten und höherem Schmelzfluss können eine gewisse Kontamination tolerieren; jedoch ist keine Folienversiegelung zuverlässig durch eine Ölschicht hindurch. Daher umfasst der Lebensmittel-Service-Bereich häufig einen Abwisch- oder Spülschritt vor der Versiegelung.
Dicke, Aufbau und Sperrschichtanforderungen
Der andere wichtige Faktor ist der Aufbau der Folie, der die Versiegelungsstärke beeinflusst. Eine dünne Siegellackschicht versiegelt schnell, kann aber unter hohem Druck herausgepresst werden. Eine dickere Siegellackschicht bietet mehr Material für die Diffusion mit anderen Materialien und weist eine höhere Kontaminationstoleranz auf, erfordert jedoch mehr Wärme zur Aktivierung. Coextrudierte Folien mit einer dedizierten Siegellackschicht, einer Haftschicht und einer Sperrschicht bieten die größte Kontrolle, benötigen jedoch enge Versiegelungsfenster.
Die Situation wird durch Anforderungen an Sperrschichten erschwert. Wenn eine Folie Sauerstoff oder Feuchtigkeit ausschließen muss, ist die Sperrschicht typischerweise von der Versiegelungsschicht getrennt, damit sie beim Versiegeln nicht beschädigt wird. Folien mit Aluminiumfolie oder metallisierten Schichten lassen sich gut versiegeln, doch die Versiegelung muss ausreichend fest sein, um Delamination zwischen Sperr- und Versiegelungsschicht zu verhindern. Die Versiegelungsnähte dieser Strukturen sind nicht immer die Schwachstelle; vielmehr liegt der Versagenspunkt meist an der Haftung zwischen den Schichten.
Praktische Prüfung und Fehlersuche
Ein praktisches Versiegelungs-Festigkeitsprogramm beginnt damit, eine Reihe von Proben bei verschiedenen Temperaturen – bei konstantem Druck und konstanter Verweilzeit – zu versiegeln und die Abziehfestigkeit zu messen. Die Kurve steigt typischerweise auf ein Plateau an und fällt danach wieder ab. Das Zielbetriebsfenster entspricht nicht unbedingt dem höchsten Punkt des Plateaus, sondern tatsächlich dessen Mitte, da dies Toleranz für normale Schwankungen zulässt.
Falls die Versiegelung nicht funktioniert, liefert sie einen Hinweis darauf, an welcher Stelle sie versagt hat. Eine geringe Festigkeit und ein sauberes Abziehen deuten auf unzureichende Erwärmung oder einen verschmutzten Versiegelungsbereich hin. Wird eine Versiegelung beim Aufreißen des Substrats durchbrochen, ist sie überversiegelt oder es wird ein inkompatibler Versiegelungsstoff verwendet. Eine Versiegelung, die sich zwischen den Folienlagen trennt, weist auf einen Coextrusions- oder Klebstofffehler hin. Eine Versiegelung, die bei Kälte ausläuft, kann auf unzureichenden Druck oder eine sehr kurze Kühlzeit zurückzuführen sein.
Xiamen Xiefa Packing Co., Ltd. arbeitet mit Kunden aus den Branchen Einzelhandel, Gastronomie, Industrie und Hotellerie zusammen, um wärmeversiegelbare Folien für verschiedene Arten von Schalen, Bechern, Beuteln und Behältern maßzuschneidern. Das Unternehmen verfügt über mehr als 50 Patente für Produktgestaltungen, eine eigene Werkstatt für Formenbau sowie über 2.000 eigenständige SKUs, um bei der individuellen Bedruckung, Struktur-, Material- und Zubehör-Entwicklung, Gestaltung und sogar bei kostenlosen Mustern zur Bewertung zu unterstützen. Die Versiegelungsfestigkeit ist eine Systemeigenschaft; daher erzielt man die besten Ergebnisse, wenn Folie und Behälter gemeinsam in der Produktionslinie getestet werden.
Fazit
Folien für die Heißsiegelung sind keine Massenware, die allein nach dem Preis ausgewählt werden sollte. Die Siegelstärke ergibt sich aus der Wechselwirkung von Temperatur, Druck, Haltezeit, Siegelmittelchemie, Substrat und Kontamination. Wenn man versteht, welche Faktoren hier eine Rolle spielen, können Einkäufer und Anwender von Verpackungen Folien auswählen, die zuverlässig versiegeln, zuverlässig geöffnet werden können und während der gesamten Distributionskette als Barriere wirken. Der beste Ansatz besteht darin, Folie und Behälter als ein einziges Verpackungssystem zu betrachten, die Siegelbreite anhand realer Messungen zu bestimmen und bei auftretenden Problemen die Art des Versagens zu analysieren.